“冶金传输原理”课程的案例教学探讨与实践

[基金项目]2022年度省学位与研究生教育教学改革研究项目“结合案例教学方法的《冶金传输原理》创新教学模式研究”（JXYJG-2022-131）；2021年度省研究生优质课程和案例建设项目“材料与化工传输原理”（赣教研[2021]17号）

[作者简介]（1986—），男，抚州人，博士，副教授，主要从事连铸研究；（1972—），男，黑龙江齐齐哈尔人，博士，教授（通信作者），主要从事冶金资源综合利用研究。

[中图分类号］G642.0 ［文献标识码］A [文章编号]1674-9324（2025）14-0129-04 [收稿日期]2024-08-21

“冶金传输原理”是冶金工程的核心课程之一，它为学生提供了关于冶金过程中基本传输现象的理论基础和实际应用指导，这些现象包括动量传输、热量传输和质量传输。该课程在培养学生实践能力和创新能力方面发挥着关键作用，对于解决实际工程问题具有至关重要的作用。然而，根据用人单位和毕业生反馈，课程存在偏重理论、缺乏应用案例的问题，导致学生数学模型求解能力不足，难以独立解决实际问题。因此，提出基于案例教学的改革方案：引人案例教学，优化教学内容，改进教学方法，将理论与案例分析相结合，加强数学基础教学，以提升学生的实践和创新能力。

一、“冶金传输原理”课程现状分析

（一）国外相关研究现状

在“冶金传输原理”课程领域，国际上有许多值得我们借鉴的研究和教学成果。这些成果不仅推动了教学理论的发展，还促进了教学方法和教材的创新。以下是一些相关的国际经验：德国亚琛大学利用真实工业案例深化学生对冶金过程中的传输原理的理解，增强学生的实践能力和创新思维。澳大利亚国立大学开发了虚拟实验室软件，使学生能够在没有物理实验设备的情况下进行实验操作和数据分析。这种虚拟实验室的应用提高了学生的学习体验。在日本，一些院校推行跨学科课程设计，将“冶金传输原理”与计算机、应用数学等学科相结合。这种跨学科的教学模式帮助学生从不同角度理解和应用传输原理，促进了创新能力的培养。美国麻省理工学院和斯坦福大学的课程广泛应用计算流体力学和有限元分析等现代计算工具。这些工具不仅用于研究，还被整合进本科和研究生教学中，帮助学生更好地理解复杂的传输现象和工程问题。此外，美国的一些大学与企业紧密合作，定期更新课程内容，确保教学与行业需求保持同步。企业专家不仅参与课程设计，还会直接参与教学，为学生提供最新的行业知识和技术动态。这些国外的教学成果表明，通过案例教学，能够培养学生运用传输原理解决实际工程问题的能力，提高教学效果，可为国内相关课程的改进提供参考[1-2]

（二）课程教学现状分析

在“冶金传输原理”课程的教学中，我们面临以下两个主要问题。如表1所示。

1.课程教材内容存在的问题。现有教材过于注重传统理论，未能及时更新以反映冶金领域的新发展，尤其是在现代冶金工业中多场多相瞬态的流体动力问题方面的缺失。“冶金传输原理”理论的发展主要表现在数学模型求解技术的进步，但教材缺乏相关教学内容[3]，导致学生难以熟练运用最新数学工具进行建模和计算分析，无法独立解决复杂的冶金工程的问题。此外，教学团队对最新冶金工艺过程了解不足，难以及时将理论知识与先进的冶金工程应用相结合。

2.授课方式“重理论轻应用”。教学方式以灌输式理论讲授为主，缺乏案例分析和讨论环节，导致学生被动学习，缺乏兴趣与主动性；实践应用教学不深人，未能有效激发学生的实践能力和创新思维。

