材料燃燒失效與防火阻燃特色課程體系建設(shè)的探索*

羅偉昂 許一婷 曾碧榕 劉新瑜 何凱斌 戴李宗

(福建省防火阻燃材料重點(diǎn)實驗室，福建省固體表面涂層材料技術(shù)開發(fā)基地，廈門大學(xué)材料學(xué)院 福建廈門361005)

廈門大學(xué)材料學(xué)院是培養(yǎng)材料領(lǐng)域?qū)I(yè)人才的基地，不僅注重傳授學(xué)生基礎(chǔ)材料、化學(xué)、物理、工程等領(lǐng)域的相關(guān)理論知識，也注重把與國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會生活密切相關(guān)的實際問題和熱點(diǎn)引入教學(xué)，促進(jìn)學(xué)生將理論與實踐更好地結(jié)合，學(xué)以致用，與時俱進(jìn)。隨著我國城市化進(jìn)程的加快，對各類裝修裝飾材料的需求越來越多，由此帶來的火災(zāi)隱患及災(zāi)害規(guī)模也逐漸加大。因此，建筑和其他構(gòu)筑物中使用的材料、產(chǎn)品及組件的火災(zāi)危害性分析及預(yù)防引起了人們的廣泛關(guān)注，研究和探討材料的燃燒特性及其阻燃設(shè)計已成為材料科學(xué)界，特別是高分子材料領(lǐng)域的重要研究課題。對高分子材料專業(yè)的學(xué)生來講，了解材料的燃燒失效及其阻燃設(shè)計是必要的。在高校，如何將防火阻燃材料的相關(guān)知識通過大學(xué)課堂進(jìn)行普及，培養(yǎng)綜合性人才，是值得探索的事;特別是在《全民消防安全教育綱要(2011-2015)》頒布之后，積極響應(yīng)綱要精神，推動學(xué)生樹立消防意識、掌握消防知識，不僅有利于學(xué)生在校學(xué)習(xí)期間的安全，而且對提升國民消防安全素質(zhì)、保障社會公共安全有著重要而深遠(yuǎn)的影響。因此，把材料燃燒失效與防火阻燃課程引入教學(xué)計劃并適時地推廣，具有重要的意義?；趶B門大學(xué)材料學(xué)院在防火阻燃材料領(lǐng)域多年的基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)化工作的積累［1-10］，特別是得到福建省防火阻燃材料重點(diǎn)實驗室和福建省固體表面涂層材料技術(shù)開發(fā)基地兩個省級科研平臺，以及高分子材料教學(xué)實習(xí)基地的支持，我們提出建設(shè)材料燃燒失效與防火阻燃課程體系，并努力把它建設(shè)成材料學(xué)科的特色課程。我們希望通過課堂教學(xué)、課堂討論、實驗教學(xué)以及實踐教學(xué)等手段，使學(xué)生了解材料燃燒的物質(zhì)基礎(chǔ)、阻燃機(jī)理、阻燃劑及其制備技術(shù)、阻燃體系的設(shè)計等;了解阻燃材料結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系、表征方法和相關(guān)測試儀器的工作原理及應(yīng)用;了解阻燃材料及其制品的開發(fā)、阻燃效果評價等內(nèi)容，提高學(xué)生對這一功能材料的認(rèn)知度，更好地為社會服務(wù)。

1 課程定位

材料燃燒失效與防火阻燃課程的目的是讓學(xué)生掌握材料燃燒及防火阻燃的基本理論，了解材料的燃燒失效及現(xiàn)代防火阻燃技術(shù)，側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生掌握與阻燃材料結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料阻燃相關(guān)的專業(yè)基礎(chǔ)知識，拓展學(xué)生的視野，注重培養(yǎng)學(xué)生在交叉學(xué)科領(lǐng)域的創(chuàng)新能力，同時培養(yǎng)學(xué)生的消防安全意識，樹立防火安全和阻燃必須環(huán)保的理念。因此，我們先在材料學(xué)院本科生中開設(shè)該課程，然后根據(jù)學(xué)生基礎(chǔ)，對課程內(nèi)容及整個課程體系進(jìn)行調(diào)整，逐步將其推廣成全校性選修課程。

