基于翻轉課堂的消防專業本科化學教學的研究

王晉芳 張健 劉慧

摘要：化學是21世紀的中心學科，對于多個學科有重要指導作用，化學的本科教育對于完善學生的知識結構和框架，培養學生嚴謹的科學素養意義深遠，對于消防院校的本科生更是如此。本文從大學化學的意義、消防院校的特點、化學教育與消防的關系入手，探究如何在翻轉課堂下實施消防專業本科化學教學，讓學生在親身實踐中掌握化學知識并且成長為一名合格的消防員。

關鍵詞：化學教學;火災案例;翻轉課堂

一、大學化學的意義與消防院校的特點

化學是一門在原子、分子層次上研究物質的組成、結構、性質及其變化規律和能量關系的學科。[1]高等院校的化學教育在本科教學中具有重要地位，這門學科不僅能夠完善學生的知識框架，還可以培養學生的科學素養和實踐能力。[2]

大學化學和初高中化學教育存在較大差異。首先，在教學內容方面，初高中化學側重基礎知識的普及和了解，內容廣而不深;而大學化學在內容上更具有專業性和系統性，這也增加了大學化學教育的難度和復雜性。[3]此外，實驗是化學教育的重要組成部分，初高中的化學實驗主要是重復和認識已有的實驗，大學化學的實驗主要以設計性和創造性為主，注重培養學生的創造能力。[4]

在當前教育改革的環境下，如何加快大學化學教學的改革，在實踐中積極探索更加先進的教學策略，為社會培養更多具有創造性的綜合人才，成為當代教育工作者面臨的重大挑戰，這也成為擺在消防救援學院化學教育工作者面前的難題。

中國消防救援學院是按照黨中央跨軍地改革部署，整合消防、森林院校力量和資源，以原中國人民武裝警察部隊警種學院為基礎組建的，是應急管理部直屬全日制普通高等院校，也是國內唯一一所消防專業高等院校，主要承擔國家綜合性消防救援隊伍人才培養、專業培訓和科研等任務。

作為培養國家消防救援人才的搖籃，需要確立自己的教學特色。對于化學教育的改革，在教學中融入火災案例的介紹，能夠體現消防的特色，符合培養消防救援人才的教學目標。目前關于化學教學與消防專業的聯系尚未有系統全面的研究，[5]因此有必要在總結教學經驗的基礎上，充分挖掘化學課程中與消防密切相關的火災案例，填補這方面的空白，為今后更好地開展消防工作奠定基礎。

二、化學教育與消防的關系

化學教育與消防密切相關，從可燃物的鑒定[6]、燃燒過程分析[7]，到有毒物質的洗消[8]等都需要用到化學知識，尤其是《有機化學》課程中涉及大量易燃易爆的有機化合物。關于化學教育改革的研究和實踐一直以來都是化學教育工作者的重點，包括化學知識討論、教學討論、實驗探究、教材討論、習題討論和其他相關內容的引入等[9]?；瘜W作為一門自然科學，在其發展過程當中的各個階段和重大事件中都包含了許多人文因素，在化學教育過程中，挖掘、積淀這些人文知識，不僅能提高學生的整體素質，更有利于學生的發展[10]。

三、在翻轉課堂下實施消防專業本科化學教學的策略

翻轉課堂是讓學生在課前利用慕課等形式完成初步的學習，在課上主要由教師對于重難點進行引導性的討論，從而培養學生的思考能力，激發學生的創造力，提高邏輯思維等。[11]此外，在教育改革的背景下，應該將素質教育作為大學化學教育的重要內容，在素質教育實施過程中適時融入課程思政，可以有效提高教學收益。[12]因此，可以從以下兩個角度入手，為消防專業化學的翻轉課堂提供一些素材和基礎。[13]

（一）可以研究火災案例涉及的可燃物

搜集并整理近十年國內外重大火災案例中所涉及的可燃物，按照有機物和無機物對其進行歸類，其中有機物又分為烷烴、芳香烴、烴的衍生物和聚合物等;無機物按照族和性質分類，如鹵族元素、氧族元素等。將不同的案例及可燃物放入化學課程的相應章節，教學中充分體現案例相關內容。對于有毒物質的處理，要講清楚方法和優缺點（如氯氣的處理、硫化氫氣體的處置等），使學生了解化學與消防的密切聯系，并且可以運用化學方法分析并解決消防工作中的問題。

