“燃燒學(xué)”課程建設(shè)與探討

鄧文義?蘇亞欣

摘要：介紹了東華大學(xué)熱能動(dòng)力類專業(yè)新設(shè)“燃燒學(xué)”課程建設(shè)的心得和體會(huì)，對(duì)“燃燒學(xué)”課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段等進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，經(jīng)過教學(xué)實(shí)踐，在提高教師教研水平和學(xué)生綜合素質(zhì)方面取得了良好效果。

關(guān)鍵詞：燃燒學(xué)；課程建設(shè)；能源與環(huán)境系統(tǒng)工程

作者簡(jiǎn)介：鄧文義（1982-），男，浙江溫州人，東華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，講師；蘇亞欣（1972-），男，河北高陽人，東華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，副教授。（上海?201620）

中圖分類號(hào)：G642.0?????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?????文章編號(hào)：1007-0079（2012）27-0070-02

“燃燒學(xué)”是研究燃燒現(xiàn)象、實(shí)踐和理論的學(xué)科，內(nèi)容涉及化學(xué)、熱力學(xué)、傳熱傳質(zhì)學(xué)和流體力學(xué)等問題的復(fù)雜過程。人類的物質(zhì)文明史與燃燒技術(shù)的發(fā)展密不可分，火的歷史也就是人類社會(huì)進(jìn)步的歷史。隨著科技的發(fā)展，人類對(duì)能源的需求是空前的。目前，全世界所消耗的能源中有超過80%是來自煤、石油和天然氣等不可再生燃料的燃燒，對(duì)不可再生的礦物質(zhì)燃料的嚴(yán)重依賴使人類進(jìn)入了空前的能源危機(jī)。與此同時(shí)，環(huán)境保護(hù)又與能源利用息息相關(guān)。在我國，以煤為代表的礦物質(zhì)燃料燃燒所排放的大量的SO2、NOx、CO2等有害氣體對(duì)環(huán)境構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。“燃燒學(xué)”是研究燃料燃燒過程中化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能的一門學(xué)科，它在燃料清潔燃燒、能源高效利用和燃燒污染物控制等方面都扮演著越來越重要的角色。

東華大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱“我校”）熱能工程專業(yè)由1951年設(shè)立的熱工教研室發(fā)展而來，1984年開始招收碩士研究生，2003年獲得碩士學(xué)位授予權(quán)。2008年開始招收能源與環(huán)境系統(tǒng)工程專業(yè)本科。2010年獲得熱能工程碩士學(xué)位授予權(quán)和動(dòng)力工程及工程熱物理一級(jí)學(xué)科碩士點(diǎn)?！叭紵龑W(xué)”課程是能源與環(huán)境系統(tǒng)工程專業(yè)的專業(yè)必修課程，為我校最新的專業(yè)課之一，至今僅有兩年的授課經(jīng)歷。因此，很多與“燃燒學(xué)”相關(guān)的教學(xué)資源都剛剛經(jīng)歷從無到有的過程。從2008年招收能源與環(huán)境系統(tǒng)工程專業(yè)開始，到2011年開始第一次給本科生上“燃燒學(xué)”課程，經(jīng)歷了多年的與“燃燒學(xué)”課程相關(guān)的課程資料和實(shí)驗(yàn)教材的積累和建設(shè)。在該課程多年的建設(shè)中，教師隊(duì)伍結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、教學(xué)內(nèi)容建設(shè)的先進(jìn)性和科學(xué)性、教學(xué)方法和手段的多樣化、相關(guān)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的網(wǎng)絡(luò)共享、教材建設(shè)的持續(xù)性等方面都取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展與成效。

