材料燃燒失效與防火阻燃特色課程體系建設的探索*

羅偉昂 許一婷 曾碧榕 劉新瑜 何凱斌 戴李宗

(福建省防火阻燃材料重點實驗室，福建省固體表面涂層材料技術開發基地，廈門大學材料學院 福建廈門361005)

廈門大學材料學院是培養材料領域專業人才的基地，不僅注重傳授學生基礎材料、化學、物理、工程等領域的相關理論知識，也注重把與國民經濟發展、社會生活密切相關的實際問題和熱點引入教學，促進學生將理論與實踐更好地結合，學以致用，與時俱進。隨著我國城市化進程的加快，對各類裝修裝飾材料的需求越來越多，由此帶來的火災隱患及災害規模也逐漸加大。因此，建筑和其他構筑物中使用的材料、產品及組件的火災危害性分析及預防引起了人們的廣泛關注，研究和探討材料的燃燒特性及其阻燃設計已成為材料科學界，特別是高分子材料領域的重要研究課題。對高分子材料專業的學生來講，了解材料的燃燒失效及其阻燃設計是必要的。在高校，如何將防火阻燃材料的相關知識通過大學課堂進行普及，培養綜合性人才，是值得探索的事;特別是在《全民消防安全教育綱要(2011-2015)》頒布之后，積極響應綱要精神，推動學生樹立消防意識、掌握消防知識，不僅有利于學生在校學習期間的安全，而且對提升國民消防安全素質、保障社會公共安全有著重要而深遠的影響。因此，把材料燃燒失效與防火阻燃課程引入教學計劃并適時地推廣，具有重要的意義?；趶B門大學材料學院在防火阻燃材料領域多年的基礎研究和產業化工作的積累［1-10］，特別是得到福建省防火阻燃材料重點實驗室和福建省固體表面涂層材料技術開發基地兩個省級科研平臺，以及高分子材料教學實習基地的支持，我們提出建設材料燃燒失效與防火阻燃課程體系，并努力把它建設成材料學科的特色課程。我們希望通過課堂教學、課堂討論、實驗教學以及實踐教學等手段，使學生了解材料燃燒的物質基礎、阻燃機理、阻燃劑及其制備技術、阻燃體系的設計等;了解阻燃材料結構與性能的關系、表征方法和相關測試儀器的工作原理及應用;了解阻燃材料及其制品的開發、阻燃效果評價等內容，提高學生對這一功能材料的認知度，更好地為社會服務。

1 課程定位

材料燃燒失效與防火阻燃課程的目的是讓學生掌握材料燃燒及防火阻燃的基本理論，了解材料的燃燒失效及現代防火阻燃技術，側重于培養學生掌握與阻燃材料結構設計、材料阻燃相關的專業基礎知識，拓展學生的視野，注重培養學生在交叉學科領域的創新能力，同時培養學生的消防安全意識，樹立防火安全和阻燃必須環保的理念。因此，我們先在材料學院本科生中開設該課程，然后根據學生基礎，對課程內容及整個課程體系進行調整，逐步將其推廣成全校性選修課程。

材料燃燒失效與防火阻燃是一門實踐性很強的課程。我們在教學中，注意緊密結合課程內容的特點和課程組教師在產業化方面的積累，強化實驗教學和實踐教學，在教學實踐中注重知識、能力、素質的協調培養，突破傳統“灌輸式”教學模式［11-12］，實現從知識傳授向能力和素質培養的轉變，將優化課堂教學內容、改進教學方法、豐富教學手段及實驗教學、實踐教學幾方面有機結合，構建材料燃燒失效與防火阻燃課程教學新體系，并逐步將其建設成材料學科的特色課程。

材料燃燒失效與防火阻燃課程安排在大三的下學期開課，理論課36學時，實驗課36學時。

2 課程體系建設

2.1 教材選擇

教材建設是課程建設的重要內容，也是提高教學質量的重要保證。目前，高校開設的類似課程主要有上海交通大學針對研究生開設的高分子材料阻燃原理與技術課程，使用的參考教材是《無鹵阻燃聚合物基礎與應用》、《實用阻燃技術》、《聚合物燃燒與阻燃技術》以及相關的期刊文獻;北京工商大學針對材料系本科生開設的專業課阻燃材料，使用的教材及參考書為《阻燃劑——性能、制造與應用》和《材料阻燃性能測試方法》;中南大學為消防專業本科生開設的專業課程阻燃材料技術，使用的參考教材為《阻燃材料及應用技術》和《阻燃科學及應用》等。這些課程講授的內容都是緊靠專業特點進行選擇，主要包括阻燃劑、阻燃材料的制備、配方設計及性能測試等。

