安全工程專業(yè)實驗教學(xué)改革與實踐

韓冬冬　石耀武　劉志云　李凱玲

[摘 要] 工程教育專業(yè)認(rèn)證及新工科建設(shè)對安全工程專業(yè)實驗教學(xué)提出了新要求，從實驗課程設(shè)置、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及考核方式等四個方面分析了安全工程實驗教學(xué)中存在的問題。提出了獨立設(shè)置實驗課與課內(nèi)實驗共存，增加了緊跟科技、經(jīng)濟發(fā)展的實驗內(nèi)容，采取了“以學(xué)生為中心”的多樣化教學(xué)方法和“以產(chǎn)出為導(dǎo)向”的過程考核方式，并提出了持續(xù)改進(jìn)的建議?？蔀楦咝０踩こ碳捌渌嚓P(guān)專業(yè)提供借鑒。

[關(guān)鍵詞] 安全工程;實驗教學(xué);改革與實踐

[作者簡介] 韓冬冬（1987—），男，陜西榆林人，博士，長安大學(xué)地質(zhì)工程與測繪學(xué)院工程師，主要從事地質(zhì)災(zāi)害和建筑安全研究。

[中圖分類號] G642.0? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2021）13-0063-04? ?[收稿日期] 2020-12-28

一、引言

安全工程培養(yǎng)能夠在土木工程、交通運輸、地質(zhì)資源、工礦企業(yè)等行業(yè)從事安全管理和安全技術(shù)的專門人才，本科畢業(yè)生要求掌握安全科學(xué)、安全技術(shù)、安全管理和職業(yè)健康管理等基本理論、基本知識和技能，是一門實踐性很強的學(xué)科。作為理論課程教學(xué)的深化和實踐教學(xué)的一個重要環(huán)節(jié)，實驗教學(xué)在深化理論知識、培養(yǎng)學(xué)生動手能力、增強創(chuàng)新能力等方面，具有無可替代的作用。但安全工程傳統(tǒng)實驗教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及考核方式等已不能滿足國家經(jīng)濟發(fā)展、科技進(jìn)步等對安全工程人才能力的要求，工程教育專業(yè)認(rèn)證“以學(xué)生為中心，產(chǎn)出為導(dǎo)向”的教育理念及教育部新工科建設(shè)也對安全工程實驗教學(xué)提出了新要求，各高等院校逐漸把理論教學(xué)和實驗教學(xué)放在同等重要位置來抓，大力推進(jìn)實驗教學(xué)建設(shè)和改革。

隨著我國工業(yè)、建筑行業(yè)的快速發(fā)展，安全工程專業(yè)人才的需求量與日俱增，開設(shè)安全工程專業(yè)的高校越來越多，從21世紀(jì)初的34所發(fā)展到目前的近200所，但各高校安全工程專業(yè)的行業(yè)特色背景和研究領(lǐng)域不同[1，2]，實驗教學(xué)差異也較大。長安大學(xué)安全工程于2003年2月經(jīng)教育部批準(zhǔn)設(shè)立，同年9月開始招收四年制本科生，經(jīng)過多年摸索前進(jìn)，已建成了比較完善的以建筑安全為特色的培養(yǎng)體系[3]。安全工程實驗室于2006年初見雛形，到目前為止已建成安全人機工程實驗室、熱工實驗室、燃燒與爆炸實驗室、安全檢測實驗室、通風(fēng)實驗室和安全虛擬與仿真實驗室等6個專業(yè)實驗室，面對高等教育發(fā)展的新形勢、新要求，安全工程實驗教學(xué)也在不斷地創(chuàng)新改革中。

二、安全工程實驗教學(xué)存在問題

（一）實驗教學(xué)過于依附理論教學(xué)，對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)不夠

傳統(tǒng)實驗教學(xué)一般是從理論課程總學(xué)時中劃分出部分學(xué)時（多則10個學(xué)時，少則4個學(xué)時）進(jìn)行，實驗教學(xué)依附于理論課，沒有學(xué)分，處于從屬地位。實驗內(nèi)容僅僅是為了驗證理論的正確性或真實性，或僅僅是演示理論所反映的事實真相或所闡述的事物變化過程，作為理解、掌握和提高理論知識的驗證與旁證手段，以演示性、驗證性實驗為主，綜合性、設(shè)計性實驗偏少。這樣的實驗課程設(shè)置對于學(xué)生動手實踐能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)不夠。

