高校材料工程基础课程教学模式
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摘要：洛阳理工学院是一所应用型普通本科院校，为国家培养新型应用型人才。本文以洛阳理工学院无机非金属材料工程专业重要基础课程《材料工程基础》为引，针对应用型本科院校建设目标深入讨论本课程的教学模式改革，强化夯实基础，学以致用，融合创新的教学理念，培养新时代的应用型技术人才。以学生为主，老师为辅新型的教学模式起到了良好的教学效果。通过课程的学习夯实了学生的理论基础，培养了学生的主观能动性，提升了学生分析和解决实际工程问题的能力。
关键词：材料工程基础；课程教学；夯实基础；学以致用；融合创新
材料是国家之基，发展之本。随着科技的不断进步，越来越多具有优异性能或特殊功能新材料的出现打破了传统材料的应用局限，推动技术创新和产业升级，为建设社会主义制造强国起到了重要的战略意义。然而新材料的出现也带来了新的生产工艺的巨大改变，这也间接造成了一大批应用型人才资源的紧缺。为了符合国家发展需要，为国家培养出一大批新技术的“操刀手”也是目前所有应用型高等院校最亟需解决的问题［１－２］。洛阳理工学院是一所应用型普通本科院校，其主要为建材行业输送大量具有高技术应用型人才。《材料工程基础》作为洛阳理工学院无机非金属材料工程专业的一门重要的专业基础课程，意在培养学生专业的工程理论素养和分析解决实际问题的能力。课程主要是以材料工程共性基础理论为主线，从工程研究方法、工程基础理论和工程理论应用方面深入剖析材料在制备和生产过程中的实际问题，其内容涵盖了工程应用中的“三传一反”的理论知识，即：动量传递、能量传递、质量传递以及燃料燃烧发生的化学反应过程，为实际解决工程问题提供了理论基础支撑［３－４］。《材料工程基础》是一门理论和工程实践的课程，理论教学的过程中往往涉及大量公式的推导和复杂工程问题的剖析［５］。因而这门课的学习对学生的高等数学、物理学方面的知识以及综合分析、处理问题的能力要求较高。但是很多通同学的基本理论计算知识并不扎实，在教学的过程中往往会让学生感到乏味，不容易接受。同时，在分析实际工程问题的时候，很多同学因缺乏实际工程的经验，很难有着直观地了解，甚至不清楚这些理论知识的用处。针对这一现象，为了最大可能实现教学质量的提升，改变基础学科教学的现状，很多应用型高校在教学模式上提出了新的思考［６－１１］。本文以洛阳理工学院为例，将“夯实基础，学以致用，融合创新”的新型教学模式融入到无机非课程教学计划，极大地拓宽了学生的见识，起到了良好的教学效果。
１“夯实基础”之花
好花结好果，花的好坏决定了果实的品质。新时代的中国要发展壮大，就需要一大批优秀的应用型、创新型人才去服务和改造社会，为社会进步注入新鲜的血液。为了培养具有坚实的理论知识的应用型人才，洛阳理工学院在教学模式上首先着眼于“夯实”二字。结合新形势下的国内教学模式，在多媒体教学的基础上，将实际工程问题的相关视频资料融入到课堂教学之中，让学生更能清晰地了解所学知识的具体应用之处。让学生在观看视频的同时能够根据自己所学的知识提出自己的看法与见解，进而加强了老师和同学之间的互动。在交流过程中常常会迸发出新的观点和想法，不仅提升了学生的上课积极性，同时也间接拓宽了老师的创新思维。《材料工程基础》作为无机非金属专业必修的一门专业性基础课，内容涵盖了流体力学、传热学、物料干燥、燃料及燃料燃烧四个部分，每一个部分都有不同的特点。在课堂教学的过程中，针对每一部分，都是由浅入深，层层递进的方式，将知识点串联成线，让学生知道每一个公式或者方程的来处，加深教学记忆。流体力学从流体的相关理论入手，介绍了流体的概念、主要物理性质和力的作用。通过以理想流体为对象，进行了流体静力学描述，进而提出了流体在重力场中的静力学基本方程。在流体运动学和动力学基础的这一部分，通过拉格朗日和欧拉对流体的描述中，逐步引出了描述不同流体流态的基本方程之一的连续性方程。通过对理想流体的研究逐步带出了描述流体的伯努利方程和动量方程，也分析了流体在实际流动过程中的阻力因素导致的能量损失。运用该部分知识也实现了各种流量计及烟囱设计的相关理论知识的探索。在此基础上，运用流体的相关理论知识，实现了工业生产过程风机和泵的设计，通过实际的流体流态流向和能量损失，确定了风机和泵的工作原理，实现了离心式风机和泵的有效安装和选型。