化工安全工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與實(shí)踐

周一卉, 閆興清, 任婧杰, 胡大鵬

(大連理工大學(xué) 化工機(jī)械與安全學(xué)院, 遼寧 大連 116023)

石油化工行業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)重要支柱產(chǎn)業(yè),也是安全生產(chǎn)事故的多發(fā)區(qū),化工事故案例史表明,對(duì)加工的化學(xué)物質(zhì)性質(zhì)及有關(guān)的物理化學(xué)原理不甚了解、忽視過程和操作安全違章操作,是釀成化工事故的主要原因。化工事故造成的損失約為其他工業(yè)的5倍。同時(shí),人才不足的問題制約著石油化工行業(yè)的健康發(fā)展,主要體現(xiàn)在：①嚴(yán)重缺乏化工安全生產(chǎn)復(fù)合型人才；②現(xiàn)有的教學(xué)體系與化工安全生產(chǎn)的實(shí)際聯(lián)系不夠；③現(xiàn)有的教學(xué)內(nèi)容對(duì)先進(jìn)技術(shù)介紹不足；④化工儀表自動(dòng)化專業(yè)人才嚴(yán)重缺乏；⑤非常缺乏具有安全專業(yè)知識(shí)的操作人員；⑥化工專業(yè)學(xué)生普遍缺乏安全生產(chǎn)意識(shí)和安全操作技能[1]。為此,國務(wù)院、國家安全監(jiān)管總局、教育部等多次對(duì)化工安全復(fù)合型人才培養(yǎng)提出指導(dǎo)意見[2-4],鼓勵(lì)高校根據(jù)需求在本科專業(yè)和研究生學(xué)科內(nèi)設(shè)置化工安全方向,著力提高學(xué)生的安全素養(yǎng)和實(shí)踐能力。

大連理工大學(xué)安全學(xué)院設(shè)有爆炸機(jī)理與防治、石化工藝風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與防控、過程裝備可靠性與安全監(jiān)測等研究方向,長期致力于石化介質(zhì)爆炸災(zāi)害機(jī)理以及防控技術(shù)的研究,學(xué)院在化工安全復(fù)合型人才培養(yǎng)過程中,堅(jiān)持理論聯(lián)系實(shí)際,建設(shè)了化工安全工程實(shí)驗(yàn)室,不斷加大安全工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系和教學(xué)內(nèi)容改革的力度,依托企業(yè)工程實(shí)踐中心和學(xué)科科研平臺(tái),積極引導(dǎo)學(xué)生開展安全科技研究,著力提升化工安全工程實(shí)踐能力。

1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系設(shè)計(jì)

學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)是工科專業(yè)人才培養(yǎng)的核心,依托校內(nèi)外實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)平臺(tái),主要通過實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)、設(shè)計(jì)、科研訓(xùn)練、畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))等環(huán)節(jié)進(jìn)行培養(yǎng)[5-7],其中實(shí)驗(yàn)教學(xué)是課程體系的重要組成部分,實(shí)驗(yàn)教學(xué)相對(duì)于理論教學(xué)更具有直觀性、綜合性和創(chuàng)新性,對(duì)于提高學(xué)生的綜合素質(zhì)、工程實(shí)踐能力和科技創(chuàng)新能力具有不可替代的重要作用[8-11]。我們將安全工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)規(guī)劃制定為一門獨(dú)立的64學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)課程,而不依附于任何一門專業(yè)理論課程,強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)課程與理論課程相同的重要地位,避免了因?qū)W時(shí)限制造成的實(shí)驗(yàn)拆分和知識(shí)點(diǎn)破碎,影響教學(xué)效果的問題。

