“燃烧与污染控制”教学效果改善分析

发布时间: 2022-03-03 09:36:04 浏览：次

摘要：“燃烧与污染控制”课程内容包括“燃烧学”“污染物控制”两部分，具有理论性强、内容抽象、技术更新快以及与实践联系紧密等课程特点。结合几年的教学实践，总结教学过程中存在的一些问题，提出合理选择教材、合理制订教学内容及合理采用教学手段等一些改善课程教学的建议。

关键词：课程特点；教学内容实践；课程教学

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）23-0123-02

世界能源主要来源于矿物质燃料的燃烧，而矿物质燃料的燃烧又是硫氧化物（SOx）、氮氧化物（NOx）、二氧化碳（CO2）及细颗粒物（PM2.5）等各种大气污染物的主要来源。[1]“燃烧与污染控制”是在“燃烧学”课程的基础上结合当前燃烧污染物控制问题越来越突出的情况下发展起来的一门较新的学科。该课程既研究矿物质燃料的燃烧过程及化学能的转化，又研究燃烧导致的大气污染物排放控制的专门学科。

尽管近几年来“燃烧与污染控制”这门课程有了很大的发展，各高校在教学方面也积累了很多经验，但与“工程热力学”“流体力学”等传统主干课相比，该课程的教学依然存在不少问题，如学生普遍反映该课程理论难度大、知识点多且零散、对数学要求高等。[2]

为此，笔者结合几年来的教学实践对该课程教学过程中遇到的一些困难及解决方法进行梳理和总结，并对“燃烧与污染控制”课程教学内容的制订及教学手段的选择提出了自己的意见。

一、课程内容及特点

1.课程内容

“燃烧与污染控制”主要包括化学热力学、化学动力学、燃料的着火理论、火焰的传播与稳定理论及湍流燃烧理论模型等基础理论；液体燃料、固体燃料的燃烧过程及其经典的模型；SOx、NOx等污染物的形成及分解机理以及主要的污染物控制技术。在污染物控制部分，由于近年来国家对环境保护问题愈加重视，新的污染物控制要求、控制内容及相应的新的污染物控制理论及技术不断涌现，如PM2.5的产生机理及控制理论、控制技术，CO2的捕集与处理技术等。

通过相关内容的讲解，使学生了解燃烧及燃烧污染物生成的基本原理，了解掌握最新的污染物控制技术，学会抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，从而理论联系实际，利用所学知识解决工程中的实际问题。

2.课程特点

“燃烧与污染控制”课程燃烧学部分涉及到传热、传质、传动量及化学反应，也就是俗称的“三传一反”，知识点多、理论性强、学科交叉性强。[3]因此，一方面，该课程的学习要求学生很好地掌握“工程热力学”“流体力学”和“传热学”等专业基础课程的内容；另一方面，该课程的学习又促进了学生对上述课程知识点的理解。

相比较而言，燃烧部分理论性更强，是一门典型的实验研究和理论总结相结合的学科。由于燃烧过程的复杂性，截至目前，燃烧科学的研究仍然以实验研究为主。先进诊断技术的不断出现使得燃烧实验获取的数据更加可靠、准确。[4]20世纪以来，着火模型、火焰传播理论、反应流体力学和计算流体力学等的建立使燃烧理论有了长足的发展。并且，随着大型计算机的出现，使得采用数值模拟方法研究燃烧过程已经成为现实。[5]这些都促进了燃烧学的发展。但这些理论模型大多以偏微分方程的形式出现，导致仅学过常微分方程的本科生很难理解。这要求授课的老师探索找到适合本科生知识结构及认知水平的教学内容和教学手段。

污染物控制部分主要研究燃烧导致的大气污染物的产生机理、燃烧中及燃烧后控制大气污染物产生及排放的主要技术手段。事实上，C、N、S元素既是常见燃料的组分，参与燃烧反应过程，同时其反应生成物CO2、NOx、SOx又是大气污染物的主要成分。因此，该部分内容的学习与燃烧学部分的学习紧密联系。污染物控制除了从机理上分析研究污染物生产及控制外，更注重实践环节，即污染物控制的主要技术手段及方法的介绍。由于我国近年来愈发重视大气污染物控制，新的污染物控制内容、新的污染物控制理论及方法不断出现，这就要求老师不断追踪新知识、新技术，不断充实、更新自己的专业知识。