材料燃燒失效與防火阻燃是一門實踐性很強(qiáng)的課程。我們在教學(xué)中，注意緊密結(jié)合課程內(nèi)容的特點(diǎn)和課程組教師在產(chǎn)業(yè)化方面的積累，強(qiáng)化實驗教學(xué)和實踐教學(xué)，在教學(xué)實踐中注重知識、能力、素質(zhì)的協(xié)調(diào)培養(yǎng)，突破傳統(tǒng)“灌輸式”教學(xué)模式［11-12］，實現(xiàn)從知識傳授向能力和素質(zhì)培養(yǎng)的轉(zhuǎn)變，將優(yōu)化課堂教學(xué)內(nèi)容、改進(jìn)教學(xué)方法、豐富教學(xué)手段及實驗教學(xué)、實踐教學(xué)幾方面有機(jī)結(jié)合，構(gòu)建材料燃燒失效與防火阻燃課程教學(xué)新體系，并逐步將其建設(shè)成材料學(xué)科的特色課程。

材料燃燒失效與防火阻燃課程安排在大三的下學(xué)期開課，理論課36學(xué)時，實驗課36學(xué)時。

2 課程體系建設(shè)

2.1 教材選擇

教材建設(shè)是課程建設(shè)的重要內(nèi)容，也是提高教學(xué)質(zhì)量的重要保證。目前，高校開設(shè)的類似課程主要有上海交通大學(xué)針對研究生開設(shè)的高分子材料阻燃原理與技術(shù)課程，使用的參考教材是《無鹵阻燃聚合物基礎(chǔ)與應(yīng)用》、《實用阻燃技術(shù)》、《聚合物燃燒與阻燃技術(shù)》以及相關(guān)的期刊文獻(xiàn);北京工商大學(xué)針對材料系本科生開設(shè)的專業(yè)課阻燃材料，使用的教材及參考書為《阻燃劑——性能、制造與應(yīng)用》和《材料阻燃性能測試方法》;中南大學(xué)為消防專業(yè)本科生開設(shè)的專業(yè)課程阻燃材料技術(shù)，使用的參考教材為《阻燃材料及應(yīng)用技術(shù)》和《阻燃科學(xué)及應(yīng)用》等。這些課程講授的內(nèi)容都是緊靠專業(yè)特點(diǎn)進(jìn)行選擇，主要包括阻燃劑、阻燃材料的制備、配方設(shè)計及性能測試等。

