吴亭亭 王辅臣 龚 岩

（华东理工大学 上海 200237）

0 前言

目前，全世界所消耗的能源中有超过80%是来自煤、石油和天然气等不可再生燃料的燃烧。而人类目前的主要能源来源依旧是不可再生的化石燃料的燃烧。与此同时，环境保护又与能源利用息息相关。在我国，以煤为代表的矿物质燃料燃烧所排放的大量的SO2、NOx、CO2等有害气体对环境构成了严重威胁。

华东理工大学能源与动力工程专业隶属于能源化工系，该专业由1952年华东理工大学成立所设立的“燃料化工”专业经过长期的发展调整演变而来，是一个研究领域更宽广、更适应于时代所需的专业。“燃烧学”是研究燃料燃烧过程中化学能转化为热能的一门学科，它在燃料清洁燃烧、能源高效利用和燃烧污染物控制等方面都扮演着越来越重要的角色。而进入新世纪以来，“燃烧学”一直是能源与动力工程专业的核心课程。自华东理工大学开设“燃烧学”课程以来，随着时代的变化，以及教学侧重点逐渐由理论向实际应用转移，本着培养新一代“燃烧学”应用型人才的原则，本课程所选用的教材也经历了一番调整。从最开始的中国建筑工业出版社出版的《燃气燃烧与应用》到冶金出版社出版的《燃料与燃烧学》，再到目前选择的中国电力出版社出版的王军等人编写的《工程燃烧学》，符合课程强调的“燃烧学”的工程实用性，培养学生学以致用、理论联系实际的能力和素养。同时也向同学们推荐了清华大学能源与动力专业选择的教材《燃烧学导论：概念与运用》第三版以及经典英文教材《Combustion》作为学生的课外阅读教材。

“燃烧学”是研究燃烧现象、实践和理论的科学，这意味着它的知识面涉及范围很广，包括了物理化学、传热传质学、流体力学以及热力学相关的知识，同时复杂的燃烧机理以及相关的公式对数学的要求也很高。这导致了目前在教学中学生理论听不懂，公式不会推导，实际中不会运用等问题。如果老师在授课时采取单一的讲课方式，那“燃烧学”这门课的教学效果可能就不是非常理想。因此，采用全方位立体教学模式，从课堂教学出发，配套进行课程实验巩固理论知识，最后通过科研创新项目，提高学生的实际运用能力是解决目前教学困难有效方式。

1 课堂教学的更新

“燃烧学”是热能工程专业的主要专业基础课之一。通过本课程的学习，要求掌握各种燃料的形成、结构和特性；掌握燃料燃烧的计算方法和燃烧基本理论；熟悉各种燃烧方式与燃烧装置，具有一般民用和工业燃具的设计计算能力以及燃烧系统运行调节方面的技能。并对燃料应用方面的新理论、新技术、新设备有所了解。本课程着重于让学生掌握燃烧的反应机理，燃烧计算，结合我校煤的洁净技术的发展，分别从固体、液体和气体分析不同燃料的燃烧原理和特点，以及燃烧技术的应用和安全。为学生进一步升造和步入社会提供了扎实的专业理论基础和实际应用能力。因此学生需要掌握燃烧基本特性，燃烧反应的动力学基础、燃烧理论，固体、液体和气体三种状态燃料的燃烧原理和技术，以及焚烧技术及装置、燃烧污染控制与安全技术。面对如此多的物理化学知识、反应机理、燃烧计算理论公式等，学生在学习的过程中容易出现概念无法完全理解，机理反应过程不清楚，理论公式不会运用等问题。例如（1）对于传递现象、Fick扩散定律方程以及Arrinus定律这些抽象模型的物理本质理解存在一定的困难。（2）对于层流预混火焰、层流扩散火焰、液滴火焰等燃烧现象没有直观认识。（3）着火与熄火及火焰传播和稳定性理论。着火与熄火理论均基于预混气，充分讲明热自燃与点燃以及热自燃与链锁自燃之间的差别与联系，对谢苗诺夫热自燃理论、强迫着火的零值梯度理论及着火感应期、最小点火能量等内容。

针对学生的这些问题，在课程教学上做以下改进并采取部分反转教学模式：

（1）修订教学大纲，优化教学内容,删繁就简，在教学中突出重点，避免由于内容过多导致学生接受程度低，从而概念混乱。另一方面，充分利用现代教学手段，制作图文并茂，条理清晰，内容丰富的多媒体课件。同时可以通过视频的方式，把燃烧过程的各个阶段与理论直观地展示给学生，将复杂抽象的概念形象化，晦涩难懂的理论具体化。让学生能够对“燃烧学”有一个直观的认识，再结合课本的理论知识，达到一个良好的教学效果。在前期课程教学中我们发现同学们关于“燃烧温度、燃烧检测和燃烧效率”的理论比较抽象。于是我们考虑结合工程项目“热工测试和热平衡计算”的案例，以及工厂现场测试和控制室图纸等，讲解。从而使得学生对该知识点的掌握得到强化，并且有了直观的认识以及了解理论与实际结合的案例，对学习内容更有兴趣。