案例一：福建漳州市某芳烴有限公司二甲苯（PX）裝置發生漏油起火爆炸

通過觀看爆炸現場視頻和圖片，分析本次火災爆炸事故的特點：（1）易燃易爆，危險性大。發生爆炸燃燒的4個10000m3重石腦油、輕重整液儲罐火勢異常猛烈，火焰高達百米，溫度達2000℃以上，輻射熱極強。燃燒油罐區四周有12個?；穬?，集高壓、高溫、有毒、有害、易燃、易爆等危險因素于一身，冷卻不到位極易引發大規模爆炸燃燒，造成現場全面失控，給整個半島帶來毀滅性災難。（2）油品成分復雜，撲救難度大。廠區內76個儲量從3000～50000m3不等的儲罐，存有多種危險化學品，閃點、毒性等理化性質各不相同，燃燒油罐隨時可能爆裂，產生大面積流淌火，進一步加大事故處置難度。（3）災害規模大，需要力量多。爆炸起火的某芳烴有限公司是目前國內規模最大的PX生產商，廠區生產工藝復雜，管線眾多，需要大量滅火冷卻保護力量，以及地方政府、有關部門、廠方人員、技術專家協同處置，涉及部門、人員多，協作難度大。（4）工藝處置難，技術要求高?；馂膿錅绾螅枥霉摅w自動和手動脫水器以及人孔排除殘液，工藝處置期間共發生10余次閃燃閃爆，危險度極高。同時，受損凝析油罐需倒罐處置，易發生燃燒爆炸，處置難度大。

案例二：2005年11月13日吉林某石化公司雙苯廠發生爆炸

2005年11月13日吉林某石化分公司雙苯廠先后發生15次大爆炸，過火面積近8000m2，此次爆炸事故共造成8人死亡，1人重傷，59人輕傷;雙苯廠新苯胺裝置、1個硝基苯儲罐、2個苯儲罐報廢;苯酚、老苯胺裝置，苯酐裝置，2、6-二乙基苯胺4套裝置停產，直接經濟損失達4600多萬元。

事故直接原因：由于當班操作工停車時，疏忽大意，未將應關閉的閥門及時關閉，誤操作導致進料系統溫度超高，長時間后引起爆裂，隨之空氣被抽入負壓操作的T101塔，引起 T101塔、T102塔發生爆炸，隨后致使與T101、T102塔相連的兩臺硝基苯儲罐及附屬設備相繼爆炸，隨著爆炸現場火勢增強，引發裝置區內的兩臺硝酸儲罐爆炸，并導致與該車間相鄰的55#灌區內的一臺硝基苯儲罐、兩臺苯儲罐發生燃燒。

事故造成的環境問題：100t左右苯類污染物流入松花江，水體受到嚴重污染，受污染的流域包括黑龍江省境內的松花江約 700km，也影響了俄羅斯的阿修爾河（即我國稱黑龍江）流域。初始爆炸的位置是T101 硝基苯初餾塔。

在講解苯胺制備反應時，播放以上火災案例的視頻資料，進行提問式講解：（1）哪些物質在火災事故中發生了爆炸？（2）現場的白色煙霧、黑色煙霧、黃色煙霧分別可能是什么物質產生的？（3）哪些物質引起了松花江重大水污染事故？

（二）整理火災案例背后勇敢逆行的消防人的故事

從與學校密切相關的消防隊伍中尋找典型的火災案例，將其融入化學課程教學中，除了講解案例本身以及案例中涉及到的有機化合物，更重要的是要講解案例背后英勇頑強、勇敢逆行的消防救援事跡，這樣可以提升學員的職業榮譽感和使命感。此外，部分化學家的生平對于學員來說也具有正向的引導作用，例如，鮑林多次參加反對原子彈的會議獲得諾貝爾和平獎、居里夫人為了研究放射性的鐳元素身體受到巨大損害等。

四、結語

綜上所述，本文從大學化學的意義、消防院校的特點、化學教育與消防的關系入手，探究如何在翻轉課堂下實施消防專業本科化學教學，以期運用翻轉課堂的模式，讓學生在切身感受中掌握化學知識，并且逐步成長為一名優秀的消防員。

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