我們在材料燃燒失效與防火阻燃課程建設(shè)中，特別重視課程教材的建設(shè)，防火和阻燃是本課程的兩大主題。在選擇教材時，首先綜合考慮教材的普及性和實用性，以及高分子材料的學(xué)科特點(diǎn)和課程組的研究基礎(chǔ)。我們選用張軍等人主編的《聚合物燃燒與阻燃技術(shù)》和覃文清主編的《材料表面涂層防火阻燃技術(shù)》作為主教材，同時參考《阻燃高分子材料配方設(shè)計與加工》、《阻燃材料及應(yīng)用技術(shù)》和《無鹵阻燃聚合物基礎(chǔ)與應(yīng)用》等教材?！毒酆衔锶紵c阻燃技術(shù)》主要介紹聚合物阻燃基本理論，熱塑(固)性樹脂、橡膠、纖維的燃燒特性和阻燃技術(shù)，涵蓋了高分子材料領(lǐng)域的幾大基礎(chǔ)材料的防火阻燃，極具普及性;《材料表面涂層防火阻燃技術(shù)》以具體火災(zāi)實例為基礎(chǔ)，從阻燃的基本理論出發(fā)，系統(tǒng)地闡述各種阻燃液、阻燃膜、防火涂料的配方設(shè)計原理、生產(chǎn)工藝、施工特性、實際應(yīng)用等方面的內(nèi)容，重點(diǎn)介紹鋼結(jié)構(gòu)防火涂料和隧道防火涂料的國內(nèi)外最新科研動態(tài)和研究成果，這和防火安全息息相關(guān)，也和課程組的前期科研基礎(chǔ)及研究積累相符。這兩本書內(nèi)容涵蓋了當(dāng)前材料防火阻燃學(xué)科的基礎(chǔ)理論和實際的制備應(yīng)用等內(nèi)容，可為學(xué)生系統(tǒng)地理解材料阻燃，特別是聚合物的防火阻燃提供書面指導(dǎo)，同時也符合該課程的學(xué)科內(nèi)涵，幫助我們達(dá)到開設(shè)此課程的目的。此外，教材應(yīng)具有前沿性和新穎性，讓學(xué)生及時追蹤學(xué)科發(fā)展方向［13］。該課程還開設(shè)了系列講座，介紹國內(nèi)外最新的科研動態(tài)和研究成果，幫助學(xué)生把握國內(nèi)外防火阻燃材料的發(fā)展方向。

2.2 課堂教學(xué)內(nèi)容的整合優(yōu)化

作為專業(yè)必修課，教學(xué)中常常會遇到計劃學(xué)時少與涵蓋內(nèi)容廣的矛盾。為此，任課教師應(yīng)轉(zhuǎn)變教學(xué)理念，強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)，突出重點(diǎn)，對材料的燃燒失效與防火阻燃課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行精心剪裁，以保證在有限的學(xué)時內(nèi)仍能把材料燃燒與防火阻燃中的關(guān)鍵問題講透。目前國內(nèi)開設(shè)的類似課程內(nèi)容大都局限在阻燃領(lǐng)域，有關(guān)防火內(nèi)容涉及較少，本課程兼顧這兩方面內(nèi)容，更偏重于和人們生活更密切的“防火”，主要講述燃燒過程的物質(zhì)基礎(chǔ)、材料防火阻燃基本理論、材料表面涂層防火阻燃技術(shù)和阻燃材料燃燒性能的表征及研究方法4部分。在講授阻燃基礎(chǔ)知識的基礎(chǔ)上，我們引入課程教研組教師的研究成果，如隧道防火涂料、膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料、厚涂型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料、隧道防火板、P-N-Si協(xié)同/反應(yīng)型阻燃環(huán)氧樹脂、本質(zhì)無鹵阻燃聚氨酯發(fā)泡材料等;在理論聯(lián)系實際的“實際”部分，側(cè)重介紹防火涂料領(lǐng)域的最新進(jìn)展，以加深學(xué)生對防火材料、防火知識及防火技術(shù)的認(rèn)識和理解。此外，本課程還配合重點(diǎn)實驗室的學(xué)術(shù)活動開設(shè)系列講座，介紹國內(nèi)外最新的科研動態(tài)和研究成果，分析國內(nèi)防火涂料的發(fā)展方向，以培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)防火阻燃材料的興趣，為學(xué)生了解和將來從事與防火阻燃材料相關(guān)的工作打下基礎(chǔ)。

2.3 重視實驗教學(xué)

