燃燒學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與實(shí)踐

摘要:“燃燒學(xué)”課程是熱能動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)核心基礎(chǔ)課程之一，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是該門(mén)課程的重要組成部分，加強(qiáng)并改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的有效途徑之一。結(jié)合“燃燒學(xué)”理論教學(xué)的特點(diǎn)，從實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、教學(xué)考核方法等方面進(jìn)行了改革和創(chuàng)新，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)的緊密性和實(shí)驗(yàn)的綜合性。教學(xué)實(shí)踐表明，該課程在培養(yǎng)學(xué)生解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力和探索創(chuàng)新精神方面起到了重要作用。

文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A

文章編號(hào): 1009－895X(2015)03－0297－03

DOI: 10．13256/j．cnki．jusst．sse．2015．03．021

Teaching Reform and Practice of the Course“Combustion Experiment”

Hu Xiaohong，Jin Jing

(School of Energy and Power Engineering，University of Shanghai for science and technology，Shanghai 200093，China)

Abstract: The combustion is one of the basic courses of thermal power engineering，and experimental teaching is an important part of the course，and it is an effective way to improve students’innovative ability．With regard to the characteristics of combustion theory teaching，the course has reformed and innovated mainly from the aspects of experiment content，teaching methods，assessment methods．Au these measures strengthens the comprehensiveness of experimental and the close link between the experimental and the theoretical courses．The teaching practice shows that the courses plays an important role in developing student’s capabilities of processing practical engineering problems and innovative spirit．

Keywords: combustion; experimental teaching; experiment content; teaching method; assessment methods

收稿日期: 2014－12－14

作者簡(jiǎn)介:胡曉紅(1980－)，女，講師。研究方向:節(jié)能技術(shù)。E-mail: huxiaohong4545@163．com

燃燒學(xué)是介紹燃燒基本理論、燃燒技術(shù)及其應(yīng)用的課程。20世紀(jì)90年代末，為增強(qiáng)培養(yǎng)人才的適應(yīng)性，加強(qiáng)專(zhuān)業(yè)建設(shè)和管理，提高辦學(xué)水平和人才培養(yǎng)質(zhì)量，上海理工大學(xué)(以下簡(jiǎn)稱“我?！?設(shè)立了熱能與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)，而燃燒學(xué)則成為該專(zhuān)業(yè)的必修主干課程之一，面向該專(zhuān)業(yè)能源與環(huán)境工程、動(dòng)力機(jī)械工程、制冷與空調(diào)工程以及工程熱物理四個(gè)方向 ［1］。熱能與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)中的主要設(shè)備，如鍋爐、燃?xì)廨啓C(jī)、內(nèi)燃機(jī)、吸收式制冷設(shè)備等均涉及燃燒技術(shù)方面的問(wèn)題。該課程從工程實(shí)際出發(fā)，系統(tǒng)介紹燃燒的基礎(chǔ)理論，著重講述各種燃料的燃燒現(xiàn)象及機(jī)理，為學(xué)生提供理解、分析和控制各種熱力設(shè)備中燃燒過(guò)程所必需的基本知識(shí)，了解燃燒學(xué)的工程應(yīng)用，同時(shí)也為以后從事燃燒系統(tǒng)及設(shè)備的設(shè)計(jì)、運(yùn)行和控制及防治和減少燃燒排放物對(duì)環(huán)境污染等方面工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ) ［2－3］。鑒于該課程的重要性，我校在專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃中一方面安排了較多的課堂理論教學(xué)學(xué)時(shí)(64學(xué)時(shí))，另外還安排了實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)(16學(xué)時(shí))。

實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維和創(chuàng)新能力、理論聯(lián)系實(shí)際，特別是與科學(xué)技術(shù)發(fā)展相適應(yīng)的綜合能力方面有著不可替代的作用 ［4］。在燃燒學(xué)課程教學(xué)過(guò)程中，運(yùn)用燃燒學(xué)知識(shí)解決工程實(shí)際問(wèn)題是教學(xué)的難點(diǎn)，因此，加強(qiáng)“燃燒學(xué)”實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，增加實(shí)習(xí)和綜合性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，有助于學(xué)生對(duì)燃燒理論的理解和解決工程實(shí)際問(wèn)題方法的掌握。本文在教學(xué)過(guò)程中對(duì)傳統(tǒng)的教育理念進(jìn)行改革，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、考核方式進(jìn)行創(chuàng)新，使“燃燒學(xué)”課程的教學(xué)效果得到明顯改善。

