【摘要】作為高校熱能與動(dòng)力專業(yè)方向的骨干基礎(chǔ)課，“燃料與燃燒”課程具有理論性強(qiáng)、內(nèi)容抽象、涉及知識(shí)面廣、技術(shù)更新快以及與實(shí)踐聯(lián)系緊密等特點(diǎn)，其教學(xué)質(zhì)量對(duì)熱能與動(dòng)力工程專業(yè)本科學(xué)生培養(yǎng)有重要影響。本文從培養(yǎng)高層次、創(chuàng)新型人才的角度出發(fā)，結(jié)合多年的教學(xué)實(shí)踐，提出合理選擇教材、合理制訂教學(xué)內(nèi)容及合理采用教學(xué)手段等一些提高課程教學(xué)效果的建議。

【關(guān)鍵詞】燃料；燃燒；課程教學(xué)；教學(xué)效果；教學(xué)改革

【基金項(xiàng)目】本文系2013年哈爾濱工程大學(xué)教學(xué)改革項(xiàng)目“基于創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的《燃料與燃燒》教學(xué)模式改革研究與實(shí)踐”（JG2013YB09）的研究成果。

【中圖分類號(hào)】G642.0 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2015）18-0057-02

現(xiàn)代社會(huì)能源主要來源于化石燃料的燃燒，能源短缺已成為世界各國面臨的迫切問題，尋求新型燃料以及研發(fā)高效低污染燃燒裝置已成為各國面臨的重大任務(wù)。 “燃料與燃燒”是一門研究化石燃料及其燃燒規(guī)律的傳統(tǒng)學(xué)科，同時(shí)又是一門反映最新燃料及燃燒技術(shù)，并與之保持同步的新學(xué)科。

作為高等院校熱能與動(dòng)力專業(yè)方向的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，“燃料與燃燒”以“高等數(shù)學(xué)”、“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)”等傳統(tǒng)基礎(chǔ)課程的知識(shí)為基礎(chǔ)，由于涉及學(xué)科多，應(yīng)用知識(shí)繁復(fù)，與其他基礎(chǔ)課程相比，具有課程理論難度大、跨度大、知識(shí)點(diǎn)多且零散和對(duì)數(shù)學(xué)要求高等特點(diǎn)[1，2]。為此，針對(duì)我校熱能與動(dòng)力工程專業(yè)人才培養(yǎng)特點(diǎn)和要求，結(jié)合多年教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)“燃料與燃燒”課程教學(xué)內(nèi)容的制訂及教學(xué)手段的選擇提出自己的建議。

一、課程內(nèi)容及特點(diǎn)

1.課程內(nèi)容

“燃料與燃燒”包括燃料、化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)動(dòng)力學(xué)、燃料的著火理論、火焰的傳播與穩(wěn)定理論、預(yù)混燃燒理論和擴(kuò)散燃燒理論等基礎(chǔ)理論，液體燃料、固體燃料的燃燒過程及其經(jīng)典的模型等教學(xué)模塊；課程主要包含：（1）燃料、（2）燃燒過程的物質(zhì)平衡與熱平衡、（3）化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、（4）燃燒系統(tǒng)守恒方程、（5）著火和燃燒界限、（6）預(yù)混氣的燃燒、（7）層流預(yù)混火焰、（8）層流擴(kuò)散燃燒、（9）氣體湍流燃燒、（10）液體燃料的擴(kuò)散燃燒、（11）固體燃料的燃燒、（12）燃燒污染與防治、（13）船舶動(dòng)力裝置的燃燒等教學(xué)內(nèi)容。

2.課程特點(diǎn)