（二）實驗教學(xué)內(nèi)容陳舊，實驗設(shè)備落后于安全科學(xué)技術(shù)發(fā)展

實驗項目更新較慢，實驗內(nèi)容未能緊跟時代發(fā)展，各級學(xué)生的實驗內(nèi)容幾乎相同，且安全研究性實驗偏少;實驗儀器設(shè)備落后，更新不及時，本質(zhì)安全性差，如可燃液體閃點測試儀、爆炸參數(shù)測試裝置等儀器危險性較大，部分儀器控制、數(shù)據(jù)采集智能化程度低，不能滿足新工科建設(shè)的要求;缺乏安全工程相關(guān)軟件的實驗操作，不能滿足工程教育專業(yè)認(rèn)證對學(xué)生“能夠利用安全檢測等設(shè)備和工程軟件，對復(fù)雜工程問題進(jìn)行分析、模擬或預(yù)測，并理解其局限性”的畢業(yè)要求。

（三）實驗教學(xué)以教師為中心，方式單一，學(xué)生參與度不夠

實驗教學(xué)以教師為中心，通常情況下，教師直接向?qū)W生講解實驗內(nèi)容、實驗原理及實驗步驟，學(xué)生分小組按照教師所“教”的內(nèi)容，在有限、分散的時間內(nèi)按部就班地完成規(guī)定的實驗。整個過程學(xué)生處于被動狀態(tài)，實驗的積極性和主動性不強;實驗方法亦缺乏創(chuàng)新性，實驗過程中學(xué)生一般只是機械地重復(fù)。這種實驗教學(xué)模式使學(xué)生的主觀能動性和創(chuàng)新性受到了嚴(yán)重限制，不能有效提高學(xué)生的獨立思維能力、動手實踐能力及創(chuàng)新意識。

（四）實驗教學(xué)考核以實驗報告為主，難以全面評價學(xué)生的真實表現(xiàn)

實驗成績評定主要依據(jù)學(xué)生所提交的實驗報告質(zhì)量和實驗過程中的表現(xiàn)、態(tài)度[4]，由于實驗以小組為單位進(jìn)行，且時間較分散，教師與學(xué)生的互動較少，教師并不能熟悉每個學(xué)生和掌握每個學(xué)生的實驗過程，在實際評分中實驗過程成績往往由考勤而定，所有學(xué)生的實驗過程成績差別不大，導(dǎo)致出現(xiàn)一個小組中部分學(xué)生出工不出力，只是來實驗室而不參與實驗過程的情況出現(xiàn);最終在實驗報告的編寫時，為了得到較好的分?jǐn)?shù)，部分學(xué)生也可能會抄襲實驗報告，甚至捏造、更改實驗數(shù)據(jù)。顯而易見，這樣的考核方式難以保證實驗教學(xué)質(zhì)量，實驗成績未能全面體現(xiàn)學(xué)生的真實能力。

三、安全工程實驗教學(xué)的改革與實踐

（一）課內(nèi)實驗與實驗獨立設(shè)課共存

近年來，實驗獨立設(shè)課在高等學(xué)校安全工程實驗教學(xué)中逐漸開展，如湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)安全工程2015年根據(jù)專業(yè)特點和發(fā)展方向?qū)嶒災(zāi)K化，即將實驗課程從理論課中脫離出來，單獨列成一門課[5];大連理工大學(xué)強調(diào)實驗課程與理論課程相同的重要地位，將安全工程專業(yè)實驗規(guī)劃制定為一門獨立的64學(xué)時實驗課程[6];鄭州大學(xué)安全工程專業(yè)開設(shè)了專業(yè)課程實驗、綜合性實驗和開放性實驗[7];福州大學(xué)開設(shè)了安全工程基礎(chǔ)實驗、安全工程綜合實驗[8];濱州學(xué)院、北京理工大學(xué)設(shè)置了安全工程綜合實驗[9，10 ]。

