基于翻轉(zhuǎn)課堂的消防專(zhuān)業(yè)本科化學(xué)教學(xué)的研究

王晉芳 張健 劉慧

摘要：化學(xué)是21世紀(jì)的中心學(xué)科，對(duì)于多個(gè)學(xué)科有重要指導(dǎo)作用，化學(xué)的本科教育對(duì)于完善學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)和框架，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)素養(yǎng)意義深遠(yuǎn)，對(duì)于消防院校的本科生更是如此。本文從大學(xué)化學(xué)的意義、消防院校的特點(diǎn)、化學(xué)教育與消防的關(guān)系入手，探究如何在翻轉(zhuǎn)課堂下實(shí)施消防專(zhuān)業(yè)本科化學(xué)教學(xué)，讓學(xué)生在親身實(shí)踐中掌握化學(xué)知識(shí)并且成長(zhǎng)為一名合格的消防員。

關(guān)鍵詞：化學(xué)教學(xué);火災(zāi)案例;翻轉(zhuǎn)課堂

一、大學(xué)化學(xué)的意義與消防院校的特點(diǎn)

化學(xué)是一門(mén)在原子、分子層次上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其變化規(guī)律和能量關(guān)系的學(xué)科。[1]高等院校的化學(xué)教育在本科教學(xué)中具有重要地位，這門(mén)學(xué)科不僅能夠完善學(xué)生的知識(shí)框架，還可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和實(shí)踐能力。[2]

大學(xué)化學(xué)和初高中化學(xué)教育存在較大差異。首先，在教學(xué)內(nèi)容方面，初高中化學(xué)側(cè)重基礎(chǔ)知識(shí)的普及和了解，內(nèi)容廣而不深;而大學(xué)化學(xué)在內(nèi)容上更具有專(zhuān)業(yè)性和系統(tǒng)性，這也增加了大學(xué)化學(xué)教育的難度和復(fù)雜性。[3]此外，實(shí)驗(yàn)是化學(xué)教育的重要組成部分，初高中的化學(xué)實(shí)驗(yàn)主要是重復(fù)和認(rèn)識(shí)已有的實(shí)驗(yàn)，大學(xué)化學(xué)的實(shí)驗(yàn)主要以設(shè)計(jì)性和創(chuàng)造性為主，注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力。[4]

在當(dāng)前教育改革的環(huán)境下，如何加快大學(xué)化學(xué)教學(xué)的改革，在實(shí)踐中積極探索更加先進(jìn)的教學(xué)策略，為社會(huì)培養(yǎng)更多具有創(chuàng)造性的綜合人才，成為當(dāng)代教育工作者面臨的重大挑戰(zhàn)，這也成為擺在消防救援學(xué)院化學(xué)教育工作者面前的難題。

中國(guó)消防救援學(xué)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(guó)人民武裝警察部隊(duì)警種學(xué)院為基礎(chǔ)組建的，是應(yīng)急管理部直屬全日制普通高等院校，也是國(guó)內(nèi)唯一一所消防專(zhuān)業(yè)高等院校，主要承擔(dān)國(guó)家綜合性消防救援隊(duì)伍人才培養(yǎng)、專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)和科研等任務(wù)。

作為培養(yǎng)國(guó)家消防救援人才的搖籃，需要確立自己的教學(xué)特色。對(duì)于化學(xué)教育的改革，在教學(xué)中融入火災(zāi)案例的介紹，能夠體現(xiàn)消防的特色，符合培養(yǎng)消防救援人才的教學(xué)目標(biāo)。目前關(guān)于化學(xué)教學(xué)與消防專(zhuān)業(yè)的聯(lián)系尚未有系統(tǒng)全面的研究，[5]因此有必要在總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，充分挖掘化學(xué)課程中與消防密切相關(guān)的火災(zāi)案例，填補(bǔ)這方面的空白，為今后更好地開(kāi)展消防工作奠定基礎(chǔ)。