我們在材料燃燒失效與防火阻燃課程建設中，特別重視課程教材的建設，防火和阻燃是本課程的兩大主題。在選擇教材時，首先綜合考慮教材的普及性和實用性，以及高分子材料的學科特點和課程組的研究基礎。我們選用張軍等人主編的《聚合物燃燒與阻燃技術》和覃文清主編的《材料表面涂層防火阻燃技術》作為主教材，同時參考《阻燃高分子材料配方設計與加工》、《阻燃材料及應用技術》和《無鹵阻燃聚合物基礎與應用》等教材?！毒酆衔锶紵c阻燃技術》主要介紹聚合物阻燃基本理論，熱塑(固)性樹脂、橡膠、纖維的燃燒特性和阻燃技術，涵蓋了高分子材料領域的幾大基礎材料的防火阻燃，極具普及性;《材料表面涂層防火阻燃技術》以具體火災實例為基礎，從阻燃的基本理論出發，系統地闡述各種阻燃液、阻燃膜、防火涂料的配方設計原理、生產工藝、施工特性、實際應用等方面的內容，重點介紹鋼結構防火涂料和隧道防火涂料的國內外最新科研動態和研究成果，這和防火安全息息相關，也和課程組的前期科研基礎及研究積累相符。這兩本書內容涵蓋了當前材料防火阻燃學科的基礎理論和實際的制備應用等內容，可為學生系統地理解材料阻燃，特別是聚合物的防火阻燃提供書面指導，同時也符合該課程的學科內涵，幫助我們達到開設此課程的目的。此外，教材應具有前沿性和新穎性，讓學生及時追蹤學科發展方向［13］。該課程還開設了系列講座，介紹國內外最新的科研動態和研究成果，幫助學生把握國內外防火阻燃材料的發展方向。

2.2 課堂教學內容的整合優化

作為專業必修課，教學中常常會遇到計劃學時少與涵蓋內容廣的矛盾。為此，任課教師應轉變教學理念，強調基礎，突出重點，對材料的燃燒失效與防火阻燃課程教學內容進行精心剪裁，以保證在有限的學時內仍能把材料燃燒與防火阻燃中的關鍵問題講透。目前國內開設的類似課程內容大都局限在阻燃領域，有關防火內容涉及較少，本課程兼顧這兩方面內容，更偏重于和人們生活更密切的“防火”，主要講述燃燒過程的物質基礎、材料防火阻燃基本理論、材料表面涂層防火阻燃技術和阻燃材料燃燒性能的表征及研究方法4部分。在講授阻燃基礎知識的基礎上，我們引入課程教研組教師的研究成果，如隧道防火涂料、膨脹型鋼結構防火涂料、厚涂型鋼結構防火涂料、隧道防火板、P-N-Si協同/反應型阻燃環氧樹脂、本質無鹵阻燃聚氨酯發泡材料等;在理論聯系實際的“實際”部分，側重介紹防火涂料領域的最新進展，以加深學生對防火材料、防火知識及防火技術的認識和理解。此外，本課程還配合重點實驗室的學術活動開設系列講座，介紹國內外最新的科研動態和研究成果，分析國內防火涂料的發展方向，以培養學生學習防火阻燃材料的興趣，為學生了解和將來從事與防火阻燃材料相關的工作打下基礎。