同時(shí),將培養(yǎng)學(xué)生解決化工安全實(shí)際問題的能力設(shè)定為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的首要目標(biāo),實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和實(shí)驗(yàn)教學(xué)成效評(píng)定都圍繞著教學(xué)目標(biāo)而展開,促進(jìn)學(xué)生扎實(shí)掌握理論基礎(chǔ),提升利用先進(jìn)儀器,通過團(tuán)隊(duì)合作，綜合應(yīng)用多學(xué)科知識(shí)制定、實(shí)施實(shí)驗(yàn)方案并獲得有效數(shù)據(jù)結(jié)論的能力。激發(fā)學(xué)生探索未知世界的熱情與興趣,形成創(chuàng)新思維。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系設(shè)計(jì)上,始終圍繞石油化工行業(yè)普遍存在的過程安全、裝備安全、管理安全等核心問題開展研究與討論,刪去了電氣安全、人機(jī)工程等內(nèi)容,突出重點(diǎn)和專業(yè)學(xué)科特色,強(qiáng)化深度,改變泛泛而做、多而不精的問題。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系充分貫徹“產(chǎn)教融合、科教融合”理念,在對(duì)行業(yè)安全需求進(jìn)行充分調(diào)研的基礎(chǔ)上,確定實(shí)驗(yàn)主題和內(nèi)容；依托學(xué)科在過程安全和裝備安全方向上的研究特色與優(yōu)勢,將平臺(tái)大型儀器,如Stereo PIV,PDPA,Tomographic PIV,空氣動(dòng)力學(xué)粒徑譜儀等無償支持本科實(shí)驗(yàn)教學(xué),以問題驅(qū)動(dòng)探索,突出多層次、多任務(wù)、多學(xué)科的交叉綜合,培養(yǎng)學(xué)生科研工作方法和創(chuàng)新能力。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系規(guī)劃設(shè)計(jì)過程中,我們也著重考慮了與前后其他實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的鏈接與響應(yīng)。如前序課程設(shè)計(jì)中要完成化學(xué)火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)；《化工安全工程》課程中安排危險(xiǎn)性物質(zhì)泄漏擴(kuò)散預(yù)測與制定緊急安全預(yù)案大作業(yè)；后續(xù)生產(chǎn)實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)中,將深入石油化工企業(yè)開展危險(xiǎn)化學(xué)品儲(chǔ)運(yùn)、操作安全、特種設(shè)備、安全法規(guī)、安全管理、消防等一系列環(huán)節(jié)的實(shí)踐實(shí)訓(xùn)。通過打造“3C” 模式(comprehensive,cross,capability,即綜合、貫通、能力)的實(shí)踐教學(xué)活動(dòng),形成較為完善的理論與實(shí)踐相結(jié)合的化工安全復(fù)合型人才培養(yǎng)體系。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

在遼寧省教改項(xiàng)目、國家及省級(jí)精品課程建設(shè)、大連理工大學(xué)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)重點(diǎn)項(xiàng)目支持下,自主研發(fā)出氣體爆炸、粉塵爆炸、氣體/粉塵混合爆炸特性測試平臺(tái)、沸騰液體擴(kuò)展蒸汽爆炸(BLEVE)特性測試平臺(tái)、超細(xì)水霧抑爆實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、壓力容器安全泄放技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、燃燒火焰與流場診斷實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)等40余臺(tái)套實(shí)驗(yàn)儀器裝置,共開設(shè)20個(gè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)，總實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)64 h。在學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)中發(fā)揮了很大的作用。我校安全工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容見表1。

表1 大連理工大學(xué) 安全工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)一覽表

通過實(shí)驗(yàn)課程,旨在培養(yǎng)學(xué)生的如下能力：

(1) 理解安全工程行業(yè)特征,能夠把握和預(yù)測在石油化工和能源等領(lǐng)域中可能出現(xiàn)的安全、健康、法律、環(huán)境和文化等問題,并能采取恰當(dāng)?shù)膽?yīng)對(duì)措施,具備應(yīng)對(duì)突發(fā)事件和危機(jī)的能力；

(2) 在設(shè)計(jì)方案中體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí),并具備對(duì)創(chuàng)新方案的實(shí)施效果與原定的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比評(píng)估的能力；

(3) 能夠設(shè)計(jì)與安全工程專業(yè)相關(guān)的測試、檢驗(yàn)、控制等實(shí)驗(yàn),開展對(duì)復(fù)雜工程問題的實(shí)驗(yàn)研究,并通過信息綜合獲得有效實(shí)驗(yàn)結(jié)論；

(4) 運(yùn)用專業(yè)前沿實(shí)驗(yàn)儀器、先進(jìn)測試方法與技術(shù),并將其應(yīng)用于研究安全工程相關(guān)復(fù)雜工程問題,并能夠理解其局限性；

