新工科教学创新成果报告：燃烧学

1课程教学创新成果报告根据学情分析，确立了“理工人文交融，认知均衡强化”的思路。以人文素养入课程内容，促进教学迭代优化。近三年学生的知识综合完成度均衡提升，有140教学法已在全国范围内推广。燃烧与发电厂、内燃机、航空发动机、火箭发动机等“国之重器”对我国建设现代化强国至关重要。本专业旨在培养能源动力工程领域的高端图1本校本科生培养计划中对燃烧学课程目标的描述21学情分析：认知发展未达均衡，思政融入需要落实0.830.83识记与理解组合与构建项目与策划0.880.870.890.830.780.740.690.910.740.740.680.750.720.630.550.710.680.640.0200720082009201020112012201320142015201620170.720.690.870.870.820.82085专业必修课改写教材设置项目策划类作业引入人文素养提升性内容设置多元评价体系再次升级：专业大类平台课改写培养计划与教学大纲，注重全面培养设置宽口径教学内容升级：专业必修课开设实验环节设置开放式章节作业专业选修课只有简单理论教学和期末笔试0.60.40.20.8图2燃烧学2007-2017年知识完成度普查数据结论：学生对识记型知识可以较好掌握。进行项目设计等高建立、案例分析）方面，能力未能得到有效的提升。3使得学生的知识体系从低阶到高阶形成合理的支撑关系，避免创新的思知识类型不匹配知识类型不匹配讲授路线不通畅主要问题：中阶认知衔接薄弱高阶认知：课程思政目标道德品质、价值理念、精神追求低阶认知：理工专业内容基本概念、定理定律、数学模型图3课程思政与专业课程认知关系可以看到，在燃烧学专业知识传授和课程思政实施两个层面，都需要2方案设计：理工人文交融，认知均衡强化实施方法，利用信息化技术强化互动与实践，设计贯通低、中、高阶4创新创造：勇于实践价值判断：榜样示范结构关联：思想交融实际操作：案例构建理解意义：人文提升认认知均衡强化布鲁姆认知模型布鲁姆认知模型思政价值构建共同构建案例理工人文关联低阶认知强化精选案例将燃烧学枯燥繁琐的定律、公式串联成一个个有血有肉有情节的导学生的学习兴趣和价值理念，实施课程思政的同时为课程树立“富有精神气图5燃烧学融入人文素养与课程思政示例分体系，对学生作业完成情况进行自动判定、建议和提示，针对性强化5两个环节都进行案例的设计、优化（这就是“共同构建动完成较为复杂的整合过程，并采取“学生讲思政”的方法，引导学生去思3实施过程：精准掌控“教”“学”衔接，实现知识内化重构3.1全阶段教学，融入整体培养过程微信平台开放教学微信平台开放教学终身进行“授后服务”本科四年级及以上信息技术能力预备提前暖化师生联系本科二年级集中传授专业知识系统构建技能素质本科三年级史文理工融合讲授建立课程初始认知本科一年级科普讲座《火之简史》前导课程《工程分析程序设计》主力课程《燃烧学》学科竞赛与毕业设计图6在本科阶段四个学年设置循序渐进的教学环节教学工作不局限于一学期、一门课，而是注重对学生不同阶段认知学模型和编程知识，为“学生主动参与信息化学习”打下坚实6在四年级，教学团队积极指导学生的学科竞赛、毕业设计，利用微信公众l省级线下一流课程l省级课堂创新大赛一等奖跨国远程联合教学省部级以上项目线下教学跨国远程联合教学省部级以上项目线下教学线上教学实验教学校级项目一般项目l省级精品在线开放课程l省级微课竞赛一等奖l校级在线课程建设专项ll世界高水平大学教学资源在线优秀案例l国家级实验教学示范中心l虚实结合的实验教学平台混合教学l首届全国混合式教学设计创新大赛二等奖l已获推荐申报第二批国家级一流课程（混合l省级混合式教学教改项目教材建设l省级课程思政示范课l“学习强国”平台专题推介l校级课程思政案例集l校级优秀教材奖l校级十四五规划教材建设（重点项目）教学l省级在线教学课程思政图76+2教学资源组织教学团队在线下、线上、混合、在线、课程思政等各方面均有省项/教改作为支撑，教材有校级奖项/重点项目支撑，在国家级本科教学设了虚实结合的实验平台，并且和国外高水平大学合作对学生进行远7硫氧化物和氮氧化物的生成过程及其影响因素。重点展示硫、氮元素转化与碳、氢元素转化的异硫氧化物和氮氧化物的生成过程及其影响因素。重点展示硫、氮元素转化与碳、氢元素转化的异同。让学生研讨三种污染物生成过程的差异。讲解CHEMKIN软件的基本原理和使用方法。重点带领学生逐步地学习操作流程。需要给出习题让学生进行上机实操。章教学目标教学活动教学活动了解本学科发展史。