二、化學(xué)教育與消防的關(guān)系

化學(xué)教育與消防密切相關(guān)，從可燃物的鑒定[6]、燃燒過(guò)程分析[7]，到有毒物質(zhì)的洗消[8]等都需要用到化學(xué)知識(shí)，尤其是《有機(jī)化學(xué)》課程中涉及大量易燃易爆的有機(jī)化合物。關(guān)于化學(xué)教育改革的研究和實(shí)踐一直以來(lái)都是化學(xué)教育工作者的重點(diǎn)，包括化學(xué)知識(shí)討論、教學(xué)討論、實(shí)驗(yàn)探究、教材討論、習(xí)題討論和其他相關(guān)內(nèi)容的引入等[9]。化學(xué)作為一門(mén)自然科學(xué)，在其發(fā)展過(guò)程當(dāng)中的各個(gè)階段和重大事件中都包含了許多人文因素，在化學(xué)教育過(guò)程中，挖掘、積淀這些人文知識(shí)，不僅能提高學(xué)生的整體素質(zhì)，更有利于學(xué)生的發(fā)展[10]。

三、在翻轉(zhuǎn)課堂下實(shí)施消防專(zhuān)業(yè)本科化學(xué)教學(xué)的策略

翻轉(zhuǎn)課堂是讓學(xué)生在課前利用慕課等形式完成初步的學(xué)習(xí)，在課上主要由教師對(duì)于重難點(diǎn)進(jìn)行引導(dǎo)性的討論，從而培養(yǎng)學(xué)生的思考能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力，提高邏輯思維等。[11]此外，在教育改革的背景下，應(yīng)該將素質(zhì)教育作為大學(xué)化學(xué)教育的重要內(nèi)容，在素質(zhì)教育實(shí)施過(guò)程中適時(shí)融入課程思政，可以有效提高教學(xué)收益。[12]因此，可以從以下兩個(gè)角度入手，為消防專(zhuān)業(yè)化學(xué)的翻轉(zhuǎn)課堂提供一些素材和基礎(chǔ)。[13]

（一）可以研究火災(zāi)案例涉及的可燃物

搜集并整理近十年國(guó)內(nèi)外重大火災(zāi)案例中所涉及的可燃物，按照有機(jī)物和無(wú)機(jī)物對(duì)其進(jìn)行歸類(lèi)，其中有機(jī)物又分為烷烴、芳香烴、烴的衍生物和聚合物等;無(wú)機(jī)物按照族和性質(zhì)分類(lèi)，如鹵族元素、氧族元素等。將不同的案例及可燃物放入化學(xué)課程的相應(yīng)章節(jié)，教學(xué)中充分體現(xiàn)案例相關(guān)內(nèi)容。對(duì)于有毒物質(zhì)的處理，要講清楚方法和優(yōu)缺點(diǎn)（如氯氣的處理、硫化氫氣體的處置等），使學(xué)生了解化學(xué)與消防的密切聯(lián)系，并且可以運(yùn)用化學(xué)方法分析并解決消防工作中的問(wèn)題。

案例一：福建漳州市某芳烴有限公司二甲苯（PX）裝置發(fā)生漏油起火爆炸

通過(guò)觀看爆炸現(xiàn)場(chǎng)視頻和圖片，分析本次火災(zāi)爆炸事故的特點(diǎn)：（1）易燃易爆，危險(xiǎn)性大。發(fā)生爆炸燃燒的4個(gè)10000m3重石腦油、輕重整液儲(chǔ)罐火勢(shì)異常猛烈，火焰高達(dá)百米，溫度達(dá)2000℃以上，輻射熱極強(qiáng)。燃燒油罐區(qū)四周有12個(gè)?；穬?chǔ)罐，集高壓、高溫、有毒、有害、易燃、易爆等危險(xiǎn)因素于一身，冷卻不到位極易引發(fā)大規(guī)模爆炸燃燒，造成現(xiàn)場(chǎng)全面失控，給整個(gè)半島帶來(lái)毀滅性災(zāi)難。（2）油品成分復(fù)雜，撲救難度大。廠區(qū)內(nèi)76個(gè)儲(chǔ)量從3000～50000m3不等的儲(chǔ)罐，存有多種危險(xiǎn)化學(xué)品，閃點(diǎn)、毒性等理化性質(zhì)各不相同，燃燒油罐隨時(shí)可能爆裂，產(chǎn)生大面積流淌火，進(jìn)一步加大事故處置難度。（3）災(zāi)害規(guī)模大，需要力量多。爆炸起火的某芳烴有限公司是目前國(guó)內(nèi)規(guī)模最大的PX生產(chǎn)商，廠區(qū)生產(chǎn)工藝復(fù)雜，管線(xiàn)眾多，需要大量滅火冷卻保護(hù)力量，以及地方政府、有關(guān)部門(mén)、廠方人員、技術(shù)專(zhuān)家協(xié)同處置，涉及部門(mén)、人員多，協(xié)作難度大。（4）工藝處置難，技術(shù)要求高?；馂?zāi)撲滅后，需利用罐體自動(dòng)和手動(dòng)脫水器以及人孔排除殘液，工藝處置期間共發(fā)生10余次閃燃閃爆，危險(xiǎn)度極高。同時(shí)，受損凝析油罐需倒罐處置，易發(fā)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(fā)生爆炸

