“消防工程學”課程實驗教學改革與探索

陽富強，郭 進，施永乾，王金貴，楊 健

“消防工程學”課程實驗教學改革與探索

陽富強，郭 進，施永乾，王金貴，楊 健

（福州大學 環(huán)境與資源學院，福建 福州 350116）

分析了“消防工程學”課程實驗教學中存在的主要問題，將原有的驗證性實驗內(nèi)容整合成多個綜合性實驗項目,構(gòu)建了開放式實驗教學環(huán)境，鼓勵學生開展自主研究性實驗，進一步強化了實驗成績考核及實驗室安全管理。實踐表明，新的實驗教學模式極大提高了本專業(yè)實驗設(shè)備的利用率，加深了學生對消防安全知識的理解，有效促進了學生創(chuàng)新及團隊協(xié)作能力的培養(yǎng)。

安全工程；消防工程學；綜合性實驗；自主研究性實驗

“消防工程學”是安全工程本科專業(yè)課程體系的重要組成部分，主要以消防燃燒學知識為理論基礎(chǔ)，講述不同建筑物及典型生產(chǎn)場所的火災爆炸特點及一般防治技術(shù)[1]。近些年來，我國城市化建設(shè)不斷加快，涌現(xiàn)出一大批高層建筑與地下空間，火災安全形勢十分嚴峻。據(jù)統(tǒng)計[2]，2018年全國共報道火災事故23.7萬起，造成1407人死亡、798人受傷，直接經(jīng)濟損失高達36.75億元。由此可見，“消防工程學”在實現(xiàn)安全工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標中發(fā)揮著重要作用。專業(yè)實驗課程作為本科教學的重要環(huán)節(jié)，具有直觀性、實踐性的雙重特點，主要引導學生運用所學理論知識，通過觀察與操作來實現(xiàn)對書本內(nèi)容的感性認識并深入發(fā)現(xiàn)某些現(xiàn)象及規(guī)律，由此培養(yǎng)學生分析與解決問題的能力[3]。

1 實驗教學存在的主要問題

我校安全工程專業(yè)是福建省重點高校中唯一設(shè)置的本科專業(yè)，至今已為福建省及周邊區(qū)域培養(yǎng)了大批安全技術(shù)及管理類專業(yè)人才，對實現(xiàn)地方經(jīng)濟安全穩(wěn)定發(fā)展作出了重要貢獻?！跋拦こ虒W”作為本校安全工程專業(yè)培養(yǎng)方案中的一門專業(yè)核心課程，主要培養(yǎng)學生具備從事消防安全管理與設(shè)計方面的能力，以彌補國內(nèi)消防專業(yè)人才的不足。該課程實驗教學旨在加深本專業(yè)學生對燃燒與爆炸理論知識的感性認識，熟悉火災科學研究及消防檢測相關(guān)儀器設(shè)備的工作原理，通過不同類型實驗項目培養(yǎng)學生分析復雜消防工程問題、設(shè)計針對性的解決方案并開展火災科學研究的能力。對照工程專業(yè)認證標準，消防工程學實驗教學在內(nèi)容設(shè)計、教學方法、實驗考核、實驗室管理等方面存在一系列問題。

（1）驗證性實驗內(nèi)容偏多。大多數(shù)實驗項目都是圍繞“消防工程學”課程中的某個知識點進行設(shè)計，學生借助實驗儀器驗證課堂所學理論內(nèi)容，由此加深對相關(guān)理論與知識點的理解[4]。例如，運用JF-3型氧指數(shù)儀測定某種建筑裝飾材料的氧指數(shù)、采用 HYKS-2000型開口閃點測試儀觀察汽油的閃燃現(xiàn)象并測定相應的閃點與燃點、運用哈特曼管測定面粉的最小點火能等。這類驗證性實驗僅能鞏固學生對某些概念的理解，不能激發(fā)學生的創(chuàng)新思維。此外，本課程原有的實驗項目之間相互獨立，缺少一定的關(guān)聯(lián)性，不利于學生對各個知識點的融會貫通。

（2）實驗教學模式陳舊。消防工程學主要采取實驗教師講解實驗目的、實驗原理、操作步驟和注意事項，學生參照實驗指導書的要求按部就班完成各項實驗任務(wù)[5-6]。以萘的標準燃燒熱測定實驗為例，教師依次介紹了傳熱學理論、恒溫式氧彈卡計的工作原理、實驗操作流程、安全注意事項等內(nèi)容后，學生依據(jù)下發(fā)的指導書操作實驗儀器。整個實驗過程中，學生很少向教師提問，只是機械式地動手操作儀器，缺少獨立思考與分析問題的訓練。