實(shí)際燃燒過程涉及質(zhì)量、動(dòng)量和能量的交換和變換，涉及燃料和氧化劑之間的化學(xué)反應(yīng)，具體過程十分復(fù)雜?！叭剂吓c燃燒”課程知識(shí)點(diǎn)多、理論性強(qiáng)、學(xué)科交叉性強(qiáng)。因此，一方面，該課程的學(xué)習(xí)要求學(xué)生很好地掌握前期“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)”等專業(yè)基礎(chǔ)課程的內(nèi)容；另一方面，該課程的學(xué)習(xí)又可以促進(jìn)了學(xué)生對(duì)上述課程知識(shí)點(diǎn)的理解。

“燃料與燃燒”課程理論性強(qiáng)、知識(shí)涉及面廣，是一門典型的理論和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的學(xué)科。由于燃燒過程的復(fù)雜性，截至目前，燃燒科學(xué)的研究仍然以實(shí)驗(yàn)研究為主。先進(jìn)診斷技術(shù)的不斷出現(xiàn)使得燃燒實(shí)驗(yàn)獲取的數(shù)據(jù)更加可靠、準(zhǔn)確[3]。20世紀(jì)以來，著火模型、火焰?zhèn)鞑ダ碚?、反?yīng)流體力學(xué)和計(jì)算流體力學(xué)等的建立使燃燒理論有了長足的發(fā)展。并且，隨著大型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，使得采用數(shù)值模擬方法研究燃燒過程已經(jīng)成為發(fā)展趨勢(shì)[4]，這些都有力地促進(jìn)了燃燒技術(shù)的發(fā)展。但這些理論模型對(duì)于本科生而言很難理解。這就要求授課老師探索適合本科生知識(shí)結(jié)構(gòu)及認(rèn)知水平的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段。

二、教學(xué)方法

1.教材的選擇

“燃料與燃燒”這門課程知識(shí)點(diǎn)多、理論性強(qiáng)、概念抽象，如何上好這門課，選擇適合的教材是非常重要的環(huán)節(jié)。好的教材有利于制訂合理的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)計(jì)劃，可以有效促進(jìn)教師的教學(xué)和學(xué)生的學(xué)習(xí)。目前市面上發(fā)行的教材主要有國外教材的國內(nèi)翻譯版和國內(nèi)教材兩類，比如Kuo. Kenneth K.的《Principles of Combustion》和Turns. S. R.的《An Introduction to Combustion》以及國內(nèi)顧恒祥編著的《燃料與燃燒》教材和嚴(yán)傳俊的《燃燒學(xué)》等，這兩類教材各有特點(diǎn)。合適的教材應(yīng)該能夠與學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)及認(rèn)知能力相適應(yīng)，與該課程的教學(xué)目標(biāo)相適應(yīng)[5]。

針對(duì)本課程的特點(diǎn)，教材的內(nèi)容要全要新，應(yīng)能夠較好地反映當(dāng)前燃燒理論發(fā)展水平及技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀。教材內(nèi)容應(yīng)當(dāng)包括燃料、化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)動(dòng)力學(xué)、燃燒物理基礎(chǔ)、預(yù)混燃燒及擴(kuò)散燃燒、液體及固體燃料的燃燒等。由于是面向本科生的教材，應(yīng)當(dāng)內(nèi)容簡單易懂、表述深入淺出、實(shí)例豐富直觀、結(jié)構(gòu)邏輯清晰，能有效銜接理論分析與工程實(shí)例，這樣才能提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。目前國內(nèi)出版的《燃料與燃燒》教材要么理論性太強(qiáng)，要么涵蓋內(nèi)容不全面，要么內(nèi)容深度不夠，總之都存在這樣或那樣的問題。為此，根據(jù)我校本科熱能與動(dòng)力工程專業(yè)方向?qū)W生培養(yǎng)的目標(biāo)和特點(diǎn)，我?！叭剂吓c燃燒”課程組的老師編寫了適合我校學(xué)生使用的《燃料與燃燒》教材，該教材系統(tǒng)地闡述了燃燒的基本原理和理論；詳細(xì)講述了燃料動(dòng)力學(xué)燃燒的計(jì)算方法，詳細(xì)論述了燃燒熱力學(xué)和燃燒化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，著重介紹了船舶動(dòng)力裝置涉及的預(yù)混燃燒和油滴蒸發(fā)控制的擴(kuò)散燃燒；最后，為及時(shí)反映燃燒技術(shù)的最新研究進(jìn)展，增添了新型船舶動(dòng)力裝置所采用的燃燒技術(shù)[6]。在教材的編撰過程中，大量引用了我校教師及研究生們的研究成果。教材針對(duì)性強(qiáng)、內(nèi)容新穎，強(qiáng)調(diào)了“燃料與燃燒”課程的理論性和工程應(yīng)用性，培養(yǎng)了學(xué)生學(xué)以致用、理論聯(lián)系實(shí)際的能力和素養(yǎng)。

