應用型高校材料工程基礎課程教學模式的新思考*

殷超凡，袁方月，董賓賓，楊俊瑞，王 黎，劉 明，王青峰，羅 偉，錢躍進，趙營剛，熊 飛

(洛陽理工學院，河南 洛陽 471023)

材料是國家之基，發(fā)展之本。隨著科技的不斷進步，越來越多具有優(yōu)異性能或特殊功能新材料的出現(xiàn)打破了傳統(tǒng)材料的應用局限，推動技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級，為建設社會主義制造強國起到了重要的戰(zhàn)略意義。然而新材料的出現(xiàn)也帶來了新的生產(chǎn)工藝的巨大改變，這也間接造成了一大批應用型人才資源的緊缺。為了符合國家發(fā)展需要，為國家培養(yǎng)出一大批新技術(shù)的“操刀手”也是目前所有應用型高等院校最亟需解決的問題[1-2]。

洛陽理工學院是一所應用型普通本科院校，其主要為建材行業(yè)輸送大量具有高技術(shù)應用型人才?！恫牧瞎こ袒A》作為洛陽理工學院無機非金屬材料工程專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎課程，意在培養(yǎng)學生專業(yè)的工程理論素養(yǎng)和分析解決實際問題的能力。課程主要是以材料工程共性基礎理論為主線，從工程研究方法、工程基礎理論和工程理論應用方面深入剖析材料在制備和生產(chǎn)過程中的實際問題，其內(nèi)容涵蓋了工程應用中的“三傳一反”的理論知識，即：動量傳遞、能量傳遞、質(zhì)量傳遞以及燃料燃燒發(fā)生的化學反應過程， 為實際解決工程問題提供了理論基礎支撐[3-4]。

《材料工程基礎》是一門理論和工程實踐的課程，理論教學的過程中往往涉及大量公式的推導和復雜工程問題的剖析[5]。因而這門課的學習對學生的高等數(shù)學、物理學方面的知識以及綜合分析、處理問題的能力要求較高。但是很多通同學的基本理論計算知識并不扎實，在教學的過程中往往會讓學生感到乏味，不容易接受。同時，在分析實際工程問題的時候，很多同學因缺乏實際工程的經(jīng)驗，很難有著直觀地了解，甚至不清楚這些理論知識的用處。針對這一現(xiàn)象，為了最大可能實現(xiàn)教學質(zhì)量的提升，改變基礎學科教學的現(xiàn)狀，很多應用型高校在教學模式上提出了新的思考[6-11]。

本文以洛陽理工學院為例，將“夯實基礎，學以致用，融合創(chuàng)新”的新型教學模式融入到無機非課程教學計劃，極大地拓寬了學生的見識，起到了良好的教學效果。

1 “夯實基礎”之花

好花結(jié)好果，花的好壞決定了果實的品質(zhì)。新時代的中國要發(fā)展壯大，就需要一大批優(yōu)秀的應用型、創(chuàng)新型人才去服務和改造社會，為社會進步注入新鮮的血液。為了培養(yǎng)具有堅實的理論知識的應用型人才，洛陽理工學院在教學模式上首先著眼于“夯實”二字。結(jié)合新形勢下的國內(nèi)教學模式，在多媒體教學的基礎上，將實際工程問題的相關視頻資料融入到課堂教學之中，讓學生更能清晰地了解所學知識的具體應用之處。讓學生在觀看視頻的同時能夠根據(jù)自己所學的知識提出自己的看法與見解，進而加強了老師和同學之間的互動。在交流過程中常常會迸發(fā)出新的觀點和想法，不僅提升了學生的上課積極性，同時也間接拓寬了老師的創(chuàng)新思維。

《材料工程基礎》作為無機非金屬專業(yè)必修的一門專業(yè)性基礎課，內(nèi)容涵蓋了流體力學、傳熱學、物料干燥、燃料及燃料燃燒四個部分，每一個部分都有不同的特點。在課堂教學的過程中，針對每一部分，都是由淺入深，層層遞進的方式，將知識點串聯(lián)成線，讓學生知道每一個公式或者方程的來處，加深教學記憶。

流體力學從流體的相關理論入手，介紹了流體的概念、主要物理性質(zhì)和力的作用。通過以理想流體為對象，進行了流體靜力學描述，進而提出了流體在重力場中的靜力學基本方程。在流體運動學和動力學基礎的這一部分，通過拉格朗日和歐拉對流體的描述中，逐步引出了描述不同流體流態(tài)的基本方程之一的連續(xù)性方程。通過對理想流體的研究逐步帶出了描述流體的伯努利方程和動量方程，也分析了流體在實際流動過程中的阻力因素導致的能量損失。運用該部分知識也實現(xiàn)了各種流量計及煙囪設計的相關理論知識的探索。在此基礎上，運用流體的相關理論知識，實現(xiàn)了工業(yè)生產(chǎn)過程風機和泵的設計，通過實際的流體流態(tài)流向和能量損失，確定了風機和泵的工作原理，實現(xiàn)了離心式風機和泵的有效安裝和選型。

