《化工過程安全》課程的案例引導(dǎo)教學(xué)法

王蘭云 王燕

摘要：《化工過程安全》是綜合化工生產(chǎn)過程安全技術(shù)和安全管理的化工安全方向本科生所需掌握的核心課程之一。在課堂上引入經(jīng)典化工安全事故案例，為學(xué)生提供各種化工生產(chǎn)工藝的素材和與之相關(guān)的危險(xiǎn)源和事故類型，引導(dǎo)學(xué)生思考預(yù)防和控制各類生產(chǎn)工藝過程事故的技術(shù)和方法，并通過答辯的形式激勵(lì)學(xué)生自主尋找問題、解決問題和歸納重要知識(shí)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：化工過程安全；事故；案例；答辯

中圖分類號(hào)：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）48-0158-02

《化工過程安全》課程面向安全工程專業(yè)方向本科生，其目的是讓學(xué)生掌握化工生產(chǎn)過程中涉及的易燃易爆、腐蝕、毒性物質(zhì)危險(xiǎn)性和危險(xiǎn)程度，以及高溫、高壓、高速等操作條件存在的危險(xiǎn)因素，同時(shí)對(duì)物料輸送、熔融、干燥、篩分等工藝過程以及特殊生產(chǎn)過程易產(chǎn)生的不安全因素有明確的認(rèn)識(shí)，并且能夠靈活運(yùn)用安全控制理論和方法，保證生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)、加工和使用等環(huán)節(jié)的安全運(yùn)作。但是目前學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐機(jī)會(huì)較少，對(duì)化工過程及其危險(xiǎn)并不能完全掌握。案例教學(xué)將事故案例中隱含的信息分解到課程各章節(jié)知識(shí)點(diǎn)，在分步分析案例的過程中，將涉及的知識(shí)點(diǎn)基于教材內(nèi)容具體講解，如此有助于學(xué)生結(jié)合實(shí)際案例來理解課堂知識(shí)點(diǎn)，更清晰地認(rèn)識(shí)化工過程中的安全問題及相關(guān)安全要求與控制方法。

一、案例教學(xué)的內(nèi)涵

傳統(tǒng)的課堂授課以教師講課為主，學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)，連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間的課堂學(xué)習(xí)易出現(xiàn)注意力渙散、反應(yīng)遲鈍的情況。而案例教學(xué)法則是教師通過案例引導(dǎo)學(xué)生，提出若干與所需知識(shí)點(diǎn)相關(guān)的問題，學(xué)生在課堂需主動(dòng)思考分析和討論問題，并與老師進(jìn)行探討和交流，隨時(shí)做好課堂答辯的準(zhǔn)備，如此更易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，形成知識(shí)和觀點(diǎn)多向流動(dòng)的以學(xué)生為主體的教學(xué)模式[1，2]。

《化工過程安全》課程不僅涉及化工過程的相關(guān)技術(shù)，還涉及《安全系統(tǒng)工程》、《安全學(xué)原理》等安全學(xué)科核心課程內(nèi)容來解決化工過程存在的安全問題。一般來說，經(jīng)典事故發(fā)生的直接原因、間接原因和事故發(fā)生過程均具有較為完整的參考資料，可使學(xué)生較為全面地了解事故所涉及工藝中存在的危險(xiǎn)物質(zhì)及其危險(xiǎn)性、可能引發(fā)事故的危險(xiǎn)因素、危險(xiǎn)物質(zhì)及因素所在環(huán)節(jié)（生產(chǎn)、使用、包裝、儲(chǔ)存、運(yùn)輸?shù)龋㈦`屬工藝過程單元、隸屬化工生產(chǎn)主要設(shè)備或設(shè)施防范范疇，從而反饋到化工過程的安全功能設(shè)計(jì)中。

二、案例教學(xué)法過程設(shè)計(jì)

《化工過程安全》課程案例教學(xué)法的流程如下所述：

1.知識(shí)點(diǎn)梳理。對(duì)應(yīng)每個(gè)知識(shí)點(diǎn)選取經(jīng)典化工安全事故案例，該案例應(yīng)盡可能多地涉及化工安全知識(shí)點(diǎn)，盡可能讓學(xué)生從該案例歸納出與課程相關(guān)的重點(diǎn)結(jié)論。