實驗教學(xué)是高等學(xué)校教學(xué)中的一個重要環(huán)節(jié)。如何通過實驗教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、獨(dú)立分析解決問題的能力和創(chuàng)新能力，是檢驗實驗教學(xué)效果的重要標(biāo)志，這在很大程度上取決于實驗教材的建設(shè)和實驗內(nèi)容的設(shè)計。前面提到的教材及參考書都有涉及部分阻燃(劑)材料產(chǎn)品性能測試，但內(nèi)容還不夠系統(tǒng)、全面。目前專門介紹材料阻燃性測試的書籍有歐育湘等編的《材料阻燃性能測試方法》，此書較全面地介紹了國際標(biāo)準(zhǔn)化組織，歐盟，中國、美國等國家頒布和目前采用的主要材料阻燃性能測試方法與標(biāo)準(zhǔn)，包括材料的點(diǎn)燃性及可燃性、火焰?zhèn)鞑ニ俾?、釋熱性、生煙性、熱裂解和燃燒氣態(tài)產(chǎn)物的腐蝕和毒性6大類;詳細(xì)評述和分析了材料阻燃性能測試方法的發(fā)展、特點(diǎn)和國際化進(jìn)程;是本課程實驗教學(xué)很好的參考書。我們根據(jù)學(xué)院現(xiàn)有的實驗室條件以及福建省防火阻燃重點(diǎn)實驗室的資源(主要的燃燒測試儀器有錐形量熱儀、煙密度測試儀、產(chǎn)煙毒性試驗儀、氧指數(shù)測定儀、著點(diǎn)溫度測定儀、水平垂直燃燒測定儀、硬泡沫塑料垂直燃燒測定儀、泡沫塑料水平燃燒測定儀、45度燃燒測定儀、纖維織物耐燃性測試儀、汽車內(nèi)飾材料燃燒試驗裝置等)，結(jié)合相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)，有針對性地設(shè)計了16個實驗，主要包括材料點(diǎn)燃性和可燃性測試、材料釋熱性測試、材料生煙性測試、材料燃燒產(chǎn)煙毒性測試和材料老化性能測定5部分，涵蓋了材料對引發(fā)火災(zāi)具有決定性影響的主要參量的測試。實驗教學(xué)和理論課程教學(xué)內(nèi)容的有機(jī)結(jié)合，有助于學(xué)生加深對本課程內(nèi)容的理解，使所學(xué)知識能夠在實踐中應(yīng)用;同時還能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，發(fā)展他們的動手、創(chuàng)新能力。

2.4 革新教學(xué)方法和手段

教學(xué)方法是提高教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)的關(guān)鍵。在教學(xué)中，我們注重科學(xué)組織教學(xué)內(nèi)容，從火災(zāi)案例入手，分析燃燒原因，引入相關(guān)的阻燃基本理論，探討阻燃機(jī)理，解釋材料結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系，凝煉出阻燃材料設(shè)計與制備的關(guān)鍵技術(shù)原理和方法，使學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識的同時，加強(qiáng)能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練。同時，我們采用講授與討論、自學(xué)與自講、課程小論文與考試相結(jié)合的“三結(jié)合”教學(xué)方式來提高學(xué)生的興趣，使課堂的36學(xué)時講授得到延伸。

(1)講授與討論。在課程講授過程中，針對學(xué)習(xí)中易出現(xiàn)理解錯誤的地方，及時提出思考問題，讓學(xué)生通過思考，主動地接受知識點(diǎn);此外，讓學(xué)生積極參與討論，推動教師與學(xué)生的互動，不斷提高他們對問題的理解、認(rèn)知、分析和表達(dá)能力。在組織課堂討論課時，提前擬定討論題目，指導(dǎo)學(xué)生作好文獻(xiàn)準(zhǔn)備與綜述，如“鋼結(jié)構(gòu)建筑防火涂料”章節(jié)，讓學(xué)生討論“超薄膨脹型和厚涂型鋼結(jié)構(gòu)建筑防火涂料”的防火保護(hù)原理、性能與技術(shù)要求，對應(yīng)的建筑形式，并進(jìn)行對比分析。然后教師進(jìn)行點(diǎn)評，針對大跨度鋼結(jié)構(gòu)建筑和超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑的特點(diǎn)，介紹目前所采用防火涂料的功能和防火原理的不同、鋼結(jié)構(gòu)建筑防火涂料的發(fā)展方向等;每堂課結(jié)束前，針對授課內(nèi)容提出幾個具有啟發(fā)性的問題，引導(dǎo)學(xué)生課后進(jìn)一步閱讀相關(guān)參考資料和文獻(xiàn)，加深對所學(xué)內(nèi)容的理解并拓展知識面，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望，增強(qiáng)他們的學(xué)習(xí)興趣。這樣的教學(xué)方法使用課時為24課時。

