安全工程《燃烧与爆炸》课程的研究型教学模式与实践
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作者:高玉坤 张益 张英华 赵焕娟 黄志安
摘要：《燃烧与爆炸》是北京科技大学安全工程系本科生必须掌握和实用性很强的专业必修课，但是传统的被动学习课堂教学已经不能满足教学要求和学生的全面发展。北京科技大学安全工程系对《燃烧与爆炸》课程的教学模式进行了研究型教学的改革创新，通过在传统课堂的基础上抓教材建设、改课堂教学方法、重课下练习等措施，在教学过程中实行建模引导式教学，利用实际问题启发学生进行自主研究思考，激发学生的学习自主性。同时，教师在讲授最新科技知识的同时，着力提高学生的实际应用能力和自我研究能力，达到现代社会对高素质人才的培养需求，实现学生的全面发展。
关键词：安全工程;燃烧与爆炸;研究型教学;教学改革
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）39-0123-03
为了解决我国现代化建设中发生的种种生产安全问题和培养安全科学人才，国内许多综合或工程类院校都开设了安全工程这一专业[1-2]。安全工程与其他工程学科一样，专业课程不仅要求学生需要掌握扎实的基础知识，还需要学生与实际相结合，拥有独立思考和灵活运用知识的能力，从而为科研打下坚实的基础[3]。目前我国大部分高校课堂仍然坚持传统的填鸭式满堂灌的讲课方式，在这种教学模式下，师生之间的互动少，课堂以单纯的理论知识为主，与实际问题联系不紧密，在有限的课堂时间里，学生忙于接受知识而缺乏独立思考，使得学生对知识掌握不够熟练，容易发生知识与实践脱节的问题[4]。与传统的填鸭式教学不同，研究型教学的目的是培养研究型人才，在教学活动中做到教学与科研相长[5-6]。研究型课堂需要以课程为载体，激发学生的学习主动性，让学生主动思考和研究，发现科学规律和获取解决问题的知识，从而培养学生的创新能力[7-8]。
《燃烧与爆炸》是北京科技大学安全工程本科生必须掌握和实用性很强的专业必修课，传统的填鸭式教学使学生在教学活动中处于被动的状态，学生的独立思考和自主创新精神容易被忽视掉，这与现代大学的培养要求相悖。为了激发学生学习兴趣，培养学生的独立思考和创新能力，北京科技大学安全工程系对《燃烧与爆炸》课程的教学模式进行了研究型教学的改革创新。
一、教学模式改革
北京科技大学安全工程系所开设的《燃烧与爆炸》是一门专业性和实用性很强的课程，在教学过程中需要教师运用灵活多样的教学方法把燃烧与爆炸的化学基础、物理基础、着火理论等基础内容教授给学生，通过课堂演示、课堂讨论、启发学生挖掘科学问题的思维方法，从而引导学生掌握进行科学研究、揭示科学规律的方法。安全工程系通过在传统课堂的基础上抓教材建设、改课堂教学方法、重课下练习等措施，对传统课堂进行改革，实现培养学生的创新能力和科研能力的研究型教学目标。
1.抓教材建设。教材是知识的载体，不仅是教师传授知识的媒介之一，而且也是学生获得知识的重要渠道[9]。教材的建设对于课程的改革与创新起到重要作用。一方面教材需要按照教学要求，适应课堂的需要，将理论性很强的知识展现出来，同时还需要结合国内外燃烧与爆炸事故的典型案例和相关问题实例，培养学生独立思考能力、灵活运用知识的研究能力。燃烧与爆炸科学及相关技术领域在不断地发展和进步，新兴的科研成果也在不断涌出，所以教材的建设应当吸纳国内外最新的研究成果，让学生学习和认识到燃烧爆炸领域的前沿知识，使学生能够将燃烧与爆炸中最前沿的知识运用到今后的学习与工作中。
2.改课堂教学方法。课堂教学方法是实现教学目的、保障教学质量和培养学生能力的重要手段[10]。改进课堂教学方法是研究型教学模式的重要突破口，是实现培养高素质创新型人才的重要途径。在传统教学方法中，虽然有教学效率高、需要教学环境简单的优点，但是传统教学往往忽视了学生在学习过程中的主动性，不利于培养创新精神，不再适应现代教育对人全面发展的要求。在研究型教学过程中，安全工程系将被动填鴨式教学改为启发式教学，将课堂讲解和讨论相结合，把程序化单调的PPT平面教学改为理论讲解和真实演示相结合，增加每个课程章节对应命题的研究，使各个教学章节衔接更加紧密，改变学生的传统思维方式，让学生由单纯的接受知识变为以问题导向的思维方式，实现对学生思维的引导。
3.重课下练习。课下练习是教学环节中的重要组成部分，是学生对课程所学内容的复习、思考和提高的过程。改进传统的课后大量小习题练习，将课后小习题与综合性练习相结合，使学生在三种着火理论的基础上，加深对燃烧和爆炸理化基础的知识学习，最后培养学生可以利用可燃气体、液体和固体的燃烧爆炸理论解决实际问题的能力，为学生以后建立火灾数学模型和数值模拟奠定基础，为以后更加深入的研究和学习打下基础。