一、課程建設(shè)的總體思路

確立先進(jìn)的教學(xué)思想是開展“燃燒學(xué)”課程建設(shè)的重要前奏，即教學(xué)思想要與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)、社會(huì)發(fā)展、學(xué)生綜合素質(zhì)和能力的全面提高相一致?！叭紵龑W(xué)”課程建設(shè)的指導(dǎo)思想，一方面是提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力；另一方面是深化學(xué)生對(duì)燃燒基本理論的認(rèn)識(shí)，為以后學(xué)習(xí)更深層次的燃燒學(xué)理論打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?！叭紵龑W(xué)”是一門與時(shí)俱進(jìn)的學(xué)科，隨著對(duì)燃燒研究的深入，對(duì)燃燒機(jī)理的認(rèn)識(shí)也日益深入甚至發(fā)生變化。這就要求在教學(xué)過程中不斷完善“燃燒學(xué)”教學(xué)大綱，不斷補(bǔ)充或更新教學(xué)內(nèi)容，進(jìn)而不斷地豐富和完善“燃燒學(xué)”課程的多媒體教學(xué)課件。此外，還建立了該課程的教學(xué)網(wǎng)站，通過網(wǎng)站為學(xué)生提供豐富的“燃燒學(xué)”網(wǎng)絡(luò)資源，同時(shí)為師生之間的網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)提供了良好的平臺(tái)，大大加強(qiáng)了師生之間的聯(lián)系。此外，網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)還為學(xué)生提供了大量的課外學(xué)習(xí)資料，幫助學(xué)生更好地理解燃燒學(xué)理論，從而提高本課程的教學(xué)質(zhì)量。本文將從教材選擇、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源庫建設(shè)和考核方式等六個(gè)方面來介紹“燃燒學(xué)”課程建設(shè)的具體內(nèi)容。

二、課程建設(shè)的具體內(nèi)容

1.教材選擇

根據(jù)國內(nèi)外大學(xué)“燃燒學(xué)”課程的調(diào)研情況，長期以來，國內(nèi)大部分高校的“燃燒學(xué)”課程教學(xué)比較偏重于燃燒設(shè)備和燃燒工程應(yīng)用等教學(xué)內(nèi)容，側(cè)重于工程實(shí)踐型人才的培養(yǎng)。和國內(nèi)高校不同，國外的知名高校“燃燒學(xué)”課程則偏重于燃燒機(jī)理的解釋和原理的推導(dǎo)，尤其側(cè)重于燃燒火焰機(jī)理方面的研究。近年來，國內(nèi)將本科教育改革定位為“通識(shí)教育基礎(chǔ)上的寬口徑專業(yè)教育”的高校越來越多。隨之而來的是，國內(nèi)一些著名高校在“燃燒學(xué)”教學(xué)過程中也逐漸加強(qiáng)對(duì)燃燒基本理論的教育，著重提高學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力。如清華大學(xué)就率先采用國際上通用的“燃燒學(xué)”教材，在國內(nèi)“燃燒學(xué)”教學(xué)改革方面首開先河。

東華大學(xué)作為“211工程”全國重點(diǎn)大學(xué)，推行的教育理念是“一切以學(xué)生的全面發(fā)展與成才為中心”，在大學(xué)本科教育中實(shí)行“建立在通識(shí)教育基礎(chǔ)上，寬口徑、柔性化的專業(yè)教育”。在這種背景下，能源與環(huán)境系統(tǒng)工程專業(yè)“燃燒學(xué)”課程使用的教材是由美國賓夕法尼亞大學(xué)Stephen R.Turns教授編寫，清華大學(xué)姚強(qiáng)教授等翻譯并由清華大學(xué)出版社于2009年4月出版的《燃燒學(xué)導(dǎo)論：概念與應(yīng)用（第2版）》。該書在國外知名學(xué)府的“燃燒學(xué)“課程中被廣泛采用，它采用深入淺出的語言來講解燃燒基本理論及其應(yīng)用，書本的內(nèi)容體現(xiàn)了燃燒科學(xué)在近年來的研究發(fā)展?fàn)顩r和趨勢(shì)。書本中還配有大量的例題以方便學(xué)生掌握，同時(shí)課后還有大量的思考題和習(xí)題提供給學(xué)生作為課后訓(xùn)練。該書還配有一張光盤，光盤中提供了用于燃燒計(jì)算的軟件程序，從而進(jìn)一步提高學(xué)生解決問題的能力。