（3）實驗設(shè)備利用率低。本專業(yè)先后投入中央地方共建、福建省高水平大學建設(shè)等項目經(jīng)費用于建設(shè)消防工程實驗教學平臺，實驗儀器種類、臺套數(shù)均滿足專業(yè)認證要求，但是，由于大部分儀器僅僅用于支撐某個知識點的驗證或模擬演示，使得每學年只能用于1次教學活動中，造成教學資源的極大浪費。例如，針對建筑材料耐火等級這一知識點，消防工程學專門設(shè)計了測定塑料固體材料燃燒性能的實驗項目，其中采用的水平垂直燃燒儀，每個學年只能用于2個課時，很少在其他實驗項目中得到有效應用。

（4）實驗考核主觀性強。消防工程學的實驗成績評定沒有專門的考核標準，主要依據(jù)學生最終提交的實驗報告進行評分，不能客觀反映學生的動手實踐與創(chuàng)新能力。實驗成績未考慮學生開展實驗全過程的綜合表現(xiàn)，如實驗前的準備狀態(tài)、實驗中的積極性、實驗后的數(shù)據(jù)處理與分析問題的能力。由于部分實驗項目以小組為單位分工協(xié)作，造成部分學生未真正參與具體的實驗操作環(huán)節(jié)，還存在學生完全抄襲同組其他成員實驗報告的現(xiàn)象。

2 消防工程學實驗教學改革

根據(jù)消防工程學實驗教學過程中存在的主要問題，從優(yōu)化實驗教學內(nèi)容、開放實驗教學環(huán)境、構(gòu)建實驗成績考核標準、加強實驗室安全管理等方面進行改革，整個流程如圖1所示?；谠搶嶒炂脚_，指導學生運用消防工程理論知識進行火災科學研究及消防工程實踐，系統(tǒng)訓練學生檢索文獻、設(shè)計實驗、使用現(xiàn)代工具、分析與解釋數(shù)據(jù)等方面的能力。

2.1 實驗教學內(nèi)容優(yōu)化

我校作為福建省與教育部共建的地方性高校，堅持以“創(chuàng)業(yè)型東南強?！弊鳛檗k學目標。為構(gòu)建相適應的本科人才培養(yǎng)體系，學校要求各專業(yè)在最新的本科培養(yǎng)方案中增加實踐性教學環(huán)節(jié)的比重。為了提高本課程的實踐教學效果，將“消防工程學”課程的實驗內(nèi)容區(qū)分為演示性、綜合性、自主研究性3大類[7]。

演示性實驗項目主要是利用實驗室現(xiàn)有的儀器設(shè)備專門拍攝陰燃、閃燃、轟燃、氣體爆炸、粉塵爆炸等相關(guān)教學視頻，結(jié)合對應的知識點在課堂上演示播放，不僅節(jié)約有限的實驗課時，而且使學生能夠更加直觀地認識火災演變過程中的特殊現(xiàn)象。

為了訓練學生綜合運用消防工程學主要知識點的能力，結(jié)合實驗室現(xiàn)有條件，將之前相互獨立的氧指數(shù)測定、最小點火能測試等一系列驗證性實驗項目整合成建筑材料燃燒性能評價、粉塵爆炸危險性判定、火災自動報警系統(tǒng)設(shè)計、工作場所滅火器配置4個綜合性實驗。如表1所示，每個綜合性實驗項目涵蓋了多個知識點，必須操作多臺實驗儀器才能完成教師布置的實驗任務(wù)。學生通過自行組建實驗小組，分工負責其中的某個實驗內(nèi)容，不僅能夠保證人人動手參與具體實驗活動，而且有利于培養(yǎng)學生團隊協(xié)作、交流溝通方面的能力。

表1 本課程的綜合性實驗教學項目

國務(wù)院辦公廳在近年發(fā)布的《關(guān)于深化高等學校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的實施意見》中明確指出，各高校要加快培養(yǎng)富有創(chuàng)新精神、勇于投身實踐的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才隊伍[8]。因此，支持本專業(yè)學生參加科技競賽、創(chuàng)新訓練計劃項目等課外創(chuàng)新實踐活動，不斷鼓勵學生結(jié)合自己的學習興趣自主開展與“消防工程學”課程相關(guān)的研究性實驗。同時，將本課程國內(nèi)外最新的研究內(nèi)容及教師在研課題植入實驗教學中[9-10]，指導學生在阻燃材料研制、氫能安全利用、火災風險評估等前沿領(lǐng)域，進行實驗探索。學生依托這類實驗項目，自主查閱文獻資料、設(shè)計實驗方案、操作貴重儀器、處理實驗數(shù)據(jù)，還可以將獲得的成果整理成學術(shù)論文、申請專利。由此激發(fā)學生的科研興趣與創(chuàng)新意識[11]。

