以專業(yè)認(rèn)證為導(dǎo)向的安全工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)創(chuàng)新研究

張愛然,姚有利,彭英健

(山西大同大學(xué)煤炭工程學(xué)院，山西 大同 037003)

開展工程教育專業(yè)認(rèn)證可以增強(qiáng)高等教育與工業(yè)生產(chǎn)的聯(lián)系，促使我國工程教育與國際工程教育的互認(rèn)，同時(shí)可以提升我國高等工程教育的國際競爭力，直接影響工程師資格認(rèn)證的國際互認(rèn)[1]。我國于2006年開始建立工程教育認(rèn)證體系，安全工程專業(yè)于2007年被列為新的工程教育認(rèn)證試點(diǎn)專業(yè)。中國礦業(yè)大學(xué)(北京)于2008年首先通過了安全工程專業(yè)認(rèn)證，隨后設(shè)有安全工程專業(yè)的高校相繼開展了工程教育專業(yè)認(rèn)證工作。截至2017年底，我國安全工程共計(jì)有166個(gè)安全工程專業(yè)點(diǎn)，通過工程教育專業(yè)認(rèn)證的學(xué)校達(dá)到30所[2]。根據(jù)《工程教育認(rèn)證工作指南》[3]，工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)包括通用標(biāo)準(zhǔn)和專業(yè)補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)，而安全工程專業(yè)補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)在課程體系、師資隊(duì)伍和支持條件方面規(guī)定了特殊要求，要求申請工程教育專業(yè)認(rèn)證的學(xué)校至少需要系統(tǒng)地準(zhǔn)備兩部分工作：一是建立與現(xiàn)代企業(yè)需求和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)接(對(duì)等)的知識(shí)體系結(jié)構(gòu)；二是建立能實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)目標(biāo)和達(dá)到培養(yǎng)水平的保障體系。知識(shí)體系結(jié)構(gòu)主要通過人才培養(yǎng)方案和課程體系來完善，保障體系主要依托專業(yè)實(shí)踐教學(xué)來實(shí)現(xiàn)，而工程教育專業(yè)認(rèn)證更注重培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力，因此開展安全工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的創(chuàng)新研究十分必要。為此，本文以山西大同大學(xué)為例，在分析該高校安全工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀及存在問題的基礎(chǔ)上，針對(duì)安全工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)，提出了采用虛擬仿真(Virtual Reality,簡稱VR)教學(xué)方法和基于問題學(xué)習(xí)(Problem-Based Learning,簡稱PBL)的教學(xué)新模式，以促進(jìn)我校安全工程實(shí)踐教學(xué)的改革與創(chuàng)新，達(dá)到工程教育專業(yè)認(rèn)證的要求。

1 某高校安全工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問題

1. 1 某高校安全工程專業(yè)概況

山西大同大學(xué)安全工程專業(yè)由原煤炭工業(yè)部大同煤礦學(xué)校的礦井通風(fēng)與安全?？粕究贫?，于2010年開始招收本科生，2013年10月被確立為山西省高等學(xué)校服務(wù)轉(zhuǎn)型綜改試驗(yàn)區(qū)專項(xiàng)特色專業(yè)。該校安全工程專業(yè)以煤礦安全為特色，不斷拓展領(lǐng)域范圍，分為煤礦安全和建筑安全兩大方向，已逐漸形成了以市場需求為導(dǎo)向、注重產(chǎn)學(xué)研結(jié)合、開展多元化實(shí)踐教學(xué)、為企業(yè)培養(yǎng)應(yīng)用型人才的辦學(xué)特色。隨著國家《關(guān)于引導(dǎo)部分地方普通本科高校向應(yīng)用型轉(zhuǎn)變的指導(dǎo)意見》的發(fā)布，該校以改革創(chuàng)新的精神將辦學(xué)思路轉(zhuǎn)到服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展上，轉(zhuǎn)到產(chǎn)教融合校企合作上，轉(zhuǎn)到培養(yǎng)應(yīng)用型技術(shù)技能型人才上，轉(zhuǎn)到增強(qiáng)學(xué)生就業(yè)創(chuàng)業(yè)能力上，全面提高學(xué)校服務(wù)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展的能力[4]。目前學(xué)校安全工程專業(yè)共有五屆畢業(yè)生，共540多人，年均就業(yè)率達(dá)90%，且主要集中在考研繼續(xù)深造、煤礦單位和建筑施工單位，這說明本專業(yè)就業(yè)的專業(yè)相關(guān)度較高，社會(huì)需求上升，具有一定的發(fā)展?jié)摿5]。

