“燃料與燃燒”課程教學內(nèi)容設計

周松

摘要：在對高等院?！叭剂吓c燃燒”骨干基礎課程教學現(xiàn)狀進行簡要介紹的基礎上，提出了“燃料與燃燒”課程的教學設計改革和教學內(nèi)容優(yōu)化，并對課程主要教學模塊所涉及的重點內(nèi)容逐一進行了闡述，同時提出了該課程教學的重點和難點以及相應的解決策略。

關鍵詞：燃料；燃燒；教學內(nèi)容；設計

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）40-0113-02

在當今全球節(jié)能減排要求日益嚴格的背景下，國內(nèi)外燃料、燃燒理論及燃燒應用技術發(fā)展很快，“燃料與燃燒”作為我校本科熱能與動力工程專業(yè)方向的骨干基礎課，其教學效果對學生后續(xù)專業(yè)課學習和未來工作均有重要影響。

“燃料與燃燒”課程教學內(nèi)容涉及眾多專業(yè)，知識結(jié)構(gòu)比較繁雜。基于我校培養(yǎng)適應社會發(fā)展的高素質(zhì)、創(chuàng)新型人才的目標，在制定新版教學大綱時，廣泛征集了用人單位、兄弟院校、教師和校友的意見，重新優(yōu)化設計了“燃料與燃燒”課程的教學內(nèi)容，考慮到燃燒理論是所有熱機的基礎，增加了燃燒基本理論方面的內(nèi)容，尤其是與內(nèi)燃機、燃氣輪機和鍋爐相關的理論。

一、“燃料與燃燒”課程教學內(nèi)容

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

2.燃燒過程的物質(zhì)平衡與熱平衡。本模塊主要包含：燃料的熱值、過量空氣系數(shù)、當量比；完全燃燒所需的空氣量及燃燒產(chǎn)物組分的計算、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燃燒溫度、實際燃燒溫度、提高理論燃燒溫度的途徑等教學內(nèi)容。

3.化學反應動力學。本模塊主要包含：化學反應速度、基元反應、質(zhì)量作用定律、反應分子數(shù)與反應級數(shù)、反應級數(shù)的確定方法；化學反應速率及其影響因素、各種級的單步化學反應、串聯(lián)反應、競爭性反應、逆反應、鏈鎖反應、鏈分枝爆炸、爆炸極限等教學內(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；流動邊界與熱邊界層等教學內(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；著火爆炸與熄火現(xiàn)象為化學動力學控制的燃燒問題；自燃與引燃、引燃成功條件，各種參數(shù)對著火的影響；熱球點火與火花點火問題；燃燒界限的影響因素；等等教學內(nèi)容。

6.預混氣的燃燒。本模塊主要包括：爆震波和緩燃波、雨果尼奧曲線及性質(zhì)、雨果尼奧曲線上熵的變化、爆震波后已燃氣的速度與當?shù)芈曀俚谋容^、爆震波的結(jié)構(gòu)等教學內(nèi)容。

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

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

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

10.液體燃料的擴散燃燒。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：固體燃料的燃燒過程、固體碳粒的燃燒、碳粒燃燒的化學反應、擴散與動力控制的碳粒表面燃燒等教學內(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內(nèi)容。

13.船舶動力裝置的燃燒。本模塊主要包括：船舶柴油機的燃燒技術、燃氣輪機的燃燒技術和船舶鍋爐的燃燒技術。

二、“燃料與燃燒”教學設計

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

1.夯實基礎知識?！叭剂吓c燃燒”是研究燃燒規(guī)律的一門課程，它以高等數(shù)學、大學物理、大學化學和其他基礎課的知識基礎為支撐，課程中有很多非?；A的知識點，后續(xù)燃燒理論、燃燒模型都是在其基礎上發(fā)展起來的。在課堂教學中應特別注意這些知識點，要講全講透，才有可能有良好的教學效果。

2.注重知識綜合運用。“燃料與燃燒”課程是熱能與動力工程專業(yè)的基礎課程，教學內(nèi)容直接應用到后續(xù)各專業(yè)方向的骨干課程中，如“內(nèi)燃機原理”、“燃機原理”、“鍋爐原理”和“內(nèi)燃機排放與污染控制”等一系列課程。在課程教學中，應突出“燃料與燃燒”課程的特色內(nèi)容，同時兼顧相關課程和相應的交叉課程，提高學生綜合運用知識的能力。

3.增強教學體系結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)性。注重與前續(xù)基礎課程、后續(xù)專業(yè)課程間的銜接，但又要避免課程內(nèi)容的交叉重復。根據(jù)教學目的和檢測要求，不斷優(yōu)化熱能與動力工程專業(yè)方向的課程體系教學內(nèi)容結(jié)構(gòu)，增強課程體系的系統(tǒng)性和完整性。