2.2 構(gòu)建開放式實驗教學環(huán)境

實驗室全面開放是高校實驗教學發(fā)展的必然，有利于提高實驗資源的利用率，在培養(yǎng)創(chuàng)新型人才過程中發(fā)揮著重要作用[12]。本專業(yè)大力推行開放式實驗教學方法，在時間、空間上向?qū)W生開放全部實驗教學及科研資源，鼓勵學生自主開展各項實驗活動，由此強化學生的創(chuàng)新意識及創(chuàng)新思維[13-14]。本課程主要從明確實驗教學目標、創(chuàng)造開放性實驗環(huán)境、設(shè)計開放性實驗內(nèi)容[15]3方面，構(gòu)建了“消防工程學”開放性實驗教學模式。以跟蹤消防工程研究前沿、提高本專業(yè)學生的創(chuàng)新能力為目標，學生在專業(yè)教師及實驗技術(shù)人員的指導下操作掃描量熱儀、錐形量熱儀等貴重科研儀器，用于開展各類大學生創(chuàng)新訓練計劃項目、導師科研課題，以及多種形式的學科競賽活動。

本專業(yè)已從學校下?lián)艿摹半p一流學科”建設(shè)經(jīng)費中專門預算了實施開放式實驗教學的費用，主要用于學生購買實驗耗材、研制實驗模型、專利申請等。學生自行成立研究小組，結(jié)合“消防工程學”課程內(nèi)容進行選題、設(shè)計實驗方案、分析實驗數(shù)據(jù)，系統(tǒng)訓練科研能力。

2.3 建立實驗考核標準

為了確保本課程實驗成績的客觀性，期末考核充分考慮學生參與實驗活動的全過程，綜合考查學生實驗前的準備工作、實驗操作技能、實驗報告、實驗答辯等多個環(huán)節(jié)。新構(gòu)建了考核標準，最終考核成績由實驗預習（20%）、實驗操作（30%）、實驗報告（30%）、實驗答辯（20%）4部分構(gòu)成；考核等級區(qū)分為優(yōu)、良、中、及格、不及格5個級別。

實驗預習主要考查學生的自學能力，督促學生認真做好實驗前的各項準備工作，包括查閱文獻以及自行了解實驗目的、實驗原理、實驗儀器、實驗安全注意事項。實驗操作環(huán)節(jié)主要考查學生的實驗方案設(shè)計是否合理、實驗態(tài)度是否端正、是否嚴格按照實驗規(guī)范及要求操作相關(guān)儀器、實驗結(jié)果是否達到預期目標。實驗報告主要訓練學生的科研文字寫作能力，要求內(nèi)容完整、結(jié)構(gòu)清晰，文字、圖表、公式表述規(guī)范，數(shù)據(jù)分析合理。實驗答辯主要判斷學生是否真正動手參與整個實驗操作，對實驗目的、實驗方案、儀器設(shè)備的熟悉程度。

2.4 實驗安全管理保障

“消防工程學”課程涵蓋的實驗內(nèi)容具有多樣化的特點，涉及高壓氣瓶、易燃易爆性物品、大功率用電設(shè)備、貴重儀器，一旦實驗操作不當、麻痹大意，極易導致火災爆炸、機械傷害、中毒窒息、觸電等不同類型事故。在開放的實驗環(huán)境條件下，學生開展各項實驗活動的時間相對自由，實驗結(jié)果具有不確定性，加上學生所學專業(yè)知識有限，因此實驗室安全管理工作顯得尤為重要。為了保證本課程的各項實驗教學活動安全有序進行，將“5S”法用于實驗室日常安全管理中[16]，成立了專門的實驗室管理組織，配置了相應的管理人員，明確安全管理目標，制定了具體的實施辦法，不斷加強實驗室安全教育。迄今為止，各項實驗教學工作開展順利，從未出現(xiàn)過實驗室安全事故。