筆者根據(jù)實驗項目的本質(zhì)屬性、培養(yǎng)功能和理論課程的學(xué)習(xí)要求，同時考慮課程設(shè)置的遞進(jìn)關(guān)系，將旨在幫助學(xué)生理解理論知識、驗證基本公式為主的驗證性課內(nèi)實驗，依然保留為課內(nèi)實驗，以利于理論課程綜合考核評價，目前開設(shè)的課內(nèi)實驗包括工程流體力學(xué)實驗、安全人機工程實驗、工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)實驗、工業(yè)通風(fēng)與除塵實驗。將“燃燒與爆炸學(xué)”“安全監(jiān)測與監(jiān)控系統(tǒng)”“電氣安全工程”“安全系統(tǒng)工程”等專業(yè)發(fā)展課程的實驗內(nèi)容整合，獨立設(shè)置“安全工程開放式試驗”[ 11 ] （P10-14），學(xué)時一周，開出實驗項目30項，其中15項驗證性實驗，15項綜合、設(shè)計性實驗。驗證性實驗的目的是培養(yǎng)學(xué)生的實驗操作基本技能，為綜合性、設(shè)計性實驗打好基礎(chǔ)，綜合性、設(shè)計性實驗主要用于學(xué)生創(chuàng)新意識、獨立思維能力、動手實踐能力的提高。獨立設(shè)置“安全工程開放式試驗”課程可全面、系統(tǒng)地培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力，也有利于解決學(xué)生人數(shù)多與實驗設(shè)備臺套數(shù)不足之間的矛盾，有利于實驗室資源的共享。

（二）豐富實驗教學(xué)內(nèi)容，滿足專業(yè)特色及新工科建設(shè)要求

長安大學(xué)安全工程專業(yè)設(shè)置在地質(zhì)工程與測繪學(xué)院，源于地質(zhì)工程專業(yè)，其安全科學(xué)與工程一級學(xué)科碩士研究生的培養(yǎng)方向之一為地質(zhì)環(huán)境與工程安全。因此，我校安全工程專業(yè)本科生培養(yǎng)方案中開設(shè)了專業(yè)特色課“巖土力學(xué)與基礎(chǔ)工程”，并開設(shè)了課內(nèi)實驗，實驗項目包括環(huán)刀法測定黏土密度試驗、烘干法測定黏土含水率試驗、直接剪切試驗、巖石的靜力變形試驗、巖石的單軸抗壓強度試驗、界限含水率試驗等。另外，我校安全工程的特色為建筑安全，因此，在“安全工程開放式試驗”中開設(shè)了有關(guān)建筑安全方向的實驗項目，包括建筑材料耐火等級測定試驗、鋼材質(zhì)硬度無損分析試驗、混凝土抗壓強度測定試驗、環(huán)境參數(shù)測定試驗（空氣含塵濃度測定、環(huán)境噪聲測定），旨在鍛煉學(xué)生在建筑安全方面的實踐動手能力。近兩年來，增設(shè)四項電氣安全工程方向的實驗項目，包括接地電阻測試實驗、耐壓測試實驗、剩余電壓測試實驗、安規(guī)綜合測試實驗，以使學(xué)生掌握電氣安全測試設(shè)備。

工程教育專業(yè)認(rèn)證要求學(xué)生畢業(yè)時“能夠利用安全檢測等設(shè)備和工程軟件，對復(fù)雜工程問題進(jìn)行分析、模擬或預(yù)測，并理解其局限性”，因此，筆者開設(shè)了危險與可操作性分析（HAZOP分析）、重大危險源辨識與分級、重大事故概率風(fēng)險定量評價、重大事故后果模擬分析、區(qū)域定量風(fēng)險分析等軟件操作實驗項目。

（三）自主實驗及基于慕課、微課的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方法

工程教育專業(yè)認(rèn)證OBE理念和互聯(lián)網(wǎng)+慕課、微課等授課方式對安全工程實驗教學(xué)方法提出了改革要求，根據(jù)實驗項目的目的、難易程度、危險性，筆者采用了自主實驗、翻轉(zhuǎn)課堂、演示觀摩、研究型教學(xué)等多種“以學(xué)生為中心”的教學(xué)方法。

