《阻燃材料与技术》第二章 固体可燃物的燃烧过程 教学设计

《阻燃材料与技术》第二章固体可燃物的燃烧过程一、基本信息课程教材阻燃材料与技术，ISBN：978-7-111-76520-2，颜龙，徐志胜，机械工业出版社，2024年讲授内容第二章固体可燃物的燃烧过程课型新授课课时4学时授课对象消防工程本科大四授课教具/学具PPT、教材、记录本、笔参考资料1.颜龙等.《灭火技术方法及装备》.北京：机械工业出版社，2020年2.陈长坤等.《燃烧学》.北京：机械工业出版社，20133.JamesG.Quintiere等.《火灾学基础》.北京：化学工业出版社，2010年4.钱立军等.《现代阻燃材料与技术》.北京：机械工业出版社，2021年5.李建军等.《阻燃理论》.北京：科学出版社，2013年二、教学分析学情分析1.大三开始全面接触专业课，已学习《燃烧学》、《灭火技术与设备》具备基本燃烧学和灭火相关内容的知识。2.在前面课时已经学习了解火灾及其危害、消防工程重要性、中国消防史以及现代防火阻燃与灭火技术的发展趋势，为固体可燃物的燃烧过程打下了基本理论基础。内容分析1.教材将固体可燃物的整个燃烧过程放在一章，包括材料的热解过程、着火过程、火蔓延过程、稳定燃烧过程以及熄灭过程，涵盖固体可燃物明火燃烧的全部发展过程，此外还有固体可燃物的阴燃和生烟过程，授课内容多，教学中宜多分配学时。2.教材对聚合物热解动力学讲解较少，而热解动力学分析中的表观反应研究方法是一种重要且适用范围较广的化繁为简的研究方法，拟加强。3.教材中聚合物热解典型示例较少，拟增加。4.教材中热薄材料及热厚材料的着火时间计算图示不明确，拟修改。5.教材中未提及基于固体火蔓延理论的各类型火灾的传播速度及危害大小，在授课过程中拟准备相应的问题进行提问。三、教学目标知识目标掌握材料的热解过程、着火过程、火蔓延过程、稳定燃烧过程、阴燃过程、生烟过程以及熄灭过程的基本形式、影响因素和控制机理等内容。能力目标1.能够按时间先后顺序逻辑熟练掌握固体可燃物燃烧各过程，并了解其影响因素和控制机理等内容。2.能够根据材料的各火灾参数分析材料的火灾危险性。价值目标1.表观反应研究方法，提出看问题需要抓整体、抓宏观。2.通过火灾案例介绍消防管理人员责任的重大性，责任担当。教学重点材料的热解历程、着火过程、火蔓延过程和生烟过程。教学难点1.材料的热解动力学、热解产物与热解条件的关系。2.材料火蔓延时间的计算。四、教学策略设计思路1、设问引疑和案例引入：针对固体可燃物燃烧过程知识重点难点，提出了一系列问题，以问促学，引发学生思考，激发学生的学习兴趣。通过事故案例，引入知识内容，使课堂更具生动性。固体可燃物的燃烧过程属于理论知识范畴，其中涵盖的消防工程相关知识体系庞杂，过程之间的逻辑相关关系需要学习者具有一定的燃烧学以及防火灭火知识基础才能更好理解学习。同时在这里引入课程思政内容：消防管理人员和消防工作从业者应有严肃的责任担当意识。2、科学思维：热解动力学的研究方法采用表观反应的研究方法，即不关心具体的反应步骤和产物成分，只研究总体的反应现象和反应速度。这里引入课程思政内容：可通过抓整体、抓宏观的总体法简化某些问题。3、图示理解：聚合物的热解历程采用流程图加文字介绍的方式进行讲解，便于多维度感官加深学生对知识的印象，促进学生的记忆和理解。4、问题穿插：在课程讲解中，不时穿插问题，问题包括之前所学消防工程知识、课程学习知识内容以及根据课程内容的相关联的实际防灭火机理以及措施、火灾救援逃生方法、火灾危害评估等方面，鼓励学生积极思考，融会贯通，形成知识体系。同时引出课程思政内容：君子不立危墙之下。5、讨论分析：开展小组讨论，将聚合物热解产物按照物质状态进行分类，并分析各相产物对热解过程的反馈作用。教学流程五、教学过程课前准备准备上课的教材和记录本/课前提交并汇总预习中遇到的疑难问题/课前复习火灾基础知识。教学导入主要内容：简单介绍前述课程学习内容并引入新的教学内容（0-8分钟）提出重点难点问题，让学生带着问题进入课程学习。通过火灾事故案例介绍聚合物火灾特点及危害，同时引出课程思政内容：消防管理人员和消防工作从业者应有严肃的责任担当。通过提问的方式简要复习火灾的发生发展过程、燃烧的微观发展过程以及针对各阶段的防治策略、着火三角形以及基于燃烧三要素的防灭火设计思路，为后续固体可燃物的燃烧过程学习做准备。