跨学科横向联想法在水工艺设备基础教学中的实践

周莉菊

摘要：针对水工艺设备基础课程理论教学特点，利用质量和能量守恒定律，通过跨学科横向联想，比较能流密度q如热流密度、电流密度的概念，推导出其对应的水力学中的质流密度的概念为密度与水流流速的乘积，水力学中的密度与流速势函数的乘积相应于热力学中导热系数与温度的乘积。

关键词：水工艺设备基础；教学；横向联想；能流密度；质流密度

中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）02-0198-02

“水工艺设备基础”课程是给水排水工程专业的专业基础课程[1]，在给水排水工程中设备化程度越来越高[2]，水工艺设备水平成为水工业发展水平的重要标志[3]，要求水专业技术人员掌握水工艺设备的基础知识。

一、教学内容研究

“水工艺设备基础”课程的基础知识包括水工艺设备常用材料，材料设备的腐蚀、防护与保温，水工艺设备理论基础[1]。这些内容涉及到工程力学、无机化学、有机化学、电工与电子基础、材料学、传热学等多个学科[2][3]，要求教师在收集相关资料的基础上汲取精华加以提炼和总结[2]，积极引导学生进行跨学科横向联想思维，将所学的知识融会贯通，激发学生学习该课程的积极性。

二、热流密度、电流密度与能流密度

在导热基本概念中，热流密度定义为：单位时间单位面积上所传递的热量，单位为“J/（s·m2）”或“W/m2”。此时，引导学生跨学科联想到电学中的电流密度定义为：单位时间单位面积上所传递的电量，单位为“J/（s·m2）”或“W/m2”[4]。以及联想到能流密度的概念：单位时间单位面积上所传递的能量，单位为“J/（s·m2）”或“W/m2”[5]。

导热微分方程式[1]：假定所研究的物体是连续均匀和各向同性的介质，其导热系数λ、比热c和密度ρ均为已知，并假定物体内具有内热源，当内热源发热时为正值，吸热时为负值。内热源强度：单位时间单位体积所发出的热量，单位为“W/m3”。从进行导热过程的物体中分割出一个微元体dV=dxdydz，设，在dt时间内，导入与导出微元体的净热量为dQ1，内热源的发热量为dQ2，微元体内能的增加为dQ3，根据能量守恒与转化定律：

比较二阶导数也会发现：水力学中的密度与流速势函数的乘积ρφ相应于热力学中导热系数与温度的乘积λT。通过比较热流密度和质流密度，运用启发式教学[7]，学生在问题的引导和教师的指导下完成了发现问题—分析问题—解决问题的过程。

利用质量和能量守恒定律，通过学习热流密度q的概念，引导学生推导出其对应的水力学中的质流密度的概念为密度与水流流速的乘积ρu，水力学中的密度与流速势函数的乘积ρφ相应于热力学中导热系数与温度的乘积λT。跨学科横向联想思维，不仅拓宽了课程的知识面，提高了学生分析和解决问题的能力，同时也锻炼了学生跨学科横向联想将知识点融会贯通的能力。

参考文献：

[1]黄廷林.水工艺设备基础[M].第二版.北京：中国建筑工业出版社，2009.

[2]赵星明.“水工艺设备基础”课程教学研究与实践[J].科技信息，2010，（08）：512，515.

[3]张翔凌，姜应和，金建华.高等院校工科专业基础课教学方法与改革研究——以《水工艺设备基础》为例[J].大学教育，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]赵振兴.水力学[M].北京：清华大学出版社，2005.

[7]俞冠伊.“启发式教学”教育体系在环境艺术设计中的建设研究[J].教育教学论坛，2014，（26）：160-162.