2.教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

“燃料與燃燒”課程教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該具有目標(biāo)性、實(shí)效性、科學(xué)性、啟發(fā)性，為此在其教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：

①內(nèi)容要重點(diǎn)突出?！叭剂吓c燃燒”課程內(nèi)容包括化學(xué)熱力學(xué)、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)、著火理論、火焰?zhèn)鞑ヅc穩(wěn)定理論、液體燃料及固體燃料的燃燒等部分，但在各部分內(nèi)容的講解上要有重點(diǎn)。課程中化學(xué)熱力學(xué)和化學(xué)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)是整個(gè)課程的理論基礎(chǔ)，講解內(nèi)容包括化學(xué)平衡、熱化學(xué)、化學(xué)反應(yīng)速率、質(zhì)量作用定律、反應(yīng)級(jí)數(shù)、活化分子碰撞理論及鏈鎖反應(yīng)理論等。其中，化學(xué)反應(yīng)速率、質(zhì)量作用定律、阿累尼烏斯公式和鏈鎖反應(yīng)理論可作重點(diǎn)講解。關(guān)于著火理論，授課重點(diǎn)放在閉口系統(tǒng)著火理論模型的建立和結(jié)果分析上，并分析燃燒放熱量和散熱量隨溫度的變化曲線，確定著火溫度與初始溫度、物理化學(xué)因素和散熱強(qiáng)度的關(guān)系。對(duì)于火焰?zhèn)鞑ヅc穩(wěn)定理論，授課的重點(diǎn)在火焰?zhèn)鞑ジ拍?、氣體的動(dòng)力燃燒與擴(kuò)散燃燒及火焰穩(wěn)定的基本原理與方法的講解。對(duì)于預(yù)混燃燒，授課的重點(diǎn)在瑞利公式、郎肯-雨果尼奧公式的推導(dǎo)，以及爆震波、緩燃波的性質(zhì)，并分析層流火焰的傳播速度。對(duì)于擴(kuò)散燃燒和液體燃料的燃燒，重點(diǎn)在伯克-舒曼理論、燃料射流的唯象分析、液體燃料的霧化、蒸發(fā)模型及液滴的質(zhì)量燃燒速率。對(duì)于固體燃料的燃燒，碳的燃燒化學(xué)反應(yīng)及碳粒的燃燒速度可作為授課重點(diǎn)。

②理論與實(shí)踐相結(jié)合?！叭剂吓c燃燒”是一門理論性及實(shí)踐性都很強(qiáng)的學(xué)科。課程涉及的相關(guān)理論模型比較抽象，不易掌握。因此，該課程的教學(xué)內(nèi)容必須與工程或生活實(shí)踐緊密結(jié)合。在課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)過程中必須將理論與具體工程案例或燃燒相關(guān)生活案例相結(jié)合，以具體案例作為切入點(diǎn)，將復(fù)雜抽象的理論概念穿插到生動(dòng)、具體的案例中進(jìn)行講解。對(duì)于熱能與動(dòng)力專業(yè)的本科生，筆者結(jié)合船舶柴油機(jī)，利用燃燒學(xué)理論講解燃燒室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、燃油燃燒過程、過量空氣系數(shù)、著火等這些具體設(shè)計(jì)方案背后的理論依據(jù)，從而強(qiáng)化對(duì)燃燒理論的理解；結(jié)合汽油機(jī)和柴油機(jī)，講解點(diǎn)燃和壓燃，講解不同燃燒方式對(duì)汽油機(jī)和柴油機(jī)的影響，講解烴類燃料著火點(diǎn)和自燃點(diǎn)的區(qū)別；結(jié)合家用燃?xì)庠钆_(tái)，講解燃料的擴(kuò)散燃燒。通過以上措施，使學(xué)生課本理論與實(shí)踐統(tǒng)一。