2.教學(xué)內(nèi)容

“燃燒學(xué)”課程的教學(xué)內(nèi)容體系如圖1所示，由于“燃燒學(xué)”是一門系統(tǒng)的基礎(chǔ)應(yīng)用學(xué)科，內(nèi)容涉及化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)動(dòng)力學(xué)、傳熱傳質(zhì)學(xué)等以數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)的理論體系，因此該課程首先對(duì)這些基本理論從基本概念、邊界條件、理論模型和應(yīng)用實(shí)例等方面進(jìn)行了入門級(jí)的講解，同時(shí)介紹一些涉及重要燃燒反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理方程，以及反應(yīng)流的簡(jiǎn)化守恒方程。在“燃燒基本理論”的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步介紹“燃料的燃燒”，包括氣體燃料、液體燃料和固體燃料，在這一模塊中，為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，增加了許多燃燒實(shí)踐方面的內(nèi)容。如氣體燃料燃燒方面的應(yīng)用案例，有本生燈火焰、家用燃?xì)庠詈拖灎T火焰等；液體燃料燃燒方面的應(yīng)用案例，有柴油機(jī)、燃油鍋爐和燃?xì)廨啓C(jī)等；固體燃料燃燒方面的應(yīng)用案例，有燃煤鍋爐、垃圾焚燒和金屬燃燒等。同時(shí)結(jié)合當(dāng)前科研進(jìn)展情況，及時(shí)地補(bǔ)充一些前沿的學(xué)科知識(shí)，譬如微尺度燃燒技術(shù)、微重力燃燒技術(shù)等。

3.教學(xué)方法

在教學(xué)方法上，尤其在講解抽象理論時(shí)應(yīng)注重理論聯(lián)系實(shí)際，由易到難，逐步深入，選取一些有代表性且比較經(jīng)典的例題進(jìn)行詳細(xì)講解。一些重要理論和知識(shí)點(diǎn)，如：燃燒熱化學(xué)、化學(xué)動(dòng)力學(xué)、傳質(zhì)理論、氣體燃料、液體燃料和固體燃料的燃燒理論等都要涉及，但在難度和深度上要安排合理，時(shí)間安排要緊湊。對(duì)于重點(diǎn)內(nèi)容在講解的過程中應(yīng)深入細(xì)致，占用學(xué)時(shí)數(shù)要多一些。為了啟發(fā)學(xué)生獨(dú)立思考的能力，且讓所學(xué)的知識(shí)能夠融會(huì)貫通，并讓學(xué)生感受到知識(shí)的實(shí)用性，注重將書本中的抽象理論和實(shí)際相聯(lián)系。例如，在講解燃燒過程反應(yīng)機(jī)理時(shí)，要結(jié)合印刷電路板阻燃劑的阻燃原理進(jìn)行解釋，同時(shí)讓學(xué)生課后查閱各種滅火器的滅火原理等；在學(xué)習(xí)著火和熄火理論時(shí)，聯(lián)系礦井中的瓦斯爆炸，以及早期礦燈的發(fā)明原理等；在介紹燃燒過程污染物排放和控制時(shí)，讓學(xué)生查閱當(dāng)代燃煤鍋爐在脫硫、脫硝以及二氧化碳減排和儲(chǔ)存方面的最新技術(shù)，并引導(dǎo)學(xué)生從燃燒原理角度對(duì)這些新技術(shù)進(jìn)行解釋，等等。此外，為活躍課堂學(xué)習(xí)氛圍，在課堂教學(xué)中向?qū)W生演示一些簡(jiǎn)單的小實(shí)驗(yàn)。比如給學(xué)生演示打火機(jī)、酒精燈和火柴的火焰，讓學(xué)生觀察這些火焰有什么不同，并結(jié)合燃燒知識(shí)對(duì)這種差異的內(nèi)在原理進(jìn)行解釋；在酒精燈火焰上水平放置一塊鐵絲網(wǎng)，并逐漸將鐵絲網(wǎng)在火焰面上上下移動(dòng)，觀察火焰會(huì)發(fā)生什么變化，并結(jié)合書本知識(shí)解釋這種現(xiàn)象。通過這些小實(shí)驗(yàn)，很大程度上提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，以及思考和探索問題的能力。