一、燃燒學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

熱能與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)具有較強(qiáng)的綜合性、實(shí)踐性和創(chuàng)新性，實(shí)驗(yàn)教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神方面具有非常重要的作用 ［5］。燃燒學(xué)實(shí)踐教學(xué)的目的是使學(xué)生加深對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容的理解，掌握燃燒基本實(shí)驗(yàn)方法，鍛煉動(dòng)手能力，培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力 ［6］。我校原有的燃燒學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容被納入“動(dòng)力工程系列實(shí)驗(yàn)Ⅱ”實(shí)驗(yàn)課程中，這使得實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的針對(duì)性及其與理論課程的緊密性均較差。隨著教學(xué)改革的深入和實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程建設(shè)的發(fā)展，我校能源與動(dòng)力工程學(xué)院于2002年開(kāi)始建立基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室，其中就包括了燃燒學(xué)實(shí)驗(yàn)室。經(jīng)過(guò)多年的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、教學(xué)內(nèi)容的改革、教材的積累，燃燒學(xué)實(shí)驗(yàn)課程在實(shí)驗(yàn)設(shè)備的先進(jìn)性、教學(xué)內(nèi)容的科學(xué)性、教材建設(shè)的持續(xù)性等方面都取得了一定的成果。目前，燃燒學(xué)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)為綜合性實(shí)驗(yàn)、計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)實(shí)驗(yàn)以及實(shí)習(xí)參觀三個(gè)部分，其中綜合性實(shí)驗(yàn)為必修部分，該部分與燃燒學(xué)理論教學(xué)的授課模塊直接銜接;而計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)以及實(shí)習(xí)參觀為選修部分。通過(guò)綜合性實(shí)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生進(jìn)一步加深對(duì)燃燒學(xué)基本理論和燃燒技術(shù)的理解、鍛煉思維和創(chuàng)新能力及知識(shí)應(yīng)用能力，掌握燃燒基本實(shí)驗(yàn)方法和測(cè)試技術(shù)。通過(guò)實(shí)習(xí)參觀，開(kāi)展形象教學(xué)，可從根本上改變“燃燒學(xué)”課程教學(xué)課堂上難以講解和學(xué)生難以掌握的大型設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)、運(yùn)行原理及工作過(guò)程等問(wèn)題。

結(jié)合燃燒學(xué)理論教學(xué)的授課模塊:燃料、燃燒計(jì)算、燃燒理論、燃料燃燒方法、燃燒污染物控制和燃燒安全技術(shù)，開(kāi)設(shè)工業(yè)分析實(shí)驗(yàn)、燃料發(fā)熱量測(cè)定實(shí)驗(yàn)、灰熔點(diǎn)測(cè)定實(shí)驗(yàn)、火焰?zhèn)鞑ニ俣葴y(cè)定實(shí)驗(yàn)、燃燒調(diào)整實(shí)驗(yàn)、燃油閃點(diǎn)與燃點(diǎn)測(cè)定、燃油運(yùn)動(dòng)粘度測(cè)定實(shí)驗(yàn)。此外，還開(kāi)設(shè)了爐內(nèi)過(guò)程、流化床原理、脫硫裝置原理等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。為了讓學(xué)生進(jìn)一步了解燃燒產(chǎn)物對(duì)環(huán)境的污染及污染物相應(yīng)的治理技術(shù)，開(kāi)設(shè)了顆粒污染物控制與氣態(tài)污染物控制項(xiàng)目，如靜電除塵器實(shí)驗(yàn)、可調(diào)文丘里管洗滌式除塵實(shí)驗(yàn)、煙氣脫硫性能實(shí)驗(yàn)等，通過(guò)此類(lèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)可進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)燃燒污染物排放控制的理解與掌握，提高了學(xué)生對(duì)環(huán)保技術(shù)及設(shè)備的認(rèn)識(shí)。

計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)實(shí)驗(yàn)可以解決燃燒學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置投資高而不可能達(dá)到所需實(shí)驗(yàn)臺(tái)套數(shù)要求的問(wèn)題，因此，利用動(dòng)力工程實(shí)驗(yàn)中心CFD實(shí)驗(yàn)室資源開(kāi)設(shè)了燃燒學(xué)計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)實(shí)驗(yàn)課程，作為相應(yīng)實(shí)驗(yàn)課程的有力補(bǔ)充，以提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，加深對(duì)燃燒物理現(xiàn)象和過(guò)程的理解。通過(guò)綜合性實(shí)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生加深對(duì)燃燒學(xué)基本理論知識(shí)和燃燒技術(shù)的理解，掌握燃燒學(xué)相關(guān)基本實(shí)驗(yàn)方法和測(cè)試技術(shù)，鍛煉動(dòng)手能力，培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力。