2.案例布置。教師提前布置案例，用多媒體教學(xué)方式（事故照片和視頻等）給同學(xué)們介紹該事故發(fā)生的全過程，提供分析問題的思路供學(xué)生參考。要求學(xué)生認(rèn)真解讀事故案例中涉及化工工藝過程、事故發(fā)生過程、事故后果等基本情況，從教材中尋找其中相關(guān)知識(shí)點(diǎn)并做準(zhǔn)備。

3.分組討論。課堂上，教師再次講解案例，圍繞理論知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行互動(dòng)，教師引導(dǎo)學(xué)生拓寬思維，如指導(dǎo)學(xué)生采用某一事故致因理論解釋該事故發(fā)生過程，剖析事故發(fā)生的直接原因、間接原因，同時(shí)要求學(xué)生利用合適的方法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行危險(xiǎn)等級(jí)劃分，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行安全功能設(shè)計(jì)。

4.課堂答辯。學(xué)生分組討論后，教師隨機(jī)抽取其中一組講解該組分析討論結(jié)果，其余小組成員對(duì)該組組員進(jìn)行提問，教師根據(jù)答辯結(jié)果記錄該組過程考核成績(jī)。

5.案例全面分析。在討論環(huán)節(jié)結(jié)束后，教師從學(xué)生提供的分析要點(diǎn)入手進(jìn)行總結(jié)，深入分析案例中化工工藝操作單元所涉及的安全問題，并分析這些安全問題的實(shí)質(zhì)，同時(shí)引入其他相關(guān)案例，激發(fā)學(xué)生發(fā)散思維。

6.總結(jié)關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)。學(xué)生討論完案例之后，對(duì)相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)已經(jīng)有了部分了解和認(rèn)識(shí)，此時(shí)教師詳細(xì)講解關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)，提出課程考核要求。

三、案例教學(xué)實(shí)踐

以《化學(xué)反應(yīng)過程熱危險(xiǎn)分析與評(píng)價(jià)》這一章節(jié)內(nèi)容為例，關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)為熱失控分析，案例為經(jīng)典的美國2007年佛羅里達(dá)州杰克遜維爾T2實(shí)驗(yàn)室爆炸事故。首先，教師利用前一次課最后半個(gè)小時(shí)時(shí)間，用多媒體教學(xué)方式（事故照片和視頻等）給同學(xué)們介紹該事故發(fā)生的全過程，其中涉及該實(shí)驗(yàn)室簡(jiǎn)介及生產(chǎn)危化品種類和危險(xiǎn)性、工藝流程、現(xiàn)場(chǎng)安全設(shè)施及事故的嚴(yán)重后果，提出該事故案例中涉及的與本課程相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)（如化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)相關(guān)概念、熱風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法和評(píng)價(jià)程序等）。

該事故涉及甲基環(huán)戊二烯三羰基錳（MCMT）生產(chǎn)過程，事故發(fā)生過程為：金屬鈉手動(dòng)加入反應(yīng)器并將反應(yīng)器密封，然后加熱反應(yīng)器熔化金屬鈉來引發(fā)化學(xué)反應(yīng)，在約148.9℃的溫度下，加熱系統(tǒng)關(guān)閉，但是反應(yīng)放出的熱量導(dǎo)致反應(yīng)溫度持續(xù)升高，而此時(shí)冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)問題。反應(yīng)器中溫度壓力急劇升高，泄壓系統(tǒng)無法控制該失控反應(yīng)，最終導(dǎo)致爆炸事故發(fā)生。事故致4名T2員工死亡，另有4名T2員工及28名附近其他工廠的工作人員共計(jì)32人受傷。該事故過程涉及到熱反應(yīng)失控問題，因此要求學(xué)生利用教材或者其他權(quán)威資料查找熱反應(yīng)失控的專業(yè)解釋，以及與之相關(guān)的重要參量，分析影響熱反應(yīng)失控的主要因素，并掌握熱平衡的計(jì)算方法。然后啟發(fā)學(xué)生思考“對(duì)于同類系統(tǒng)應(yīng)如何預(yù)防此類問題”，如此引入第二個(gè)關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)——化學(xué)反應(yīng)熱風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)。熱風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)部分包括熱風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則、方法和評(píng)價(jià)程序。

