新工科背景下《燃烧实验诊断技术》课程教学方法改革与探讨

玄铁民，何志霞，王谦

（1. 江苏大学 能源与动力工程学院，江苏 镇江；2. 江苏大学 能源研究院，江苏 镇江）

2016年，“新工科”概念提出后，广大高校对什么是新工科和怎样建设新工科展开了广泛积极探讨。2017年“复旦共识”明确指出，加快发展新工科除了建设发展一批新型工科专业还要推动现有工科专业的改革创新[1]。对于传统工科专业能源与动力工程，《燃烧实验诊断技术》是对此专业重要基础课《燃烧学》的有力补充，这门课程一方面可以从实际角度促进学生对燃烧学理论知识的掌握，另一方面可以为学生日后开展相关科研和工作做好实践基础。然而，此门课程传统教学还存在很多问题，本文从新工科背景出发，对于如何改进“燃烧实验诊断技术”教学方法，着力于为国家培养复合型人才提出几点意见和探讨。

一 存在问题

《燃烧实验诊断技术》 旨在传授学生如何利用各种诊断技术捕捉燃烧过程中的信息进而分析阐明各种燃烧机理。这门课是以《燃烧学》为主要基础课程，需要学生对流体力学、工程热力学和传热学等都有较好的掌握。因此，课程难度较大，特别一些基础不扎实的学生听起课来较为吃力，课堂表现出兴趣不大。此外，这门课传统授课方式是以教师课堂讲述为主，授课方式单一，学生听起来枯燥乏味，而且对实验技术不能够有直观的认识。另外，传统教学内容以经典传统实验技术为主，课堂内容缺乏时代性、国际性和前瞻性。再之，教学还是拘束在传统工科教学模式之下，不能够满足现代社会“互联网+”背景下对能源动力类新工科人才能力的需求。

二 教学方法改革措施

针对以上提出的种种问题，本文提出了以下教学方法改革措施，旨在培养新工科背景下的复合型人才。

（一）双语教学提高学生国际竞争力

随着全球经济一体化的发展，培养具有国际化竞争力的精英人才已经成为我国新工科教育的主攻方向之一[2]。此门课程具有很强的国际前沿性和互通性，多数燃烧诊断技术来自国外书籍和期刊文献，专业词汇大多来自英文，国外资料更为丰富。其中，与其相关的比较著名的学术期刊，如《Combustion and flame》《Proceedings of the combustion institute》《Combustion Science and Technology》等，都是英文发表。因此，双语教学可以培养学生阅读外文文献的兴趣，使学生更易于了解当前学科前沿，把握国际上的最新研究动向。有利于培养学生的自信，选择双语课的同学在就业特别是国际化公司的竞争中能够具有优势。因此，实施《燃烧实验诊断技术》双语教学有助于培养具有国际竞争力、学习能力、创新能力等精英专业人才。

（二）MATLAB智能化数据处理能力在教学中的培养

面对“互联网+”背景下对新工科复合人才的培养需求，需要通过学科与专业的交叉融合，既要培养学生的专业知识，也要培养学生扎实的数学知识、计算机编程能力和信息深度分析应用能力。目前，随着先进激光和数码相机等光学仪器的发展，光学诊断技术已日渐成为燃烧实验诊断的主流方向之一。而很多情况下，光学图像商业处理软件无法满足科研人员和工程人员对燃烧图像的处理需求，特别对新型开放的光学技术还未出现相关软件。此外，商业软件的应用也不利于学生对诊断技术原理的理解。MATLAB是美国Math Works公司推出的一套高性能的数值计算和可视化的科学工程计算软件。程序设计具有较高的灵活性，重要的是它具有强大的图像处理功能[3]。设计人员可以根据不同光学技 术原理，针对所获得的图片应用MATLAB进行编程和图像处理进而获得燃烧过程中的相关信息。例如图1所示为针对扩散背景消光技术经过MATLAB编程处理得到的柴油喷雾燃烧产生的碳烟体积分数和温度分布。除了课上针对特定光学技术进行算例讲解之外，还给学生布置对应编程作业，使学生参与其中，这样既能加深他们对燃烧学的理解，又能段炼他们的编程能力和信息处理能力，达到实验数据智能化处理的目的。

图1 Matlab处理柴油喷雾燃烧图像得到碳烟的体积分数和温度分布

（三）采用“互联网+教育”模式组织教学活动

在教学过程中，将“传道授业”弱化而强化“解惑”过程[1]。“燃烧实验诊断技术”的课程教育不再是仅仅告诉学生这些技术的原理、实验装置、数据处理方法等，而是引导学生去积极利用互联网的力量体验科学探索的过程，并在这个过程中培养学生的分工合作、独立思考和协同创造的意识。比如，将学生按小组布置作业，针对某项诊断技术做个汇报。小组里面，有人负责利用慕课等网络平台进行相关基础知识学习；有人负责利用网络数据库进行文献调研，查找此项诊断技术在各个研究领域中的具体应用；有人负责整理资料撰写调研报告；有人负责做汇报。整个过程中，各个小组成员各司其职又通力写作，学会如何利用网络资源针对学习任务 进行协同式的自我学习。

（四）以科研服务教学，促进教学相长

科学研究是新知识的源泉，是提升高校教学质量的关键环节。通过对本学科的科学研究工作，可以对讲授的教材内容进行及时的修改与补充，对一些陈旧、过时的观点及时进行更正[4]。特别是对《燃烧实验诊断技术》这门课程来说，随着光学设备和科学研究的飞速发展，各种新的燃烧诊断手段应运而生。而我们目前的教材大多都在五年之前，比如2011年国防工业出版社的《燃烧实验诊断学》，2014年西北工业大学出版社的《应用 燃烧诊断学》等。因此，除了传统经典诊断技术之外，我们需要将科研过程中产生的新观点、新知识及时完善到教学环节之中，用于满足现在科研和工程方面对测量内容和测量精度的需求，另外科研服务教学也可以激发学生对本课程的兴趣，培养学生的逻辑思维能力和创新能力，同时在教学过程中也可以发现科研中的问题，促进科研的完善和科研方向的合理调整，做到教学相长。

三 结语

笔者根据在燃烧诊断方面的科研与教学经验，针对新工科背景下对能源动力类人才的需求，结合“互联网+”教育模式，提出了几点对《燃烧实验诊断技术》这门课程的教学方法改革建议和思考，旨在培养具有国际竞争力的、符合时代需求的、复合型的新工科人才。