传热学基础介绍了热量传递的基本概念、基本方式以及传热过程和传热热阻。在教学过程中，以傅里叶基本定律为线逐步推导出导热微分方程。在此基础上，以实际工程问题中窑炉导热为例开展了一维稳态导热的单层平板到多层平板的导热推导，让学生直观地了解导热过程中的能量损耗。同样地，以牛顿冷却公式为基本定律，探究了对流换热过程中的流体和流体之间或流体与固体之间热量交换的机理，分析了影响对流换热的主要因素。最后，以普朗克定律为线揭示了辐射传热过程中的作用机理及影响辐射传热的因素。在此基础上，分析在实际工程应用过程中运用强化传热或者削弱传热的方式减少能量的损耗。物料干燥主要涉及物料排出水分的过程。这一部分主要让学生了解和掌握不同物料的干燥方法。掌握干燥介质中的性质及焓湿图的描述。同时，了解干燥介质和物料干燥的变化过程。通过把握水分在气－固两相间的平衡实现干燥过程的物料衡算和热量衡算以及干燥速率的影响因素的探索。燃料及其燃烧理论主要涉及燃料种类的介绍、燃料的组成及其表示方法、组成的换算、热工性质及选用原则等相关理论知识。同时，通过理论空气量和实际空气量的计算、理论烟气量及实际烟气量及其组成的计算、过剩空气系数的计算，让学生在将来的工作实践中去合理的选择燃料，提升燃料的燃烧效率。通过洁净燃烧技术的教学，让学生了解现代化工厂所面临的“三废”问题，以及处理这些问题所用到的现代化技术。
２“学以致用”之果
学习之“果”在于运用，如何实现“果实”价值的最大化，是每一所应用型大学的新目标和新方向。为了加深本课程的理解，加强学生的实践运用能力。本课程设置了１２个学时的实验课程，包括沿程阻力系数测定实验、局部阻力系数测定实验，干燥实验及煤的工业分析。在实验及撰写报告的过程中，学生能够清楚的了解影响沿程阻力系数和局部阻力系数的影响因素，了解流体流动状态、流体温度、管道的长度及管径等因素的影响机制。通过干燥实验过程，学生能直观地了解干燥条件及其影响干燥速率的因素。同时，了解洞式干燥器的工作原理，从实践中加深物料干燥过程相关知识的理解。通过对煤的工业分析实验，让学生明白煤的组成表示方法，进而拓展到理论课堂上固体燃料、液体燃料和气体燃料的表示方法。加深对燃料的特性的了解和分析，为实际工程应用提供理论基础。
３“融合创新”之精
将所学的知识融合先进的理念加以创新是“融合创新”之精髓。洛阳理工学院在学生教育过程中设置了课程设计环节，主要利用了材料工程基础的相关知识。本文以陶瓷专业方向的隧道窑设计为例，学生根据流体力学的知识完成管道的设计和风机的选型。通过合理布置管道，减少了局部阻力的损失。对管道的特性曲线和风机的性能曲线，确定了风机的工作点，进而对风机进行选型。根据传热学基础的理论知识对窑墙及窑顶工作层、保温层和结构层的材料选择及厚度计算，以减少热量的散失。根据燃料燃烧过程的发热量、以及空气需要量和烟气生成量的确定，对所使用的燃料进行选择。同时根据空气需要量和烟气量生成量，来确定窑炉的工艺制度。通过合理的布置，设计出完整、高效、节能的新型窑炉，实现了热量的高效利用。通过设计窑炉的过程中，让学生充分发挥主观能动性，将所思所想融入到窑炉的设计过程。通过对工程案例的调研分析等方式增强学生的工程意识和工程素养，有利于促进无机非金属材料工程专业的应用技术型人才培养目标的实现，设计的图纸有着良好的应用价值。
４结语
《材料工程基础》的学习是无机非金属材料工程专业学生从事本领域的理论基础。从浅入深的新型教学模式夯实了学生的理论基础，后续的课程设计增加了学生发现和解决工程问题的能力。同时也提升了学生的学习兴趣，提升了学生的创新能力。
参考文献
［１］何代华.浅谈《材料工程基础》课程的教学改革［Ｊ］．中国教育导刊，２０１１（７）：６８－６９.
［２］李青霄，张心会，王继娜，等.无机非金属材料工程专业《材料工程基础》课程的教学改革探讨［Ｊ］．广东化工，２０２１，４８（７）：２４１－２４２.
［３］徐德龙，谢峻林.材料工程基础［Ｍ］．武汉：武汉理工大学出版社，２０１９．
［４］文进，谢峻林.《材料工程基础》课程改革与实践［Ｊ］．理工高教研究，２００２，２１（５）：１１０－１１１.
作者：殷超凡 袁方月 董宾宾 杨俊瑞 王黎 刘明 王青峰 罗伟 钱跃进 赵营刚 熊飞 单位：洛阳理工学院