基于翻转课堂的消防专业本科化学教学的研究

■ 王晋芳 张健 刘慧 中国消防救援学院

一、大学化学的意义与消防院校的特点

化学是一门在原子、分子层次上研究物质的组成、结构、性质及其变化规律和能量关系的学科。[1]高等院校的化学教育在本科教学中具有重要地位，这门学科不仅能够完善学生的知识框架，还可以培养学生的科学素养和实践能力。[2]

大学化学和初高中化学教育存在较大差异。首先，在教学内容方面，初高中化学侧重基础知识的普及和了解，内容广而不深；而大学化学在内容上更具有专业性和系统性，这也增加了大学化学教育的难度和复杂性。[3]此外，实验是化学教育的重要组成部分，初高中的化学实验主要是重复和认识已有的实验，大学化学的实验主要以设计性和创造性为主，注重培养学生的创造能力。[4]

在当前教育改革的环境下，如何加快大学化学教学的改革，在实践中积极探索更加先进的教学策略，为社会培养更多具有创造性的综合人才，成为当代教育工作者面临的重大挑战，这也成为摆在消防救援学院化学教育工作者面前的难题。

中国消防救援学院是按照党中央跨军地改革部署，整合消防、森林院校力量和资源，以原中国人民武装警察部队警种学院为基础组建的，是应急管理部直属全日制普通高等院校，也是国内唯一一所消防专业高等院校，主要承担国家综合性消防救援队伍人才培养、专业培训和科研等任务。

作为培养国家消防救援人才的摇篮，需要确立自己的教学特色。对于化学教育的改革，在教学中融入火灾案例的介绍，能够体现消防的特色，符合培养消防救援人才的教学目标。目前关于化学教学与消防专业的联系尚未有系统全面的研究，[5]因此有必要在总结教学经验的基础上，充分挖掘化学课程中与消防密切相关的火灾案例，填补这方面的空白，为今后更好地开展消防工作奠定基础。

二、化学教育与消防的关系

化学教育与消防密切相关，从可燃物的鉴定[6]、燃烧过程分析[7]，到有毒物质的洗消[8]等都需要用到化学知识，尤其是《有机化学》课程中涉及大量易燃易爆的有机化合物。关于化学教育改革的研究和实践一直以来都是化学教育工作者的重点，包括化学知识讨论、教学讨论、实验探究、教材讨论、习题讨论和其他相关内容的引入等[9]。化学作为一门自然科学，在其发展过程当中的各个阶段和重大事件中都包含了许多人文因素，在化学教育过程中，挖掘、积淀这些人文知识，不仅能提高学生的整体素质，更有利于学生的发展[10]。

三、在翻转课堂下实施消防专业本科化学教学的策略

翻转课堂是让学生在课前利用慕课等形式完成初步的学习，在课上主要由教师对于重难点进行引导性的讨论，从而培养学生的思考能力，激发学生的创造力，提高逻辑思维等。[11]此外，在教育改革的背景下，应该将素质教育作为大学化学教育的重要内容，在素质教育实施过程中适时融入课程思政，可以有效提高教学收益。[12]因此，可以从以下两个角度入手，为消防专业化学的翻转课堂提供一些素材和基础。[13]

（一）可以研究火灾案例涉及的可燃物

搜集并整理近十年国内外重大火灾案例中所涉及的可燃物，按照有机物和无机物对其进行归类，其中有机物又分为烷烃、芳香烃、烃的衍生物和聚合物等；无机物按照族和性质分类，如卤族元素、氧族元素等。将不同的案例及可燃物放入化学课程的相应章节，教学中充分体现案例相关内容。对于有毒物质的处理，要讲清楚方法和优缺点（如氯气的处理、硫化氢气体的处置等），使学生了解化学与消防的密切联系，并且可以运用化学方法分析并解决消防工作中的问题。

