“火灾动力学基础”课程教学实践中的思考与讨论
时间：2023-02-21 19:15:07 来源：千叶帆 本文已影响人
胡 泊，兰鑫宇
（沈阳航空航天大学安全工程学院，辽宁 沈阳 110000）
消防工程专业的建设对于培养高素质消防领域的人才具有重要促进作用。该专业作为高等教育的一门独立专业最先出现于国外[1-2]。我国于20世纪80年代开始在高校中设置消防工程专业[1]，1985年，中国人民武装警察部队学院设立了我国第一个消防工程专业[1-3]。经过几十年的发展，越来越多的学校开设了该专业，为我国消防事业输送了大量的专业人才。20世纪90年代，Magnusson等人在Rasbash工作的基础上确定了消防工程专业（Fire safety engineering）的5门核心课程[4-6]，分别有火灾学基础（Fire fundamentals），受限空间火灾动力学（Enclosure fire dynamics），主、被动防灭火技术（Active fire protection，Passive fire protection）及人与火灾之间的关系（human behaviour and fire）[4-6]，该课程体系在消防工程领域产生了很大的影响。从这个课程体系中可以看出火灾动力学及其相关知识在消防工程专业培养中具有非常重要的地位。
沈阳航空航天大学属于国内非公安类高校较早开设消防工程专业的高校之一，其消防工程为辽宁省应用转型试点专业[7]，至今发展已二十余年。2018年起，沈航消防工程专业开始设置“火灾动力学基础”课程，主要面向本科生讲授火灾动力学相关知识。由于开设时间较短，课程在教学实践过程中遇到了一些问题与挑战。如何应对好这些问题，对于建设好这门课程具有重要作用。笔者在这里对教学实践中遇到的问题及其解决思路进行了探讨。
在开展“火灾动力学基础”教学过程中，逐渐遇到了以下几个问题：
1.1 课程内容的设置问题
对于火灾动力学课程的设置，在不同高校消防工程专业中出现了分歧[5]。2018年以前，沈航消防工程专业并未设置专门的火灾动力学课程，但是在一些专业课程中如建筑防火学、防排烟工程等对火灾动力学中的一些知识点进行了讲述。2018年以后，才开设了“火灾动力学基础”课程。课程设置的变化常常伴随着教学内容的调整。那么在课程开设之后，如何结合沈航消防工程专业的特点合理设置课程教学内容，并协调与其他课程知识点之间的关系，是任课老师需要思考的问题。
1.2 中文教学参考资料相对较少
火灾动力学是一门小众学科，教学资料相对公共基础课来说较少。一直以来广泛使用的经典教材以英文教材为主，直接针对火灾动力学的中文教材较为缺乏。不过这种情况随着近几年一些优秀的火灾动力学中文参考书籍的出版和火灾动力学MOOC的出现而得到很大改善。考虑到不同教材的内容及不同高校的教学目标有所差异，教师可以通过合理设置课程内容，综合参考这些教材进行教学。
1.3 理论性相对较强
火灾动力学是一门理论性比较强的学科。如果想要掌握火灾动力学的知识点，需要学生有扎实的理论课程基础，比如传热学、流体力学等。但是在课程教学中发现，有部分学生对于基础知识的掌握较为薄弱。为了使得学生较好地理解课程中的知识点，有时需要对这些知识点的相关理论进行补充介绍，这一部分内容占用了一定的教学时间。
1.4 实验安全问题
在一些教学实验中，为了让学生更好地理解火焰和羽流的一些特征，需要让学生近距离接触火焰，比如一些油池火的实验。如果在实验过程中，有学生未掌握安全措施或粗心大意，则有可能造成油盘倾翻，因此导致实验室安全事故。
为了在以后的教学中解决这些问题，笔者认为可以尝试从合理设置课程内容与改进教学方式两方面进行改变，在后面的内容中将对这两方面改进的想法进行探讨。
针对不同高校火灾动力学设置出现分歧的情况，周延论述了燃烧学与火灾动力学之间的关系，提出了将火灾动力学划分为“基础火灾动力学”与“专门火灾动力学”的想法，并以矿大的课程设置进行了举例[5]。笔者认为可以参考这个方法与思路，结合沈航消防工程专业培养方案及专业特点，对沈航“火灾动力学基础”课程内容进行设置。在课程中，将“基础火灾动力学”的主要知识点交予其他相关课程进行讲解，只需在“火灾动力学基础”课程上补充其他课程未涉及的必要补充的“基础火灾动力学”知识点并对知识体系进行串联讲解即可，同时将课程的重点放在“专门火灾动力学”内容的设置上。另外，从沈航消防工程专业培养方案及官方介绍中可以看出，专业的目标是在培养消防领域专业人才的过程中，努力凸出航空特色，并进行应用转型的尝试[7]。综合考虑这些因素，笔者认为可针对课程内容进行如下设置与改进：
2.1 将火羽流与烟气流动部分作为课程中一部分主要内容