自主實驗：安全人機工程實驗的目的主要是通過一些人的人機學(xué)參數(shù)、生理和心理特點，以及人體生物力學(xué)特性的實驗測試，使學(xué)生熟悉相關(guān)參數(shù)的測量方法，為后續(xù)“安全人機工程課程設(shè)計”打下良好的基礎(chǔ)。學(xué)時只有6個，但我校實驗室可開出13項實驗項目，實驗儀器操作也比較簡單。為充分利用實驗設(shè)備，鍛煉學(xué)生快速自學(xué)和動手能力，對于該課內(nèi)實驗，筆者讓學(xué)生2～3人為1個小組，進(jìn)行自主實驗，在此過程中教師適時加以指導(dǎo)。

基于慕課、微課的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式：“互聯(lián)網(wǎng)+”在教育領(lǐng)域的發(fā)展，使學(xué)生能夠打破時空局限性，隨時、隨地享受全球優(yōu)質(zhì)教育教學(xué)資源，同時有關(guān)實驗內(nèi)容的微視頻也在不斷涌現(xiàn)，實驗教學(xué)完全可以利用這些資源進(jìn)行教學(xué)，如對于工程流體力學(xué)實驗，教師在“學(xué)堂在線”收集整理了有關(guān)理論課程和實驗內(nèi)容，提前分享給學(xué)生，讓學(xué)生課前預(yù)習(xí)，然后帶著問題來實驗室進(jìn)行操作、測試數(shù)據(jù)，實驗進(jìn)行中教師就學(xué)生的有關(guān)問題進(jìn)行答疑解惑。對于電氣安全實驗項目，也采取了類似的教學(xué)方法。再比如，對于工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)實驗，由于該實驗項目實驗操作步驟多，數(shù)據(jù)記錄、處理的細(xì)節(jié)直接影響實驗的效果和成敗，從學(xué)生的視角開展實驗教學(xué)更為合適，因此，本課內(nèi)實驗實行實驗項目小組負(fù)責(zé)制，即每個實驗項目指定一個小組進(jìn)行實驗項目的全過程指導(dǎo)，實驗中小組長講解實驗儀器、實驗原理和步驟，以及實驗報告的編寫和數(shù)據(jù)整理，其他組員進(jìn)行補充，實驗指導(dǎo)教師在整個過程中適時進(jìn)行答疑、點撥，通過該方法，鍛煉了學(xué)生表達(dá)自己解決問題的思路和能力，也增加了師生之間、學(xué)生之間的互動，提高了學(xué)生的團隊協(xié)作能力。

演示觀摩教學(xué)法：部分安全工程實驗操作具有危險性，如電氣安全工程涉及高壓電、燃燒與爆炸學(xué)實驗涉及爆炸參數(shù)測試和高壓氣瓶操作，特別是甲烷氣瓶。出于對學(xué)生人身安全的考慮，此類實驗只進(jìn)行講解和實驗指導(dǎo)教師演示，并通過視頻播放等方式教育學(xué)生。

研究型教學(xué)法：主要針對“安全工程開放式試驗”進(jìn)行研究型教學(xué)，首先針對某實驗項目給學(xué)生提供一些具有研究意義、探究性的課題，供學(xué)生選擇參考，然后引導(dǎo)學(xué)生自由選擇場景和儀器開展實驗，學(xué)生通過小組開展實驗，并基于科學(xué)方法分析、解釋實驗數(shù)據(jù)，得出具體結(jié)論。如對于噪聲、粉塵的測定實驗，實驗?zāi)康牟恢皇亲寣W(xué)生掌握噪聲、粉塵測試儀的操作方法，還要就某場地噪聲或粉塵的分布規(guī)律進(jìn)行研究。如此，也是對學(xué)生科研素養(yǎng)的培育。