1. 2 安全工程專業(yè)實(shí)習(xí)實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問題

目前山西大同大學(xué)安全工程專業(yè)執(zhí)行2015版人才培養(yǎng)方案，其課程體系采用“三平臺(tái)一環(huán)節(jié)”模塊，由通識(shí)教育平臺(tái)、學(xué)科與專業(yè)基礎(chǔ)教育平臺(tái)、專業(yè)選修教育平臺(tái)和實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)組成，安全工程專業(yè)課程結(jié)構(gòu)及學(xué)時(shí)學(xué)分比例分配情況見表1。

由表1可知，該校安全工程專業(yè)最低學(xué)時(shí)要求為2 200學(xué)時(shí)，最低學(xué)分要求為169.5學(xué)分，其中實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)學(xué)分要求為54.5學(xué)分，占比達(dá)32.15%，可見實(shí)踐教學(xué)在應(yīng)用型人才培養(yǎng)過程中的占比較高，作用十分重要。實(shí)踐教學(xué)包括專業(yè)實(shí)驗(yàn)、專業(yè)社會(huì)實(shí)踐、認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)實(shí)習(xí)及畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)等環(huán)節(jié)。

表1 某高校安全工程專業(yè)課程結(jié)構(gòu)及學(xué)時(shí)學(xué)分比例分配表

為了確切掌握目前該校安全工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的效果和存在的問題，本文設(shè)計(jì)了一份調(diào)查問卷，向參加過實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)的大二、大三、大四學(xué)生發(fā)放問卷共計(jì)199份，收回有效問卷174份，問卷回收率為87%。通過對(duì)問卷數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，將安全工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)中存在的問題歸納如下：

(1) 實(shí)踐教學(xué)效果亟待提高。目前，盡管安全工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，但是實(shí)踐教學(xué)的質(zhì)量管理監(jiān)控較薄弱，對(duì)于目前該校的教學(xué)實(shí)習(xí)實(shí)踐教學(xué)方式和效果，仍有30人(17.24%)不太滿意，90人(51.73%)基本滿意，54人(31.03%)很滿意；有23人(13.22%)認(rèn)為通過教學(xué)實(shí)習(xí)對(duì)學(xué)生自身實(shí)踐能力的提升程度不明顯，105人(60.34%)認(rèn)為提升效果一般，46人(26.44%)認(rèn)為提升效果明顯；學(xué)生在整個(gè)實(shí)踐教學(xué)過程中積極性不高，有126人(72.41%)認(rèn)為實(shí)習(xí)流于形式，外出實(shí)習(xí)好像“工廠參觀一日游”，只能起到開闊視野的作用，對(duì)提高分析和解決現(xiàn)實(shí)復(fù)雜問題的能力及培養(yǎng)創(chuàng)新性思維能力等幫助不大。

(2) 實(shí)踐教學(xué)設(shè)施投入不足。目前該校的實(shí)驗(yàn)設(shè)備只能滿足基本的演示性和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和開放性實(shí)驗(yàn)很難開展[6]，且部分大型儀器設(shè)備的配套措施還有待進(jìn)一步完善；目前該校安全工程專業(yè)未涉及VR教學(xué)方法，有129人(74.14%)未接觸或未體驗(yàn)過VR技術(shù)，表示對(duì)此很期待；根據(jù)安全工程專業(yè)認(rèn)證補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)，該校還缺少安全監(jiān)測檢測、電氣安全和防火防爆方面的實(shí)驗(yàn)室[3]。

(3) 校外實(shí)踐教學(xué)基地領(lǐng)域不夠?qū)拸V。目前該校安全工程專業(yè)校外實(shí)踐教學(xué)基地大多為煤炭行業(yè)，學(xué)生實(shí)習(xí)受限[7]。有122人(70.11%)認(rèn)為學(xué)校應(yīng)拓展實(shí)習(xí)基地，優(yōu)化實(shí)踐活動(dòng)，提高活動(dòng)的參與度和挑戰(zhàn)性。

