跨學(xué)科橫向聯(lián)想法在水工藝設(shè)備基礎(chǔ)教學(xué)中的實(shí)踐

周莉菊

摘要：針對(duì)水工藝設(shè)備基礎(chǔ)課程理論教學(xué)特點(diǎn)，利用質(zhì)量和能量守恒定律，通過跨學(xué)科橫向聯(lián)想，比較能流密度q如熱流密度、電流密度的概念，推導(dǎo)出其對(duì)應(yīng)的水力學(xué)中的質(zhì)流密度的概念為密度與水流流速的乘積，水力學(xué)中的密度與流速勢函數(shù)的乘積相應(yīng)于熱力學(xué)中導(dǎo)熱系數(shù)與溫度的乘積。

關(guān)鍵詞：水工藝設(shè)備基礎(chǔ)；教學(xué)；橫向聯(lián)想；能流密度；質(zhì)流密度

中圖分類號(hào)：G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）02-0198-02

“水工藝設(shè)備基礎(chǔ)”課程是給水排水工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程[1]，在給水排水工程中設(shè)備化程度越來越高[2]，水工藝設(shè)備水平成為水工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志[3]，要求水專業(yè)技術(shù)人員掌握水工藝設(shè)備的基礎(chǔ)知識(shí)。

一、教學(xué)內(nèi)容研究

“水工藝設(shè)備基礎(chǔ)”課程的基礎(chǔ)知識(shí)包括水工藝設(shè)備常用材料，材料設(shè)備的腐蝕、防護(hù)與保溫，水工藝設(shè)備理論基礎(chǔ)[1]。這些內(nèi)容涉及到工程力學(xué)、無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、電工與電子基礎(chǔ)、材料學(xué)、傳熱學(xué)等多個(gè)學(xué)科[2][3]，要求教師在收集相關(guān)資料的基礎(chǔ)上汲取精華加以提煉和總結(jié)[2]，積極引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行跨學(xué)科橫向聯(lián)想思維，將所學(xué)的知識(shí)融會(huì)貫通，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的積極性。

二、熱流密度、電流密度與能流密度

在導(dǎo)熱基本概念中，熱流密度定義為：單位時(shí)間單位面積上所傳遞的熱量，單位為“J/（s·m2）”或“W/m2”。此時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生跨學(xué)科聯(lián)想到電學(xué)中的電流密度定義為：單位時(shí)間單位面積上所傳遞的電量，單位為“J/（s·m2）”或“W/m2”[4]。以及聯(lián)想到能流密度的概念：單位時(shí)間單位面積上所傳遞的能量，單位為“J/（s·m2）”或“W/m2”[5]。

導(dǎo)熱微分方程式[1]：假定所研究的物體是連續(xù)均勻和各向同性的介質(zhì)，其導(dǎo)熱系數(shù)λ、比熱c和密度ρ均為已知，并假定物體內(nèi)具有內(nèi)熱源，當(dāng)內(nèi)熱源發(fā)熱時(shí)為正值，吸熱時(shí)為負(fù)值。內(nèi)熱源強(qiáng)度：單位時(shí)間單位體積所發(fā)出的熱量，單位為“W/m3”。從進(jìn)行導(dǎo)熱過程的物體中分割出一個(gè)微元體dV=dxdydz，設(shè)，在dt時(shí)間內(nèi)，導(dǎo)入與導(dǎo)出微元體的凈熱量為dQ1，內(nèi)熱源的發(fā)熱量為dQ2，微元體內(nèi)能的增加為dQ3，根據(jù)能量守恒與轉(zhuǎn)化定律：

比較二階導(dǎo)數(shù)也會(huì)發(fā)現(xiàn)：水力學(xué)中的密度與流速勢函數(shù)的乘積ρφ相應(yīng)于熱力學(xué)中導(dǎo)熱系數(shù)與溫度的乘積λT。通過比較熱流密度和質(zhì)流密度，運(yùn)用啟發(fā)式教學(xué)[7]，學(xué)生在問題的引導(dǎo)和教師的指導(dǎo)下完成了發(fā)現(xiàn)問題—分析問題—解決問題的過程。

利用質(zhì)量和能量守恒定律，通過學(xué)習(xí)熱流密度q的概念，引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)出其對(duì)應(yīng)的水力學(xué)中的質(zhì)流密度的概念為密度與水流流速的乘積ρu，水力學(xué)中的密度與流速勢函數(shù)的乘積ρφ相應(yīng)于熱力學(xué)中導(dǎo)熱系數(shù)與溫度的乘積λT?？鐚W(xué)科橫向聯(lián)想思維，不僅拓寬了課程的知識(shí)面，提高了學(xué)生分析和解決問題的能力，同時(shí)也鍛煉了學(xué)生跨學(xué)科橫向聯(lián)想將知識(shí)點(diǎn)融會(huì)貫通的能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃廷林.水工藝設(shè)備基礎(chǔ)[M].第二版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

[2]趙星明.“水工藝設(shè)備基礎(chǔ)”課程教學(xué)研究與實(shí)踐[J].科技信息，2010，（08）：512，515.

[3]張翔凌，姜應(yīng)和，金建華.高等院校工科專業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué)方法與改革研究——以《水工藝設(shè)備基礎(chǔ)》為例[J].大學(xué)教育，2013，（09）：100-102.

[4]百度百科.http：//baike.baidu.com/view/474007.htm[OL].2013-12-01.

[5]百度百科.http：//baike.baidu.com/view/1388375.htm[OL].2013-12-01.

[6]趙振興.水力學(xué)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005.

[7]俞冠伊.“啟發(fā)式教學(xué)”教育體系在環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)中的建設(shè)研究[J].教育教學(xué)論壇，2014，（26）：160-162.