安全工程《燃燒與爆炸》課程的研究型教學(xué)模式與實踐

高玉坤 張益 張英華 趙煥娟 黃志安

摘要：《燃燒與爆炸》是北京科技大學(xué)安全工程系本科生必須掌握和實用性很強的專業(yè)必修課，但是傳統(tǒng)的被動學(xué)習(xí)課堂教學(xué)已經(jīng)不能滿足教學(xué)要求和學(xué)生的全面發(fā)展。北京科技大學(xué)安全工程系對《燃燒與爆炸》課程的教學(xué)模式進行了研究型教學(xué)的改革創(chuàng)新，通過在傳統(tǒng)課堂的基礎(chǔ)上抓教材建設(shè)、改課堂教學(xué)方法、重課下練習(xí)等措施，在教學(xué)過程中實行建模引導(dǎo)式教學(xué)，利用實際問題啟發(fā)學(xué)生進行自主研究思考，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性。同時，教師在講授最新科技知識的同時，著力提高學(xué)生的實際應(yīng)用能力和自我研究能力，達到現(xiàn)代社會對高素質(zhì)人才的培養(yǎng)需求，實現(xiàn)學(xué)生的全面發(fā)展。

關(guān)鍵詞：安全工程;燃燒與爆炸;研究型教學(xué);教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0? ? ?文獻標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）39-0123-03

為了解決我國現(xiàn)代化建設(shè)中發(fā)生的種種生產(chǎn)安全問題和培養(yǎng)安全科學(xué)人才，國內(nèi)許多綜合或工程類院校都開設(shè)了安全工程這一專業(yè)[1-2]。安全工程與其他工程學(xué)科一樣，專業(yè)課程不僅要求學(xué)生需要掌握扎實的基礎(chǔ)知識，還需要學(xué)生與實際相結(jié)合，擁有獨立思考和靈活運用知識的能力，從而為科研打下堅實的基礎(chǔ)[3]。目前我國大部分高校課堂仍然堅持傳統(tǒng)的填鴨式滿堂灌的講課方式，在這種教學(xué)模式下，師生之間的互動少，課堂以單純的理論知識為主，與實際問題聯(lián)系不緊密，在有限的課堂時間里，學(xué)生忙于接受知識而缺乏獨立思考，使得學(xué)生對知識掌握不夠熟練，容易發(fā)生知識與實踐脫節(jié)的問題[4]。與傳統(tǒng)的填鴨式教學(xué)不同，研究型教學(xué)的目的是培養(yǎng)研究型人才，在教學(xué)活動中做到教學(xué)與科研相長[5-6]。研究型課堂需要以課程為載體，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，讓學(xué)生主動思考和研究，發(fā)現(xiàn)科學(xué)規(guī)律和獲取解決問題的知識，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力[7-8]。

《燃燒與爆炸》是北京科技大學(xué)安全工程本科生必須掌握和實用性很強的專業(yè)必修課，傳統(tǒng)的填鴨式教學(xué)使學(xué)生在教學(xué)活動中處于被動的狀態(tài)，學(xué)生的獨立思考和自主創(chuàng)新精神容易被忽視掉，這與現(xiàn)代大學(xué)的培養(yǎng)要求相悖。為了激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的獨立思考和創(chuàng)新能力，北京科技大學(xué)安全工程系對《燃燒與爆炸》課程的教學(xué)模式進行了研究型教學(xué)的改革創(chuàng)新。

一、教學(xué)模式改革

北京科技大學(xué)安全工程系所開設(shè)的《燃燒與爆炸》是一門專業(yè)性和實用性很強的課程，在教學(xué)過程中需要教師運用靈活多樣的教學(xué)方法把燃燒與爆炸的化學(xué)基礎(chǔ)、物理基礎(chǔ)、著火理論等基礎(chǔ)內(nèi)容教授給學(xué)生，通過課堂演示、課堂討論、啟發(fā)學(xué)生挖掘科學(xué)問題的思維方法，從而引導(dǎo)學(xué)生掌握進行科學(xué)研究、揭示科學(xué)規(guī)律的方法。安全工程系通過在傳統(tǒng)課堂的基礎(chǔ)上抓教材建設(shè)、改課堂教學(xué)方法、重課下練習(xí)等措施，對傳統(tǒng)課堂進行改革，實現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和科研能力的研究型教學(xué)目標(biāo)。

1.抓教材建設(shè)。教材是知識的載體，不僅是教師傳授知識的媒介之一，而且也是學(xué)生獲得知識的重要渠道[9]。教材的建設(shè)對于課程的改革與創(chuàng)新起到重要作用。一方面教材需要按照教學(xué)要求，適應(yīng)課堂的需要，將理論性很強的知識展現(xiàn)出來，同時還需要結(jié)合國內(nèi)外燃燒與爆炸事故的典型案例和相關(guān)問題實例，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考能力、靈活運用知識的研究能力。燃燒與爆炸科學(xué)及相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域在不斷地發(fā)展和進步，新興的科研成果也在不斷涌出，所以教材的建設(shè)應(yīng)當(dāng)吸納國內(nèi)外最新的研究成果，讓學(xué)生學(xué)習(xí)和認識到燃燒爆炸領(lǐng)域的前沿知識，使學(xué)生能夠?qū)⑷紵c爆炸中最前沿的知識運用到今后的學(xué)習(xí)與工作中。