(4) 實(shí)踐教學(xué)缺乏科技創(chuàng)新。其原因是：有91人(52.35%)認(rèn)為是學(xué)生自身參加安全科技創(chuàng)新活動(dòng)的積極性不高，53人(30.23%)認(rèn)為學(xué)校對(duì)學(xué)生需求的關(guān)注度不夠，30人(17.42%)認(rèn)為缺乏老師的有效指導(dǎo)。

1. 3 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)現(xiàn)狀及存在的問題

本文統(tǒng)計(jì)了該校五屆畢業(yè)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)選題情況，根據(jù)選題內(nèi)容分為煤礦一通三防類、建筑施工類、安全評(píng)價(jià)類、安全管理類、消防設(shè)施設(shè)計(jì)類和軟件應(yīng)用類，各類選題的數(shù)量和比例見表2。

表2 某高校安全工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)選題數(shù)量統(tǒng)計(jì)表

由表2可知，該校安全工程專業(yè)的畢業(yè)設(shè)計(jì)選題類型逐年增多，基本上每年都會(huì)增加選題范圍，尤其2018年使用BIM、Pyrosim等軟件進(jìn)行可視化研究的選題數(shù)量增多；煤礦一通三防類的選題比例逐年減少，建筑施工類和消防設(shè)施設(shè)計(jì)類的選題比例不太穩(wěn)定，選擇安全評(píng)價(jià)和管理類的選題比例穩(wěn)中有升。這與學(xué)生畢業(yè)當(dāng)年的就業(yè)形勢有很大的關(guān)系。

畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)存在的問題主要表現(xiàn)為：①畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)選題的范圍有待拓展，應(yīng)結(jié)合當(dāng)下社會(huì)需求的熱點(diǎn)問題進(jìn)行研究；②學(xué)生在選題時(shí)存在避重就輕的現(xiàn)象，多傾向于選擇重復(fù)性課題，缺乏選擇新穎性題目；③每屆學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中都存在(且是大部分)按部就班地套用設(shè)計(jì)過程和程序的情況，學(xué)生的自主探究和思考能力無法得到鍛煉。

2 解決措施

為了解決上述問題，培養(yǎng)應(yīng)用創(chuàng)新型人才，使我校安全工程專業(yè)盡快順利通過工程教育專業(yè)認(rèn)證，經(jīng)深入學(xué)習(xí)教育教學(xué)基本理論和教育改革方法，本文從關(guān)注學(xué)生的需求、提倡教師終身學(xué)習(xí)、虛擬現(xiàn)實(shí)仿真實(shí)踐教學(xué)方法和基于問題學(xué)習(xí)的教學(xué)模式四個(gè)方面提出了如下具體解決措施：

(1) 關(guān)注學(xué)生的需求和興趣點(diǎn)，激發(fā)學(xué)生求知欲，處理好“魚”、“漁”、“欲”的關(guān)系[8]。“魚”指固有的基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能，學(xué)生可以通過多種渠道靈活獲得；“漁”指可有效獲得知識(shí)的學(xué)習(xí)方法、策略和習(xí)慣，教師要在課堂講授過程中重點(diǎn)指導(dǎo)，并注重訓(xùn)練學(xué)生的思維，尤其是批判性、創(chuàng)新性思維；“欲”指學(xué)生內(nèi)在的學(xué)習(xí)欲望和動(dòng)機(jī)，直接影響學(xué)生的積極性、主動(dòng)性和學(xué)習(xí)效果，教師在教學(xué)過程中要做到引導(dǎo)和因材施教，留給學(xué)生思考、探索的時(shí)間和空間。

(2) 提倡專業(yè)教師要踐行終身學(xué)習(xí)的理念，為學(xué)生提供全方位的指導(dǎo)。專業(yè)教師要多聯(lián)系實(shí)習(xí)場地以開闊學(xué)生的視野，擴(kuò)大畢業(yè)設(shè)計(jì)的選題范圍及就業(yè)范圍；以學(xué)科競賽和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽為契機(jī)，結(jié)合新工科建設(shè)和安全產(chǎn)業(yè)發(fā)展的要求，指導(dǎo)學(xué)生為安全生產(chǎn)、防災(zāi)減災(zāi)、應(yīng)急救援等安全保障活動(dòng)提供技術(shù)、產(chǎn)品和服務(wù)。