二、教学方法

1.教材的选择

“燃烧与污染控制”这门课程知识点多、理论性强、概念抽象，如何上好这门课，选择好的教材是非常重要的环节。只有选择好的教材才能根据教材合理制订教学内容、教学计划，进而有效促进教师的教学和学生的学习。目前市面上发行的教材一般都侧重于“燃烧学”部分，“燃烧污染物控制”部分往往不作为重点，只是捎带介绍。这些教材主要有国外教材的国内翻译版和国内教材两类，这两类教材各有特点。[6]将“燃烧学”“燃烧污染物控制”作为重点的教材只有由浙江大学岑可法院士领衔编写的《燃烧与污染控制》。笔者认为，合适的教材应该能够与学生的知识结构及认知能力相适应，与该课程的教学目标相适应。

针对本课程的特点，教材的内容要全且新，尤其是污染物控制部分，应能够较好地反映当前的理论发展水平及技术发展现状。教材内容应当包括化学热力学、化学动力学、燃烧物理基础、液体及固体燃料的燃烧、各种主要燃烧染污物的形成机理及控制方法等。由于是面向本科生的教材，应当内容简单易懂，表述深入浅出，实例丰富直观，结构逻辑清晰，能有效衔接理论分析与工程实例。这样才能使学生学起来不感到沉闷单调、枯燥乏味。目前国内出版的《燃烧与污染控制》教材要么理论性太强，要么涵盖内容不全面，要么针对性太强，总之都存在这样或那样的问题。

2.教学内容设计

教学内容系指教学过程中同师生发生交互作用、服务于教学目的达成的动态生成的素材及信息，是教学的核心。[7]教学内容应该具有目标性、实效性、科学性、启发性。对于“燃烧与污染控制”教学内容的设计，笔者认为应该注意以下几点：

（1）内容要重点突出，有的放矢。该课程内容包括化学热力学、反应动力学基础、着火理论、火焰传播与稳定理论、液体燃料及固体燃料的燃烧和燃烧污染物控制等部分，但在各部分内容的讲解上要有重点。“燃烧学”部分，化学热力学和化学动力学基础是该部分的理论基础，可合二为一，讲解内容包括化学平衡、热化学、化学反应速率、质量作用定律、活化分子碰撞理论及链锁反应理论等。其中，热化学、化学反应速率和链锁反应理论应作重点讲解。关于着火理论，授课重点放在闭口系统着火理论模型的建立和结果分析上，并分析燃烧放热量和散热量随温度的变化曲线，确定着火温度与初始温度、物理化学因素和散热强度的关系。对于火焰传播与稳定理论，授课的重点在火焰传播概念、泽利多维奇理论、气体的动力燃烧与扩散燃烧及火焰稳定的基本原理与方法的讲解，并介绍防止火焰吹脱和回火的措施，以及来流速度、火焰传播速度与圆锥型气体火焰高度的关系。对于液体燃料及固体燃料的燃烧，液体燃料的雾化、蒸发模型及扩散燃烧，碳的燃烧化学反应及碳粒的燃烧速度作为授课重点。“燃烧污染物控制”部分的重点放在燃烧过程中SOx、NOx的生成机理，燃烧过程中SOx、NOx的脱除以及燃烧后脱硫脱硝技术，并介绍PM2.5的生成与脱除技术的最新进展，CO2的收集控制技术。介绍理论模型时，应更注重理论模型物理意义的解释。

