安全工程專業(yè)“研究方法訓(xùn)練”課程創(chuàng)新與實踐

楊軼芙 高玉坤 歐盛南

[摘 要] 安全工程涉及眾多學(xué)科體系，是一門綜合性、實踐性較強的交叉科學(xué)。為了提高學(xué)生的創(chuàng)新能力與實踐能力，形成安全科研思維，對“研究方法訓(xùn)練”課程內(nèi)容進行了創(chuàng)新。通過建立“四位一體”的實驗課程體系，包括基礎(chǔ)實驗、專業(yè)實驗、軟件模擬和創(chuàng)新實驗，形成了安全工程專業(yè)實驗教學(xué)特色，改革了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，創(chuàng)新了實驗教法與學(xué)法，評價了學(xué)生的參與狀態(tài)與創(chuàng)新意識。結(jié)合北京科技大學(xué)安全工程專業(yè)該課程的應(yīng)用情況，采用“四位一體”的實驗教學(xué)手法能夠?qū)W(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)起到推動作用，具有很好的應(yīng)用前景。

[關(guān)鍵詞] 研究方法訓(xùn)練;安全工程;創(chuàng)新實驗;實驗教學(xué)

[基金項目] 2020年度中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費“城市地下空間環(huán)境與結(jié)構(gòu)耐久性分析研究”（FRF-BD-20-01A）;2017年度北京科技大學(xué)教育教學(xué)改革與研究項目“安全工程‘四位一體’創(chuàng)新實驗體系研究”（JG2017M02）;2020年度中央高校基本科研業(yè)務(wù)費“基于爆轟管道系統(tǒng)的實驗教學(xué)開發(fā)研究”（FRF-DF-20-19）

[作者簡介] 楊軼芙（1982—），女，內(nèi)蒙古包頭人，碩士，北京科技大學(xué)土木與資源工程學(xué)院工程師，主要從事安全工程專業(yè)實驗、實驗室安全管理研究;高玉坤（1983—），男，山東膠州人，博士，北京科技大學(xué)土木與資源工程學(xué)院高級工程師，主要從事安全工程的實驗教學(xué)管理研究;歐盛南（1981—），男，湖南宜章人，博士，北京科技大學(xué)土木與資源工程學(xué)院高級工程師，主要從事企業(yè)安全、安全工程專業(yè)實驗研究。

[中圖分類號] X936 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-9324（2022）15-0049-04 [收稿日期] 2020-09-11

引言

安全工程是一門多學(xué)科交叉綜合的新興學(xué)科，要求學(xué)生學(xué)習(xí)掌握的知識點多，對學(xué)生動手能力、綜合解決工程復(fù)雜問題能力的要求較高。北京科技大學(xué)安全工程專業(yè)在全國學(xué)科排名第四，學(xué)生深造率達75%，即大部分學(xué)生要具有很好的科研能力，研究方法訓(xùn)練顯得尤為重要。在這種背景下只進行演示性和驗證性試驗，不利于提升學(xué)生的創(chuàng)新、創(chuàng)造和科研能力[1]。“研究方法訓(xùn)練”實驗課是安全工程專業(yè)課程體系中的重要組成部分，是深化學(xué)習(xí)專業(yè)知識的重要途徑，是學(xué)生開展科學(xué)研究的重要方法，也是培養(yǎng)學(xué)生實踐能力和形成安全科研思維的重要手段?！把芯糠椒ㄓ?xùn)練”是一門實用性很強的實驗課，實驗設(shè)置的內(nèi)容既是專業(yè)特色的體現(xiàn)[2]，也是專業(yè)培養(yǎng)方向的保證。因此，筆者通過“研究方法訓(xùn)練”課程的創(chuàng)新與實踐，對課程體系、教學(xué)模式、實驗教法與學(xué)法、考核評價方法等進行了探索，并對課程內(nèi)容的創(chuàng)新性與先進性進行了縝密分析。

一、課程教學(xué)內(nèi)容

（一）完善實驗課程內(nèi)容

“研究方法訓(xùn)練”課程設(shè)置了四個梯度：基礎(chǔ)實驗、專業(yè)實驗、軟件模擬和創(chuàng)新實驗，涵蓋燃燒、爆炸、無損探傷、產(chǎn)品檢測、粉塵測定及數(shù)值模擬六大專業(yè)模塊[3]。