第一阶段主要内容：固体可燃物热解模式（8-26分钟）介绍热降解、热分解两种热解模式的异同，讲解热解的控制机理，通过典型示例详细介绍分解反应、解聚反应、消除反应、环化反应和交联反应等典型热解反应过程。第二阶段主要内容：固体可燃物的热解历程（24-45分钟）采用提问的方式让学生回答聚合物热解过程中的热量交换过程、传质过程，在此过程中板书绘制聚合物热解过程中热量和物质传递过程示意图，讲解聚合物的热解历程，热固性和热塑性聚合物的物理性质以及热解行为的异同。（下课）第三阶段主要内容：热解动力学（0-15分钟）讲解热解动力学的主要内容，引出课程思政内容：可通过抓整体、抓宏观的总体法简化某些问题。介绍liu-fan法动力学方程时，简要介绍二位学者的成就及生平，倡议同学们向优秀前辈学习。第四阶段主要内容：热解产物（15-25分钟）介绍热解产物在不同热解温度下的热解产物。让同学们开展小组讨论，将聚合物热解产物按照物质状态进行分类，并分析各相产物对热解过程的反馈作用，结果书写在一页纸上提交，批阅后作为平时分依据之一。第五阶段主要内容：着火过程讲解（25-45分钟）通过提问的方式让学生回答着火三角形，并详述着火三要素应当满足什么条件可燃物才能着火，学生回答后补充并介绍着火发生条件，然后结合PPT介绍固体可燃物的着火模式、着火温度、着火时间、着火临界热通量、和着火特性影响因素。其中着火时间计算公式并不要求记忆，但需要理解公式含义，认识聚合物的着火过程。然后根据着火的各特性参数，针对介绍材料耐点燃设计方法和思路。小结：固体可燃物着火过程（下课）第六阶段主要内容：简单介绍前述课程学习内容并引入新的教学内容（0-5分钟）简要复习固体可燃物的热解过程以及着火发生条件，结合火灾发展阶段，引出固体可燃物的稳定燃烧教学内容。第七阶段主要内容：固体可燃物的稳定燃烧过程（5-25分钟）介绍固体可燃物稳定燃烧的定义，并通过实例介绍分解燃烧、蒸发燃烧以及表面燃烧和阴燃等稳定燃烧形式，介绍固体可燃物稳定燃烧的特征参数。重点内容：阴燃的各区域的温度、生烟量等特性。第八阶段主要内容：固体可燃物的火蔓延过程（25-45分钟）提问：森林火灾中什么火火灾蔓延速率快，什么火对植被伤害大？通过这个问题引出固体可燃物火灾蔓延教学内容。从火蔓延形式、影响火蔓延的因素、火蔓延控制机理、火蔓延热量传递过程、热薄、热厚火蔓延模型和火焰传播影响因素对火蔓延进行介绍。最后请同学回答提出的问题。（下课）第九阶段主要内容：固体可燃物的阴燃过程（0-25分钟）通过火折子、泥炭火、树木自燃火等典型的阴燃现象引出课程内容，讲解阴燃发生的内在原因和外在原因。重点介绍阴燃的过程，其中热解区、炭化区、残余区的定义和位置等都需要掌握。讲解完后课堂练习，让同学们背书画出阴燃过程的示意图，加深印象。介绍阴燃的影响因素和引发阴燃的常见方式，通过阴燃引起火灾事故案例，讲解阴燃的危害，警醒同学们需注意易发生阴燃的固体材料并在日后工作生活中加以注意。引出课程思政：安全无小事，公民需要有维护个人安全、维护他人安全的道德意识和责任意识。第十阶段主要内容：固体可燃物的生烟过程及熄灭过程（25-40分钟）由火灾中导致人员死亡的比例，引出火灾烟气。介绍烟的定义、火灾中烟气对人的毒性和有害性，提问，请同学们据此分析火灾中应如何逃生，特别是身处高层建筑火灾中应如何安全逃生或等待救援。然后讲解火灾中的逃生方式，引出课程思政：君子不立危墙之下，要学会如何规避风险。介绍生烟性的评价方法，介绍可燃物生烟过程中物质能量转化过程并由据此介绍减少聚合物材料生烟的途径。最后简要介绍自熄的定义和引发条件及固体可燃物的熄灭机理。十一阶段主要内容：回顾本章内容，布置作业（40-45分钟）简要回顾本章所学内容，布置思考题：根据聚合物燃烧过程，详细分析针对聚合物火灾的防灾减灾机理和方法。六、教学评价反馈教学分析准确分析学情，对教学内容进行适当的调整，对重点内容详细讲解。通过前期收集的学生疑难问题、教材中没有解释清楚的问题加强讲解，以更加符合学生的认知水平。教学目标将教学目标分解为知识目标、能力目标和价值目标。知识目标和能力目标非常明确：了解和掌握固体可燃物的燃烧过程，并能根据固体可燃物燃烧过程各特性参数提出相对应的防灭火机理和措施。对于价值目标，一方面为马克思主义哲学方面的：包括抓宏观抓整体；另一方面是时代精神：责任担当；还有安全意识的培养、民族自豪感的培养。教学策略在教学方法上采用设问引疑、分析讨论、案例分析、课堂练习等，激发学生的学习热情，促进学生进一步提高主动学习的能力、思辨能力、分析能力和动手能力。在教学手段上采用多媒体、流程解读