2.改課堂教學(xué)方法。課堂教學(xué)方法是實現(xiàn)教學(xué)目的、保障教學(xué)質(zhì)量和培養(yǎng)學(xué)生能力的重要手段[10]。改進課堂教學(xué)方法是研究型教學(xué)模式的重要突破口，是實現(xiàn)培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型人才的重要途徑。在傳統(tǒng)教學(xué)方法中，雖然有教學(xué)效率高、需要教學(xué)環(huán)境簡單的優(yōu)點，但是傳統(tǒng)教學(xué)往往忽視了學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主動性，不利于培養(yǎng)創(chuàng)新精神，不再適應(yīng)現(xiàn)代教育對人全面發(fā)展的要求。在研究型教學(xué)過程中，安全工程系將被動填鴨式教學(xué)改為啟發(fā)式教學(xué)，將課堂講解和討論相結(jié)合，把程序化單調(diào)的PPT平面教學(xué)改為理論講解和真實演示相結(jié)合，增加每個課程章節(jié)對應(yīng)命題的研究，使各個教學(xué)章節(jié)銜接更加緊密，改變學(xué)生的傳統(tǒng)思維方式，讓學(xué)生由單純的接受知識變?yōu)橐詥栴}導(dǎo)向的思維方式，實現(xiàn)對學(xué)生思維的引導(dǎo)。

3.重課下練習(xí)。課下練習(xí)是教學(xué)環(huán)節(jié)中的重要組成部分，是學(xué)生對課程所學(xué)內(nèi)容的復(fù)習(xí)、思考和提高的過程。改進傳統(tǒng)的課后大量小習(xí)題練習(xí)，將課后小習(xí)題與綜合性練習(xí)相結(jié)合，使學(xué)生在三種著火理論的基礎(chǔ)上，加深對燃燒和爆炸理化基礎(chǔ)的知識學(xué)習(xí)，最后培養(yǎng)學(xué)生可以利用可燃氣體、液體和固體的燃燒爆炸理論解決實際問題的能力，為學(xué)生以后建立火災(zāi)數(shù)學(xué)模型和數(shù)值模擬奠定基礎(chǔ)，為以后更加深入的研究和學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

二、實例引導(dǎo)教學(xué)

在北京科技大學(xué)安全工程專業(yè)《燃燒與爆炸》課程研究型課堂的實踐過程中，積累了大量的課堂講授的經(jīng)驗?！度紵c爆炸》課程的每一章節(jié)實行建模引導(dǎo)式教學(xué)，即引導(dǎo)學(xué)生對燃燒爆炸現(xiàn)象進行建模，建模過程中學(xué)生需要考慮對知識的應(yīng)用研究，建模方法由淺入深，逐步達到綜合建模能力;每一章節(jié)都有一個主題，進行命題討論，啟發(fā)學(xué)生進行研究思考。

1.蠟燭燃燒：在學(xué)習(xí)了燃燒與爆炸的化學(xué)基礎(chǔ)和物理基礎(chǔ)的理論知識的前提下，研究生活中常見的蠟燭燃燒現(xiàn)象。蠟燭燃燒現(xiàn)象雖然簡單，但是背后蘊藏了豐富的道理，如蠟燭對外放熱主要通過熱輻射，蠟燭火焰的形狀受到熱對流的影響，蠟燭持續(xù)燃燒是熱傳導(dǎo)熔化的蠟油由于毛細作用不斷傳遞等。提出蠟燭燃燒現(xiàn)象背后的問題，能夠使學(xué)生帶著問題去學(xué)習(xí)燃燒與爆炸的物理化學(xué)模型，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)知識的過程中掌握研究科學(xué)問題的思路，在老師的引導(dǎo)下建立蠟燭燃燒現(xiàn)象的物理模型及化學(xué)動力學(xué)模型，并能夠科學(xué)地解釋這一現(xiàn)象。

2.煙囪效應(yīng)：首先演示燃燒引起的煙氣上浮現(xiàn)象，讓學(xué)生對燃燒引起的浮力運動有一個感性認識。然后利用簡單的數(shù)理模型解釋造成這一現(xiàn)象的具體原因，提出煙囪效應(yīng)這一具體概念。使學(xué)生能夠利用相關(guān)知識解釋高層建筑火災(zāi)爆炸事故蔓延和災(zāi)害擴大的特性，認識到高層建筑火災(zāi)防控的困難性，引發(fā)學(xué)生的研究興趣。

3.煤層自然發(fā)火：在謝苗諾夫自燃理論和弗蘭克-卡門涅茨基熱自燃理論的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生對自燃的條件和規(guī)律有了一定認識。將煤層自然發(fā)火理論和實際案例相結(jié)合，以任樓煤礦Ⅱ及Ⅲ采區(qū)煤層自然發(fā)火的問題與所講授的自燃理論知識相結(jié)合，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)到自燃知識的同時，能夠應(yīng)用到實際問題中，獨立思考各種點火理論的特點和適用情況。通過對實例的分析研究給出問題的答案，讓學(xué)生掌握科學(xué)研究的方法和過程。