二、教学内容优化与教学方法改进

为提升“冶金传输原理”课程的教学效果，本研究提出一种理论知识讲授与案例教学相结合的教学模式，具体从优化教学内容和改进教学方法两个方面入手。

（一）引入案例教学优化教学内容，确保教学内容紧跟行业发展

1.构建案例教学的教学目标，引人实际案例优化教学内容。首先，我们通过深人调研行业发展趋势和企业用人需求，与行业专家和校友进行沟通，明确了工程师所需的核心技能，并将提升学生的问题解决能力、理论应用能力、实践动手能力，以及批判性思维和创新能力作为教学目标。其次，我们以先进企业发展的技术为参考，设计了贴近实际应用的教学案例。这些案例反映了企业生产中的关键问题和挑战，并涵盖了冶金过程中的典型传输现象[4]，如流体力学、传热学、传质学等。我们邀请行业专家参与或修改案例教学内容，编制了16个具有代表性的教学案例，包括冶金旋风除尘器流场、冶金氧枪自由喷射流、模拟铜铁焊接、金属的凝固与传热、传质一湍流燃烧过程等，重点介绍了如何运用现代数学工具求解相关数学模型。这些案例均源自实际工程实践，能够有效增强学生对理论知识的理解和应用能力。

2.加强数学求解技术的教学。解决冶金工程问题的关键难点往往在于如何求解复杂的数学物理传输方程。首先，我们需要培训教师掌握最新的数学工具和教学方法；其次，在课程体系中，我们应强化人工智能、泛函分析、谱分析、留数定理、复变函数、拉格朗日量、哈密顿量、最小作用量原理、自适应网格细化、格子玻尔兹曼、有限差分、有限单元等数学求解工具的教学内容，帮助学生深人理解数学原理，提高其解决实际问题的能力。

3.以科教融合、校企协同育人为理念，建立持续改进机制。首先，我们鼓励教学团队及时将科研工作中取得的与德育课程相关的研究成果、国内外新研究动向等融入课程讲义和案例当中，不断丰富和充实教学资源，让学生接触到学科前沿知识，培养其创新精神和思维方式[5-6]，激发其学习兴趣。其次，我们建立校企合作机制，与知名企业建立长期合作关系，定期邀请企业技术人员参与教学，为学生讲解最新技术发展动态，分享实际问题和应用需求，以便及时调整教学内容[7]。再次，我们建立教学内容动态更新机制，组建由教研室成员和行业专家组成的教学内容更新委员会，定期评估和修订教材和课程内容[8]。最后，我们加强教学团队建设，优化知识结构，确保在过去五年中，每年组织教师参加为期不少于一个月的冶金工程实训培训，并支持教师参加学术交流和企业挂职锻炼，以获取最新的行业信息和技术。

（二）改进教学方法，提高案例教学效果

1.改进教学方法。首先，我们采用结合理论教学与案例分析的教学模式，在课堂上系统讲授传输原理的理论知识，确保学生掌握基本概念和方法。在此基础上，我们通过案例讨论和讲解，帮助学生理解理论知识的实际应用。其次，我们组织课堂讨论，让学生分组讨论案例，提出问题和解决方案，锻炼他们的团队协作能力和创新思维。学生可以通过演讲形式展示如何从传输原理出发进行理论分析和数学建模，探讨解决冶金问题的方法。我们通过举一反三的习题巩固学生对知识点的理解，引导学生从传输原理的知识出发，思考运用传输原理解决实际冶金问题的思路和方法，培养他们的创新思维和解决问题的能力。再次，我们注重增加师生互动，在学生讲解过程中，教师或企业专家可以适时点评和补充，帮助学生梳理理论与实践的联系，增强他们对实际应用的理解。最后，我们布置案例作业，要求学生以小论文形式提交，包括问题提出、分析过程、数学模型建立及求解、理论与实际数据对比等，进一步巩固知识并培养他们的创新思维和利用知识解决实际问题的能力。

2.加强教学过程管理。评估学生对教学案例的理解程度是衡量案例教学效果的关键。第一，我们通过关注学生在小组讨论中提出的问题和见解，评估他们对案例内容的掌握程度。第二，我们布置与案例密切相关的案例作业，要求学生撰写案例分析报告，以评估他们对理论知识的理解和应用能力。第三，我们组织案例分享与交流，安排学生在课堂上分享分析成果，了解他们的理解程度和学习体验。第四，我们邀请企业专家参与点评，企业专家的参与不仅能为学生提供实际行业中的宝贵见解，还能帮助学校了解学生在分析能力和实践应用方面的表现。这种互动为学生提供了一个将理论知识应用于实际问题的机会，同时也为课程的改进提供了有价值的反馈。第五，我们通过对比案例教学前后的学生成绩、理解程度和应用能力，评估案例教学的实际效果，以确保持续改进教学方法。

