燃燒學實驗教學的改革與實踐

摘要:“燃燒學”課程是熱能動力工程專業核心基礎課程之一，實驗教學是該門課程的重要組成部分，加強并改進實驗教學是培養學生創新能力的有效途徑之一。結合“燃燒學”理論教學的特點，從實驗教學內容、教學模式、教學考核方法等方面進行了改革和創新，增強了實驗教學與理論教學的緊密性和實驗的綜合性。教學實踐表明，該課程在培養學生解決工程實際問題的能力和探索創新精神方面起到了重要作用。

文獻標志碼: A

文章編號: 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

作者簡介:胡曉紅(1980－)，女，講師。研究方向:節能技術。E-mail: huxiaohong4545@163．com

燃燒學是介紹燃燒基本理論、燃燒技術及其應用的課程。20世紀90年代末，為增強培養人才的適應性，加強專業建設和管理，提高辦學水平和人才培養質量，上海理工大學(以下簡稱“我校”)設立了熱能與動力工程專業，而燃燒學則成為該專業的必修主干課程之一，面向該專業能源與環境工程、動力機械工程、制冷與空調工程以及工程熱物理四個方向 ［1］。熱能與動力工程專業中的主要設備，如鍋爐、燃氣輪機、內燃機、吸收式制冷設備等均涉及燃燒技術方面的問題。該課程從工程實際出發，系統介紹燃燒的基礎理論，著重講述各種燃料的燃燒現象及機理，為學生提供理解、分析和控制各種熱力設備中燃燒過程所必需的基本知識，了解燃燒學的工程應用，同時也為以后從事燃燒系統及設備的設計、運行和控制及防治和減少燃燒排放物對環境污染等方面工作打下堅實的基礎 ［2－3］。鑒于該課程的重要性，我校在專業培養計劃中一方面安排了較多的課堂理論教學學時(64學時)，另外還安排了實驗教學學時(16學時)。

實驗與實踐教學在培養學生嚴謹的科學思維和創新能力、理論聯系實際，特別是與科學技術發展相適應的綜合能力方面有著不可替代的作用 ［4］。在燃燒學課程教學過程中，運用燃燒學知識解決工程實際問題是教學的難點，因此，加強“燃燒學”實踐教學環節，增加實習和綜合性實驗內容，有助于學生對燃燒理論的理解和解決工程實際問題方法的掌握。本文在教學過程中對傳統的教育理念進行改革，從教學內容、教學模式、考核方式進行創新，使“燃燒學”課程的教學效果得到明顯改善。

一、燃燒學實驗教學內容

熱能與動力工程專業具有較強的綜合性、實踐性和創新性，實驗教學在培養學生的實踐能力和創新精神方面具有非常重要的作用 ［5］。燃燒學實踐教學的目的是使學生加深對課堂教學內容的理解，掌握燃燒基本實驗方法，鍛煉動手能力，培養創新思維能力 ［6］。我校原有的燃燒學實驗教學內容被納入“動力工程系列實驗Ⅱ”實驗課程中，這使得實驗內容的針對性及其與理論課程的緊密性均較差。隨著教學改革的深入和實驗教學課程建設的發展，我校能源與動力工程學院于2002年開始建立基礎實驗室，其中就包括了燃燒學實驗室。經過多年的實驗室建設、教學內容的改革、教材的積累，燃燒學實驗課程在實驗設備的先進性、教學內容的科學性、教材建設的持續性等方面都取得了一定的成果。目前，燃燒學實踐教學內容設計為綜合性實驗、計算機輔助教學實驗以及實習參觀三個部分，其中綜合性實驗為必修部分，該部分與燃燒學理論教學的授課模塊直接銜接;而計算機輔助教學以及實習參觀為選修部分。通過綜合性實驗和計算機輔助教學實驗，使學生進一步加深對燃燒學基本理論和燃燒技術的理解、鍛煉思維和創新能力及知識應用能力，掌握燃燒基本實驗方法和測試技術。通過實習參觀，開展形象教學，可從根本上改變“燃燒學”課程教學課堂上難以講解和學生難以掌握的大型設備內部結構、運行原理及工作過程等問題。

結合燃燒學理論教學的授課模塊:燃料、燃燒計算、燃燒理論、燃料燃燒方法、燃燒污染物控制和燃燒安全技術，開設工業分析實驗、燃料發熱量測定實驗、灰熔點測定實驗、火焰傳播速度測定實驗、燃燒調整實驗、燃油閃點與燃點測定、燃油運動粘度測定實驗。此外，還開設了爐內過程、流化床原理、脫硫裝置原理等實驗項目。為了讓學生進一步了解燃燒產物對環境的污染及污染物相應的治理技術，開設了顆粒污染物控制與氣態污染物控制項目，如靜電除塵器實驗、可調文丘里管洗滌式除塵實驗、煙氣脫硫性能實驗等，通過此類實驗教學可進一步加深學生對燃燒污染物排放控制的理解與掌握，提高了學生對環保技術及設備的認識。

計算機輔助教學實驗可以解決燃燒學實驗裝置投資高而不可能達到所需實驗臺套數要求的問題，因此，利用動力工程實驗中心CFD實驗室資源開設了燃燒學計算機輔助教學實驗課程，作為相應實驗課程的有力補充，以提高學生學習興趣，加深對燃燒物理現象和過程的理解。通過綜合性實驗和計算機輔助教學實驗，使學生加深對燃燒學基本理論知識和燃燒技術的理解，掌握燃燒學相關基本實驗方法和測試技術，鍛煉動手能力，培養創新思維能力。

