《工業(yè)防火與防爆》課程體系優(yōu)化建設(shè)與實(shí)踐*

陸新曉 朱紅青 譚 波 李 峰

中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京） 資源與安全工程學(xué)院

1 我國(guó)安全現(xiàn)狀及課程性質(zhì)

火災(zāi)與爆炸是人類社會(huì)進(jìn)步中最常見(jiàn)的災(zāi)害性事故，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，大型建筑企業(yè)迅速涌現(xiàn)，生產(chǎn)規(guī)模與復(fù)雜程度不斷增加，易燃易爆危險(xiǎn)品逐漸增多，火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)等級(jí)不斷提高[1]。近年來(lái)發(fā)生的數(shù)起典型火災(zāi)爆炸事故案例，如2013年青島11.22中石化輸油管線破裂爆炸，造成63人死亡，2014年的天津港8.12爆炸事故，死亡165人，2014年昆山8.2金屬鋁粉爆炸，死亡75人，使人們注意到開(kāi)展工業(yè)防火防爆教育教學(xué)的必要性和緊迫性。

高校是開(kāi)展安全理論教育的根據(jù)地，也是進(jìn)行安全科技攻關(guān)研究的排頭兵，我國(guó)高校的安全工程專業(yè)發(fā)展始于1958年的工業(yè)安全技術(shù)專業(yè)[2]，隨著國(guó)家工業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國(guó)家對(duì)安全越發(fā)重視，高校安全工程專業(yè)迅速增多，1990年，全國(guó)僅17所高校開(kāi)設(shè)安全工程專業(yè)，2011年已達(dá)140余所[3]，最新統(tǒng)計(jì)顯示，全國(guó)已有超過(guò)200所高校開(kāi)設(shè)了安全工程的本科專業(yè)，為我國(guó)培養(yǎng)了一大批安全工程專業(yè)人才，有力地促進(jìn)了我國(guó)安全生產(chǎn)的發(fā)展，保證了人民的健康和社會(huì)和諧穩(wěn)定。

我國(guó)的安全工程專業(yè)最先由原來(lái)的礦山通風(fēng)安全發(fā)展而來(lái)，因而防火防爆帶有鮮明的行業(yè)特點(diǎn)，如原來(lái)的礦山行業(yè)的礦井火災(zāi)防治、爆破安全技術(shù)等課程[4-5]，以化工安全為主高校，廣泛開(kāi)展燃燒與爆炸理論、化工安全工程等，其他如青島理工大學(xué)開(kāi)設(shè)防火與防爆、首都經(jīng)貿(mào)大學(xué)開(kāi)設(shè)的防火防爆、華南理工大學(xué)開(kāi)設(shè)的防火與防爆技術(shù)等，名字相差不多，且都作為必修的主干課程進(jìn)行設(shè)置。

工業(yè)防火與防爆是中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）開(kāi)設(shè)的一門適合于本科安全工程、消防工程的核心專業(yè)課，是專業(yè)畢業(yè)生從事企業(yè)安全工程及管理領(lǐng)域工作或繼續(xù)深造從事相關(guān)科學(xué)研究的一門重要專業(yè)課。通過(guò)課程教學(xué)與實(shí)踐，讓學(xué)生明確該課程的地位、作用、學(xué)習(xí)方法和教學(xué)要求，掌握由熱平衡破壞導(dǎo)致的爆炸現(xiàn)象、著火和爆炸的機(jī)理、發(fā)生火災(zāi)和爆炸事故的原因、防火與防爆工程的基本理論和基本技術(shù)、安全防護(hù)裝置的工作原理及石化、建筑、工礦企業(yè)防火和防爆的安全措施等。在學(xué)習(xí)本門課程之前，本科生通常先修了部分專業(yè)課程，如燃燒學(xué)、安全工程流體力學(xué)與流體機(jī)械、工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)等。

2 教學(xué)過(guò)程中的問(wèn)題

工業(yè)防火與防爆旨在解決社會(huì)發(fā)展中“安全”的不確定性、復(fù)雜性和綜合性，使得該課程較一般的專業(yè)課程，具有多學(xué)科交叉、多行業(yè)交融的特點(diǎn)。作者結(jié)合多年來(lái)從事該課程的一線教學(xué)，提出了課程教學(xué)中存在的問(wèn)題：

