周松

摘要：在對(duì)高等院?！叭剂吓c燃燒”骨干基礎(chǔ)課程教學(xué)現(xiàn)狀進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹的基礎(chǔ)上，提出了“燃料與燃燒”課程的教學(xué)設(shè)計(jì)改革和教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化，并對(duì)課程主要教學(xué)模塊所涉及的重點(diǎn)內(nèi)容逐一進(jìn)行了闡述，同時(shí)提出了該課程教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)以及相應(yīng)的解決策略。

關(guān)鍵詞：燃料；燃燒；教學(xué)內(nèi)容；設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）40-0113-02

在當(dāng)今全球節(jié)能減排要求日益嚴(yán)格的背景下，國(guó)內(nèi)外燃料、燃燒理論及燃燒應(yīng)用技術(shù)發(fā)展很快，“燃料與燃燒”作為我校本科熱能與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)方向的骨干基礎(chǔ)課，其教學(xué)效果對(duì)學(xué)生后續(xù)專(zhuān)業(yè)課學(xué)習(xí)和未來(lái)工作均有重要影響。

“燃料與燃燒”課程教學(xué)內(nèi)容涉及眾多專(zhuān)業(yè)，知識(shí)結(jié)構(gòu)比較繁雜?；谖倚Ｅ囵B(yǎng)適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的高素質(zhì)、創(chuàng)新型人才的目標(biāo)，在制定新版教學(xué)大綱時(shí)，廣泛征集了用人單位、兄弟院校、教師和校友的意見(jiàn)，重新優(yōu)化設(shè)計(jì)了“燃料與燃燒”課程的教學(xué)內(nèi)容，考慮到燃燒理論是所有熱機(jī)的基礎(chǔ)，增加了燃燒基本理論方面的內(nèi)容，尤其是與內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)和鍋爐相關(guān)的理論。

一、“燃料與燃燒”課程教學(xué)內(nèi)容

1.燃料。本模塊主要包含：固體燃料、液體燃料、氣體燃料的來(lái)源、種類(lèi)、組成；燃料性質(zhì)、物性參數(shù)的定義和表示方法等教學(xué)內(nèi)容。

2.燃燒過(guò)程的物質(zhì)平衡與熱平衡。本模塊主要包含：燃料的熱值、過(guò)量空氣系數(shù)、當(dāng)量比；完全燃燒所需的空氣量及燃燒產(chǎn)物組分的計(jì)算、不完全燃燒產(chǎn)生的煙氣量、不完全燃燒方程式；完全燃燒與不完全燃燒時(shí)燃燒溫度、實(shí)際燃燒溫度、提高理論燃燒溫度的途徑等教學(xué)內(nèi)容。

3.化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。本模塊主要包含：化學(xué)反應(yīng)速度、基元反應(yīng)、質(zhì)量作用定律、反應(yīng)分子數(shù)與反應(yīng)級(jí)數(shù)、反應(yīng)級(jí)數(shù)的確定方法；化學(xué)反應(yīng)速率及其影響因素、各種級(jí)的單步化學(xué)反應(yīng)、串聯(lián)反應(yīng)、競(jìng)爭(zhēng)性反應(yīng)、逆反應(yīng)、鏈鎖反應(yīng)、鏈分枝爆炸、爆炸極限等教學(xué)內(nèi)容。

4.燃燒系統(tǒng)守恒方程。本模塊主要包括：分子傳輸方程；基本守恒方程；流動(dòng)邊界與熱邊界層等教學(xué)內(nèi)容。

5.著火和燃燒界限。本模塊主要包含：燃燒現(xiàn)象的分類(lèi)；著火爆炸與熄火現(xiàn)象為化學(xué)動(dòng)力學(xué)控制的燃燒問(wèn)題；自燃與引燃、引燃成功條件，各種參數(shù)對(duì)著火的影響；熱球點(diǎn)火與火花點(diǎn)火問(wèn)題；燃燒界限的影響因素；等等教學(xué)內(nèi)容。