（2）改进教学方法，将启发式、讨论式、交互式、实践式和自主式等教学方法融入到教学过程中。学生始终是课堂教学的服务主体，然而在以往很多的专业课程教学中，授课老师采用的教学方法是以自身为中心、借助课件进行单方向的知识传递—接受。这样必然导致学生处于被动接受地位，不利于学生学习积极性和课堂教学效率的提高。在此次“燃烧学”课程教学改革中，采用了多种能够调动学生学习主动性的教学方法，如增设课堂双向提问和分组讨论环节。课堂双向提问包括课前老师检查性提问和课后学生质疑性提问。课前老师检查性提问是指在课前老师将与下节课知识点相关案例留给学生，让学生利用课后时间进行自主探究提前熟悉教学大致内容，发现案例背后的思政问题，上课以后老师以抽签或者学生进行抢答的方式进行提问。课后学生质疑性提问是指在老师对本节课知识讲解完毕以后会留下小段时间收集学生们对本节课知识点还存在的疑惑，老师当堂或者课后在线上进行解答。课堂双向提问加强了师生思想上交流互动，让老师及时了解到学生的真实学习情况，从而能进行针对性讲解，有效提高课堂教学效率和质量，从而为专业课堂进行思政教育提供了坚实的基础。在分组讨论环节授课教师围绕教学目的为学生提供教学案例，组织学生采取小组讨论或辩论的形式共同来解决问题，给每位学生提供在课堂上能自由地发表自己观点的机会，体现了学生在课堂上的主人公地位。培养学生的协作精神，增强学生的参与感，激发学生的思政学习兴趣，从讨论中获得启发。

（3）编写习题集和试题库，收集一定量高质量的燃料与燃烧学学习题，形成和教学大纲配套的习题集和试题题库，并给出解体思路提示和参考答案。在课堂上结合题库让学生在学习的工程中能够加加深对理论概念的印象与应用，让课堂教学不在枯燥乏味，将课堂提问与课后习题纳入成绩考核范围，提高学生的学习积极性和对知识的掌握情况。

2 课程实验的匹配

为了解决课程教学内容中概念难以理解，理论公式没有直观感受的问题。通过能源化工实验室的现有设备，对教学安排配套的课程设计与课程实验，让学生在理论与实际中将所学知识融会贯通。目前的实验安排有：（1）热水器燃烧特性测定：通过热水器在空气燃气混合不充分，进风量不足等不同的燃烧工况下进行实验测试，从而让学生掌握燃气热水器的燃烧特性；（2）烟气排放测定：通过实验设备测定燃烧后的烟气成分，让学生直观的认识到烟气排放中的NOx和SOx的含量，启发学生学习如何降低烟气排放以及脱硫脱销的一些工艺；（3）燃料热值测定：让学生通过实验操作和理论公式的运用计算得出燃料在标态下与氧气完全燃烧释放的热量，从而对课堂所学的概念理解更加透彻，对公式的实际运用情况更加清晰。（4）毕业设计（垃圾焚烧炉燃烧与烟气系统的设计）：在老师的指导下，让学生设计一系列工况下的焚烧炉以及对应的符合环保要求的烟气系统，提升学生的CAD设计能力，将“燃烧学”的工程应用融入到实验部分，让学生能直接接触到“燃烧学”在工程实践中的运用。为学生进入社会，进入工作岗位提前打下基础，突出“燃烧学”理论发展与工程运用并重的学课特点。

通过运用这些一流的“燃烧学”测量仪器，作为课程实验，帮助学生能够直接的接触“燃烧学”的实际应用。将课程中难以理解的原理与公式融合在实验教学中，通过安排学生进行课前预习，结合实验原理讲解，再加上学生动手实际完成实验，撰写实验报告，运用公式、原理与实验数据得出结论，并且总结实验中的误差与操作难点。经过这样一个完整的实验过程，让学生动手与动脑结合，加深对“燃烧学”中理论与技术机理的理解，提高同学对“燃烧学”的学习兴趣与综合运用能力，同时训练学生的创新与实践能力。

3 科研创新的应用

“燃烧学”内容繁多，学科知识相互交叉，在教学中为了突出层次，提高部分学习能力比较突出，有志向投身于科学研究的学生，本课程开设了科研创新训练部分，将科研项目直接与课程内容相结合，帮助学生理解课程内容以及课程内容的科研应用。通过让学生加入到研究生主导的实验室项目中，在研究生的带领下直接参与到项目实验中，为学生打下科研的基础，同时锻炼学生的科研创新能力。目前实验室的项目有：“垃圾焚烧物生成物排放测试”和“钢厂平衡测试与系统能耗分析”。让学生在科研实验中学会主动运用“燃烧学”相关知识，提升学生解决实际问题的能力。

同时结合我校开展的大学生创新实践活动（即USRP），让学生在老师的指导下参与到从选题到实验，再到论文撰写的整个过程，让学生了解学习到“燃烧学”最前沿的发展情况，自主选择喜欢的课题进入深入的研究，提升学生的主观能动性。

4 结论

综上所述，通过对教学内容和方法的优化，用专业实验培养学生的动手实践能力，让学生能够从中理解课堂的教学内容，同时让学生参与到科研项目中，真正地把课堂理论知识与实际需求相结合，让学生学有所思，学有所成，学有所用。通过将“燃烧学”建设成为一门全方位、立体化的课程，使课程内容符合社会对高素质人才的要求，使学生对专业的发展有全面的了解，着重培养基础厚实、知识面宽的具有工程设计和改造能力的理工科人才。