工程燃烧学“课程思政”教学案例

“液体及气体燃料”与我国艰辛的能源发展历程

苏福永

 

工程燃烧学是热能动力工程专业的一门主要专业基础课，也是构成热科学理论的主要学科之一。它是研究如何将燃料的化学能高效清洁转化为热能的一门学问，其涉及基础知识面宽，应用范围十分广泛。本课程首先由燃料部分开始讲解，通过对工业上主要应用的固体燃料、液体燃料和气体燃料的分析，给学生确立燃烧学的基本概念。在学生具备燃料知识的基础上，本课程开始讲授燃烧基础计算，包括燃烧设计计算、燃烧检测计算及燃烧温度计算等。除此之外，课程还涉及燃烧动力学及火焰特性部分的内容，包括燃烧速率、着火过程、火焰传播、火焰结构及稳定性等。在课程最后还涉及工业燃烧方法的讲授，包括气体燃料工业燃烧方法、液体燃料工业燃烧方法和固体燃料工业燃烧方法，这些内容能够让学生掌握工程燃烧学在实际的应用状况和工业燃烧装置及燃烧过程的基本设计思路。

通过对本课程的学习，可以使学生掌握各种工业燃料的主要特点及使用性能，掌握对各种燃料炉有关的燃料燃烧计算以及对现有热工设备的燃烧状况的诊断分析，掌握燃烧学的基本理论，基本概念和基本规律，如燃烧反应热力学、动力学理论，几种主要燃料的燃烧反应机理，着火理论，火焰传播理论，各种火焰的结构及稳定原理，液体燃料的雾化、蒸发及燃烧的理论与技术，煤的热解及炭粒的燃烧理论与燃烧方法。在此基础上，同时对燃烧装置的结构以及燃烧污染物的产生及防治也应有一定的了解。

 

课程蕴含的思政元素分析

工程燃烧学作为热能专业的基础课，在学习专业知识的同时也要注重对学生思想品德的教育，提高学生的综合素质，使其全面发展。工程燃烧学教学内容丰富，其教学内容与我国能源战略、节能减排等工作紧密联系，正常教学过程可与课程思政无缝融合。工程燃烧学“课程思政”与知识点的融合将主要通过以下四部分内容加以体现：

第一：结合节能减排，提高节约意识，培养良好生活习惯

无论是在我国的工业生产过程中还是人们的日常生活过程中，让燃料完全燃烧，使热量充分得到利用一直都是我们追求的目标。随着时代的发展和进步，提高燃烧效率、减少污染物排放已经逐步成为我国的基本方针。通过燃烧学基础理论知识与节能减排工作的有机结合，可以提高学生对于节能减排的认识，使其自觉树立节约意识，培养良好的生活习惯。

第二：结合文明发展，培养爱国情怀，增加民族自豪感

我国对于火的使用历史十分悠久，早在元谋人时期便已经掌握了用火技术，这是人类最早使用火的证明。从“火折子”到大规模工业燃烧，从用火取暖、用火炊事到用火冶铁、用火打仗，我国的文明发展与社会进步与我们对于燃烧学的认识始终密不可分。同时，建国后我国的能源供应非常紧张，没有相应的石油开采技术，建国初公交车上的大气包(煤气包)给人留下了深刻的印象。经过我国不断的努力奋斗，我们解决了一个又一个的困难，率先在世界提出2060年碳中和的目标，这是非常了不起的技术进步。将燃烧学与我国文明发展及科技进步相结合，可以让学生充分认识我国的悠久历史与文化，加深对我国科技史的了解，增加民族自豪感。

第三：结合能源安全，增加忧患意识，激发个人奋发图强

当今社会的发展需要大量的能源为基础，国际社会的斗争也大都牵连着能源问题。工程燃烧学的教学内容中对于当今主要的能源储量、分布状况等均有详细的介绍，将其与我国的能源安全问题相结合，通过对当前主要能源的分布、开发及利用等状况进行分析，详述我国的能源来源、能源安全及可替代能源等问题，增加学生对于能源安全的忧患意识，使其对我国可能遭遇到的困境和危难抱有警惕并由此提升学生奋发图强、战胜困境的决心和勇气。

第四：结合科技强国，致力科学研究，培养大国工匠精神

从原煤的直接燃烧到洗选煤的粉化燃烧，从固定床燃烧方式到流化床燃烧方式，从常规燃烧到蓄热式燃烧，科技的发展促进了社会的进步。随着页岩油、可燃冰等燃料开采技术的不断发展，能源问题也逐步找到了新的解决方向。我国的燃烧学技术发展迅速，涌现出史绍熙、秦裕琨等大批专家学者，他们通过数十年如一日的刻苦攻关，解决了一个又一个的科学难题。将工程燃烧学与科技强国相结合，以各位专家学者作为榜样，可以提升学生对于科学研究的兴趣，使其专心致力于知识学习及科学研究，培养其大国工匠精神。