傳熱學基礎介紹了熱量傳遞的基本概念、基本方式以及傳熱過程和傳熱熱阻。在教學過程中，以傅里葉基本定律為線逐步推導出導熱微分方程。在此基礎上，以實際工程問題中窯爐導熱為例開展了一維穩(wěn)態(tài)導熱的單層平板到多層平板的導熱推導，讓學生直觀地了解導熱過程中的能量損耗。同樣地，以牛頓冷卻公式為基本定律，探究了對流換熱過程中的流體和流體之間或流體與固體之間熱量交換的機理，分析了影響對流換熱的主要因素。最后，以普朗克定律為線揭示了輻射傳熱過程中的作用機理及影響輻射傳熱的因素。在此基礎上，分析在實際工程應用過程中運用強化傳熱或者削弱傳熱的方式減少能量的損耗。

物料干燥主要涉及物料排出水分的過程。這一部分主要讓學生了解和掌握不同物料的干燥方法。掌握干燥介質(zhì)中的性質(zhì)及焓濕圖的描述。同時，了解干燥介質(zhì)和物料干燥的變化過程。通過把握水分在氣-固兩相間的平衡實現(xiàn)干燥過程的物料衡算和熱量衡算以及干燥速率的影響因素的探索。

燃料及其燃燒理論主要涉及燃料種類的介紹、燃料的組成及其表示方法、組成的換算、熱工性質(zhì)及選用原則等相關理論知識。同時，通過理論空氣量和實際空氣量的計算、理論煙氣量及實際煙氣量及其組成的計算、過?？諝庀禂?shù)的計算，讓學生在將來的工作實踐中去合理的選擇燃料，提升燃料的燃燒效率。通過潔凈燃燒技術(shù)的教學，讓學生了解現(xiàn)代化工廠所面臨的“三廢”問題，以及處理這些問題所用到的現(xiàn)代化技術(shù)。

2 “學以致用”之果

學習之“果”在于運用，如何實現(xiàn)“果實”價值的最大化，是每一所應用型大學的新目標和新方向。為了加深本課程的理解，加強學生的實踐運用能力。本課程設置了12個學時的實驗課程，包括沿程阻力系數(shù)測定實驗、局部阻力系數(shù)測定實驗，干燥實驗及煤的工業(yè)分析。在實驗及撰寫報告的過程中，學生能夠清楚的了解影響沿程阻力系數(shù)和局部阻力系數(shù)的影響因素，了解流體流動狀態(tài)、流體溫度、管道的長度及管徑等因素的影響機制。通過干燥實驗過程，學生能直觀地了解干燥條件及其影響干燥速率的因素。同時，了解洞式干燥器的工作原理，從實踐中加深物料干燥過程相關知識的理解。通過對煤的工業(yè)分析實驗，讓學生明白煤的組成表示方法，進而拓展到理論課堂上固體燃料、液體燃料和氣體燃料的表示方法。加深對燃料的特性的了解和分析，為實際工程應用提供理論基礎。

3 “融合創(chuàng)新”之精

將所學的知識融合先進的理念加以創(chuàng)新是“融合創(chuàng)新”之精髓。洛陽理工學院在學生教育過程中設置了課程設計環(huán)節(jié)，主要利用了材料工程基礎的相關知識。本文以陶瓷專業(yè)方向的隧道窯設計為例，學生根據(jù)流體力學的知識完成管道的設計和風機的選型。通過合理布置管道，減少了局部阻力的損失。對管道的特性曲線和風機的性能曲線，確定了風機的工作點，進而對風機進行選型。根據(jù)傳熱學基礎的理論知識對窯墻及窯頂工作層、保溫層和結(jié)構(gòu)層的材料選擇及厚度計算，以減少熱量的散失。根據(jù)燃料燃燒過程的發(fā)熱量、以及空氣需要量和煙氣生成量的確定，對所使用的燃料進行選擇。同時根據(jù)空氣需要量和煙氣量生成量，來確定窯爐的工藝制度。通過合理的布置，設計出完整、高效、節(jié)能的新型窯爐，實現(xiàn)了熱量的高效利用。通過設計窯爐的過程中，讓學生充分發(fā)揮主觀能動性，將所思所想融入到窯爐的設計過程。通過對工程案例的調(diào)研分析等方式增強學生的工程意識和工程素養(yǎng)，有利于促進無機非金屬材料工程專業(yè)的應用技術(shù)型人才培養(yǎng)目標的實現(xiàn)，設計的圖紙有著良好的應用價值。

4 結(jié) 語

《材料工程基礎》的學習是無機非金屬材料工程專業(yè)學生從事本領域的理論基礎。從淺入深的新型教學模式夯實了學生的理論基礎，后續(xù)的課程設計增加了學生發(fā)現(xiàn)和解決工程問題的能力。同時也提升了學生的學習興趣，提升了學生的創(chuàng)新能力。