(5) 能夠有效溝通,提出意見,推進(jìn)團(tuán)隊(duì)計(jì)劃實(shí)施,參與團(tuán)隊(duì)的口頭或書面報(bào)告。

3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法改革與創(chuàng)新

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,著重突出學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主體地位,根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)和教學(xué)目標(biāo),選擇合適的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法,實(shí)施多層次、多任務(wù)的教學(xué)指導(dǎo),保證良好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

首先,認(rèn)識(shí)“安全工程實(shí)驗(yàn)室”本身即是一節(jié)非常有意義的教學(xué)課。每學(xué)期開始的第一次實(shí)驗(yàn)課就是指導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)室,學(xué)會(huì)辨識(shí)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)危險(xiǎn)源,掌握應(yīng)急處置措施,只有通過實(shí)驗(yàn)室安全考核的學(xué)生才有資格進(jìn)入到實(shí)驗(yàn)室,開展實(shí)驗(yàn)和研究。

我們將所有實(shí)驗(yàn)分為3個(gè)層次,即操作型、綜合型和研究型。在操作型實(shí)驗(yàn)中,學(xué)生需要按照課前預(yù)習(xí)內(nèi)容,依照實(shí)驗(yàn)講義和實(shí)驗(yàn)設(shè)備指導(dǎo)書,按步驟完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,記錄并整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。綜合型實(shí)驗(yàn)中,涉及到力學(xué)、化學(xué)等多學(xué)科知識(shí)內(nèi)容,指導(dǎo)教師只負(fù)責(zé)指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)裝置使用、設(shè)定實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo),學(xué)生自行組成團(tuán)隊(duì),制訂并實(shí)施實(shí)驗(yàn)方案,最終以團(tuán)隊(duì)形式提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。研究型實(shí)驗(yàn),是不預(yù)設(shè)任何結(jié)論的探索性工作,教師主要就科學(xué)研究方法、團(tuán)隊(duì)協(xié)作等方面進(jìn)行指導(dǎo),逐漸培養(yǎng)學(xué)生的科研精神和研究能力。學(xué)生根據(jù)研究內(nèi)容和要求查閱文獻(xiàn)資料,擬定實(shí)驗(yàn)研究計(jì)劃和方案,并在大型儀器平臺(tái)上完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，研究型實(shí)驗(yàn)允許失敗。

根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)層次,編寫不同的實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱,采取不同的教學(xué)方法。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,教師主要對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)中提出的問題進(jìn)行答疑,啟發(fā)和鼓勵(lì)學(xué)生獨(dú)立思考和克服困難,使學(xué)生通過自己的努力完成實(shí)驗(yàn),提高分析、解決問題的實(shí)踐動(dòng)手能力,并以此作為評(píng)定實(shí)驗(yàn)成效的主要標(biāo)準(zhǔn)。為配合以學(xué)生為主的實(shí)驗(yàn)教學(xué),安全工程實(shí)驗(yàn)室采取全天候開放模式運(yùn)行,只要學(xué)生有時(shí)間有需求,實(shí)驗(yàn)室管理與指導(dǎo)非常靈活,盡可能滿足學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的需求。

4 實(shí)驗(yàn)教學(xué)成效評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)改革

我校安全工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)成效評(píng)定改革是將按照知識(shí)與表現(xiàn)的評(píng)定方法改為按照能力達(dá)成情況評(píng)定,重點(diǎn)評(píng)價(jià)分析問題和解決問題的能力。通過尺規(guī)分析法對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的能力輸出與達(dá)成情況進(jìn)行評(píng)定,可以找出能力弱項(xiàng),并進(jìn)行改進(jìn)。尺規(guī)分析表見表2。

表2 安全工程實(shí)驗(yàn)?zāi)芰_(dá)成尺規(guī)分析表

表2(續(xù))

5 結(jié)語

通過科學(xué)規(guī)劃實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系,改革實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與教學(xué)方法,逐步探索出一條通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)提升學(xué)生實(shí)踐能力,激發(fā)創(chuàng)新思維的有效途徑。在今后的工作中,還需要進(jìn)一步加強(qiáng)產(chǎn)教融合和科教融合,不斷進(jìn)行持續(xù)改進(jìn),實(shí)現(xiàn)安全工程專業(yè)學(xué)生解決工程復(fù)雜問題能力的有效達(dá)成。