2.3 重視實驗教學

實驗教學是高等學校教學中的一個重要環節。如何通過實驗教學培養學生的動手能力、獨立分析解決問題的能力和創新能力，是檢驗實驗教學效果的重要標志，這在很大程度上取決于實驗教材的建設和實驗內容的設計。前面提到的教材及參考書都有涉及部分阻燃(劑)材料產品性能測試，但內容還不夠系統、全面。目前專門介紹材料阻燃性測試的書籍有歐育湘等編的《材料阻燃性能測試方法》，此書較全面地介紹了國際標準化組織，歐盟，中國、美國等國家頒布和目前采用的主要材料阻燃性能測試方法與標準，包括材料的點燃性及可燃性、火焰傳播速率、釋熱性、生煙性、熱裂解和燃燒氣態產物的腐蝕和毒性6大類;詳細評述和分析了材料阻燃性能測試方法的發展、特點和國際化進程;是本課程實驗教學很好的參考書。我們根據學院現有的實驗室條件以及福建省防火阻燃重點實驗室的資源(主要的燃燒測試儀器有錐形量熱儀、煙密度測試儀、產煙毒性試驗儀、氧指數測定儀、著點溫度測定儀、水平垂直燃燒測定儀、硬泡沫塑料垂直燃燒測定儀、泡沫塑料水平燃燒測定儀、45度燃燒測定儀、纖維織物耐燃性測試儀、汽車內飾材料燃燒試驗裝置等)，結合相關的國家標準，有針對性地設計了16個實驗，主要包括材料點燃性和可燃性測試、材料釋熱性測試、材料生煙性測試、材料燃燒產煙毒性測試和材料老化性能測定5部分，涵蓋了材料對引發火災具有決定性影響的主要參量的測試。實驗教學和理論課程教學內容的有機結合，有助于學生加深對本課程內容的理解，使所學知識能夠在實踐中應用;同時還能激發學生的學習熱情，發展他們的動手、創新能力。

2.4 革新教學方法和手段

教學方法是提高教學質量、培養學生綜合素質的關鍵。在教學中，我們注重科學組織教學內容，從火災案例入手，分析燃燒原因，引入相關的阻燃基本理論，探討阻燃機理，解釋材料結構與性能之間的關系，凝煉出阻燃材料設計與制備的關鍵技術原理和方法，使學生在學習理論知識的同時，加強能力的培養和訓練。同時，我們采用講授與討論、自學與自講、課程小論文與考試相結合的“三結合”教學方式來提高學生的興趣，使課堂的36學時講授得到延伸。

(1)講授與討論。在課程講授過程中，針對學習中易出現理解錯誤的地方，及時提出思考問題，讓學生通過思考，主動地接受知識點;此外，讓學生積極參與討論，推動教師與學生的互動，不斷提高他們對問題的理解、認知、分析和表達能力。在組織課堂討論課時，提前擬定討論題目，指導學生作好文獻準備與綜述，如“鋼結構建筑防火涂料”章節，讓學生討論“超薄膨脹型和厚涂型鋼結構建筑防火涂料”的防火保護原理、性能與技術要求，對應的建筑形式，并進行對比分析。然后教師進行點評，針對大跨度鋼結構建筑和超高層鋼結構建筑的特點，介紹目前所采用防火涂料的功能和防火原理的不同、鋼結構建筑防火涂料的發展方向等;每堂課結束前，針對授課內容提出幾個具有啟發性的問題，引導學生課后進一步閱讀相關參考資料和文獻，加深對所學內容的理解并拓展知識面，從而激發學生的學習欲望，增強他們的學習興趣。這樣的教學方法使用課時為24課時。

(2)自學與自講。對于課程內容中的部分章節，要求學生分小組自學，然后根據他們的理解向同學講授，教師對他們講授的內容進行補充和點評。我們安排了阻燃劑(1課時)、熱固性樹脂阻燃材料(1課時)、熱塑性樹脂阻燃材料(1課時)、阻燃材料與環境問題(1課時)等4個專題，由學生自學講授。首先由教師給出每部分內容的提綱讓學生準備，然后將學生分組，廈門大學材料學院高分子方向每屆學生數48～52人，分成4組，每組12～13人，每組講授一部分內容，便于學生認識各類阻燃材料的性能特點，進而掌握各自的組成和應用領域。討論結束時，教師進行總結。

(3)課程小論文?；?11、985的投入，廈門大學建設了強大的數據庫資源，通過教授學生文獻資料的基本檢索方法，根據特定教學內容指導學生撰寫一些綜述性小論文(擬完成2篇)，并將其納入成績考核。這樣可以培養學生查閱文獻、收集信息、綜合和歸納文獻的能力，提高科技論文的寫作水平。

