安全工程《燃燒與爆炸》課程的研究型教學模式與實踐

高玉坤 張益 張英華 趙煥娟 黃志安

摘要：《燃燒與爆炸》是北京科技大學安全工程系本科生必須掌握和實用性很強的專業必修課，但是傳統的被動學習課堂教學已經不能滿足教學要求和學生的全面發展。北京科技大學安全工程系對《燃燒與爆炸》課程的教學模式進行了研究型教學的改革創新，通過在傳統課堂的基礎上抓教材建設、改課堂教學方法、重課下練習等措施，在教學過程中實行建模引導式教學，利用實際問題啟發學生進行自主研究思考，激發學生的學習自主性。同時，教師在講授最新科技知識的同時，著力提高學生的實際應用能力和自我研究能力，達到現代社會對高素質人才的培養需求，實現學生的全面發展。

關鍵詞：安全工程;燃燒與爆炸;研究型教學;教學改革

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

為了解決我國現代化建設中發生的種種生產安全問題和培養安全科學人才，國內許多綜合或工程類院校都開設了安全工程這一專業[1-2]。安全工程與其他工程學科一樣，專業課程不僅要求學生需要掌握扎實的基礎知識，還需要學生與實際相結合，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[3]。目前我國大部分高校課堂仍然堅持傳統的填鴨式滿堂灌的講課方式，在這種教學模式下，師生之間的互動少，課堂以單純的理論知識為主，與實際問題聯系不緊密，在有限的課堂時間里，學生忙于接受知識而缺乏獨立思考，使得學生對知識掌握不夠熟練，容易發生知識與實踐脫節的問題[4]。與傳統的填鴨式教學不同，研究型教學的目的是培養研究型人才，在教學活動中做到教學與科研相長[5-6]。研究型課堂需要以課程為載體，激發學生的學習主動性，讓學生主動思考和研究，發現科學規律和獲取解決問題的知識，從而培養學生的創新能力[7-8]。

《燃燒與爆炸》是北京科技大學安全工程本科生必須掌握和實用性很強的專業必修課，傳統的填鴨式教學使學生在教學活動中處于被動的狀態，學生的獨立思考和自主創新精神容易被忽視掉，這與現代大學的培養要求相悖。為了激發學生學習興趣，培養學生的獨立思考和創新能力，北京科技大學安全工程系對《燃燒與爆炸》課程的教學模式進行了研究型教學的改革創新。

一、教學模式改革

北京科技大學安全工程系所開設的《燃燒與爆炸》是一門專業性和實用性很強的課程，在教學過程中需要教師運用靈活多樣的教學方法把燃燒與爆炸的化學基礎、物理基礎、著火理論等基礎內容教授給學生，通過課堂演示、課堂討論、啟發學生挖掘科學問題的思維方法，從而引導學生掌握進行科學研究、揭示科學規律的方法。安全工程系通過在傳統課堂的基礎上抓教材建設、改課堂教學方法、重課下練習等措施，對傳統課堂進行改革，實現培養學生的創新能力和科研能力的研究型教學目標。

1.抓教材建設。教材是知識的載體，不僅是教師傳授知識的媒介之一，而且也是學生獲得知識的重要渠道[9]。教材的建設對于課程的改革與創新起到重要作用。一方面教材需要按照教學要求，適應課堂的需要，將理論性很強的知識展現出來，同時還需要結合國內外燃燒與爆炸事故的典型案例和相關問題實例，培養學生獨立思考能力、靈活運用知識的研究能力。燃燒與爆炸科學及相關技術領域在不斷地發展和進步，新興的科研成果也在不斷涌出，所以教材的建設應當吸納國內外最新的研究成果，讓學生學習和認識到燃燒爆炸領域的前沿知識，使學生能夠將燃燒與爆炸中最前沿的知識運用到今后的學習與工作中。