為了從根本上改變專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)中課堂上難以講解和學(xué)習(xí)的大型設(shè)備原理和結(jié)構(gòu)、專(zhuān)業(yè)課枯燥、偏于抽象等問(wèn)題，建立了熱能與動(dòng)力工程教學(xué)模型館，該館可供觀摩研究的燃燒學(xué)模型有可拆卸油氣兩用燃燒器、YG－75/5·29－M循環(huán)流化床鍋爐模型、燃燒設(shè)備火焰自動(dòng)控制和報(bào)警系統(tǒng)、R－700－1型燃?xì)廨啓C(jī)模型、2 000 kW單軸燃?xì)廨啓C(jī)模型等。

二、燃燒學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理模式的創(chuàng)新

大學(xué)教學(xué)過(guò)程主要有注入式教學(xué)和啟發(fā)式教學(xué)兩種模式，注入式教學(xué)是機(jī)械地把知識(shí)灌輸給學(xué)生，把學(xué)生當(dāng)作一種客體，該模式強(qiáng)調(diào)對(duì)知識(shí)的記憶、模仿和重復(fù)。在該模式下，學(xué)生創(chuàng)新思維能力很難得到發(fā)展和提升。啟發(fā)式教學(xué)則從教學(xué)目的、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等方面引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)知識(shí)，通過(guò)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)，使其最終能獨(dú)立分析問(wèn)題、解決問(wèn)題 ［7］。啟發(fā)式教學(xué)模式強(qiáng)調(diào)引導(dǎo)學(xué)生積極思考，其更有利于學(xué)生思維的拓展和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，是較適合目前高等教育創(chuàng)新人才培養(yǎng)的一種教學(xué)模式?；谠摻虒W(xué)模式，我校燃燒學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中也逐漸形成了自己的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，并取得了較好的教學(xué)效果。

為了便于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，將實(shí)驗(yàn)的學(xué)生人數(shù)控制在與實(shí)驗(yàn)臺(tái)數(shù)相適應(yīng)的組別來(lái)設(shè)置實(shí)驗(yàn)課程表，使學(xué)生有獨(dú)立操作機(jī)會(huì)。將燃燒學(xué)實(shí)驗(yàn)納入我校能源動(dòng)力工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心網(wǎng)站，網(wǎng)站設(shè)有實(shí)驗(yàn)教學(xué)指導(dǎo)書(shū)、課件、教學(xué)案例、儀器使用手冊(cè)、教學(xué)科研成果等資源。學(xué)生通過(guò)網(wǎng)站預(yù)約實(shí)驗(yàn)并完成實(shí)驗(yàn)前的預(yù)習(xí)，了解實(shí)驗(yàn)設(shè)備及相關(guān)操作規(guī)范等工作，然后進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行獨(dú)立操作實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器，并主動(dòng)思考實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到的現(xiàn)象和問(wèn)題，通過(guò)團(tuán)隊(duì)合作解決實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題，記錄和整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和實(shí)驗(yàn)總結(jié)。通過(guò)啟發(fā)式教學(xué)模式可有效的提高學(xué)生動(dòng)手能力、實(shí)驗(yàn)技能、團(tuán)隊(duì)合作精神、獨(dú)立思考問(wèn)題能力、分析解決工程實(shí)際問(wèn)題能力以及自主創(chuàng)新能力。

在啟發(fā)式教學(xué)模式下，實(shí)驗(yàn)專(zhuān)職教師引導(dǎo)學(xué)生積極主動(dòng)、自覺(jué)地掌握知識(shí)。例如在進(jìn)行工業(yè)分析實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師提出工業(yè)分析的水分是指哪部分水分?工業(yè)分析和元素分析中哪一項(xiàng)數(shù)值是相同的?在學(xué)生撐握這些基本概念后，引出工業(yè)分析在測(cè)定水分和灰分時(shí)應(yīng)該注意什么，數(shù)據(jù)處理時(shí)應(yīng)該如何計(jì)算等?利用這些涵蓋實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法的問(wèn)題，逐步引導(dǎo)學(xué)生積極思考，培養(yǎng)他們應(yīng)用理論知識(shí)分析和解決問(wèn)題的能力。