(3) 采用虛擬現(xiàn)實(shí)仿真實(shí)踐教學(xué)方法[9-12]。為了進(jìn)一步推進(jìn)信息技術(shù)與教育的深度融合，發(fā)展“互聯(lián)網(wǎng)+”教育，本文提出安全工程專業(yè)VR實(shí)踐教學(xué)方法，結(jié)合學(xué)校煤礦安全和建筑安全兩個(gè)模塊，通過VR仿真系統(tǒng)模擬真實(shí)的生產(chǎn)環(huán)境和事故現(xiàn)場(如煤礦安全事故、建筑施工安全事故、火災(zāi)等)，讓學(xué)生如身臨其境般地學(xué)習(xí)，這種教學(xué)方法既可以解決實(shí)習(xí)經(jīng)費(fèi)不足、實(shí)踐教學(xué)設(shè)施不全、實(shí)踐基地受限的問題，也可以滿足工程教育專業(yè)認(rèn)證的要求，同時(shí)培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力、不斷學(xué)習(xí)和適應(yīng)發(fā)展的能力。

(4) 采用基于問題學(xué)習(xí)的教學(xué)模式。PBL教學(xué)法由美國神經(jīng)病學(xué)教授Barrows于1969年在加拿大的麥克瑪斯特大學(xué)醫(yī)學(xué)院首創(chuàng)，以后逐漸被推廣[13]。PBL教學(xué)法是以學(xué)生為中心、教師做引導(dǎo)、學(xué)生自主學(xué)習(xí)的教學(xué)模式，其強(qiáng)調(diào)把學(xué)習(xí)設(shè)置于現(xiàn)實(shí)問題中，讓學(xué)生通過查閱資料、小組討論，獲得解決該問題的方法；教師通過提問和引導(dǎo)，不斷地激發(fā)學(xué)生去思考、探索，從而培養(yǎng)學(xué)生自主探究和學(xué)習(xí)的能力，達(dá)到用以促學(xué)的目的。

3 安全工程專業(yè)基于虛擬仿真和問題學(xué)習(xí)的實(shí)踐教學(xué)新模式

本文綜合考慮以上四個(gè)方面的解決措施，針對(duì)安全工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)提出了安全工程專業(yè)基于VR+PBL的實(shí)踐教學(xué)新模式，其具體實(shí)施路徑案例分析和效果評(píng)估如下。

3. 1 實(shí)施路徑

(1) 在實(shí)踐教學(xué)課程進(jìn)行前，指導(dǎo)教師根據(jù)教學(xué)大綱、學(xué)習(xí)進(jìn)度和學(xué)生基礎(chǔ)布置相應(yīng)的任務(wù)，學(xué)生根據(jù)自身興趣選題，5～6人一組，明確任務(wù)分工。

(2) 在實(shí)踐教學(xué)過程中，學(xué)生根據(jù)自己的任務(wù)，通過查閱文獻(xiàn)，到安全工程專業(yè)VR實(shí)驗(yàn)平臺(tái)或現(xiàn)場參觀學(xué)習(xí)并收集資料，與現(xiàn)場指導(dǎo)人員交流，按照進(jìn)度完成實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容。

(3) 實(shí)踐教學(xué)結(jié)束后，學(xué)生提交實(shí)踐成果，并對(duì)實(shí)踐教學(xué)效果進(jìn)行考核評(píng)估，包括學(xué)生自評(píng)、小組成員互評(píng)和老師點(diǎn)評(píng)。