描述常见燃烧设备的主要结构、工作流程、工作原理；描述主要燃料的物理化学性质，以及其燃烧方面的主要特点；掌握燃烧化学反应动力学、燃烧空气动力学主要原理及其数学模型能使用着火理论的主要原理及其数学模型描述、分析燃烧问能使用气体燃料的燃烧的数学模型对工程燃烧问题进行定性和定量的分析能使用液体燃料的燃烧的数学模型对工程燃烧问题进行定性和定量的分析能使用固体燃料的燃烧的数学模型对工程燃烧问题进行定性和定量的分析绘制燃烧设备工作原理图；描述燃料物理化学性质。多用反应机理动画进行展示，空气动力学则应使用数值模拟结果进行直观展示。学生小组完成“温度场模拟浓度场”实验设计。热自燃问题和热工况问题本质上都是热量平衡的问题。而且要尽量使用实例展示。学生使用虚拟实验完成热自燃试验，并进行编程改进。火焰传播模型需要重点讲解，而火焰稳定性问题需要实例教学方式。学生小组分析珠峰火炬传递火焰稳定技术。重点讲解优化液体雾化燃烧的工程措施的具体原绘制燃烧设备工作原理图；描述燃料物理化学性质。多用反应机理动画进行展示，空气动力学则应使用数值模拟结果进行直观展示。学生小组完成“温度场模拟浓度场”实验设计。热自燃问题和热工况问题本质上都是热量平衡的问题。而且要尽量使用实例展示。学生使用虚拟实验完成热自燃试验，并进行编程改进。火焰传播模型需要重点讲解，而火焰稳定性问题需要实例教学方式。学生小组分析珠峰火炬传递火焰稳定技术。重点讲解优化液体雾化燃烧的工程措施的具体原理。利用影视作品强化概念和认知。燃烧反应速度的计算，链式反应速度的编程数值计算，燃烧射流中主要参数的计编程求解热自燃问题。用零维系统热工况模型分析影响燃烧稳定性。影响火焰传播速度的因素分析，设计解决“回火”与“脱火”的方案。液滴的蒸发与燃烧模型的粒径平方直线律的推导和使固体燃烧的动力区与扩散区的定量计算和使用。碳球燃烧的粒径平方直线律的推导重点讲解不同条件下优化固体燃烧的工程措施的具体原理，及其差异。使用PBL固体燃烧的动力区与扩散区的定量计算和使用。碳球燃烧的粒径平方直线律的推导展示学科发展历史进程；介绍常见燃烧设备和燃料。介绍化学反应动力学、空气动力学知识，需要展示编程求解链式反应的示例。讲授热自燃的数学模型与求解方法。讲授零维、一维系统热工况数学模型与分讲授气体火焰传播速度的数学模型，由此延伸到“回火”与“脱火”问题的描述讲授影响液滴蒸发和燃烧的主要平衡关系：热量的平衡与物质的平衡。讲授固体燃烧的传质模型，得到燃烧速率与化学反应速率、传质系数的关系式。了解主要燃烧污染物的品种及其生成机理硫氧化物、氮氧化物的生成机理初步会用CHEMKIN软件模拟燃烧反应动力学过程使用CHEMKIN软件模拟甲烷燃烧的速率。图8OCAS教学设计示意图“教”的案例构建研讨/实践型课堂“教”的流程知识点对应应用场景，开篇引入思政由应用场景筛选典型案例（知名度较高的历史事件或热点从案例中提取课程基本概念建立数学模型进行推导和求解求解结果应用用于案例分析改变求解条件和范围要求学生进行解决给出综合性分析/实操/研讨/实验“教”的流程知识点对应应用场景，开篇引入思政由应用场景筛选典型案例（知名度较高的历史事件或热点从案例中提取课程基本概念建立数学模型进行推导和求解求解结果应用用于案例分析改变求解条件和范围要求学生进行解决给出综合性分析/实操/研讨/实验性作业总结内容，提升思想，课程思政落实教与学的耦合“学”的流程预习先期知识，端正学习态度引导价值理念听取案例讲述，激发学习热情引发学习兴趣授授理解应用场景，理论联系实际传授基本技能线上习题求解，进行反复训练自组织构建案例，进行知识整合记忆基本概念，夯实知识基础学习推导过程，构建理论能力自动批改统计研讨与自组织评价与反馈完成知识、技能与情感内化“教”与“学”充分互动反馈该部分内容可从线上视频课程反复强化“学”的案例构建图9基于共同构建法的BOPPPS教学流程示意图8主题见面课虚拟实验主题见面课对标普林斯顿大学研究生课程教学引导学生破解国际最新燃烧技术实体实验大作业课主题见面课主题见面课主题见面课主题见面课主题见面大作业大作业大作业图10案例与作业设计示意图但不易整合成为一个整体的知识系统来进行使用。教师现场教学环节最核心2、见面课程/研讨型课堂，展示如何利用碎片化知识点整合到一起9序号对应章节作业类型教师讲授内容学生实操内容分组方式思政教学内容1第二章燃烧动力学基础机理分析氢气的链式反方程的编程求解方法自行编程求解氢气反应进程微分方程）单人讲述我国古代火药的发明和传播的历程，以及钱学森在燃烧科学方面的造诣和归国报效祖国、对两弹一星做出巨大贡献的故事2第二章燃烧动力学基础实验设计‘三传’的比浓度场的研究手段设计旋流燃烧器的混合过程研究实验小组在讲授射流理论及其实验技术的时候，阐述老一代教授完成这部分研究工作的艰苦奋斗的事迹。