三、“燃料與燃燒”課程教學的重點、難點及相應解決措施

1.課程教學的重點和難點?！叭剂吓c燃燒”是我校本科熱能與動力工程專業(yè)方向的骨干基礎課程和研究生動力機械及工程熱物理專業(yè)方向的核心課程。由于燃燒應用技術發(fā)展很快，課程教學內(nèi)容需不斷更新，與之保持同步，及時反映燃燒技術的最新進展?！叭剂吓c燃燒”課程教學內(nèi)容涉及眾多基礎學科，教學難度較大。從知識體系的完整性方面來看，阿侖尼烏斯公式、雨果尼奧曲線、層流預混火焰的熱理論、液態(tài)燃料液滴的燃燒和固體燃料燃燒的化學反應等是課程教學的重點，掌握這些內(nèi)容是系統(tǒng)掌握并熟練應用“燃料與燃燒”課程知識的關鍵。

由于“燃料與燃燒”課程屬于本科熱能與動力工程專業(yè)方向教學體系中的骨干基礎課，按教學計劃，安排在第六學期授課，此時學生已有“大學物理”、“大學化學”、“工程熱力學”、“傳熱學”和“流體力學”等課程的知識基礎，與本課程知識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、爆震波、緩燃波、燃燒唯象分析和湍流燃燒等知識點，對部分學生而言，仍有一定的困難，教師在授課時，需特別加以注意。

2.突破課程教學重點、難點的對策。

（1）應用多媒體技術，提升課程教學質(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，可以方便地穿插動畫、音頻和視頻等教學素材，非常適合于講授非推導性的知識。通過收集、整理資料，將與課程重點、難點內(nèi)容相關的典型燃燒動畫、錄像切入到電子教案中，授課時與講授內(nèi)容有機地連接在一起，快捷而方便地將理論知識與燃燒現(xiàn)象、特點進行對比分析，充分展示授課內(nèi)容之間的聯(lián)系和燃燒技術的細節(jié)，激發(fā)了學生的學習潛能和學習熱情，通過課堂教學，增強了學生對理論知識的理解，提高了理論聯(lián)系實際的能力，明顯提升了教學效果。

（2）加強和學生的課堂互動。在授課過程中，加強和學生的互動。每堂課開始時，隨機抽答，尤其是表現(xiàn)不好的學生，讓其講述上堂課的教學內(nèi)容，然后通過對燃燒問題的擴展引入本堂課的教學內(nèi)容。授課過程中，通過燃燒示例的多方案舉證，讓學生從其中發(fā)現(xiàn)共性的問題，引導學生多思考、多提問，鼓勵學生發(fā)現(xiàn)和探索燃燒問題，并注意學生在課堂上的反應，遇到學生有疑問的地方，尤其是共性的問題，需要及時、反復、細致地講解，并適時調(diào)整授課速度和內(nèi)容。

（3）結(jié)合承擔的科研，培養(yǎng)團隊合作能力和創(chuàng)新能力。“燃料與燃燒”是一門理論結(jié)合實際的課程，充足的實驗有助于對理論知識的掌握。為此，在教授該課程的時候，在原有教學實驗的基礎上，結(jié)合我校承擔的燃燒技術應用科研課題，讓學生組團參與其中的部分試驗，如進行內(nèi)燃機燃燒可視化試驗、燃氣輪機燃燒實驗和鍋爐燃燒實驗，既增強了學生學習的積極性、拓展了學生的科學視野，又加深了對預混燃燒和擴散燃燒等基礎知識的掌握，同時培養(yǎng)了學生的團隊合作能力和創(chuàng)新能力，取得了良好的教學效果。

（4）利用課程論文，加深對知識的理解。“燃料與燃燒”課程教學的最終目的還是服務于培養(yǎng)高素質(zhì)的創(chuàng)新型人才。在課程主要教學內(nèi)容講授完成后，要求學生結(jié)合自己的專業(yè)方向，完成一篇有關燃燒理論或燃燒技術的論文，就其應用原理、發(fā)展現(xiàn)狀、優(yōu)缺點等進行評述，以加深對所學知識的掌握，同時培養(yǎng)學生的自主學習能力。

（5）利用現(xiàn)代網(wǎng)絡技術，加強師生互動。利用現(xiàn)有大量的網(wǎng)絡資源，搭建課程的教學網(wǎng)站。一方面為學生提供大量課外學習資料；另一方面，通過設置交互平臺，為師生搭建良好的溝通渠道，加強師生之間的聯(lián)系，及時交流和反饋各自的信息和需求，提高了“燃料與燃燒”課程的教學質(zhì)量。

四、結(jié)語

作為熱能與動力工程專業(yè)方向的一門重要的基礎課程，“燃料與燃燒”在我校本科教學體系中扮演著重要角色。根據(jù)燃料和燃燒應用技術的發(fā)展，尤其是行業(yè)相關燃燒技術的發(fā)展，及時更新、優(yōu)化課程教學內(nèi)容，是達到課程教學目標的關鍵。與其他基礎課程相比，作為多學科知識應用的綜合體，“燃料與燃燒”課程在教學內(nèi)容和教學方法上具有自己獨特的特點，在教學過程中應采取相應的措施，改革傳統(tǒng)教學模式和教學方法，提高教學效果。我校新教學大綱實施后，幾年來的教學實踐表明，“燃料與燃燒”課程教改取得了良好的效果。

參考文獻：

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