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文檔簡介

“燃燒學”課程建設與教學改革初探目前,世界上80%以上的能源來自于煤、石油、天然氣等化石燃料的燃燒。而“燃燒學”則正是研究燃料燃燒過程化學能向熱能高效低污染轉換的一門專門學科,其內容豐富,涉及熱力學、流體力學、化學、傳熱傳質學等諸多學科門類。重慶科技學院熱能與動力工程專業(現已改名能源與動力工程專業)于2006年正式開辦招生,主要包含電廠熱動力和內燃機兩個學科方向。然而,作為能源動力類專業最重要的專業基礎課,燃燒學直到2012年才開始對本科生獨立開課。因此,很多與燃燒相關的教學資源都正在經歷從無到有的發展過程。為更好的提升燃燒學課程的教學質量,在分析相關現狀的基礎上,筆者結合近兩年教學實踐中的一些體會,對燃燒學課程教學改革進行了初步的探索。

一、燃燒學課程的特點

(1)課程學習起點較高

“燃燒學”是一門內容豐富、發展迅速、實用性很強的交叉性學科,燃燒科學目前正在從一門傳統的經驗科學成為一門系統的基礎應用學科。該課程以工程熱力學、傳熱學和流體力學為先修課程,其內容涉及面廣,尤其對數學基礎要求較高。因此,一般來說,該課程設置在大三或大四學年。如果學生對相關基礎理論知識理解掌握不夠深入,將大大增加課程的講授難度。

(2)強調理論聯系實際

燃燒學是一門比較年輕的學科,整個理論體系還不完備,很大一部分知識內容是通過不斷的實踐而出來的經驗規律。如燃燒的動力學反應機理、紊流火焰的傳播規律以及污染物的生成和抑制,這些都是目前研究的熱點和難點。在這種情況下,教師在講授過程中應摒棄對理論知識體系的過分強調,而應通過對實際案例的分析來加深學生的直觀認知,從而培養其應用能力。

(3)應用領域廣泛

燃燒學的課程內容一般分為兩大塊:一方面是燃燒基礎理論,主要包括燃燒的動力學反應機理、火焰的類型及其傳播、氣液固三種燃料的燃燒以及污染物的生成與抑制。另一方面是燃燒應用技術,對于這一部分來說,各高等院校根據自身定位和服務領域的不同,在教學內容的設計上則呈現出不同的側重點。如冶金類高校主要關注工業加熱設備,汽車類高校偏重于內燃機中液體燃料的燃燒,而電廠熱能動力專業則以鍋爐設備為主。因此在教材的編寫和選擇千差萬別,不像能源動力類的其他專業基礎課(如工程熱力學和傳熱學)有比較統一的經典教材。重慶科技學院在專門開設燃燒學課程之前,相關內容都是集成在鍋爐原理的課程中進行講授。

二、燃燒學課程教學改革探索

(1)科學合理的設計課程教學內容體系

緊扣專業的學科發展方向,從培養工程應用型人才的角度出發,設計出科學合理的課程內容教學體系(包含理論教學、實踐教學、課程設計以及試卷考察重點)。就電廠熱能動力專業方向而言,教學內容的設計體現出承上(工程熱力學、傳熱學和流體力學等前期專業基礎課)和啟下(“鍋爐原理”等專業課程)的作用。做到既可以鞏固加深學生對前期專業基礎課的理解,又能激發學生學習后續專業課程的熱情。對于點的講授,以必需和夠用為基本原則,以掌握概念和強化應用為教學重點,摒棄對復雜理論公式的過多推導,切實加強理論聯系實際,讓學生深刻領會“學有所用”的豐富內涵。如對于燃燒動力學中最為重要的阿倫尼烏斯公式,重點是讓學生掌握其用于求解反應活化能和指前因子的方法,而不是公式本身的來龍去脈。

(2)切實加強實踐教學環節

燃燒學是一門實驗性較強的科學,只有學生充分參與教學實踐環節,才能進一步加深對本課程重點、難點的理解與掌握。

一方面,加大資金投入力度,不斷升級和完善專業基礎實驗教學的硬件設施,為大幅度增加課程實驗的學時數提供重要保障。我校熱能動力實驗教學中心是重慶市市級實驗教學示范中心,已經建成了比較完備的熱力學、傳熱學以及流體力學實驗室。近兩年來,在中央財政支持地方高校發展專項經費的支持下,總計投入150余萬元用于“燃燒學教學實驗室”的建設,先后購置了元素分析儀、熱重分析儀、烘箱、馬弗爐、灰熔點儀、在線煙氣分析儀、自動量熱儀以及本生燈火焰裝置等實驗設備。通過不斷的設計和開發,目前所有的儀器設備已全部投入實驗教學使用,初步形成了燃燒學的實驗教學體系。

另一方面,將科研與教學相結合,通過充分利用校內的各種科研平臺,實現實踐教學的常態化。以我校為例,通過與美國卡萬塔公司和三峰卡萬塔公司緊密合作,目前已在校內建成兩條具有國際一流水平的垃圾焚燒發電中試生產線。以此為依托,能動專業專門為學生設計了多個不同形式的實踐環節,包括專業認知實習、課程設計乃至本科畢業設計。對于燃燒學課程來說,固體燃料的燃燒過程、氣體燃燒器的結構布置以及煙氣污染物的處理等內容均放在中試基地進行現場講解。實踐表明,由于能夠把理論的講授與工程實際操作緊密關聯,大大提高了學生的興趣和積極性。

(3)創新改革課堂教學方法

采用講座式教學法串聯整個課程教學內容體系。傳統的教學方式一般是按照教材的章節內容安排進行逐一推進,而“講座式”教學則通過將相互關聯的知識點融合為一個有機的案例,然后在進行知識點的模塊式推進。這樣既可節省學時,又滿足了學生對知識連貫性的需求,很容易將理論與實踐聯系到一起。例如以煤粉的燃燒過程為載體,可以將燃燒反應的動力學機理、燃料的著火與熄滅、熱量的釋放與遷移以及污染物的生成與抑制等相關內容揉和成連貫的知識體系。

在課堂教學過程中,有意識的摒棄傳統的填鴨式教學方式,而是通過提問的方式,逐步引導學生對某一個知識點進行主動性的分析和思考,從而達到深入理解和掌握的目的。燃燒學是一門工程性極強的學科,在實踐環節相對薄弱的情況下,充分借助多媒體手段,把原來書本上抽象的概念和理論以圖片、動畫、視頻等方式直觀呈現出來,這樣既便于同學們的理解記憶,也有利于調動學生的學習興趣。

三、結語

燃燒學是能源動力類本科專業

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