新工科背景下《燃燒實驗診斷技術》課程教學方法改革與探討

玄鐵民，何志霞，王謙

（1. 江蘇大學 能源與動力工程學院，江蘇 鎮江；2. 江蘇大學 能源研究院，江蘇 鎮江）

2016年，“新工科”概念提出后，廣大高校對什么是新工科和怎樣建設新工科展開了廣泛積極探討。2017年“復旦共識”明確指出，加快發展新工科除了建設發展一批新型工科專業還要推動現有工科專業的改革創新[1]。對于傳統工科專業能源與動力工程，《燃燒實驗診斷技術》是對此專業重要基礎課《燃燒學》的有力補充，這門課程一方面可以從實際角度促進學生對燃燒學理論知識的掌握，另一方面可以為學生日后開展相關科研和工作做好實踐基礎。然而，此門課程傳統教學還存在很多問題，本文從新工科背景出發，對于如何改進“燃燒實驗診斷技術”教學方法，著力于為國家培養復合型人才提出幾點意見和探討。

一 存在問題

《燃燒實驗診斷技術》 旨在傳授學生如何利用各種診斷技術捕捉燃燒過程中的信息進而分析闡明各種燃燒機理。這門課是以《燃燒學》為主要基礎課程，需要學生對流體力學、工程熱力學和傳熱學等都有較好的掌握。因此，課程難度較大，特別一些基礎不扎實的學生聽起課來較為吃力，課堂表現出興趣不大。此外，這門課傳統授課方式是以教師課堂講述為主，授課方式單一，學生聽起來枯燥乏味，而且對實驗技術不能夠有直觀的認識。另外，傳統教學內容以經典傳統實驗技術為主，課堂內容缺乏時代性、國際性和前瞻性。再之，教學還是拘束在傳統工科教學模式之下，不能夠滿足現代社會“互聯網+”背景下對能源動力類新工科人才能力的需求。

二 教學方法改革措施

針對以上提出的種種問題，本文提出了以下教學方法改革措施，旨在培養新工科背景下的復合型人才。

（一）雙語教學提高學生國際競爭力

隨著全球經濟一體化的發展，培養具有國際化競爭力的精英人才已經成為我國新工科教育的主攻方向之一[2]。此門課程具有很強的國際前沿性和互通性，多數燃燒診斷技術來自國外書籍和期刊文獻，專業詞匯大多來自英文，國外資料更為豐富。其中，與其相關的比較著名的學術期刊，如《Combustion and flame》《Proceedings of the combustion institute》《Combustion Science and Technology》等，都是英文發表。因此，雙語教學可以培養學生閱讀外文文獻的興趣，使學生更易于了解當前學科前沿，把握國際上的最新研究動向。有利于培養學生的自信，選擇雙語課的同學在就業特別是國際化公司的競爭中能夠具有優勢。因此，實施《燃燒實驗診斷技術》雙語教學有助于培養具有國際競爭力、學習能力、創新能力等精英專業人才。

（二）MATLAB智能化數據處理能力在教學中的培養

面對“互聯網+”背景下對新工科復合人才的培養需求，需要通過學科與專業的交叉融合，既要培養學生的專業知識，也要培養學生扎實的數學知識、計算機編程能力和信息深度分析應用能力。目前，隨著先進激光和數碼相機等光學儀器的發展，光學診斷技術已日漸成為燃燒實驗診斷的主流方向之一。而很多情況下，光學圖像商業處理軟件無法滿足科研人員和工程人員對燃燒圖像的處理需求，特別對新型開放的光學技術還未出現相關軟件。此外，商業軟件的應用也不利于學生對診斷技術原理的理解。MATLAB是美國Math Works公司推出的一套高性能的數值計算和可視化的科學工程計算軟件。程序設計具有較高的靈活性，重要的是它具有強大的圖像處理功能[3]。設計人員可以根據不同光學技 術原理，針對所獲得的圖片應用MATLAB進行編程和圖像處理進而獲得燃燒過程中的相關信息。例如圖1所示為針對擴散背景消光技術經過MATLAB編程處理得到的柴油噴霧燃燒產生的碳煙體積分數和溫度分布。除了課上針對特定光學技術進行算例講解之外，還給學生布置對應編程作業，使學生參與其中，這樣既能加深他們對燃燒學的理解，又能段煉他們的編程能力和信息處理能力，達到實驗數據智能化處理的目的。

圖1 Matlab處理柴油噴霧燃燒圖像得到碳煙的體積分數和溫度分布

（三）采用“互聯網+教育”模式組織教學活動

在教學過程中，將“傳道授業”弱化而強化“解惑”過程[1]。“燃燒實驗診斷技術”的課程教育不再是僅僅告訴學生這些技術的原理、實驗裝置、數據處理方法等，而是引導學生去積極利用互聯網的力量體驗科學探索的過程，并在這個過程中培養學生的分工合作、獨立思考和協同創造的意識。比如，將學生按小組布置作業，針對某項診斷技術做個匯報。小組里面，有人負責利用慕課等網絡平臺進行相關基礎知識學習；有人負責利用網絡數據庫進行文獻調研，查找此項診斷技術在各個研究領域中的具體應用；有人負責整理資料撰寫調研報告；有人負責做匯報。整個過程中，各個小組成員各司其職又通力寫作，學會如何利用網絡資源針對學習任務 進行協同式的自我學習。

（四）以科研服務教學，促進教學相長

科學研究是新知識的源泉，是提升高校教學質量的關鍵環節。通過對本學科的科學研究工作，可以對講授的教材內容進行及時的修改與補充，對一些陳舊、過時的觀點及時進行更正[4]。特別是對《燃燒實驗診斷技術》這門課程來說，隨著光學設備和科學研究的飛速發展，各種新的燃燒診斷手段應運而生。而我們目前的教材大多都在五年之前，比如2011年國防工業出版社的《燃燒實驗診斷學》，2014年西北工業大學出版社的《應用 燃燒診斷學》等。因此，除了傳統經典診斷技術之外，我們需要將科研過程中產生的新觀點、新知識及時完善到教學環節之中，用于滿足現在科研和工程方面對測量內容和測量精度的需求，另外科研服務教學也可以激發學生對本課程的興趣，培養學生的邏輯思維能力和創新能力，同時在教學過程中也可以發現科研中的問題，促進科研的完善和科研方向的合理調整，做到教學相長。

三 結語

筆者根據在燃燒診斷方面的科研與教學經驗，針對新工科背景下對能源動力類人才的需求，結合“互聯網+”教育模式，提出了幾點對《燃燒實驗診斷技術》這門課程的教學方法改革建議和思考，旨在培養具有國際競爭力的、符合時代需求的、復合型的新工科人才。