三、改革成效分析

通过基于案例教学的改革，“冶金传输原理课程取得了显著成效。

（一）学生掌握理论知识的情况显著改善

改革前，学生对抽象理论知识的理解较为肤浅，常常难以将其应用于实际问题中。教学改革后，学生对“冶金传输原理”课程的核心概念和基本理论的掌握情况有了显著改善。通过引入实际案例和互动教学法，学生能够更好地理解和记忆理论知识。在期末考试中，学生的平均成绩较改革前提高了 2 0 % ，优秀率提升了 1 5 % 。此外，课堂测验和小组讨论的反馈显示，学生对关键知识点的掌握更加牢固，能够清晰地解释和运用相关理论。

（二）学生解决实际问题能力的提高

通过案例分析、项目设计和实践操作等环节，学生在解决复杂实际问题方面的能力有了显著提升。在案例作业中，学生能够从实际工程问题出发，运用所学理论知识进行数学建模和求解，并提出切实可行的解决方案。学生反馈表明，这些实践活动不仅锻炼了他们的动手能力和创新思维，也提升了他们在团队合作中解决问题的综合能力。

（三）教学质量的整体提升

首先，课堂气氛更加活跃，学生的参与度和互动性明显增强。教师通过案例教学和互动讨论，引导学生积极思考和表达观点，课堂讨论的深度和广度均有所提升。其次，学生的学习积极性和主动性有了显著提高，课后作业和实践项目的完成质量明显改善。教师反馈，在改革后的教学过程中，学生的学习兴趣和投人度大大增加，教学效果显著提升。

结语

教学改革引入实际案例，提升了学生的理论成绩和应用能力，增强了他们解决实际问题的能力。引人案例教学改进教学方法后，学生的学习积极性和师生互动增强，广受认可。尽管教学改革已取得成效，仍须持续优化更新案例内容，加强企业与教师合作，提升教师能力，并建立多元化评价机制（包括行业专家评价），以全面改进教学质量。

参考文献

[1]陈超，林万明《冶金传输原理》课程思政融入方式研究[J].创新教育研究，2023，11（11）：3488-3494.

[2]施晓芳，常立忠，岳强.冶金传输原理实施课程思政的研究与实践[J].安徽工业大学学报（社会科学版），2023，40（4）：97-98.

[3]雷洪，赵岩.冶金过程仿真程序设计教学探索[J].中国冶金教育 ， 2 0 2 0 （ 5 ）：1 5-1 6+1 9

[4]周小宾，岳强，吴朝阳，等.数值模拟仿真在材料加工冶金传输原理教学中的应用[J].安徽工业大学学报（社会科学版），2023，40（3）：67-70.

[5]郭文涛，赵增武，刘香君，等.科研在冶金传输原理课程教学中的促进作用[J].中国冶金教育，2020（2）：34-36.

[6」刘然，王杏娟，艾立群，等《冶金传输原理》课程教学手段的改进[J].教育教学论坛，2015（27）：135-136.

[7]白庆伟，金永丽.冶金传输原理课程教学创新[J].中国冶金教育，2022（2）：33-35.

[8]金永丽，赵增武.冶金传输原理与反应工程课程教学改革［J].中国冶金教育，2020（3）：36-37，41.

Exploration and PracticeofCase-Based Teaching in the Course ofMetallurgical Transport PrinciplesZHANG Hai-hui，WANGRui-xiang， TONG Zhi-fang，LAI Chao-bin

（School ofMetallrgical Engineering， Jiangxi University of Scienceand Technology， Ganzhou，Jiangxi， China）

Abstract：This paper examines the current state and reform measures of the Principles of Metallurgical Transport course.The current curriulum is heavily theoretical，lacking practical application， making it diffult for students to apply theoretical knowledge to real enginering problems.In response，the paper proposes areform plan basedoncase-basedteaching，integratingreal-worldcases withtheoreticalinstructiontoimprove teachingmethods， focus oncultivating students’practicaland innovative abilities，and enhance their practical skills and innovative thinking. Introducing real-world case teaching to bridge theory and practice can help students better understand and master theoretical knowledge，strengthen their mathematical foundation，and thus significantly improve their theoretical understanding and problem-solving capabilities.

Keywords：Metallurgical Transport Principles； case-based teaching；ability cutivation