 

教案设计

一、教学目标

（一） 知识目标

通过讲授石油的加工方法及其产品特性、重油燃料的使用性能、燃气成分的表示方法及发热量的计算与测定、常用燃气来源及基本使用性能、气体燃料的工业燃烧方法等内容，使学生掌握是有的汽油和柴油的基本性能、闪点及燃点的测试方法、干湿气体成分的转换及低位发热量的计算方法，了解石油的加工方法、恩格拉粘度计的使用方法、我国主要油田的分布、天然气、石油系燃气、煤系燃气、沼气的基本性质。

（三） 思政目标

通过课程讲授可知我国石油和天然气资源短缺，大量依赖进口，因此在生产和生活中要例行节能策略。同时石油和天然气的短缺也对我国能源安全造成了很大的挑战，在建国初期由于国际形势问题，我国没有足够的石油资源，工业发展和人民生活都收到了很大影响，因此大家要增加忧患意识，激发学生个人奋发图强，建设科技强国。同时还将安排学生对于未来新能源的发展及能源战略发展等问题进行讨论，增加学生对于课程知识点和课程思政的认识，提升最终教学效果。

二、教学内容分析

（一） 教学内容

(1) 中国石油及常规天然气生产与消费状况

(2) 石油的种类及加工方法

(3) 燃料油的使用性能

(4) 我国油田的主要状况

(5) 燃气成分的表示方法及发热量的计算与测定

(6) 燃气发热量的计算

(7) 常用燃气来源与基本性质

（二） 教学重点

(1) 重点讲解汽油和柴油产品的性质、燃气成分的表示方法、燃气干湿成分的转换方法等；

(2) 分析不同来源燃料油及燃气的性能差异。

（三） 教学难点

课程所涉及的燃料种类较多，汽油、柴油、燃料油等均属于石油系的液体燃料，但其使用性能差距较大，高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气、天然气、煤制气等气体燃料的成分、使用性能均不相同。本节教学内容多，学生在实际生活中所接触到的燃料极为有限，对于其在工业上的应用更是无从知晓，如何让学生快速认识各种燃料，掌握各种燃料的性质是本节课的难点。教学过程中，将通过工业应用案例与知识点相结合的方式，促进学生的理解和消耗吸收，增强学生对于课程内容的掌握。

三、教学对象分析

工程燃烧学是热能与动力工程专业的一门主要专业基础课，教学对象为本科三年级学生。工程燃烧学是研究如何将燃料的化学能高效清洁转化为热能的一门学问，其涉及基础知识面宽，应用范围十分广泛。因此，它在热能动力工程专业的教学体系中地位十分重要，是热能动力工程专业本科生的一门必修课程。对于学生而言，工程燃烧学则是一门综合性课程，在工程燃烧学的教学活动中，涉及到各种工业燃料的主要特点及使用性能、各种燃料炉有关的燃料燃烧计算以及对现有热工设备的燃烧状况的诊断分析、燃烧反应动力学理论、主要燃料的燃烧反应机理、着火理论及火焰传播理论等内容。工程燃烧学教学内容多，燃烧理论较为抽象，学生在学习的过程中不容易理解相关的过程，其学习过程中的主要问题有如下两点：

(1) 工程燃烧学的教学中，相关的基础知识等过于偏重课堂理论教学，很多的知识点通过学生在课堂听讲后的思考很难理解(例如新型燃料的形态、燃料燃烧状态、本生灯火焰形状等)，这就造成学生对于工程燃烧学的知识点无法联系起来构成一个整体，更不能与实际的相关燃烧现象建立起对应关系，最终形成只能部分阐述工程燃烧学的零散概念，不能将所学知识进行实际应用；

(2) 工程燃烧学中很多知识点看似非常普通和常见(例如燃烧温度等)，但其却无法得到理论解。这些知识点在讲解完成后由于计算过程较为复杂，计算量较大，学生无法通过常规计算对知识点进行验证，也就无法对相关知识点进行深入的理解，无法与这些知识点的实际应用建立起联系。

针对以上学生的基本状况，本课程积极运用现代化手段，将微课及现代计算技术应用到工程燃烧学的教学当中，同时注重将科研工作与教学工作相结合，从案例出发，提高学生的学习积极性，将基础理论与实际燃烧现象结合起来，加强学生对于知识的理解。同时本课程在教学过程中结合问题教学法、启发式教学法等多种教学方法，利用课程思政与专业知识相结合的教学案例，培养学生对于思政内容的独立和深度思考，并针对典型问题进行讨论。这样的思政教学模式相较于传统的直接讲授方式，学生更容易理解和接受，最终真正达到科学知识与思政同步教学的目的。

四、教学手段与方法

课程思政内容与教学知识点相融合后，在教学过程中必须根据思政内容对原有教学策略进行优化，对于原有的教学策略进行调整，做到在讲授知识的同时突出课程思政的内容，使学生可以在学习知识的同时同步进行思政教育，在专业课的课堂教学中达到思政育人的效果。