3. 2 案例分析

本文選擇山西大同大學(xué)2016級(jí)安全工程專業(yè)本科生的認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)進(jìn)行基于VR+PBL的實(shí)踐教學(xué)探索案例分析。該年級(jí)學(xué)生已學(xué)習(xí)的專業(yè)課程有安全科學(xué)導(dǎo)論與原理、安全管理學(xué)、安全系統(tǒng)工程及安全心理學(xué)。在實(shí)習(xí)進(jìn)行前，根據(jù)認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)教學(xué)大綱要求和學(xué)生基礎(chǔ)，老師給出6個(gè)方面的實(shí)習(xí)題目：①煤炭生產(chǎn)過程中危險(xiǎn)有害因素辨識(shí)及控制；②建筑施工企業(yè)事故類型及安全措施；③某企業(yè)的安全管理、應(yīng)急救援現(xiàn)狀及改進(jìn)措施；④某企業(yè)員工的不安全行為調(diào)查及控制；⑤某商場的消防安全現(xiàn)狀調(diào)查和評(píng)價(jià)；⑥某煤礦工人的職業(yè)病現(xiàn)狀、原因及應(yīng)對(duì)措施調(diào)查。學(xué)生根據(jù)興趣自由選擇實(shí)習(xí)題目，并形成實(shí)習(xí)小組，指導(dǎo)老師根據(jù)學(xué)生選擇的實(shí)習(xí)題目準(zhǔn)備相關(guān)材料并聯(lián)系實(shí)習(xí)場地，實(shí)習(xí)小組內(nèi)成員共同完成調(diào)查工作和實(shí)習(xí)報(bào)告的撰寫。

3. 3 效果評(píng)估

通過虛擬場景和現(xiàn)場實(shí)際的感受及調(diào)研，學(xué)生認(rèn)為本次認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)提升了自己的實(shí)踐能力，為專業(yè)課程的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)，同時(shí)也培養(yǎng)了自己的責(zé)任感、社會(huì)交往能力以及團(tuán)結(jié)協(xié)作精神，但相比以前的實(shí)習(xí)更累。教師通過評(píng)閱學(xué)生提交的實(shí)習(xí)報(bào)告，發(fā)現(xiàn)學(xué)生反映的內(nèi)容不再空洞和雷同，但實(shí)習(xí)小組內(nèi)成員的分工還不夠明確。

4 結(jié) 語

(1) 通過對(duì)山西大同大學(xué)安全工程專業(yè)學(xué)生的問卷調(diào)查和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)目前我校安全工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)和畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)中還存在一些問題，實(shí)踐教學(xué)效果與工程教育專業(yè)認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)還存在一定的差距，因此對(duì)安全工程專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行創(chuàng)新研究十分必要。

(2)根據(jù)課程實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)、實(shí)訓(xùn)、設(shè)計(jì)等內(nèi)容，通過安全工程專業(yè)虛擬仿真(VR)實(shí)踐教學(xué)方法的運(yùn)動(dòng)，讓學(xué)生在虛擬環(huán)境中感受抽象的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和無法在真實(shí)環(huán)境中體驗(yàn)的內(nèi)容(如煤礦安全事故、建筑施工事故、火災(zāi)等)，以豐富學(xué)生的實(shí)踐經(jīng)歷，提高學(xué)生參與實(shí)踐課程的積極性和主動(dòng)性，讓學(xué)生在實(shí)踐中探索、在探索中創(chuàng)新，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力，改善實(shí)踐教學(xué)的效果；同時(shí)，通過采用基于問題學(xué)習(xí)(PBL)的教學(xué)模式，并結(jié)合教育基本理論可發(fā)掘?qū)W生的興趣并激發(fā)其學(xué)習(xí)欲望，提高學(xué)生對(duì)實(shí)踐教學(xué)的參與度，培養(yǎng)學(xué)生自主探究的能力，同時(shí)加強(qiáng)老師對(duì)學(xué)生實(shí)踐和創(chuàng)新活動(dòng)的指導(dǎo)。

(3) 實(shí)踐結(jié)果表明：安全工程專業(yè)采用基于VR+PBL的實(shí)踐教學(xué)新模式能提高學(xué)生的積極性和參與度，學(xué)生收獲較大，但學(xué)生付出的時(shí)間和精力也較多；同時(shí)，該新的實(shí)踐教學(xué)模式對(duì)指導(dǎo)老師也提出了更高的要求?？梢姡踩こ虒I(yè)的實(shí)踐教學(xué)要想取得預(yù)期的效果，還需師生的共同努力。