6.預(yù)混氣的燃燒。本模塊主要包括：爆震波和緩燃波、雨果尼奧曲線(xiàn)及性質(zhì)、雨果尼奧曲線(xiàn)上熵的變化、爆震波后已燃?xì)獾乃俣扰c當(dāng)?shù)芈曀俚谋容^、爆震波的結(jié)構(gòu)等教學(xué)內(nèi)容。

7.層流預(yù)混火焰。本模塊教學(xué)內(nèi)容包括：熱理論、化學(xué)和物理參數(shù)對(duì)火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊?、火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊臏y(cè)量方法、火焰在層流氣流中駐定的原理、火焰淬熄等教學(xué)內(nèi)容。

8.層流擴(kuò)散燃燒。本模塊教學(xué)內(nèi)容包括：層流擴(kuò)散火焰的伯克和舒曼理論、燃料射流的唯象分析和層流擴(kuò)散火焰射流等教學(xué)內(nèi)容。

9.氣體湍流燃燒。本模塊教學(xué)內(nèi)容包括：湍流火焰的唯象方法、湍流模型、非預(yù)混反應(yīng)物的化學(xué)反應(yīng)湍流和預(yù)混反應(yīng)物的化學(xué)反應(yīng)湍流等教學(xué)內(nèi)容。

10.液體燃料的擴(kuò)散燃燒。本模塊主要包含：斯蒂芬流、單油滴的蒸發(fā)及質(zhì)量燃燒速度、液滴壽命的計(jì)算；氣流中的燃料液滴；在靜止介質(zhì)中液滴的超臨界燃燒、內(nèi)部回流對(duì)液滴蒸發(fā)速率的影響；火焰的位置、燃料蒸汽、氧氣、產(chǎn)物及溫度的分布、噴霧燃燒的概念；噴霧貫穿距離、噴霧角和顆粒平均直徑；等等教學(xué)內(nèi)容。

11.固體燃料的燃燒。本模塊主要包括：固體燃料的燃燒過(guò)程、固體碳粒的燃燒、碳粒燃燒的化學(xué)反應(yīng)、擴(kuò)散與動(dòng)力控制的碳粒表面燃燒等教學(xué)內(nèi)容。

12.燃燒污染與防治。本模塊主要包括：NOx的生成與防治、SOx的生成與防治、煙塵的生成與防治等教學(xué)內(nèi)容。

13.船舶動(dòng)力裝置的燃燒。本模塊主要包括：船舶柴油機(jī)的燃燒技術(shù)、燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒技術(shù)和船舶鍋爐的燃燒技術(shù)。

二、“燃料與燃燒”教學(xué)設(shè)計(jì)

“燃料與燃燒”課程教學(xué)目的是使學(xué)生掌握燃料特性和燃燒基本理論，具備利用理論知識(shí)分析和研究燃燒現(xiàn)象和燃燒裝置的能力。教學(xué)過(guò)程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

1.夯實(shí)基礎(chǔ)知識(shí)?！叭剂吓c燃燒”是研究燃燒規(guī)律的一門(mén)課程，它以高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、大學(xué)化學(xué)和其他基礎(chǔ)課的知識(shí)基礎(chǔ)為支撐，課程中有很多非常基礎(chǔ)的知識(shí)點(diǎn)，后續(xù)燃燒理論、燃燒模型都是在其基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。在課堂教學(xué)中應(yīng)特別注意這些知識(shí)點(diǎn)，要講全講透，才有可能有良好的教學(xué)效果。

2.注重知識(shí)綜合運(yùn)用?！叭剂吓c燃燒”課程是熱能與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)課程，教學(xué)內(nèi)容直接應(yīng)用到后續(xù)各專(zhuān)業(yè)方向的骨干課程中，如“內(nèi)燃機(jī)原理”、“燃機(jī)原理”、“鍋爐原理”和“內(nèi)燃機(jī)排放與污染控制”等一系列課程。在課程教學(xué)中，應(yīng)突出“燃料與燃燒”課程的特色內(nèi)容，同時(shí)兼顧相關(guān)課程和相應(yīng)的交叉課程，提高學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力。