（1）課程體系性不強(qiáng)，知識(shí)點(diǎn)重復(fù)性高。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）開(kāi)設(shè)的該課程以原來(lái)的礦山火災(zāi)爆炸為主，后雖然加入了部分防火防爆內(nèi)容，但整體課程內(nèi)容比較分散，沒(méi)有形成體系；課程涵蓋燃燒與爆炸基礎(chǔ)、防火防爆基本措施、防火防爆技術(shù)等，為使學(xué)生全面了解工業(yè)防火防爆的防控與設(shè)計(jì)，通常在課程的前幾章，先講解燃燒的理論基礎(chǔ)和爆炸的理論基礎(chǔ)，而對(duì)于安全和消防工程專業(yè)的學(xué)生，已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)燃燒學(xué)和爆炸動(dòng)力學(xué)，重復(fù)講解造成學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中興趣不足，關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)把握不到。

（2）教材知識(shí)更新慢。可以用于“工業(yè)防火與防爆”的課程教材很多，如火災(zāi)爆炸預(yù)防控制工程學(xué)（霍然）、防火與防爆工程（解立峰）、防火與防爆（楊泗霖）等，但教材內(nèi)容更新較慢，知識(shí)點(diǎn)涵蓋不全，涉及最新建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范或典型火災(zāi)爆炸事故案例的內(nèi)容不多，部分新規(guī)與老規(guī)范相差較大，甚至部分老規(guī)范已經(jīng)廢止，造成教師對(duì)新規(guī)的掌握不夠，學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程對(duì)教學(xué)內(nèi)容迷茫和質(zhì)疑。

（3）師生互動(dòng)性差。本課程覆蓋領(lǐng)域廣，內(nèi)容涉及石油、化工、煤炭、交通、建筑、煙花、輕紡等行業(yè)領(lǐng)域，受課時(shí)限制，教師講課時(shí)不可能完全展開(kāi)，只能按既定的目標(biāo)理論授課，加快教學(xué)進(jìn)度，枯燥的課堂理論教學(xué)，缺乏師生之間的互動(dòng)交流，經(jīng)常出現(xiàn)老師自言自語(yǔ)，學(xué)生一知半解，教師觀點(diǎn)與學(xué)生的想法沒(méi)有形成共鳴，不能有效提高課堂教學(xué)的效率。

（4）實(shí)踐教學(xué)效果較差。本課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式陳舊，內(nèi)容以演示、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主[6]，缺少獨(dú)立設(shè)計(jì)、綜合分析的訓(xùn)練環(huán)節(jié)，未建立科學(xué)、合理的考核體系，缺少對(duì)實(shí)踐環(huán)節(jié)的考核，使得學(xué)生思考問(wèn)題、動(dòng)手實(shí)踐方面缺乏鍛煉。

3 課程教學(xué)優(yōu)化方案

工業(yè)防火與防爆在遵循以往教學(xué)規(guī)律的基礎(chǔ)上，積極探索和改進(jìn)教學(xué)方法，一方面盡可能保證理論體系的嚴(yán)謹(jǐn)性和完整性，另一方面加強(qiáng)對(duì)典型火災(zāi)爆炸案例的肢解分析，賦予原來(lái)枯燥孤立的知識(shí)點(diǎn)明確清晰的現(xiàn)實(shí)意義，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新思維。

3.1 課程體系優(yōu)化

中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）開(kāi)設(shè)的工業(yè)防火與防爆課程，28個(gè)理論學(xué)時(shí)，4個(gè)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，共計(jì)32課時(shí)，課程涉及內(nèi)容廣泛，為避免授課知識(shí)點(diǎn)重復(fù)，作者結(jié)合學(xué)生的先修課程，提出了構(gòu)建新的“工業(yè)防火與防爆”課程體系，體系包括三大模塊：燃燒與爆炸基礎(chǔ)理論模塊、防火防爆基本方法模塊、典型場(chǎng)合火災(zāi)爆炸預(yù)防控制模塊，如圖1。

第一模塊屬于基礎(chǔ)理論，部分課程屬于先修過(guò)的，只需將重要知識(shí)點(diǎn)梳理，如謝苗諾夫熱自燃理論、弗蘭克-卡門涅自基熱自燃理論、鏈?zhǔn)椒磻?yīng)理論、阿倫尼烏斯定律簡(jiǎn)單闡述結(jié)論即可，重點(diǎn)講解滅火理論及相對(duì)應(yīng)的滅火技術(shù)，引入最新消防領(lǐng)域滅火技術(shù)及方法，如三相泡沫滅火、液氮（液態(tài)二氧化碳）等，拓展學(xué)生的視野，針對(duì)爆炸基礎(chǔ)理論中，重點(diǎn)講解凝聚相爆炸和蒸汽爆炸，該部分對(duì)于學(xué)生屬于新概念，教師可用對(duì)比的形式與氣體（粉塵）爆炸特點(diǎn)對(duì)比。