从目前不同火灾动力学教材内容来看，虽然包含知识点并不完全相同，但是基本都包括火羽流与烟气流动部分。这一部分内容也是受限空间火灾动力学中的主要内容，它对于理解建筑火灾中火灾的发展过程及烟气的特征具有很大的帮助。而且受限空间并不仅仅局限在建筑中，飞机机舱、轮船舱室等空间也可以抽象为受限空间，因此相关理论也能用来理解这些场景中的火灾过程。将此部分知识点设置为“火灾动力学基础”课程中的主要知识点，既考虑到了该学科特点，又兼顾了专业对于课程内容设置的实际需求。
2.2 在课程中融入航空特色
目前市面上具有航空特色的火灾动力学教材较少。虽然不少学者针对一些适合航空器火灾工况下的火灾燃烧现象进行了研究，得出了一些重要的理论成果。但是笔者认为作为本科生授课内容来说，还是应以成熟理论为主。对于这一部分内容，笔者认为可以以分析讨论的形式融入“火灾动力学基础”课程中。比如让学生运用火灾动力学中的知识点，查阅相关资料，分析适于飞机工况中火灾发展的特征。分析结果以开放式的讨论呈现，从而实现该部分内容与课程的融入。
2.3 尝试将行业规范与课程内容相结合
培养能够熟练掌握消防领域相关规范的人才是沈航消防工程专业的一个重要目标。消防行业中一些规范背后蕴含着火灾动力学的相关原理。因此如果能在授课过程中，将火灾动力学中的知识点与一些消防领域的规范条文进行关联，并帮助学生理解这些条文背后的原理，则能给学生在今后的工作中，提供很大的帮助。但是如何在课程中合理安排相关内容，这对任课老师的专业素养提出了较高的要求，是一个需要长期探索实践才能解决的问题。
每年沈航“火灾动力学基础”课程人数一般在六十人左右。这为使用小规模混合式教学模式提供了一定的条件。但是由于沈航“火灾动力学基础”课程开办时间不长，而且适合教学大纲的线上资源也较少，如果想在今后的课程中采用这种模式，则需要对线上资源进行长期的整理及建设。同时，混合式教学需要学生在线上认真学习，特别是对于“火灾动力学”这种理论逻辑性比较强的学科，不然在线下学习讨论的时候学生可能跟不上教师上课的节奏。因此，笔者认为可以先从课程中选择部分内容，进行混合式教学的尝试，根据效果再改进教学方式。根据这个想法，笔者认为对于“火灾动力学基础”中的核心知识点，仍应采用传统教学方式，而混合式教学模式可以尝试应用在讲解以下两种内容时：
3.1 需要理论知识补充的内容
这部分知识点通常需要讲解一些基础理论知识作为补充。比如在“火灾动力学基础”课程讲授受限空间开口流速时，需要用到伯努利原理。部分同学在学习这个知识点时会出现对这个原理内容不清楚的现象。这种情况就可以将这部分理论知识让学生在线上进行学习。这样如果学生在前期“流体力学基础”课程中对于该内容掌握比较扎实，那么这部分花费时间较少。而对于掌握有所欠缺的同学来说，就可以花费较多的时间进行学习。因此学生能够根据自身的情况分配学习的时间。在线下的时候，教师可以考查学生对于伯努利原理的掌握程度，然后启发学生思路，引导学生去推导后续公式，然后与学生共同讨论。
3.2 实验部分的内容
在一些“火灾动力学基础”实验中需要对油盘进行点火，这些实验具有一定的火灾危险性。为了保证实验安全，需要在讲解实验的过程中，同时讲解安全措施。在每组实验过程中，有多人参与实验。如果在实验场所对相关要求和实验内容进行讲解时，有部分同学未掌握相关安全规范，则会带来安全隐患。针对这种情况，笔者认为可以通过建设线上资源并发布，使得学生在线上提前进行实验内容及安全措施的学习。教师在课上与学生进行讨论并判断学生的掌握程度，然后针对学生不理解的地方和提出的问题进行讲解，确保每个同学都能掌握实验原理及安全措施后，再进行实验。这种方式能够使得学生对于实验要点理解更为充分，并给实验的安全进行提供了一层保障。
“火灾动力学基础”是沈阳航空航天大学消防工程专业开设的一门学科基础课程。建设好该门课程对于沈航消防工程专业的发展具有重要的作用。本文总结了该门课程在实际教学过程中遇到的一些问题，主要有课程内容设置、中文资料相对较少、理论性相对较强及实验安全等问题。为解决这些问题，参考相关学者研究成果及课程和专业情况，笔者认为可以尝试针对教学内容和教学方法两个方面进行改进。在教学内容方面可以通过合理设置课程内容、努力挖掘消防领域规范背后的火灾动力学原理、在课程中设置讨论环节并引导学生运用相关火灾动力学原理讨论航空背景中的火灾现象等方面进行改进。在课程内容改进的同时，改进教学方式，在传统教学的基础上，尝试将混合式教学模式引入到部分知识点的教学中，从而改进教学效果。
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