案例一：福建漳州市某芳烃有限公司二甲苯（PX）装置发生漏油起火爆炸

通过观看爆炸现场视频和图片，分析本次火灾爆炸事故的特点：（1）易燃易爆，危险性大。发生爆炸燃烧的4个10000m3重石脑油、轻重整液储罐火势异常猛烈，火焰高达百米，温度达2000℃以上，辐射热极强。燃烧油罐区四周有12个危化品储罐，集高压、高温、有毒、有害、易燃、易爆等危险因素于一身，冷却不到位极易引发大规模爆炸燃烧，造成现场全面失控，给整个半岛带来毁灭性灾难。（2）油品成分复杂，扑救难度大。厂区内76个储量从3000～50000m3不等的储罐，存有多种危险化学品，闪点、毒性等理化性质各不相同，燃烧油罐随时可能爆裂，产生大面积流淌火，进一步加大事故处置难度。（3）灾害规模大，需要力量多。爆炸起火的某芳烃有限公司是目前国内规模最大的PX生产商，厂区生产工艺复杂，管线众多，需要大量灭火冷却保护力量，以及地方政府、有关部门、厂方人员、技术专家协同处置，涉及部门、人员多，协作难度大。（4）工艺处置难，技术要求高。火灾扑灭后，需利用罐体自动和手动脱水器以及人孔排除残液，工艺处置期间共发生10余次闪燃闪爆，危险度极高。同时，受损凝析油罐需倒罐处置，易发生燃烧爆炸，处置难度大。

案例二：2005年11月13日吉林某石化公司双苯厂发生爆炸

2005年11月13日吉林某石化分公司双苯厂先后发生15次大爆炸，过火面积近8000m2，此次爆炸事故共造成8人死亡，1人重伤，59人轻伤；双苯厂新苯胺装置、1个硝基苯储罐、2个苯储罐报废；苯酚、老苯胺装置，苯酐装置，2、6－二乙基苯胺4套装置停产，直接经济损失达4600多万元。

事故直接原因：由于当班操作工停车时，疏忽大意，未将应关闭的阀门及时关闭，误操作导致进料系统温度超高，长时间后引起爆裂，随之空气被抽入负压操作的T101塔，引起 T101塔、T102塔发生爆炸，随后致使与T101、T102塔相连的两台硝基苯储罐及附属设备相继爆炸，随着爆炸现场火势增强，引发装置区内的两台硝酸储罐爆炸，并导致与该车间相邻的55#灌区内的一台硝基苯储罐、两台苯储罐发生燃烧。

事故造成的环境问题：100t左右苯类污染物流入松花江，水体受到严重污染，受污染的流域包括黑龙江省境内的松花江约 700km，也影响了俄罗斯的阿修尔河（即我国称黑龙江）流域。初始爆炸的位置是T101 硝基苯初馏塔。

在讲解苯胺制备反应时，播放以上火灾案例的视频资料，进行提问式讲解：（1）哪些物质在火灾事故中发生了爆炸？（2）现场的白色烟雾、黑色烟雾、黄色烟雾分别可能是什么物质产生的？（3）哪些物质引起了松花江重大水污染事故？

（二）整理火灾案例背后勇敢逆行的消防人的故事

从与学校密切相关的消防队伍中寻找典型的火灾案例，将其融入化学课程教学中，除了讲解案例本身以及案例中涉及到的有机化合物，更重要的是要讲解案例背后英勇顽强、勇敢逆行的消防救援事迹，这样可以提升学员的职业荣誉感和使命感。此外，部分化学家的生平对于学员来说也具有正向的引导作用，例如，鲍林多次参加反对原子弹的会议获得诺贝尔和平奖、居里夫人为了研究放射性的镭元素身体受到巨大损害等。

四、结语

综上所述，本文从大学化学的意义、消防院校的特点、化学教育与消防的关系入手，探究如何在翻转课堂下实施消防专业本科化学教学，以期运用翻转课堂的模式，让学生在切身感受中掌握化学知识，并且逐步成长为一名优秀的消防员。