4.教學(xué)手段

我校的“燃燒學(xué)”課程采用多媒體授課為主的教學(xué)方式，充分利用現(xiàn)代多媒體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，制作多媒體教學(xué)課件。同時(shí)，為了加強(qiáng)課堂上師生之間的互動(dòng)，在多媒體教學(xué)的基礎(chǔ)上，有機(jī)結(jié)合了傳統(tǒng)黑板板書的教學(xué)方式，例如對(duì)于一些復(fù)雜的公式則盡可能在黑板上推導(dǎo)，對(duì)于一些比較復(fù)雜抽象的課程內(nèi)容盡可能采用Flash動(dòng)畫的形式，詳細(xì)而生動(dòng)地展示出來，從而將感性認(rèn)識(shí)和理性認(rèn)識(shí)相結(jié)合，促進(jìn)了學(xué)生對(duì)課程的理解和掌握。經(jīng)過不斷的總結(jié)和完善，形成了日益完善的多媒體課件。這些多媒體課件不僅圖文并茂，而且內(nèi)容豐富，信息量大，對(duì)學(xué)生有很強(qiáng)的啟迪作用。通過這種多媒體技術(shù)和傳統(tǒng)黑板板書相結(jié)合的教學(xué)方式，給學(xué)生營造了一個(gè)輕松愉快的學(xué)習(xí)環(huán)境，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，取得較好的教學(xué)效果。

5.網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源庫建設(shè)

利用學(xué)院的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，建立了“燃燒學(xué)”的課程網(wǎng)站，設(shè)立了課程介紹、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)實(shí)踐、學(xué)術(shù)交流、燃燒小知識(shí)、課程討論區(qū)等欄目，學(xué)生可以在網(wǎng)絡(luò)上下載上課課件、課后習(xí)題和參考資料等；學(xué)生還可以通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)。因此，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源為學(xué)生提供了一個(gè)良好的自主學(xué)習(xí)環(huán)境。同時(shí)，利用網(wǎng)絡(luò)這個(gè)教學(xué)平臺(tái)，解決了平時(shí)課堂答疑時(shí)間比較少的問題。學(xué)生和學(xué)生之間，以及學(xué)生和教師之間可以經(jīng)常進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)交流互動(dòng)，能及時(shí)方便解決學(xué)生的學(xué)習(xí)疑問；學(xué)生還可以在線探討燃燒學(xué)術(shù)問題，發(fā)表自己的見解和認(rèn)識(shí)。因此，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源庫在課程答疑、師生交流和提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力等方面都發(fā)揮了重要作用。

6.考核方式

“燃燒學(xué)”課程采用多樣化的考核方式，包括平時(shí)成績和期末成績。課程注重平時(shí)作業(yè)習(xí)題的訓(xùn)練，平時(shí)作業(yè)成績占總成績的10%；經(jīng)常組織課堂小測(cè)驗(yàn)，小測(cè)驗(yàn)的成績占總成績的10%；此外，還對(duì)學(xué)生的出勤情況進(jìn)行考核，這部分也占總成績的10%，對(duì)于無故遲到、曠課的學(xué)生，這部分成績要適當(dāng)扣分。如此一來，平時(shí)成績最后占總成績的30%，這一方面更加體現(xiàn)了課程學(xué)習(xí)的公平合理性，期末總成績能更加真實(shí)地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)情況；另一方面，這種方式也可以明顯減少學(xué)生在期末考試中的壓力，減少了平時(shí)不努力、臨時(shí)抱佛腳的現(xiàn)象。期末考試的試題主要分為三種題型：選擇題、分析題和計(jì)算題。其中選擇題考核學(xué)生對(duì)基本燃燒理論的掌握情況，分析題考核學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)來分析和解決實(shí)際問題的能力，而計(jì)算題考核學(xué)生對(duì)常見燃燒工程計(jì)算方法的掌握情況。

三、總結(jié)

從2008年至今，經(jīng)過課題組成員不懈的努力，“燃燒學(xué)”課程先后建立了教學(xué)大綱、多媒體課件和網(wǎng)絡(luò)資源庫等教學(xué)資源，課程建設(shè)取得了很大成效。同時(shí)，通過教學(xué)方法和教學(xué)手段的不斷豐富，以及多媒體CAI課件的不斷完善，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不斷提高，教學(xué)效果也正在逐年提升。我們將在目前的成果基礎(chǔ)上繼續(xù)努力完善教學(xué)課件和補(bǔ)充網(wǎng)絡(luò)資源，并進(jìn)一步提高教學(xué)手段的豐富性和多樣化。

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（責(zé)任編輯：孫晴）