3.增強(qiáng)教學(xué)體系結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)性。注重與前續(xù)基礎(chǔ)課程、后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程間的銜接，但又要避免課程內(nèi)容的交叉重復(fù)。根據(jù)教學(xué)目的和檢測(cè)要求，不斷優(yōu)化熱能與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)方向的課程體系教學(xué)內(nèi)容結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)課程體系的系統(tǒng)性和完整性。

三、“燃料與燃燒”課程教學(xué)的重點(diǎn)、難點(diǎn)及相應(yīng)解決措施

1.課程教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)?！叭剂吓c燃燒”是我校本科熱能與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)方向的骨干基礎(chǔ)課程和研究生動(dòng)力機(jī)械及工程熱物理專(zhuān)業(yè)方向的核心課程。由于燃燒應(yīng)用技術(shù)發(fā)展很快，課程教學(xué)內(nèi)容需不斷更新，與之保持同步，及時(shí)反映燃燒技術(shù)的最新進(jìn)展。“燃料與燃燒”課程教學(xué)內(nèi)容涉及眾多基礎(chǔ)學(xué)科，教學(xué)難度較大。從知識(shí)體系的完整性方面來(lái)看，阿侖尼烏斯公式、雨果尼奧曲線(xiàn)、層流預(yù)混火焰的熱理論、液態(tài)燃料液滴的燃燒和固體燃料燃燒的化學(xué)反應(yīng)等是課程教學(xué)的重點(diǎn)，掌握這些內(nèi)容是系統(tǒng)掌握并熟練應(yīng)用“燃料與燃燒”課程知識(shí)的關(guān)鍵。

由于“燃料與燃燒”課程屬于本科熱能與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)方向教學(xué)體系中的骨干基礎(chǔ)課，按教學(xué)計(jì)劃，安排在第六學(xué)期授課，此時(shí)學(xué)生已有“大學(xué)物理”、“大學(xué)化學(xué)”、“工程熱力學(xué)”、“傳熱學(xué)”和“流體力學(xué)”等課程的知識(shí)基礎(chǔ)，與本課程知識(shí)體系的銜接不存在太大的困難。但是，“燃料與燃燒”課程中的鏈鎖反應(yīng)、爆震波、緩燃波、燃燒唯象分析和湍流燃燒等知識(shí)點(diǎn)，對(duì)部分學(xué)生而言，仍有一定的困難，教師在授課時(shí)，需特別加以注意。

2.突破課程教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)的對(duì)策。

（1）應(yīng)用多媒體技術(shù)，提升課程教學(xué)質(zhì)量。多媒體具有結(jié)構(gòu)明顯、條理清晰、圖文并茂、信息量大等特點(diǎn)，可以方便地穿插動(dòng)畫(huà)、音頻和視頻等教學(xué)素材，非常適合于講授非推導(dǎo)性的知識(shí)。通過(guò)收集、整理資料，將與課程重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容相關(guān)的典型燃燒動(dòng)畫(huà)、錄像切入到電子教案中，授課時(shí)與講授內(nèi)容有機(jī)地連接在一起，快捷而方便地將理論知識(shí)與燃燒現(xiàn)象、特點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析，充分展示授課內(nèi)容之間的聯(lián)系和燃燒技術(shù)的細(xì)節(jié)，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能和學(xué)習(xí)熱情，通過(guò)課堂教學(xué)，增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，提高了理論聯(lián)系實(shí)際的能力，明顯提升了教學(xué)效果。