2005年11月13日吉林某石化分公司雙苯廠先后發(fā)生15次大爆炸，過(guò)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(gè)硝基苯儲(chǔ)罐、2個(gè)苯儲(chǔ)罐報(bào)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(chǎn)，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)4600多萬(wàn)元。

事故直接原因：由于當(dāng)班操作工停車(chē)時(shí)，疏忽大意，未將應(yīng)關(guān)閉的閥門(mén)及時(shí)關(guān)閉，誤操作導(dǎo)致進(jìn)料系統(tǒng)溫度超高，長(zhǎng)時(shí)間后引起爆裂，隨之空氣被抽入負(fù)壓操作的T101塔，引起 T101塔、T102塔發(fā)生爆炸，隨后致使與T101、T102塔相連的兩臺(tái)硝基苯儲(chǔ)罐及附屬設(shè)備相繼爆炸，隨著爆炸現(xiàn)場(chǎng)火勢(shì)增強(qiáng)，引發(fā)裝置區(qū)內(nèi)的兩臺(tái)硝酸儲(chǔ)罐爆炸，并導(dǎo)致與該車(chē)間相鄰的55#灌區(qū)內(nèi)的一臺(tái)硝基苯儲(chǔ)罐、兩臺(tái)苯儲(chǔ)罐發(fā)生燃燒。

事故造成的環(huán)境問(wèn)題：100t左右苯類(lèi)污染物流入松花江，水體受到嚴(yán)重污染，受污染的流域包括黑龍江省境內(nèi)的松花江約 700km，也影響了俄羅斯的阿修爾河（即我國(guó)稱(chēng)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(yīng)時(shí)，播放以上火災(zāi)案例的視頻資料，進(jìn)行提問(wèn)式講解：（1）哪些物質(zhì)在火災(zāi)事故中發(fā)生了爆炸？（2）現(xiàn)場(chǎng)的白色煙霧、黑色煙霧、黃色煙霧分別可能是什么物質(zhì)產(chǎn)生的？（3）哪些物質(zhì)引起了松花江重大水污染事故？

（二）整理火災(zāi)案例背后勇敢逆行的消防人的故事

從與學(xué)校密切相關(guān)的消防隊(duì)伍中尋找典型的火災(zāi)案例，將其融入化學(xué)課程教學(xué)中，除了講解案例本身以及案例中涉及到的有機(jī)化合物，更重要的是要講解案例背后英勇頑強(qiáng)、勇敢逆行的消防救援事跡，這樣可以提升學(xué)員的職業(yè)榮譽(yù)感和使命感。此外，部分化學(xué)家的生平對(duì)于學(xué)員來(lái)說(shuō)也具有正向的引導(dǎo)作用，例如，鮑林多次參加反對(duì)原子彈的會(huì)議獲得諾貝爾和平獎(jiǎng)、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(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文從大學(xué)化學(xué)的意義、消防院校的特點(diǎn)、化學(xué)教育與消防的關(guān)系入手，探究如何在翻轉(zhuǎn)課堂下實(shí)施消防專(zhuān)業(yè)本科化學(xué)教學(xué)，以期運(yùn)用翻轉(zhuǎn)課堂的模式，讓學(xué)生在切身感受中掌握化學(xué)知識(shí)，并且逐步成長(zhǎng)為一名優(yōu)秀的消防員。

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