（四）注重過程、學(xué)生能力達(dá)成的考核方式

相比于實驗報告，實驗過程更能反映學(xué)生的積極性和動手能力，因此，應(yīng)更加注重實驗過程的考核。通過實驗考勤、實驗互動、實驗小組負(fù)責(zé)制、實驗項目匯報環(huán)節(jié)，教師逐漸熟悉每一個同學(xué)，然后才有可能針對每個同學(xué)給出合理的課堂表現(xiàn)分?jǐn)?shù)。評分參考項有：學(xué)生的實驗態(tài)度、實驗儀器的操作水平及實驗的參與度等。設(shè)計性實驗主要考查學(xué)生實驗思路的正確性、方案設(shè)計的可行性及實驗步驟的合理性。

實驗項目匯報環(huán)節(jié)：“安全工程開放式試驗”結(jié)束后，要求每個學(xué)生針對1項實驗項目進(jìn)行實驗總結(jié)匯報，然后實驗指導(dǎo)教師和其他學(xué)生進(jìn)行點評。通過本環(huán)節(jié)的互動，能夠使學(xué)生了解彼此實驗的差異，也鍛煉了學(xué)生清晰、完整地表達(dá)自己解決問題的思路和能力。

實驗報告是學(xué)生能力達(dá)成的具體體現(xiàn)，應(yīng)減少實驗報告主觀性評分，更加注重實驗報告內(nèi)容的完整性、實驗數(shù)據(jù)的正確性、實驗結(jié)果的合理性、圖表的規(guī)范性及學(xué)生對問題的分析思考能力等。

四、持續(xù)改進(jìn)建議

本次實驗獨立設(shè)課是在組合多門專業(yè)課程實驗的基礎(chǔ)上開展的，還未達(dá)到完全獨立，所開展的綜合性、設(shè)計性實驗項目也只是對科研項目的初探，在后續(xù)持續(xù)改進(jìn)中，應(yīng)更多結(jié)合教師科研項目開設(shè)實驗項目，并與我校安全科學(xué)與工程一級碩士學(xué)位培養(yǎng)方向結(jié)合。此外，作為實踐環(huán)節(jié)的一環(huán)，實驗項目、內(nèi)容應(yīng)與培養(yǎng)體系中的課程設(shè)計和實習(xí)環(huán)節(jié)相結(jié)合。

安全工程實驗涉及課程內(nèi)容較多，僅實驗室1～2位指導(dǎo)教師不可能對所有知識都掌握，且達(dá)到融會貫通的程度，因此，為開出更多設(shè)計性、綜合性實驗項目，應(yīng)加強實驗隊伍建設(shè)，同時，理論課程教師應(yīng)更多地參與實驗指導(dǎo)。

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展及“以學(xué)生為中心，產(chǎn)出為導(dǎo)向”教育理念的落實，慕課、微課的普及是高等教育改革的必然，實驗教學(xué)應(yīng)拍攝、制作更多微課視頻，建立實驗教學(xué)的“慕課”。

五、結(jié)語

安全工程專業(yè)實驗有助于學(xué)生掌握專業(yè)知識，能夠培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究、使用現(xiàn)代工具、團隊協(xié)作等多方面的能力，提高學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力。傳統(tǒng)實驗課程設(shè)置、實驗教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及考核方式已不能滿足工程教育專業(yè)認(rèn)證及國家新工科建設(shè)的要求，應(yīng)進(jìn)行改革。通過本次專業(yè)實驗教學(xué)的改革與實踐，以期實驗教學(xué)能夠真正提高安全工程專業(yè)學(xué)生的綜合能力和素質(zhì)。

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Abstract： Engineering education professional certification and the construction of “emerging engineering education” put forward new requirements for the experimental teaching of safety engineering major. This paper analyzes the problems existing in the experimental teaching of safety engineering from four aspects of course setting， teaching content， teaching methods and assessment methods. This paper puts forward the coexistence of independent experimental course and in-class experiments， increases the experimental contents closely following the development of science and technology and economy， adopts the diversified teaching methods centered on students and the output-oriented process assessment method， and puts forward suggestions for continuous improvement. It provides reference for safety engineering and other related majors in colleges and universities.

Key words： safety engineering; experimental teaching; reform and practice