（2）加強(qiáng)和學(xué)生的課堂互動(dòng)。在授課過(guò)程中，加強(qiáng)和學(xué)生的互動(dòng)。每堂課開(kāi)始時(shí)，隨機(jī)抽答，尤其是表現(xiàn)不好的學(xué)生，讓其講述上堂課的教學(xué)內(nèi)容，然后通過(guò)對(duì)燃燒問(wèn)題的擴(kuò)展引入本堂課的教學(xué)內(nèi)容。授課過(guò)程中，通過(guò)燃燒示例的多方案舉證，讓學(xué)生從其中發(fā)現(xiàn)共性的問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生多思考、多提問(wèn)，鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和探索燃燒問(wèn)題，并注意學(xué)生在課堂上的反應(yīng)，遇到學(xué)生有疑問(wèn)的地方，尤其是共性的問(wèn)題，需要及時(shí)、反復(fù)、細(xì)致地講解，并適時(shí)調(diào)整授課速度和內(nèi)容。

（3）結(jié)合承擔(dān)的科研，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作能力和創(chuàng)新能力?！叭剂吓c燃燒”是一門(mén)理論結(jié)合實(shí)際的課程，充足的實(shí)驗(yàn)有助于對(duì)理論知識(shí)的掌握。為此，在教授該課程的時(shí)候，在原有教學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合我校承擔(dān)的燃燒技術(shù)應(yīng)用科研課題，讓學(xué)生組團(tuán)參與其中的部分試驗(yàn)，如進(jìn)行內(nèi)燃機(jī)燃燒可視化試驗(yàn)、燃?xì)廨啓C(jī)燃燒實(shí)驗(yàn)和鍋爐燃燒實(shí)驗(yàn)，既增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、拓展了學(xué)生的科學(xué)視野，又加深了對(duì)預(yù)混燃燒和擴(kuò)散燃燒等基礎(chǔ)知識(shí)的掌握，同時(shí)培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力和創(chuàng)新能力，取得了良好的教學(xué)效果。

（4）利用課程論文，加深對(duì)知識(shí)的理解?！叭剂吓c燃燒”課程教學(xué)的最終目的還是服務(wù)于培養(yǎng)高素質(zhì)的創(chuàng)新型人才。在課程主要教學(xué)內(nèi)容講授完成后，要求學(xué)生結(jié)合自己的專(zhuān)業(yè)方向，完成一篇有關(guān)燃燒理論或燃燒技術(shù)的論文，就其應(yīng)用原理、發(fā)展現(xiàn)狀、優(yōu)缺點(diǎn)等進(jìn)行評(píng)述，以加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的掌握，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

（5）利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，加強(qiáng)師生互動(dòng)。利用現(xiàn)有大量的網(wǎng)絡(luò)資源，搭建課程的教學(xué)網(wǎng)站。一方面為學(xué)生提供大量課外學(xué)習(xí)資料；另一方面，通過(guò)設(shè)置交互平臺(tái)，為師生搭建良好的溝通渠道，加強(qiáng)師生之間的聯(lián)系，及時(shí)交流和反饋各自的信息和需求，提高了“燃料與燃燒”課程的教學(xué)質(zhì)量。

四、結(jié)語(yǔ)

作為熱能與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)方向的一門(mén)重要的基礎(chǔ)課程，“燃料與燃燒”在我校本科教學(xué)體系中扮演著重要角色。根據(jù)燃料和燃燒應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，尤其是行業(yè)相關(guān)燃燒技術(shù)的發(fā)展，及時(shí)更新、優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容，是達(dá)到課程教學(xué)目標(biāo)的關(guān)鍵。與其他基礎(chǔ)課程相比，作為多學(xué)科知識(shí)應(yīng)用的綜合體，“燃料與燃燒”課程在教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法上具有自己獨(dú)特的特點(diǎn)，在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)采取相應(yīng)的措施，改革傳統(tǒng)教學(xué)模式和教學(xué)方法，提高教學(xué)效果。我校新教學(xué)大綱實(shí)施后，幾年來(lái)的教學(xué)實(shí)踐表明，“燃料與燃燒”課程教改取得了良好的效果。

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