為了從根本上改變專業課程教學中課堂上難以講解和學習的大型設備原理和結構、專業課枯燥、偏于抽象等問題，建立了熱能與動力工程教學模型館，該館可供觀摩研究的燃燒學模型有可拆卸油氣兩用燃燒器、YG－75/5·29－M循環流化床鍋爐模型、燃燒設備火焰自動控制和報警系統、R－700－1型燃氣輪機模型、2 000 kW單軸燃氣輪機模型等。

二、燃燒學實驗教學管理模式的創新

大學教學過程主要有注入式教學和啟發式教學兩種模式，注入式教學是機械地把知識灌輸給學生，把學生當作一種客體，該模式強調對知識的記憶、模仿和重復。在該模式下，學生創新思維能力很難得到發展和提升。啟發式教學則從教學目的、教學內容、教學方法等方面引導學生主動學習知識，通過培養學生科學素養，使其最終能獨立分析問題、解決問題 ［7］。啟發式教學模式強調引導學生積極思考，其更有利于學生思維的拓展和創新能力的培養，是較適合目前高等教育創新人才培養的一種教學模式。基于該教學模式，我校燃燒學實驗教學過程中也逐漸形成了自己的實驗教學模式，并取得了較好的教學效果。

為了便于實驗教學，將實驗的學生人數控制在與實驗臺數相適應的組別來設置實驗課程表，使學生有獨立操作機會。將燃燒學實驗納入我校能源動力工程實驗教學中心網站，網站設有實驗教學指導書、課件、教學案例、儀器使用手冊、教學科研成果等資源。學生通過網站預約實驗并完成實驗前的預習，了解實驗設備及相關操作規范等工作，然后進入實驗室進行獨立操作實驗設備和儀器，并主動思考實驗過程中遇到的現象和問題，通過團隊合作解決實驗中出現的問題，記錄和整理實驗數據，進行數據分析和實驗總結。通過啟發式教學模式可有效的提高學生動手能力、實驗技能、團隊合作精神、獨立思考問題能力、分析解決工程實際問題能力以及自主創新能力。

在啟發式教學模式下，實驗專職教師引導學生積極主動、自覺地掌握知識。例如在進行工業分析實驗時，教師提出工業分析的水分是指哪部分水分?工業分析和元素分析中哪一項數值是相同的?在學生撐握這些基本概念后，引出工業分析在測定水分和灰分時應該注意什么，數據處理時應該如何計算等?利用這些涵蓋實驗目的、實驗原理、實驗方法的問題，逐步引導學生積極思考，培養他們應用理論知識分析和解決問題的能力。

三、燃燒學實驗教學考核方式

實驗考核是對學生實驗能力的全面檢查，也是對教師教學效果的檢查。同時，考核能夠給學生以壓力和動力，促進學生對實驗課的重視。以往的考核方式多采用實驗專職教師依據實驗報告來確定，這種考核方式較主觀，導致一部分學生不重視實驗，甚至出現了個別學生抄襲他人實驗報告的現象。在這種傳統考核方式下甚至會出現沒有認真做實驗學生的實驗成績高于認真做實驗學生的現象，極大地挫傷學生開展實驗的積極性、主動性和創造性。為此，我們改革了傳統的考核方式，將單一的實驗考核方式改為實驗準備考核、實驗操作考核、實驗數據分析考核和實驗考試等多種形式相結合的綜合考核方式。實驗準備考核主要是考查學生對實驗的預習情況，可通過實驗教學中心網站實施。當學生在預約某一實驗時，需在網站上完成與本實驗相關的思考題，該實驗方可預約成功;實驗操作考核則由實驗專職教師對學生在實驗過程中步驟是否合理、參數設定是否滿足要求、操作是否規范等進行考查;實驗數據分析考核則是考查學生針對所做實驗結果給出分析的準確性與合理性，是對原有的實驗報告的一種改進。學生在實驗操作時記錄相關數據，根據所得數據進行繪圖或計算，最終獲得實驗結果，并對結果進行分析。實驗專職教師根據其數據、結論是否正確，分析是否透徹進行評分;實驗考試則由每個實驗設置2～3道基本知識和基本技能試題組成試卷，統一安排考試。通過這種考核方式給出實驗綜合成績，實現對學生的學習態度、動手能力、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生的知識、能力和綜合素質，形成真實有效的反饋信息，促進教學質量的提高。

四、結束語

“燃燒學”實驗教學是將“燃燒學”理論基礎知識與實驗能力培養相結合、基礎理論與工程實踐相結合的教學活動，是培養學生動手能力的重要環節。我校針對燃燒學實驗課程開展了教學方法的改革與探索，引入先進的教學體系、教學理念，改革教學內容和教學模式，聯系科研、生產、生活實際，注重學生能力的培養和思維能力的訓練。目前我校已經形成了完整的“燃燒學”實驗教學體系，包括綜合性實驗教學和計算機輔助實驗，有利于學生理解教學內容，增強實踐能力和解決實際問題的能力，體現了培養創新應用型人才的特色。根據我校能源與動力工程學院熱能與動力工程專業畢業生反饋的情況，他們畢業后能夠很快地適應工作，勝任工作，廣泛受到用人單位的好評，充分體現了我校“燃燒學”實驗教學工作是成功的。