三、燃燒學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核方式

實(shí)驗(yàn)考核是對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ娜鏅z查，也是對(duì)教師教學(xué)效果的檢查。同時(shí)，考核能夠給學(xué)生以壓力和動(dòng)力，促進(jìn)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課的重視。以往的考核方式多采用實(shí)驗(yàn)專(zhuān)職教師依據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告來(lái)確定，這種考核方式較主觀，導(dǎo)致一部分學(xué)生不重視實(shí)驗(yàn)，甚至出現(xiàn)了個(gè)別學(xué)生抄襲他人實(shí)驗(yàn)報(bào)告的現(xiàn)象。在這種傳統(tǒng)考核方式下甚至?xí)霈F(xiàn)沒(méi)有認(rèn)真做實(shí)驗(yàn)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績(jī)高于認(rèn)真做實(shí)驗(yàn)學(xué)生的現(xiàn)象，極大地挫傷學(xué)生開(kāi)展實(shí)驗(yàn)的積極性、主動(dòng)性和創(chuàng)造性。為此，我們改革了傳統(tǒng)的考核方式，將單一的實(shí)驗(yàn)考核方式改為實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備考核、實(shí)驗(yàn)操作考核、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析考核和實(shí)驗(yàn)考試等多種形式相結(jié)合的綜合考核方式。實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備考核主要是考查學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的預(yù)習(xí)情況，可通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心網(wǎng)站實(shí)施。當(dāng)學(xué)生在預(yù)約某一實(shí)驗(yàn)時(shí)，需在網(wǎng)站上完成與本實(shí)驗(yàn)相關(guān)的思考題，該實(shí)驗(yàn)方可預(yù)約成功;實(shí)驗(yàn)操作考核則由實(shí)驗(yàn)專(zhuān)職教師對(duì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中步驟是否合理、參數(shù)設(shè)定是否滿足要求、操作是否規(guī)范等進(jìn)行考查;實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析考核則是考查學(xué)生針對(duì)所做實(shí)驗(yàn)結(jié)果給出分析的準(zhǔn)確性與合理性，是對(duì)原有的實(shí)驗(yàn)報(bào)告的一種改進(jìn)。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作時(shí)記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，根據(jù)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行繪圖或計(jì)算，最終獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)專(zhuān)職教師根據(jù)其數(shù)據(jù)、結(jié)論是否正確，分析是否透徹進(jìn)行評(píng)分;實(shí)驗(yàn)考試則由每個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)置2～3道基本知識(shí)和基本技能試題組成試卷，統(tǒng)一安排考試。通過(guò)這種考核方式給出實(shí)驗(yàn)綜合成績(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、動(dòng)手能力、思維能力、綜合分析能力等的全面考查。這種考核方式可充分反映學(xué)生的知識(shí)、能力和綜合素質(zhì)，形成真實(shí)有效的反饋信息，促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的提高。

四、結(jié)束語(yǔ)

“燃燒學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)是將“燃燒學(xué)”理論基礎(chǔ)知識(shí)與實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ε囵B(yǎng)相結(jié)合、基礎(chǔ)理論與工程實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)活動(dòng)，是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力的重要環(huán)節(jié)。我校針對(duì)燃燒學(xué)實(shí)驗(yàn)課程開(kāi)展了教學(xué)方法的改革與探索，引入先進(jìn)的教學(xué)體系、教學(xué)理念，改革教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式，聯(lián)系科研、生產(chǎn)、生活實(shí)際，注重學(xué)生能力的培養(yǎng)和思維能力的訓(xùn)練。目前我校已經(jīng)形成了完整的“燃燒學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，包括綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)和計(jì)算機(jī)輔助實(shí)驗(yàn)，有利于學(xué)生理解教學(xué)內(nèi)容，增強(qiáng)實(shí)踐能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，體現(xiàn)了培養(yǎng)創(chuàng)新應(yīng)用型人才的特色。根據(jù)我校能源與動(dòng)力工程學(xué)院熱能與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)畢業(yè)生反饋的情況，他們畢業(yè)后能夠很快地適應(yīng)工作，勝任工作，廣泛受到用人單位的好評(píng)，充分體現(xiàn)了我?！叭紵龑W(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作是成功的。