通過“三結合”教學模式，可以讓學生掌握學科基礎知識點和最新發展動態，鍛煉學生快速有效地獲取并分析信息資源和撰寫科技論文的能力，同時提高學生的專業表達能力和團隊精神。本課程組將充分應用現代教育技術手段，結合本課程的教學內容制作相應的電子課件。通過圖片、音像、文字、動畫等多種形式向學生提供豐富的感性材料，直觀而又形象地揭示所要講授的內容，有效地抓住教學重點、突破難點，提高課堂教學質量。

2.5 強化實習基地的實踐教學

到企業參觀實習的實踐教學能為學生提供接觸生產實際的機會。在理論教學和實驗教學的72個課時之外，我們還將結合畢業實習，安排學生到一些與防火阻燃材料相關的企業進行實習。讓學生在生產實習過程中接觸和熟悉各種類型的現代化生產設備，加深學生對防火阻燃材料生產工藝的認識;理解實驗室的微型試驗與大型生產線之間的差異。廈門大學地處福建東南沿海地區，石化下游產業比較發達，防火阻燃產品種類豐富。通過多年的校企合作，材料學院已在多家企業設立了高分子材料教學實習基地，其中不乏專業從事防火阻燃材料研發、生產、銷售、施工和消防器材制造、維修的企業;并合作成立了“特種涂料聯合實驗室”、“防火涂料成果產業化中試基地”和“高分子材料實習基地”，為本課程的實踐教學提供了依托和保障。本課程的實踐教學安排在第3學期(2周)，讓學生直接參與企業的研發、生產、加工、銷售過程，由企業安排技術人員進行具體指導。此外，我們還和廈門消防支隊有密切合作，邀請消防支隊的技術人員做校外輔導員，為學生做消防知識和火災案例分析專題講座和滅火演習，這是每位本科生、研究生進實驗室之前的“必修課”，已經成為廈門大學材料學院的一個“品牌課程”。

3 課程規范化管理

為了使課程建設規范化、科學化，不斷提高課程教學質量，我們從建立、完善課程檔案入手，全面實施課程的規范化管理。首先，討論制定了教學大綱，優化整合課程的教學內容，提出了明確的教學目標、任務和要求，以及學生必備的整體知識結構，使教學大綱更具有科學性、先進性和實踐性;依據教學大綱，選定教材和自編實驗教材，并廣泛收集有關的教學參考資料;精選教學內容，尤其是將我們自己的研究成果穿插于課程中，讓學生更深切地體會防火阻燃研究就在身邊。

4 結束語

“全民消防，生命至上”是《全民消防安全教育綱要(2011-2015)》的主題，提高全民消防安全意識和自救互救技能已成為十分緊迫的任務。防火阻燃材料的研發和應用事關國計民生，已日益受到關注。材料燃燒失效與防火阻燃課程建設是一項科學性強、涉及面廣、任務艱巨、影響深遠的系統工程，需要不斷研究、改進、完善。只有持之以恒，實施有效管理，有步驟、有計劃地開展課程建設工作，才能真正將課程建設落在實處，實現質的飛躍。

［1］李陽，宋曉暉，許一婷，等.高分子材料科學與工程，2005，21(1):284

［2］蔡建坤，鄭毅芳，瞿波，等.消防科學與技術，2008，27(9):671

［3］戴李宗，黃曉平，李陽，等.中國發明專利，ZL200310115525，2009-02-18

［4］張小玲，鄧遠名，張卓，等.消防科學與技術，2010，29(2):138

［5］戴李宗，張卓，莊勛港，等.中國發明專利:ZL200510085694.4，2007-06-27

［6］戴李宗，黃曉平，李陽，等.中國發明專利:ZL200310115526.6，2006-01-11

［7］戴李宗，莊勛港，吳明聯，等.中國發明專利:ZL200410087822.4，2006-09-13

［8］戴李宗，謝聰，郭一賓，等.中國發明專利:ZL200910112763.4，2011-06-28

［9］戴李宗，鄧遠名，許一婷，等.國防專利:ZL200810074933.X，2011-04-12

［10］戴李宗，鄧遠名，許一婷，等.國防專利:ZL200810074932.5，2011-04-27

［11］梁琨，王新宏，安睿，等.大學化學，2009，24(5):24

［12］陳巧玲，汪效祖，武文良.大學化學，2009，24(6):23

［13］于俊生，鄭修文，張劍榮，等.大學化學，2002，17(4):13