2.改課堂教學方法。課堂教學方法是實現教學目的、保障教學質量和培養學生能力的重要手段[10]。改進課堂教學方法是研究型教學模式的重要突破口，是實現培養高素質創新型人才的重要途徑。在傳統教學方法中，雖然有教學效率高、需要教學環境簡單的優點，但是傳統教學往往忽視了學生在學習過程中的主動性，不利于培養創新精神，不再適應現代教育對人全面發展的要求。在研究型教學過程中，安全工程系將被動填鴨式教學改為啟發式教學，將課堂講解和討論相結合，把程序化單調的PPT平面教學改為理論講解和真實演示相結合，增加每個課程章節對應命題的研究，使各個教學章節銜接更加緊密，改變學生的傳統思維方式，讓學生由單純的接受知識變為以問題導向的思維方式，實現對學生思維的引導。

3.重課下練習。課下練習是教學環節中的重要組成部分，是學生對課程所學內容的復習、思考和提高的過程。改進傳統的課后大量小習題練習，將課后小習題與綜合性練習相結合，使學生在三種著火理論的基礎上，加深對燃燒和爆炸理化基礎的知識學習，最后培養學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，為學生以后建立火災數學模型和數值模擬奠定基礎，為以后更加深入的研究和學習打下基礎。

二、實例引導教學

在北京科技大學安全工程專業《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驗。《燃燒與爆炸》課程的每一章節實行建模引導式教學，即引導學生對燃燒爆炸現象進行建模，建模過程中學生需要考慮對知識的應用研究，建模方法由淺入深，逐步達到綜合建模能力;每一章節都有一個主題，進行命題討論，啟發學生進行研究思考。

1.蠟燭燃燒：在學習了燃燒與爆炸的化學基礎和物理基礎的理論知識的前提下，研究生活中常見的蠟燭燃燒現象。蠟燭燃燒現象雖然簡單，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，蠟燭持續燃燒是熱傳導熔化的蠟油由于毛細作用不斷傳遞等。提出蠟燭燃燒現象背后的問題，能夠使學生帶著問題去學習燃燒與爆炸的物理化學模型，讓學生在學習知識的過程中掌握研究科學問題的思路，在老師的引導下建立蠟燭燃燒現象的物理模型及化學動力學模型，并能夠科學地解釋這一現象。

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

3.煤層自然發火：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上，讓學生對自燃的條件和規律有了一定認識。將煤層自然發火理論和實際案例相結合，以任樓煤礦Ⅱ及Ⅲ采區煤層自然發火的問題與所講授的自燃理論知識相結合，讓學生在學習到自燃知識的同時，能夠應用到實際問題中，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，讓學生掌握科學研究的方法和過程。

4.燃氣爆炸：石油化工企業生產過程中會產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。可燃氣體在燃燒時會引起爆炸，在特殊條件還會引起一種特殊的現象——爆轟，造成嚴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，激發學生學習的自主性，帶著問題去學習。結合典型的燃氣爆炸事故案例，指導學生思考爆炸事故形成的極限和條件，研究預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，學生會帶著疑問來學習固體的燃爆理論，在學習過程中注意力也會明顯集中，在課程結束時，教師也會引導學生解決這個疑問，證明研究型教學提高了學生思考問題、研究問題、解決問題的能力。

三、教學成果

北京科技大學安全工程《燃燒與爆炸》課程在采用研究型的教學模式后，取得了豐富的教學成果：由安全工程專業任課骨干教師編寫的《燃燒與爆炸學》列入普通高等教育“十二五”規劃教材;課程結課后，學生能夠在老師指導下開展燃燒與爆炸相關研究，并撰寫科研小論文;課程的考試平均分數比之前未開展研究型教學時有所提高，學生對課程的掌握程度更為扎實;學生對本課程的打分中，課程設計、教學過程和學生反饋等分數均有提高，與傳統填鴨式教學相比，學生對研究型教學更為滿意;許多學生將燃燒與爆炸學作為自己校內或校際安全專業科技競賽的研究內容，多次獲得獎項;學生將火災疏散、爆轟波和防火分區設計等《燃燒與爆炸》課程涉及的內容作為自己的畢業設計，為后續的工作和學習打下基礎。

四、小結

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

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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