基于“科教融合，协同育人”理念的燃烧与爆炸理论课程改革与探索

张少杰，聂士斌，彭 伟，王昌祥

（安徽理工大学安全科学与工程学院 安徽 淮南 232001）

在我国经济高质量发展的背景下，各行业对产业创新技术人才的需求十分旺盛，然而在现有高等院校的运行体制、学科设置、课程设置、教师队伍知识结构等条件下的人才供给与快速变化的产业需求之间仍存在矛盾[1]。为解决该矛盾，我国教育部推进了一系列教学改革，包括科教融合、虚拟教研室、质量工程、本科教学工程建设等，其中科教融合是高等教育改革的重要推动力，也是我国高等教育改革的重要关键词[2-3]。《关于深化教育体制机制改革的意见》强调“深入推进协同育人，促进协同培养人才制度化。要深化科研体制改革，坚持以高水平的科研支撑高质量的人才培养”[4]。为进一步将产业需求与高等教育人才培养结合起来，《国家发展改革委办公厅科技部办公厅、关于落实2021年度全面创新改革任务清单的通知》中将“新型研发机构科教融合培养产业创新人才”明确作为亟待解决的一项创新改革任务，提出推动从事产业共性技术开发和新兴产业孵化，对产业技术发展比较熟悉的新型研发机构与高等院校合作，通过科教融合培养产业创新人才，解决产业技术人才供给数量、质量问题。

对于安全产业，党的十九大以来，国家对城市安全给予了高度关注[5]。中共中央办公厅发布《关于推进城市安全发展的意见》强调“健全公共安全体系，全面提高城市安全保障水平。城市基础设施建设要坚持把安全放在第一位，加强城市安全源头治理”。全国安全产业快速增长，目前规模已超过万亿，对安全领域研究创新人才、产业研发人才、行业应用人才、实用技能人才等有着巨大的需求[6]。以此为契机，安徽理工大学与清华大学合肥公共安全研究院共建了城市安全科教融合学院。学院以围绕国家战略、坚持产业导向、强化知识融合、加强技能提升为建设原则，科教融合协同育人，积极培养适应新发展阶段的城市安全产业创新人才。

在安全专业的人才培养中，燃烧与爆炸理论是一门重要的专业基础核心课程[7-8]，通过该课程使学生掌握燃烧与爆炸发生及演化的基本规律与物理机制，是安全专业后续本科及研究生专业课程的学习基础。面向科教融合理念下创新人才的培养需求，在燃烧与爆炸理论课程传统教学模式上进行改革与创新，推进科研、教学、产业协同育人，全面提升学生在科研、实践等方面的基础素养与创新能力，对培养适应新发展阶段的城市安全产业创新人才具有重要意义。因此，本文立足于燃烧与爆炸理论课程教学中所存在的问题，基于科教融合协同育人的理念，对燃烧与爆炸理论课程教学改革与创新进行分析与探讨，力争做到教学的育人属性与科研的学术属性相统一，达到提升燃烧与爆炸理论课程教学质量、培养符合产业需求的创新人才的目的。

1 燃烧与爆炸理论课程简介

燃烧是一种特殊的氧化还原反应，伴随有强烈的发热、发光与发烟现象。燃烧与爆炸过程涉及流动、传热传质、化学反应的耦合，因此流体力学、传热学及普通化学等课程是燃烧与爆炸理论学习的前置课程。燃烧可以为生产和生活提供能源和热量，但当燃烧在时间或空间上失去控制时，也会造成火灾、爆炸等灾害。对于安全专业，燃烧与爆炸理论课程主要是学习研究燃烧与爆炸的发生、发展和消失的基本规律，以及防火、防爆和灭火的一般原理，火灾动力学、消防工程学、安全系统工程等课程是其后续课程。因此，燃烧与爆炸理论是一门兼顾理论性和实践性的课程，对火灾燃烧理论的科学研究以及消防安全的工程应用都具有重要的意义。

燃烧与爆炸理论课程具备多个层次的教学目标[9]。首先，使学生了解火灾燃烧现象的本质、燃烧与爆炸的基本要素，掌握着火和灭火的基本理论以及气态、液态和固态可燃物燃烧及爆炸的基本规律。其次，使学生能以燃烧与爆炸理论为基础来分析实际工程中的现象，建立分析和解决实际问题的思维方法[10]，提升学生创新创造能力。再次，了解国内外目前燃烧与爆炸科学研究的现状和前沿，了解燃烧与爆炸理论实际工程应用的范围及案例。最后，增强学生的消防安全意识和自防自救能力，提升学生的安全职业素养。