圖1 工業(yè)防火與防爆課程體系結(jié)構(gòu)

第二模塊是防火防爆基本方法模塊，主要內(nèi)容有防火防爆基本思路與原則、防火防爆基本措施及方法，預(yù)防性措施中主講控制工藝流程參數(shù)，如控制溫度、壓力、投料速度、加料比及加料順序、超量雜質(zhì)等，保護(hù)性措施主要從阻止火勢(shì)蔓延和限制爆炸波擴(kuò)散兩個(gè)方面講解，主講阻火裝置及其工作原理，如阻火器、安全液封、單向閥、阻火閘門、火星熄滅器等。

第三模塊是典型場(chǎng)合火災(zāi)爆炸預(yù)防控制模塊，也即防火防爆知識(shí)具體應(yīng)用的部分，主要針對(duì)不同行業(yè)或特定的情形下火災(zāi)和爆炸的預(yù)防控制，內(nèi)容既包括傳統(tǒng)的石化、煤礦、建筑行業(yè)的火災(zāi)爆炸預(yù)防控制，也有非傳統(tǒng)行業(yè)的輕紡、冷凍車間、煙花爆竹行業(yè)的火災(zāi)爆炸預(yù)防控制，由于課時(shí)有限，本部分講授時(shí)需將各種行業(yè)火災(zāi)爆炸的共性特點(diǎn)講解清楚，之后結(jié)合具體行業(yè)特點(diǎn)進(jìn)行分析。

3.2 互動(dòng)式案例式教學(xué)

案例法用于教學(xué)最先于1910年由哈佛大學(xué)法學(xué)院和醫(yī)學(xué)院提出，互動(dòng)式案例教學(xué)，即首先由教師提出問(wèn)題（火災(zāi)爆炸事故案例），之后教師引導(dǎo)、學(xué)生分析問(wèn)題（事故原因剖析），最后由學(xué)生提出方案、教師補(bǔ)充方案（火災(zāi)爆炸的預(yù)防控制），該方法實(shí)施成功的關(guān)鍵是事故案例的選擇，首先要建立火災(zāi)（爆炸）事故教學(xué)應(yīng)用的案例庫(kù)，選取有針對(duì)性、典型性、客觀性和互動(dòng)性的案例[7-8]，優(yōu)選國(guó)務(wù)院對(duì)重特大事故有定論的案例，結(jié)合公布的事故調(diào)查報(bào)告進(jìn)行講解，比如講到燃燒基礎(chǔ)理論時(shí)，可以選取8.12天津港爆炸，在教師引導(dǎo)下，請(qǐng)學(xué)生結(jié)合教材中講過(guò)的知識(shí)點(diǎn)，自己闡述天津港爆炸過(guò)程，分析火災(zāi)爆炸的直接與間接原因，討論滅火方式的選擇是否科學(xué)合理，針對(duì)該問(wèn)題發(fā)掘?qū)W生能夠提出哪些預(yù)防控制措施，之后教師予以啟發(fā)補(bǔ)充，其流程，如圖2。

圖2 互動(dòng)式案例教學(xué)

通過(guò)教師引導(dǎo)、學(xué)生主動(dòng)參與的互動(dòng)式案例教學(xué)，可加深學(xué)生對(duì)重要知識(shí)點(diǎn)的理解，也有利于拓展學(xué)生的思維模式，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣與動(dòng)力，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)應(yīng)用和實(shí)踐能力。作者最近幾年一直都在積累典型的火災(zāi)爆炸事故，并對(duì)各個(gè)案例根據(jù)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行分類，細(xì)化到各個(gè)章節(jié)的教學(xué)中。

3.3 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

工業(yè)防火與防爆的課程實(shí)踐性很強(qiáng)，單純依靠理論授課，學(xué)生難以完全理解各行各業(yè)防火防爆的原理及方法，為此課程設(shè)置了4個(gè)學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)，目的是為學(xué)生熟悉理論課程中的知識(shí)點(diǎn)。為充分利用有限的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，提出建立創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系[9]，該體系基于學(xué)院強(qiáng)大的科研學(xué)術(shù)平臺(tái)，利用大學(xué)生自主創(chuàng)新平臺(tái)，將學(xué)院優(yōu)秀的教學(xué)成果引入本科教學(xué)，以科研與實(shí)踐促進(jìn)教學(xué)，構(gòu)建與課程體系相對(duì)應(yīng)的演示性實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和前沿創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，如圖3，建議綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和前沿創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)比重不低于50%[10]。