該知識(shí)點(diǎn)提出后，要求學(xué)生課后查找熱風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)導(dǎo)則文件，了解最新的國家標(biāo)準(zhǔn)，然后在課堂上討論這些準(zhǔn)則和方法的適用條件和使用規(guī)則。經(jīng)分組討論后，教師隨機(jī)抽取一組學(xué)生進(jìn)行課堂答辯，首先該答辯組學(xué)生分別從管理、工廠選址、工藝布置、設(shè)備、操作程序、操作工人及維修人員等方面總結(jié)了該事故發(fā)生的原因，并闡述了本組討論的安全控制技術(shù)方法，然后接受其他同學(xué)的提問。同學(xué)們總結(jié)出的事故原因和經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)方面的內(nèi)容相當(dāng)豐富，有課堂內(nèi)擬講授的基本安全理論知識(shí)，如加料比例錯(cuò)誤等，主要原因可歸納為在項(xiàng)目運(yùn)營投產(chǎn)前未做好危險(xiǎn)識(shí)別工作；T2沒有意識(shí)到他所采用的MCMT生產(chǎn)工藝存在化學(xué)反應(yīng)失控的危害，沒有做好危害識(shí)別，同時(shí)在設(shè)計(jì)時(shí)針對(duì)反應(yīng)器冷卻系統(tǒng)單點(diǎn)失效未采取冗余的設(shè)計(jì)，MCMT反應(yīng)器的泄壓系統(tǒng)針對(duì)失控反應(yīng)不起作用；T2是在冷卻系統(tǒng)部件故障的情況下運(yùn)行的，并沒有執(zhí)行預(yù)防性維護(hù)。另外，T2未進(jìn)行HAZOP分析，針對(duì)冷卻水系統(tǒng)故障的單點(diǎn)失效未采取有效的應(yīng)急或替代措施，而員工在出現(xiàn)不可控反應(yīng)時(shí)缺乏判斷，依賴管理者，缺乏自我保護(hù)意識(shí)；反應(yīng)器的放空泄壓設(shè)計(jì)未得到有效驗(yàn)證，這些都在一定程度上導(dǎo)致了事故的發(fā)生。

學(xué)生分組討論并答辯后，教師根據(jù)以上得出的事故原因，逐條對(duì)教材上的理論知識(shí)展開講解，如化工行業(yè)相關(guān)安全法規(guī)、危險(xiǎn)品、易燃物和毒物的性質(zhì)和分類、職業(yè)中毒、特殊工藝安全技術(shù)等知識(shí)。

四、總結(jié)

案例教學(xué)法通過影音資料，真實(shí)再現(xiàn)化工安全事故，有效彌補(bǔ)了教材上關(guān)于安全技術(shù)的教育內(nèi)容等不足，讓學(xué)生在有限的課堂授課學(xué)時(shí)中學(xué)到更多的安全專業(yè)知識(shí)。通過預(yù)先布置案例，讓學(xué)生有足夠的時(shí)間解讀化工安全事故案例中所涉及的化工安全問題，課堂上分組討論解決這些安全問題所涉及的知識(shí)點(diǎn)，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)答辯，如此提高了其自主學(xué)習(xí)和歸納知識(shí)的能力。這種教學(xué)模式極大地提高了學(xué)生主動(dòng)參與教學(xué)過程的積極性，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)造能力和解決實(shí)際問題的能力。當(dāng)然，此種案例教學(xué)法不僅要求任課教師較為全面地掌握化工安全知識(shí)，還要求教師具有較高的臨場(chǎng)應(yīng)變能力、語言表達(dá)能力和發(fā)散性思維，因此該方法其實(shí)是在師生交流和探討過程中提高雙方的專業(yè)知識(shí)水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳高臣.實(shí)踐導(dǎo)向：案例教學(xué)法研究[J].黑龍江高教研究，2011，（12）：178-181.

[2]董丁穩(wěn).《化工過程安全》案例教學(xué)方法實(shí)踐[J].新西部，2015，（6）：119-121.

Abstract：Chemical process safety is one of the core courses that undergraduate students need to grasp in chemical safety direction combining chemical production process safety technology and safety management. Classic cases related to chemical safety accident are introduced in classroom teaching.It provides students with various chemical production technology materials and related hazards and types of accidents，guiding the students to take the examination to prevent and control all kinds of production process.Besides，through the form of oral defense this case-leading teaching method encourages the students to find，solve problems and summarize important knowledge independently.

Key words：chemical process safety；accident；case-leading teaching method；oral defense