2 燃烧与爆炸理论课程教学中存在的问题

2.1 教学内容偏经典理论

燃烧与爆炸理论课程的传统教学内容为经典教材上的知识，以理论的讲解与推导为主，例如谢苗霍夫自燃理论、可燃气体火焰传播的雨果尼特方程、预混气体的爆炸极限计算、扩散燃烧的控制方程推导等。这些理论一方面基于微积分、流体力学、普通化学的知识基础，与前置课程具有较高的连续性；另一方面引入了许多新的概念以及经验或者半经验公式。这容易导致学生一旦有某一个点没有听懂，未能跟上节奏，后续所有的推导就都无法理解，会使得学生对课程产生畏难以及厌倦情绪。同时，过多的理论推导也会使得课程内容枯燥，学生缺乏成就感，对课程失去兴趣，表现为上课精力不集中，影响课堂的氛围，也会影响到教师讲课的激情，最终使整个课程的效果不理想。

2.2 教学方法较为传统

燃烧与爆炸理论课程的教学方法以传统的讲授为主，教师主动提供知识输出，学生被动接受知识输入，通过有限的课堂时间进行讲解，使得学生尽快掌握更多的内容。这种方式下学生的主观能动性不强，学习的兴趣比较难以调动起来。同时，对于燃烧与爆炸理论课程，由于有较多的理论公式推导，与前期的基础课程关系密切，如果一味按照课本节奏教授，缺乏学生的主动参与，就容易忽略前期基础课程的不足，严重影响课堂效果。例如，在弗兰克―卡门涅茨基自燃理论推导体系能否获得稳定的温度分布以判断物质体系能否自燃的过程中，如果忽略了学生对传热学中三维非稳态导热方程的学习与掌握程度，直接将该方程带过，就有可能会导致学生无法理解整个理论。又如在预混气体火焰传播分类中，基于雨果尼特方程与瑞利方程获得火焰传播分类的判据，如果学生没有流体力学中声速及马赫数定义的知识基础，也较难理解及应用火焰传播分类的判据。这些课程内容理论推导多，信息量大，部分内容较为晦涩，对学生的知识储备要求较高，在传统课堂授课方式下，由于时间有限，必然导致课程节奏快，学生接受困难等教学问题。

2.3 师资力量类型单一

师资力量是课程实施的重要支撑与保障。传统教学中很大程度上依靠教师个人能力。但各个教师的研究方向不同，如果与燃烧与爆炸理论课程内容的关联性不强，很难对所教授的内容有深刻的理解以及生动的背景知识引入。另一方面，现有教师力量多是毕业后直接进入高校的博士，与实际的工程一线联系不紧密，难以把握行业技术的整体趋势与前沿，分辨教学内容中具有实际应用价值的重点内容。

2.4 考核机制对培养目标的支撑不足

目前燃烧与爆炸理论课程的考核方式普遍采用考试成绩为主，平时成绩为辅的形式进行，其中期末考试采用闭卷的形式考查学生对课程重点知识的掌握情况，平时成绩主要考查考勤、课堂表现、课后作业的情况等。这种形式强调了期末考试的重要性，部分学生不注重平时的学习，期末临时突击，死记硬背，对知识点的理解不深入，知识无法形成体系，更难以形成实际解决问题的能力。同时，仅通过一张试卷也难以衡量学生对知识体系的掌握程度，更无法考查学生的创新、创造能力。

3 燃烧与爆炸理论课程教学改革与探索的措施

3.1 科教融合丰富教学内容

将行业热点、实际工程应用的前沿内容与课程的基本概念以及理论推导紧密结合。通过“实例―课程―实例”的方式，从实例中引入，激发学生对知识点学习的兴趣；穿插课程基本概念及理论推导，使学生对知识点具有具象化的认识，认清问题的本质；最后落回到实例中来，使学生掌握分析问题的方法，提高解决问题的能力。例如在讲解预混气体爆炸极限计算的课程内容时，通过2021年6月13日湖北省十堰市燃气爆炸事故案例的引入，激发学生对燃气爆炸这一知识点的兴趣；通过课程讲解，让学生掌握可燃气体爆炸极限的概念、计算方法及其影响因素等知识点；最后再将课程引导到行业前沿的城市可燃气体监测的城市生命线工程上，阐述可燃气体爆炸极限在实际监测中的应用，加深学生对专业课程及专业知识的认同感，培养学生分析与解决问题的能力。结合城市安全科教融合学院中清华大学合肥公共安全研究院在行业及工程应用前沿的优势，在后期的实践活动中将学生带到城市生命线工程的一线，进一步加深学生对爆炸极限等知识点的理解。理论联系实际，科教产融合，全面提升学生素质。