结合课程思政的教学手段和方法主要如下：

(1) 以课程思政理念为指导，加强工程燃烧学教学顶层设计

加强顶层设计，是保障工程燃烧学教学工作有序推进与有效落实的重要前提。进行思政理念顶层设计首先要明确课程思政的重要价值，制订工程燃烧学教学整体规划，针对教学的目标、内容等形成相应的制度，确保课程思政在工程燃烧学中的有效性。同时要积极与专业课程方面、教学方法方面及思政教育方面的专家进行沟通，聘请专家对课程思政理念融入到工程燃烧学的具体实践进行指导与调整，这样不仅可以推动顶层设计与实际工作相结合，提升课程思政整体框架的合理性，还有利于提升课程思政教学策略优化工作效率。

(2) 以课程思政资源为素材，调整教学内容

推动工程燃烧学教学由单一的专业课教学向课程思政发展，即发挥思政内容与工程燃烧学内容的教育合力。一方面，以思政教育资源为着力点，连接工程燃烧学教学内容，这样做有利于深化学生对思政教育与专业课教育融合的认知，进一步丰富专业课教育内涵。另一方面，以工程燃烧学教学资源为素材，深挖其中蕴含的思政教育元素，在原有教学内容基础上扩充思政教育内容，激发学生学习兴趣，优化课程教学效果。

(3) 推进思政案例与课堂讨论相结合的教学方法

典型案例的对比能使学生深刻领悟其所蕴含的思政元素，加深学生对于思政内容的接受程度。同时，思想交流需要彼此沟通，仅凭教师讲解，学生不能全部接受，讨论可以解决学生的疑问、弥补教师的疏漏。在案例教学之后，给出相关问题，让学生分析讨论，并让学生自由发言，增加学生之间、学生与教师之间的思想沟通，以达成共识，这会加深学生的理解，提升教学效果。

(4) 增强线上线下混合式教学方法在课程思政教学中的应用

鉴于课时限制，同时也为增强教学效果，将图片、动画、视频等资源与网络平台相结合，充分应用网络资源新颖、快捷、形式多样的特点，通过线上线下混合式教学进行课程思政教育，不仅能改善教学效果，而且学生可充分利用业余时间提高学习效率。为了充分利用网络信息，加强师生间及时互动，以班级为单位建立QQ群、微信群，实时发布课程思政内容，学生可在群内随时发表学习感悟、疑问和见解。这些都有助于加强学生的学习主动性、激发学生的爱国热情、增强学生实现民族复兴的历史使命感和责任感。

本节课程内容的思政案例选取如下：

针对液体燃料及气体燃料的知识讲授，选取“大气包公交车”作为知识点与课程思政融合后的教学案例，当学生第一次看到大气包公交车(如下图所示)在路上行驶时是十分新奇的，这就增加了学生的学习兴趣。在教学知识点中会涉及煤的气化过程，气包中的煤气是由煤气发生炉将固体燃料转化为气体燃料后产生的。在课程思政中涉及这种大气包公交车的原因，我国本身的能源结构是以煤为主，石油和天然气资源短缺，大量依赖进口，因此在生产和生活中要例行节能策略。同时石油和天然气的短缺也对我国能源安全造成了很大的挑战，在建国初期由于国际形势问题，我国没有足够的石油资源，所以才会有这种大气包公交车。因此大家要增加忧患意识，激发学生个人奋发图强，建设科技强国。在讲授课程知识点与课程思政后，还可以安排学生对于未来新能源的发展及能源战略发展等问题进行讨论，增加学生对于课程知识点和课程思政的认识，提升最终教学效果。

 

图1 大气包公交车

五、教学过程

本节课程教学过程(包含教学目的、教学内容及教学手段)如下：

表1 教学过程表(教学时间90分钟)

六、教学效果分析

本节课主要讲解内容为液体燃料和气体燃料的基本性质，主要以石油及衍生燃料、各种燃气为主，教学过程采用“课程思政”参与式混合教学模式，在现代媒体技术的辅助下，以学生为本，在课堂教学过程中采用图片、视频等多媒体的形式，将工程燃烧学与节能减排、工程燃烧学与科技强国、工程燃烧学与国家能源发展有机结合并展现出来，使同学们在深度参与课堂教学过程中，“春风化雨，润物无声”地实现课程育人，以达到理想的教学效果，让学生认识到我国能源发展的困难程度、了解我国当前的能源状况是几代人不断努力的结果，同时培养学生奋发图强，为祖国的更加强大而不断努力的精神。

同时本课程结合问题教学法、启发式教学法等多种教学方法，利用课程思政与专业知识相结合的教学案例，培养学生对于思政内容的独立和深度思考，并针对典型问题进行讨论。这样的思政教学模式相较于传统的直接讲授方式，学生更容易理解和接受，最终真正达到科学知识与思政同步教学的目的。