4.燃氣爆炸：石油化工企業(yè)生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生或者使用許多可燃氣體，在人們的日常生活中，如燃氣管道中的天然氣、焊接使用的乙炔、氫氣球中的氫氣等?？扇細怏w在燃燒時會引起爆炸，在特殊條件還會引起一種特殊的現(xiàn)象——爆轟，造成嚴(yán)重的破壞并威脅人身安全。通過實際問題來引出需要展開討論的理論知識，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性，帶著問題去學(xué)習(xí)。結(jié)合典型的燃氣爆炸事故案例，指導(dǎo)學(xué)生思考爆炸事故形成的極限和條件，研究預(yù)防爆炸的措施和減少爆炸損失的手段。

5.面粉爆炸：面粉爆炸是粉塵爆炸的一種，通過觀看面粉爆炸事故影像資料，學(xué)生會帶著疑問來學(xué)習(xí)固體的燃爆理論，在學(xué)習(xí)過程中注意力也會明顯集中，在課程結(jié)束時，教師也會引導(dǎo)學(xué)生解決這個疑問，證明研究型教學(xué)提高了學(xué)生思考問題、研究問題、解決問題的能力。

三、教學(xué)成果

北京科技大學(xué)安全工程《燃燒與爆炸》課程在采用研究型的教學(xué)模式后，取得了豐富的教學(xué)成果：由安全工程專業(yè)任課骨干教師編寫的《燃燒與爆炸學(xué)》列入普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材;課程結(jié)課后，學(xué)生能夠在老師指導(dǎo)下開展燃燒與爆炸相關(guān)研究，并撰寫科研小論文;課程的考試平均分?jǐn)?shù)比之前未開展研究型教學(xué)時有所提高，學(xué)生對課程的掌握程度更為扎實;學(xué)生對本課程的打分中，課程設(shè)計、教學(xué)過程和學(xué)生反饋等分?jǐn)?shù)均有提高，與傳統(tǒng)填鴨式教學(xué)相比，學(xué)生對研究型教學(xué)更為滿意;許多學(xué)生將燃燒與爆炸學(xué)作為自己校內(nèi)或校際安全專業(yè)科技競賽的研究內(nèi)容，多次獲得獎項;學(xué)生將火災(zāi)疏散、爆轟波和防火分區(qū)設(shè)計等《燃燒與爆炸》課程涉及的內(nèi)容作為自己的畢業(yè)設(shè)計，為后續(xù)的工作和學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

四、小結(jié)

《燃燒與爆炸》是北京科技大學(xué)安全工程專業(yè)學(xué)生必須掌握和實用性很強的專業(yè)必修課，構(gòu)建研究型教學(xué)就意味著比傳統(tǒng)教學(xué)更深一步，但步子不能太大，以免拔苗助長，收不到好效果。所以在傳統(tǒng)教學(xué)的基礎(chǔ)上采取了抓教材建設(shè)、改課堂教學(xué)方法、重課下練習(xí)等改革措施。課程研究型教學(xué)改革的基本思路是每一章實行建模引導(dǎo)式教學(xué)，即引導(dǎo)學(xué)生對燃燒爆炸現(xiàn)象進行建模，建模過程中學(xué)生需要考慮對知識的應(yīng)用研究，建模方法由淺入深，逐步達到綜合建模能力;每一章節(jié)都有一個主題，進行命題討論，啟發(fā)學(xué)生進行研究思考，在講授最新科技知識的同時，著力提高學(xué)生的實際應(yīng)用能力和自我研究能力，促進學(xué)生的全面發(fā)展。

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The Research-Based Teaching Mode and Practice in the "Combustion and Explosion" Course in Safety Engineering

GAO Yu-kun，ZHANG Yi，ZHANG Ying-hua，ZHAO Huan-juan，HUANG Zhi-an

（Key Laboratory of? Ministry of Education for Efficient Mining and Safety of Metal Mines，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China）

Abstract："Combustion and Explosion" is a required course for undergraduate students of the Department of Safety Engineering of University of Science and Technology Beijing，which must be mastered and the course is also practical.However，the traditional passive teaching mode no longer satisfies the teaching requirements and matches the overall development of students.The Department of Safety Engineering of University of Science and Technology Beijing carried out reforms and innovations in the research-based of the "Combustion and Explosion" course.We attach importance to the construction of teaching materials，reform teaching methods，and strengthen the practice of after-class exercises on the basis of traditional classes and use practical questions to inspire students to think independently and inspire their learning autonomy.At the same time，while teaching the latest scientific and technological knowledge，teachers strive to improve students' practical application capabilities and self-research capabilities to meet the needs of modern society for the training of high-quality talents and to achieve students' all-round development.

Key words：Safety Engineering;Combustion and Explosion;research-based reaching;teaching reform