（2）理论与实践结合。“燃烧与污染控制”是一门理论性及实践性都很强的学科。课程涉及的相关理论模型较为抽象，不易掌握。因此，该课程的教学内容必须与工程或生活实践紧密结合。如“燃烧学”部分，在教学内容设计过程中必须将理论与具体工程案例或燃烧相关生活案例相结合，以具体案例作为切入点，将复杂抽象的理论概念穿插到生动、具体的案例中进行讲解。要开设必要的实验课，如本生灯测火焰传播速度、煤的工业分析和元素分析、预混火焰浓度测量、联合脱硫脱硝实验及烟气分析仪测定烟气成分等。对于热能动力专业的本科生，笔者结合锅炉的设计案例，利用燃烧学理论解读炉膛结构设计、燃烧器布置、风量确定、炉膛点火这些具体方案设计背后的理论依据，从而强化对燃烧理论的理解。结合家用燃气灶台，讲解燃料与空气的混合原理。安排学生参观热电厂的脱硫脱硝及除尘装置等污染物控制设备，现场分析各种技术设备的设计原理，强化学生对污染物形成机理及控制技术的认识，使书本理论与实践统一。

3.教学方法的设计

（1）采用启发式教育。学生是学习的主人，“教”是为“学”服务的，“教”不是统治“学”，也不是代替“学”，教师的“教”是启发和引导学生的“学”。就“燃烧与污染控制”课程的教学而言，在教学过程中应从学生的知识结构及认知能力出发，结合具体的教学内容和教学目标，采用提问、讨论、案例分析等多种方式，让学生参与到老师的教学过程，激发学生的学习热情，使他们在活跃、开放的教学氛围中理解掌握燃烧与污染控制相关的知识点，并能使用相关知识点分析解决实际问题。问题的提出要有引导性、针对性，要围绕教学目标，否则难以达到预期效果。

（2）多媒体教学与板书的有机结合。现在，各种多媒体技术已经广泛进入课堂教学，成为课堂教学的重要手段，对传统板书教学形成了巨大的冲击。多媒体教学课件图文并茂、内容丰富、信息量大。就“燃烧与污染控制”而言，燃烧过程和污染物控制设备可以被生动地展示出来，使学生能够更加深刻、有效地理解相关理论概念。[8]但是，使用多媒体技术授课时，老师讲课的速度加快，信息量增加，学生的思维跟不上。[9]板书比较灵活，对于复杂理论模型可以引领学生的思维，鞭辟入里地进行推导，融会贯通。但是，板书速度慢、效率低。因此，在“燃烧与污染控制”课程教学过程中，应将多媒体教学与传统板书有机结合，扬长避短，充分发挥各自优势，以达到最佳的教学效果。

（3）多种考核手段的结合使用。在教学过程中，应采用多样化的考核手段，了解学生对课程知识点的掌握情况，督促学生的学习。课堂提问、课后作业、案例分析、阶段考试等都可以作为考核手段。但无论采用何种形式的考核手段都应当激发学生的学习热情，提高学生的学习效果，增加学生对本课程本专业的认识为出发点。

三、结论

综上所述，“燃烧与污染控制”涉及传热、传质、传动量及化学反应，融合了工程热力学、传热学、流体力学、高等数学等方面的知识。在教学过程中应点面集合，重点突出，理论联系实际，加强对学生实践能力的培养，不断更新教学内容。同时，作为老师，需要不断学习，及时掌握该课程新的知识点，及时更新教学内容。

参考文献：

[1]曹玉春，吴金星，焦森林.热能动力专业“燃烧学”课程教学的改革与创新[J].中国电力教育，2010，（4）：69-71.

[2]齐黎明.动画制作在“燃烧学”课程教学中的应用[J].中国电力教育，2009，（15）：82-83.

[3]裴蓓，辛耀华，路长.谈“燃烧学”课程教学设计[J].中国电力教育，2009，（5）：57-58.

[4]岑可法，姚强，骆仲泱，等.燃烧理论与污染控制[M].北京：机械工业出版社，2004.

[5]严传俊，范玮.燃烧学[M].西安：西北工业大学出版社，2008.

[6]王保文，王为术，高传昌.电厂热能动力工程专业“燃烧学”教学内容设计[J].中国电力教育，2010，（30）：100-102.

[7]吴化钿.教育学教程[M].广州：广州高等教育出版社，2005.

[8]姜欣欣，金永镐.板书与多媒体结合在《电路与模拟电子技术》教学中的应用和分析[J].科技信息，2008，（34）：271.