3 實驗教學效果

通過對本課程的實驗教學進行改革，改變了學生以往參照實驗說明書、按部就班操作儀器的傳統(tǒng)教學模式，充分調(diào)動了學生參與實驗活動的主動性。他們通過組建實驗項目小組、收集資料、設(shè)計實驗方案、分工合作，不僅系統(tǒng)訓練了自身的科研創(chuàng)新能力，而且有助于提高團隊協(xié)作能力。再者，本課程理論知識點多、計劃學時受限，導致許多內(nèi)容無法在課堂中講授，由此借助該實驗教學平臺培養(yǎng)學生自主學習的能力，要求學生在開展各項實驗活動之前，自行查閱消防工程學相關(guān)的標準規(guī)范、實驗原理、科技文獻，自學Origin等數(shù)據(jù)處理和繪圖軟件。

在對該實驗教學平臺采取開放式管理以后，學生經(jīng)常主動與相關(guān)專業(yè)教師交流并預約各類儀器使用，大大提高了實驗設(shè)備的利用率。依托“消防工程學”課程的實驗教學平臺，安全工程專業(yè)學生積極參與各類創(chuàng)新實踐活動。主持各類大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃10項，其中國家級2項、省級2項、校級6項。部分學生參與了專業(yè)教師承擔的阻燃材料、氫能安全利用等火災爆炸領(lǐng)域的國家級、省部級科研項目，并研制出“家庭火災預警遠程控制系統(tǒng)”“家庭燃氣泄漏報警系統(tǒng)”“車窗自動爆破裝置”“防止地下煤堆自燃的節(jié)能型加料裝置”等模型作品，代表學校參加全國高校安全工程專業(yè)大學生實踐與創(chuàng)新作品大賽等課外創(chuàng)新實踐活動，共獲得12項獎勵，其中獲國家級一等獎2項、二等獎2項、三等獎8項。在該實驗平臺的支持下，本專業(yè)學生近5年已在《消防科學與技術(shù)》等學術(shù)期刊發(fā)表論文8篇、授權(quán)專利6項、獲我校優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計（論文）5篇，連續(xù)為中國科學技術(shù)大學火災科學國家重點實驗室輸送13名本科生免試攻讀碩士研究生。

4 結(jié)語

“消防工程學”課程具有理論性強、概念知識點多、與工程實踐聯(lián)系緊密等特點，在培養(yǎng)消防安全專業(yè)人才中發(fā)揮著重要作用。為了提高本課程的實踐教學效果，從實驗教學內(nèi)容、開放實驗教學環(huán)境、實驗成績考核、實驗室安全管理等方面對相應的實驗教學體系進行改革。將演示性實驗內(nèi)容調(diào)至課堂教學中，加深了學生對本課程理論知識點的理解；整合了原有的一系列獨立的驗證性實驗內(nèi)容，設(shè)計出多個綜合性實驗項目，實現(xiàn)不同實驗內(nèi)容之間的融會貫通。鼓勵本專業(yè)學生積極開展消防工程領(lǐng)域的研究性實驗活動，系統(tǒng)訓練他們從事科學研究與探索方面的能力。在對本課程的實驗教學平臺進行改進之后，極大提高了本專業(yè)學生的創(chuàng)新實踐能力，在各類科研創(chuàng)新活動中取得了很好的成績。

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Reform and exploration of experimental teaching system of Fire Engineering course

YANG Fuqiang, GUO Jin, SHI Yongqian, WANG Jingui, YANG Jian

(College of Environment and Resources, Fuzhou University, Fuzhou 350116, China)

The main problems existing in present experimental teaching of Fire Engineering Course are analyzed. Some verified experiments are integrated into several comprehensive experimental programs, and the opening experimental teaching environment is established to encourage students to carry out independent research-oriented experiments; the course evaluation criteria and experimental safety management are also reformed. It is proved that the utilization rate of experimental equipment is heightened; it makes for students’ understanding to the theoretical knowledge about fire safety, and promotes the cultivation of students’ research innovation capacities and team spirit.

safety engineering; fire engineering course; comprehensive experiment; research-oriented experiment

X932；G642.0

A

1002-4956(2019)10-0229-04

2019-02-21

國家自然科學基金項目（51874100）；福建省本科高校教育教學改革研究項目（FBJG20170020）；福州大學一流本科教學改革建設(shè)項目（00369805）

陽富強（1982—），男，湖南耒陽，博士，副教授，主要從事安全科學與工程教學與科研。E-mail: ouyangfq@163.com