(2)自學(xué)與自講。對于課程內(nèi)容中的部分章節(jié)，要求學(xué)生分小組自學(xué)，然后根據(jù)他們的理解向同學(xué)講授，教師對他們講授的內(nèi)容進(jìn)行補(bǔ)充和點(diǎn)評。我們安排了阻燃劑(1課時)、熱固性樹脂阻燃材料(1課時)、熱塑性樹脂阻燃材料(1課時)、阻燃材料與環(huán)境問題(1課時)等4個專題，由學(xué)生自學(xué)講授。首先由教師給出每部分內(nèi)容的提綱讓學(xué)生準(zhǔn)備，然后將學(xué)生分組，廈門大學(xué)材料學(xué)院高分子方向每屆學(xué)生數(shù)48～52人，分成4組，每組12～13人，每組講授一部分內(nèi)容，便于學(xué)生認(rèn)識各類阻燃材料的性能特點(diǎn)，進(jìn)而掌握各自的組成和應(yīng)用領(lǐng)域。討論結(jié)束時，教師進(jìn)行總結(jié)。

(3)課程小論文?；?11、985的投入，廈門大學(xué)建設(shè)了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫資源，通過教授學(xué)生文獻(xiàn)資料的基本檢索方法，根據(jù)特定教學(xué)內(nèi)容指導(dǎo)學(xué)生撰寫一些綜述性小論文(擬完成2篇)，并將其納入成績考核。這樣可以培養(yǎng)學(xué)生查閱文獻(xiàn)、收集信息、綜合和歸納文獻(xiàn)的能力，提高科技論文的寫作水平。

通過“三結(jié)合”教學(xué)模式，可以讓學(xué)生掌握學(xué)科基礎(chǔ)知識點(diǎn)和最新發(fā)展動態(tài)，鍛煉學(xué)生快速有效地獲取并分析信息資源和撰寫科技論文的能力，同時提高學(xué)生的專業(yè)表達(dá)能力和團(tuán)隊精神。本課程組將充分應(yīng)用現(xiàn)代教育技術(shù)手段，結(jié)合本課程的教學(xué)內(nèi)容制作相應(yīng)的電子課件。通過圖片、音像、文字、動畫等多種形式向?qū)W生提供豐富的感性材料，直觀而又形象地揭示所要講授的內(nèi)容，有效地抓住教學(xué)重點(diǎn)、突破難點(diǎn)，提高課堂教學(xué)質(zhì)量。

2.5 強(qiáng)化實習(xí)基地的實踐教學(xué)