3第三章着火理论虚拟实验零维热工况模国演义“借东使用虚拟实验平台分析影响给出对应的实例小组讲解三国演义中蕴含的科学智慧4第四章气体燃料燃烧虚拟实验本生灯测量气体层流火焰传播速度的原理和流程使用实验器具完成测量并撰写报告小组讲述“星星之火可以燎原”的中国革命史，引导学生学习革命前辈坚持不懈，直到胜利的精神5第五章液体燃料燃烧实体实验平方直线律分析液滴燃烧的实例使用平方直线律分析一个燃烧器的工作情方案单人理解“小而不寡，大而不多，知量无穷”的辩证法思维方式6第六章固体燃料燃烧实体实验固体燃烧模型使用热重分析仪测量固体燃烧特性小组讲述“天之道损有余而补不足”的哲理，引导学生做个“奉天下”的“有道者”的情怀7第七章燃烧污染物生成CHEMKIN化学动力学模拟方法数值仿真CHEMKIN软件的使用操作方法使用CHEMKIN软件计算甲烷燃烧速度单人理解中共中央提出“蓝天保卫战”的历史意义，带着对国家环保事业的责任感去学习本章的知识。要求学生构造相对完整的案例，对历史事件或者著课程逻辑线条讲授线条思政课程逻辑线条讲授线条思政逻辑线条文理知识类比低阶认知强化演示案例构建中阶认知强化学生思考实践高阶认知强化文字的“通感”原理的“通感”模型及其在火焰稳中国大地上的胜需要满足很多条人文、能力与素养“五结合”学生代表性作业及考核量表图13以唐诗“卖炭翁”为案例分析固体燃料处理工艺的作业及考核量表示例4教学效果：形成积极创新氛围，学科竞赛成绩优异4.1教学改革班的学生的成绩与普通学生的学生的平均相对完成度学生的平均相对完成度专业选专业选修课只有简单理论教学和期末笔试4.524.520.850.864.480.850.864.484.384.123.970.850.853.733.733.520.660.483.453.4653.340.500.860.870.380.863.213.060.210.220.160.840.810.820.820.830.100.820.820.820.810.950.940.890.870.840.830.780.820.750.820.682.080.630.550.890.870.860.740.740.720.740.710.690.690.680.700.640.940.970.910.910.910.910.900.890.890.880.870.850.830.720.773.733.733.520.660.483.453.4653.340.500.860.870.380.863.213.060.210.220.160.840.810.820.820.830.100.820.820.820.810.950.940.890.870.840.830.780.820.750.820.682.080.630.550.890.870.860.740.740.720.740.710.690.690.680.700.640.940.970.910.910.910.910.900.890.890.880.870.850.830.720.770.840.870.9220072008200920072008200920102011201220132014201520162017201820192020升级为专业必修课开设实验和章专业必修课改写教材设置项目策划作业引入人文素养提升性内容设置多元评价体系升级为专业大类平台课改写培养计划与教学大培养设置宽口径教学内容专业大类平台课转课堂，“共同构建法”重构教学体系正式设置“编程与仿真”教学内容正式引入过程评价和综必修课编程大作编程与仿真项目与策划组织与构建识记与理解节大业合评价作业正式引入课程思政构建法的混合式教学之后，学生的认知实现了较为均衡的同步提升，很好4.2班级学生获得的竞赛奖项近3年以来，听过燃烧学课程的学生共计获得各类国家级科技竞赛/创新创业图172020年学生获得的部分国家级奖项序号学生姓名学习本课程时间主要事迹1杜**2009西部“双一流”高校“爱国情强国志报国行”科学家精神主题征文大赛奖二等奖。学术成果与获奖：优秀研究生标兵2邱**2017年“中国大学生自强之星提名奖”。32018年1月31日受自治区党委委派赴喀什地区莎车县巴格阿瓦提乡巴格霍依拉村开展深度贫困村扶贫工作。2018、2019年荣获自治区优秀驻村工作队队员称号；2018年荣获巴格阿瓦提乡“新担当、新作为，争当新时代先锋”先进个人称号，2020年荣获喀什地区脱贫攻坚优秀个人称号。42018年1月至今驻新疆伽师县克孜勒博依镇坎迪尔勒克村扶贫专干。克孜勒博依乡“新担当、新作为争当新时代先锋先进个人“5张**2018年2月下派至乌鲁木齐市石油新村街道九家湾社区“访惠聚”工作队6魏**2017年度巩留县优秀党建信息员7胡**爱好传统文化，在日本留学期间宣传中国民乐文化，获得日本邦乐合奏金奖。2017年参与中国邦交正常化45周年系列演出，在外交领域做出了贡献。曾获全国大学生节能减排科技竞赛特等奖，校级优秀硕8朱**2020年获地方“新冠疫情防控优秀志愿者”