此外，将课程内容适当扩展，与现有的科研项目或最新的科研成果结合，让学生认识到知识的边界，激发学生的探索欲及创新精神。例如在讲解扩散燃烧相关知识点时，在课本已有的扩散火焰温度、浓度及火焰高度的知识基础上，适当补充火灾中扩散燃烧的特点，让学生接触到目前复杂火场环境下多个扩散燃烧火源相互作用的科研项目，提供最新检索的相关科研论文，引导学生自主学习探究这些科学问题，提高学生的创新思维及科研能力。

3.2 多种教学方法及教学手段相结合

在教学方法及教学手段上，基于科教融合协同育人的理念，注重以学生为主体，发挥学生的主观能动性，使学生主动学习。这需要教师采用多种教学手段激发学生的学习兴趣。一方面，在日常的讲授中，积极采用新技术，引导学生的学习情绪，提供更多的自主学习资源。对于燃烧与爆炸理论课程中一些比较抽象的概念以及理论推导结果，采用动态视频或者仿真模拟动画给学生进行直观的演示，增加学习的情景感；采用学习通、雨课堂等软件进行日常的教学管理，增加与学生的互动，提前收集了解学生对以往知识点的掌握情况，在课程中有的放矢；通过微课、慕课[11]等方式对课程重难点进行讲解，便于学生回看复习；充分利用互联网，将每次课程的科教融合背景及拓展内容线上分享，为学生提供更多课后自主学习的空间。另一方面，积极采用研讨式或项目式的教学方法[12]。基于实际提出问题，布置一个小的项目任务，引导学生分组讨论，查找书籍文献资料，形成方案解决问题。这种教学方法更能激发学生学习的主动性，锻炼学生文献查找、交流讨论、解决问题的能力。

此外，基于科教融合学院的特点与优势，增加课程的实践内容，理论结合实际，让学生体验和感受到科研及产业的知识前沿。结合燃烧与爆炸理论课程中可燃气体爆炸极限、液体燃烧闪点及固体燃烧蔓延等知识点内容，组织学生走进产业及实验室，了解城市生命线工程在复杂环境下可燃气体爆炸极限的监测与控制、水凝膜泡沫灭火剂的油池火扑灭机理、先进阻燃材料的研发与性能测试等，结合实际现场对知识点进行讲解回顾，增加学生的认知共鸣，引发学生的学习热情，增强学生投身融入安全科研及产业事业的意愿。

3.3 科教融合增强师资力量

通过科教融合丰富师资力量，主要体现为两个方面：在教师团队层面，通过科教融合，可以使更多类型的师资力量走进课堂。如城市安全科教融合学院，在现有安徽理工大学师资力量的基础上，增加清华大学合肥公共安全研究院的优秀研究及产业人员作为师资，丰富了教学团队的维度，通过教师团队合作模式，充分发挥各自所长，更能实现科教融合协同育人的效果。在教师个人层面，科教融合增强了教师与科研以及产业前沿的联系，更易把握科研及产业技术趋势，有助于提升教师个人的硬实力[13]，在课程中真正做到将课程内容与行业热点、实际工程应用的前沿相结合，更好地对学生进行指导，培养复合型创新人才。

3.4 多维度开展课程考核

在科教融合协同育人的理念下，课程考核不仅仅是考查学生对课程重难点知识的掌握情况，还应该涵盖对学生分析解决问题能力、创新创造能力的考核。以期末考试成绩为主的考核方式并不能体现学生能力培养的状况，这就要求课程的考核要增加平时成绩的分量，并且平时成绩要与课程的教学方法及手段相对应。此时，平时成绩的内涵需要进一步丰富，不仅仅是学生课堂考勤、课堂表现、课后作业的评分，更应该包括项目式教学中小组及个人的综合表现评分，以及实践教学中学生的参与和互动评分等。通过调整科教融合环节学生能力分数的比重，形成能力与知识水平并重的考核理念，引导学生重视个人分析解决问题能力以及创新创造能力，为培养高素质的创新型人才奠定基础。

4 结语

面向安全产业对高素质创新技术人才的需求，本文基于“科教融合，协同育人”的理念，对安全科学与工程专业燃烧与爆炸理论课程的教学改革进行了探讨，发现传统教学模式存在着教学内容偏经典理论、教学方法较为传统、师资力量类型单一、考核机制对培养目标的支撑不足等问题。据此，有针对性地提出了科教融合丰富教学内容、多种教学方法及教学手段相结合、科教融合增强师资力量、多维度开展课程考核的改革举措。通过这些举措进一步将科研、产业、教学资源紧密融合，引导学生自主学习，增强学生素质，提升学生的创新能力，为培养高素质创新技术人才奠定了基础。