到企業(yè)參觀實習(xí)的實踐教學(xué)能為學(xué)生提供接觸生產(chǎn)實際的機(jī)會。在理論教學(xué)和實驗教學(xué)的72個課時之外，我們還將結(jié)合畢業(yè)實習(xí)，安排學(xué)生到一些與防火阻燃材料相關(guān)的企業(yè)進(jìn)行實習(xí)。讓學(xué)生在生產(chǎn)實習(xí)過程中接觸和熟悉各種類型的現(xiàn)代化生產(chǎn)設(shè)備，加深學(xué)生對防火阻燃材料生產(chǎn)工藝的認(rèn)識;理解實驗室的微型試驗與大型生產(chǎn)線之間的差異。廈門大學(xué)地處福建東南沿海地區(qū)，石化下游產(chǎn)業(yè)比較發(fā)達(dá)，防火阻燃產(chǎn)品種類豐富。通過多年的校企合作，材料學(xué)院已在多家企業(yè)設(shè)立了高分子材料教學(xué)實習(xí)基地，其中不乏專業(yè)從事防火阻燃材料研發(fā)、生產(chǎn)、銷售、施工和消防器材制造、維修的企業(yè);并合作成立了“特種涂料聯(lián)合實驗室”、“防火涂料成果產(chǎn)業(yè)化中試基地”和“高分子材料實習(xí)基地”，為本課程的實踐教學(xué)提供了依托和保障。本課程的實踐教學(xué)安排在第3學(xué)期(2周)，讓學(xué)生直接參與企業(yè)的研發(fā)、生產(chǎn)、加工、銷售過程，由企業(yè)安排技術(shù)人員進(jìn)行具體指導(dǎo)。此外，我們還和廈門消防支隊有密切合作，邀請消防支隊的技術(shù)人員做校外輔導(dǎo)員，為學(xué)生做消防知識和火災(zāi)案例分析專題講座和滅火演習(xí)，這是每位本科生、研究生進(jìn)實驗室之前的“必修課”，已經(jīng)成為廈門大學(xué)材料學(xué)院的一個“品牌課程”。

3 課程規(guī)范化管理

為了使課程建設(shè)規(guī)范化、科學(xué)化，不斷提高課程教學(xué)質(zhì)量，我們從建立、完善課程檔案入手，全面實施課程的規(guī)范化管理。首先，討論制定了教學(xué)大綱，優(yōu)化整合課程的教學(xué)內(nèi)容，提出了明確的教學(xué)目標(biāo)、任務(wù)和要求，以及學(xué)生必備的整體知識結(jié)構(gòu)，使教學(xué)大綱更具有科學(xué)性、先進(jìn)性和實踐性;依據(jù)教學(xué)大綱，選定教材和自編實驗教材，并廣泛收集有關(guān)的教學(xué)參考資料;精選教學(xué)內(nèi)容，尤其是將我們自己的研究成果穿插于課程中，讓學(xué)生更深切地體會防火阻燃研究就在身邊。

4 結(jié)束語

“全民消防，生命至上”是《全民消防安全教育綱要(2011-2015)》的主題，提高全民消防安全意識和自救互救技能已成為十分緊迫的任務(wù)。防火阻燃材料的研發(fā)和應(yīng)用事關(guān)國計民生，已日益受到關(guān)注。材料燃燒失效與防火阻燃課程建設(shè)是一項科學(xué)性強(qiáng)、涉及面廣、任務(wù)艱巨、影響深遠(yuǎn)的系統(tǒng)工程，需要不斷研究、改進(jìn)、完善。只有持之以恒，實施有效管理，有步驟、有計劃地開展課程建設(shè)工作，才能真正將課程建設(shè)落在實處，實現(xiàn)質(zhì)的飛躍。

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［2］蔡建坤，鄭毅芳，瞿波，等.消防科學(xué)與技術(shù)，2008，27(9):671

［3］戴李宗，黃曉平，李陽，等.中國發(fā)明專利，ZL200310115525，2009-02-18

［4］張小玲，鄧遠(yuǎn)名，張卓，等.消防科學(xué)與技術(shù)，2010，29(2):138

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［6］戴李宗，黃曉平，李陽，等.中國發(fā)明專利:ZL200310115526.6，2006-01-11

［7］戴李宗，莊勛港，吳明聯(lián)，等.中國發(fā)明專利:ZL200410087822.4，2006-09-13

［8］戴李宗，謝聰，郭一賓，等.中國發(fā)明專利:ZL200910112763.4，2011-06-28

［9］戴李宗，鄧遠(yuǎn)名，許一婷，等.國防專利:ZL200810074933.X，2011-04-12

［10］戴李宗，鄧遠(yuǎn)名，許一婷，等.國防專利:ZL200810074932.5，2011-04-27

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［12］陳巧玲，汪效祖，武文良.大學(xué)化學(xué)，2009，24(6):23

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