根據(jù)教學(xué)任務(wù)的不同，將創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系分為認(rèn)識(shí)、理解、分析、綜合、評(píng)判、研究幾個(gè)層次。第一層次注重培養(yǎng)學(xué)生的通識(shí)概念，訓(xùn)練基本技能，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，教學(xué)任務(wù)以讓學(xué)生認(rèn)識(shí)、理解為主，該層次的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有煤自燃程序升溫實(shí)驗(yàn)、火旋風(fēng)演示實(shí)驗(yàn)、多組分細(xì)水霧滅火實(shí)驗(yàn)；第二層次注重培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題能力，在教師的指導(dǎo)下，根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康淖约涸O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，選擇實(shí)驗(yàn)方法和裝置，擬定操作程序，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，該層次的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有瓦斯爆炸爆燃實(shí)驗(yàn)、火災(zāi)信號(hào)探測(cè)報(bào)警響應(yīng)與自動(dòng)噴淋控制系統(tǒng)、安全疏散人員心理及行為實(shí)驗(yàn)；第三層次是通過(guò)讓學(xué)生參與教師課題、自主立項(xiàng)或競(jìng)賽，研究最新科技成果，評(píng)判相關(guān)技術(shù)的先進(jìn)性，掌握技術(shù)發(fā)展方向，該層次的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有凝膠泡沫滅火實(shí)驗(yàn)、可燃粉塵阻隔爆新技術(shù)及煤自燃主動(dòng)電磁探測(cè)實(shí)驗(yàn)。

圖3 工業(yè)防火與防爆課程創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

3.4 多樣化課程設(shè)計(jì)

課程設(shè)計(jì)以專業(yè)課為基點(diǎn)，是工科類專業(yè)課程體系中的重要實(shí)踐環(huán)節(jié)，可以幫助學(xué)生深入理解和靈活運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)，通過(guò)具體的工程案例的分析和設(shè)計(jì)，使學(xué)生更好地熟悉和理解防火防爆安全技術(shù)的基本理論，了解生產(chǎn)過(guò)程中引起火災(zāi)爆炸的原因和基本規(guī)律，掌握相關(guān)規(guī)范對(duì)典型行業(yè)的規(guī)定及要求。

根據(jù)課程體系要求，本課程設(shè)計(jì)內(nèi)容分為石油化工行業(yè)防火與防爆設(shè)計(jì)、煙花爆炸企業(yè)防火與防爆設(shè)計(jì)和加油站防火與防爆設(shè)計(jì)等，具體包括廠址的選擇、建筑物危險(xiǎn)等級(jí)劃分、工廠區(qū)布置與總平面布置、建筑結(jié)構(gòu)的防火與防爆措施、工房的安全疏散措施、爆炸品生產(chǎn)發(fā)生燃燒爆炸事故的原因及預(yù)防措施，每名學(xué)生自愿選擇一個(gè)有火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)單位（企業(yè)）進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)內(nèi)容及形式不固定，盡量體現(xiàn)出多樣性。

4 結(jié)論

（1）工業(yè)防火與防爆課程具有多學(xué)科交叉、多行業(yè)交融的特點(diǎn)，目前課程設(shè)置體系性不強(qiáng)，知識(shí)點(diǎn)重復(fù)性高，教材知識(shí)更新慢，知識(shí)點(diǎn)涵蓋不全，教師的觀點(diǎn)與學(xué)生的想法沒(méi)有形成共鳴，實(shí)踐教學(xué)效果較差，且受制于本身的工程經(jīng)驗(yàn)，很多教師講授的實(shí)際性差，課堂教學(xué)效率低。

（2）提出將課程體系優(yōu)化為燃燒與爆炸基礎(chǔ)理論、防火防爆基本方法及典型場(chǎng)合火災(zāi)爆炸預(yù)防控制三大模塊，通過(guò)教師引導(dǎo)、學(xué)生主動(dòng)參與的互動(dòng)式案例教學(xué)，加深學(xué)生對(duì)重要知識(shí)點(diǎn)的理解，拓展學(xué)生的思維模式，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣與動(dòng)力，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系改變了教師為主的教學(xué)模式和方法，充分發(fā)揮學(xué)生的自主性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，采用多樣化課程設(shè)計(jì)，提高學(xué)生的實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。