3.教學(xué)方法設(shè)計(jì)

①采用啟發(fā)式教育。在“燃料與燃燒”課程教學(xué)過程中從學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)及認(rèn)知能力出發(fā)，結(jié)合具體的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)，采用提問、討論和案例分析等多種方式，讓學(xué)生參與教學(xué)過程，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，使他們?cè)诨钴S、開放的教學(xué)氛圍中理解掌握燃料與燃燒相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，并逐步掌握應(yīng)用相關(guān)知識(shí)點(diǎn)分析解決實(shí)際問題的能力和提升團(tuán)隊(duì)合作能力。

②多媒體與板書的有機(jī)結(jié)合。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，多媒體技術(shù)已成為課堂教學(xué)的重要手段。多媒體教學(xué)課件圖文并茂、內(nèi)容豐富、信息量大。就“燃料與燃燒”而言，燃燒過程細(xì)節(jié)可以被生動(dòng)地顯示出來，危險(xiǎn)實(shí)驗(yàn)也可被充分地展示出來，使學(xué)生能夠更加深刻、有效地理解相關(guān)燃燒理論和燃燒過程。但是，使用多媒體技術(shù)授課，老師講課速度加快，課程信息量增加，學(xué)生課堂緊張度增加，易造成學(xué)生的思維跟不上授課速度，影響教學(xué)效果。板書比較靈活，便于控制授課節(jié)奏，適合于講解復(fù)雜理論模型，教師在授課過程中，可以通過板書引領(lǐng)學(xué)生的思維，進(jìn)行詳細(xì)的講解和推導(dǎo)，學(xué)生易于理解和融會(huì)知識(shí)。但是，板書速度慢、效率低。因此，在“燃料與燃燒”課程教學(xué)過程中，將多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)板書有機(jī)結(jié)合，揚(yáng)長避短，充分發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，以達(dá)到最佳的教學(xué)效果。

③多種考核手段的結(jié)合。在教學(xué)過程中，采用多樣化的考核手段，了解學(xué)生對(duì)課程知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，督促學(xué)生的學(xué)習(xí)。平時(shí)成績、課堂提問、課后作業(yè)、案例分析、階段考試和小論文等都可以作為考核手段。但無論采用何種形式的考核手段都應(yīng)當(dāng)從激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情、提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和增加學(xué)生對(duì)本課程本專業(yè)的認(rèn)識(shí)出發(fā)。

三、結(jié)論

綜上所述，“燃料與燃燒”融合了“大學(xué)物理”、“工程熱力學(xué)”、“傳熱學(xué)”、“流體力學(xué)”、“氣體動(dòng)力學(xué)”和“高等數(shù)學(xué)”等課程的知識(shí)。在教學(xué)過程中應(yīng)點(diǎn)面集合，重點(diǎn)突出，理論聯(lián)系實(shí)際，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)合作能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，不斷更新教學(xué)內(nèi)容。同時(shí)，作為老師，需要不斷學(xué)習(xí)，及時(shí)掌握該課程新的知識(shí)點(diǎn)，及時(shí)更新教學(xué)內(nèi)容。

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[6]周松，孫鳳賢.燃料與燃燒[M]. 哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，2015（即將出版）.

作者簡介：

周松（1967-），男，江蘇宜興人，哈爾濱工程大學(xué)動(dòng)力與能源工程學(xué)院，教授，博士，船舶發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒與排放。