“传递现象”课程教学感想
1 引言
动量、热量和质量的传递现象,在自然界和工程技术领域中是普遍存在的。在历史上,大多数工程专业都开设动量传递(流体力学)和热量传递(传热学)课程,而质量传递课程的开设仅限于化工专业。但是近年来,许多工程领域,例如生化工程、环境工程、动力机械工程、冶金工程等对于气体、液体和固体的传递过程的研究兴趣也日益增大。因此,目前许多专业都分别开设动量传递、热量传递、质量传递这三门课程。
然而,对于学生来说,分别学习这三门课程时,往往难于理解上述三种传递过程之间的内在联系,应该说这是一个很大的缺陷。基于这种考虑,1960年,R.B. Bird等人在《传递现象》(Transport Phenomena)一书中对这三种传递现象用统一的方法进行讨论,力图阐明这三种传递过程之间在定性和定量描述以及计算上的相似性。这对于学生更深入理解传递过程的机理是十分有益的。自此,“传递现象”这门课程越来越受到人们的重视,它也成为许多工程专业必修的专业基础课。 目前,“传递现象”是国内外化学工程专业研究生最重要的学位课程之一,主要介绍传统的化工生产中各个单元过程理论(动量传递、热量传递、质量传递)。课程教学的任务是在大学化工原理(或传递过程与单元操作)课程的基础上,通过课程学习使学生理解动量传递、热量传递和质量传递的基本原理以及三者之间的密切联系,掌握建立、
求解化工传递过程数学模型基本方法,提高学生分析问题、解决问题的能力。具体目的和要求如下:
1.1 正确理解动量、热量、质量传递过程的有关基本概念,系统掌握研究上述三种传递过程的基本方法,如运用微元体积法和矢量方程分析传递过程并建立数学模型;
1.2 掌握传递方程的基本求解方法,如分离变量法、变量置换法、Laplace变换法以及数值解法,为化工传递过程的分析与求解奠定基础;
1.3 掌握运用“三传”理论分析求解流体流动阻力、传热系数及传质系数的基本方法,充分理解“三传”现象的类似性;
1.4 深入了解各传递过程的机理,这对于改善各类传递过程和设备的设计、操作和控制过程十分重要; 1.5 为其他科研提供理论基础。 2 教材的选用
对于任何一门课程来说,教材的选择都是非常重要的。一本好的教材不但可以提高教师的教学效果,而且可以提高学生学习的积极性。“传递现象”作为化工类的经典学科,它在化学工业发展的历史长河中功不可没,即使是今天和未来,它所起的基础作用依然是其它任何学科不可替代的。因此,对于“传递现象”这门课程来说,教材及参考书的选用尤为重要[1]。
化工部和一些高校先后编写了几本“传递现象”教材,如《化工传递过程》(化工出版社出版)、《传递现象导论》(化工出版社出版)、
《动量、热量和质量传递》(天津大学编写)、《传递原理》(华南理工大学编写)等。这些教材基本上反映了当时国内外该学科的进展情况。然而,由于化学工程学科的迅速进展、“传递现象”理论在其它学科(如生物化工、能源化工、环境化工、材料科学等)上更为广泛的应用,以及“集成工程”、“回归工程”等新概念的提出,这些教材上的许多内容略显陈旧过时,一些新的内容没有重新编进教材。此外,由于各教材的侧重点各异,目前国内还没有一本教材能获得业内人士的广泛认同,未能在大多数高校普及使用。长期以来,国内研究生该门课程的教材大多数由各校自编,相当一部分是参照国外的教科书编写的。 笔者在“传递现象”教学实践中,以《传递现象导论》(化工出版社出版)为教材蓝本,参考目前国外较为流行的教科书,如“Transport Phenomena, 2nd Edition, R.B. Bird, John Wiley & Sons Inc, New York, 2001”、“Analysis of Transport Phenomena, William M. Deen, Oxford University Press, New York, 1998”、“Introduction to Transport Phenomena, W. J. Thomson, Prentice-Hall, Inc, New Jersey,2000”等,借鉴笔者在新加坡国立大学攻读博士期间该门课程的学习经验,引入传递理论的新内容,结合国内研究生实际情况,自己编写教案。该门课程的学习可以使学生掌握最新的传递理论发展动态和知识,加强对“三传”的深入认识,提高分析和解决问题的能力,有助于学生综合能力和素质的培养。
3 采用多媒体和板书相结合,提高授课效率
当代科学技术日新月异,知识总量不断增加,教师如何在有限的