二、实例引导教学
在北京科技大学安全工程专业《燃烧与爆炸》课程研究型课堂的实践过程中，积累了大量的课堂讲授的经验。《燃烧与爆炸》课程的每一章节实行建模引导式教学，即引导学生对燃烧爆炸现象进行建模，建模过程中学生需要考虑对知识的应用研究，建模方法由浅入深，逐步达到综合建模能力;每一章节都有一个主题，进行命题讨论，启发学生进行研究思考。
1.蜡烛燃烧：在学习了燃烧与爆炸的化学基础和物理基础的理论知识的前提下，研究生活中常见的蜡烛燃烧现象。蜡烛燃烧现象虽然简单，但是背后蕴藏了丰富的道理，如蜡烛对外放热主要通过热辐射，蜡烛火焰的形状受到热对流的影响，蜡烛持续燃烧是热传导熔化的蜡油由于毛细作用不断传递等。提出蜡烛燃烧现象背后的问题，能够使学生带着问题去学习燃烧与爆炸的物理化学模型，让学生在学习知识的过程中掌握研究科学问题的思路，在老师的引导下建立蜡烛燃烧现象的物理模型及化学动力学模型，并能够科学地解释这一现象。
2.烟囱效应：首先演示燃烧引起的烟气上浮现象，让学生对燃烧引起的浮力运动有一个感性认识。然后利用简单的数理模型解释造成这一现象的具体原因，提出烟囱效应这一具体概念。使学生能够利用相关知识解释高层建筑火灾爆炸事故蔓延和灾害扩大的特性，认识到高层建筑火灾防控的困难性，引发学生的研究兴趣。 3.煤層自然发火：在谢苗诺夫自燃理论和弗兰克-卡门涅茨基热自燃理论的基础上，让学生对自燃的条件和规律有了一定认识。将煤层自然发火理论和实际案例相结合，以任楼煤矿Ⅱ及Ⅲ采区煤层自然发火的问题与所讲授的自燃理论知识相结合，让学生在学习到自燃知识的同时，能够应用到实际问题中，独立思考各种点火理论的特点和适用情况。通过对实例的分析研究给出问题的答案，让学生掌握科学研究的方法和过程。
4.燃气爆炸：石油化工企业生产过程中会产生或者使用许多可燃气体，在人们的日常生活中，如燃气管道中的天然气、焊接使用的乙炔、氢气球中的氢气等。可燃气体在燃烧时会引起爆炸，在特殊条件还会引起一种特殊的现象——爆轰，造成严重的破坏并威胁人身安全。通过实际问题来引出需要展开讨论的理论知识，激发学生学习的自主性，带着问题去学习。结合典型的燃气爆炸事故案例，指导学生思考爆炸事故形成的极限和条件，研究预防爆炸的措施和减少爆炸损失的手段。
5.面粉爆炸：面粉爆炸是粉尘爆炸的一种，通过观看面粉爆炸事故影像资料，学生会带着疑问来学习固体的燃爆理论，在学习过程中注意力也会明显集中，在课程结束时，教师也会引导学生解决这个疑问，证明研究型教学提高了学生思考问题、研究问题、解决问题的能力。
三、教学成果
北京科技大学安全工程《燃烧与爆炸》课程在采用研究型的教学模式后，取得了丰富的教学成果：由安全工程专业任课骨干教师编写的《燃烧与爆炸学》列入普通高等教育“十二五”规划教材;课程结课后，学生能够在老师指导下开展燃烧与爆炸相关研究，并撰写科研小论文;课程的考试平均分数比之前未开展研究型教学时有所提高，学生对课程的掌握程度更为扎实;学生对本课程的打分中，课程设计、教学过程和学生反馈等分数均有提高，与传统填鸭式教学相比，学生对研究型教学更为满意;许多学生将燃烧与爆炸学作为自己校内或校际安全专业科技竞赛的研究内容，多次获得奖项;学生将火灾疏散、爆轰波和防火分区设计等《燃烧与爆炸》课程涉及的内容作为自己的毕业设计，为后续的工作和学习打下基础。
四、小结
《燃烧与爆炸》是北京科技大学安全工程专业学生必须掌握和实用性很强的专业必修课，构建研究型教学就意味着比传统教学更深一步，但步子不能太大，以免拔苗助长，收不到好效果。所以在传统教学的基础上采取了抓教材建设、改课堂教学方法、重课下练习等改革措施。课程研究型教学改革的基本思路是每一章实行建模引导式教学，即引导学生对燃烧爆炸现象进行建模，建模过程中学生需要考虑对知识的应用研究，建模方法由浅入深，逐步达到综合建模能力;每一章节都有一个主题，进行命题讨论，启发学生进行研究思考，在讲授最新科技知识的同时，着力提高学生的实际应用能力和自我研究能力，促进学生的全面发展。
参考文献：
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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
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