1.基礎(chǔ)實驗。（1）水平垂直燃燒實驗：了解水平垂直燃燒測定儀的基本工作原理;掌握水平垂直測定儀的使用方法;了解試樣在水平和垂直方向小火焰點燃后的燃燒性能。（2）閃點和燃點的測定實驗：掌握用克利夫蘭開口杯測定閃點的方法;掌握使用開口閃點和燃點測試儀測定閃點的操作步驟及方法;測量不同燃料及油類的閃點，加深理解閃點概念，了解在使用、儲存、運輸油類燃料時避免發(fā)生閃燃的方法。（3）粉塵濃度測定與分析實驗：掌握粉塵測定儀的原理、結(jié)構(gòu)、使用方法及操作步驟;掌握利用濾膜重量法測定粉塵濃度的原理與方法;進行實際操作，測定粉塵濃度并進行計算與分析。（4）粉塵層最低著火溫度的測定實驗：掌握粉塵層最低著火溫度的測定方法;掌握判別粉塵是否已經(jīng)著火及確定其最低著火溫度的方法;鞏固和加深對粉塵危險特性的學(xué)習(xí)和理解。（5）Hartmann管式粉塵爆炸實驗：掌握Hartmann管式粉塵爆炸測試儀的原理、結(jié)構(gòu)、使用方法及操作步驟;了解粉塵爆炸過程、粉塵爆炸影響因素;理解掌握粉塵爆炸理論。（6）20升球型爆炸測試實驗：掌握用20升球形爆炸測試系統(tǒng);深刻理解燃燒與爆炸的原理與過程[4]。

2.專業(yè)實驗。（1）磁粉探傷實驗：了解無損檢測（磁粉探傷檢測）的基本原理;掌握磁粉檢測的方法、檢測步驟。（2）超聲波探傷實驗：了解超聲波探傷的基本原理;掌握超聲波探傷儀、探頭和標準試塊的作用;掌握超聲波檢測儀的使用方法、檢測步驟;掌握操作使用垂直探頭和斜探頭探測試件內(nèi)部缺陷的方法。（3）機械振動破壞實驗：掌握機械振動破壞實驗系統(tǒng)的工作原理、使用方法及操作步驟;了解激振器、加速度傳感器、電荷放大器的工作原理;掌握激振和測振設(shè)備的操作和使用方法;掌握通過測電壓值求被測物體加速度的計算方法。（4）高低溫交變濕熱實驗：掌握步入高低溫老化檢測儀的使用方法;了解高低溫交變濕熱實驗方法。（5）塑料/橡膠拉伸性能測試實驗：掌握拉伸強度的測試原理和測試方法，掌握多功能電子拉力機的工作原理和使用方法;掌握測試塑料/橡膠的應(yīng)力-應(yīng)變曲線的操作步驟;掌握通過應(yīng)力-應(yīng)變曲線評價塑料/橡膠的初始模量、拉伸強度、斷裂伸長率等力學(xué)性能參數(shù);了解塑料/橡膠拉伸性能測試結(jié)果的影響因素;熟悉塑料/橡膠拉伸性能測試標準條件。（6）懸臂梁沖擊試驗：熟悉材料沖擊性能測試的方法、操作及實驗結(jié)果的處理;了解影響沖擊試驗的因素有哪些;了解測試條件對測試結(jié)果的影響。

3.軟件模擬。（1）FDS基礎(chǔ)及應(yīng)用：了解FDS軟件的適應(yīng)范圍;熟練應(yīng)用FDS軟件;根據(jù)不同場景進行室內(nèi)火災(zāi)模擬。（2）Fluent基礎(chǔ)及應(yīng)用：掌握Fluent軟件的建模過程;熟練應(yīng)用Fluent軟件;根據(jù)不同場景進行管道內(nèi)流體流動模擬。（3）AnyLogic建模與仿真：掌握AnyLogic軟件的建模過程;熟練應(yīng)用AnyLogic軟件;根據(jù)不同場景進行地鐵煙霧模擬。

4.創(chuàng)新實驗。在前期實驗教學(xué)的基礎(chǔ)上，由教師和學(xué)生共同探討安全專業(yè)相關(guān)重點和熱點內(nèi)容，綜合應(yīng)用基礎(chǔ)知識、專業(yè)實驗，確立實驗內(nèi)容，對學(xué)生進行分組，由學(xué)生自己討論設(shè)計實驗方案，在教師的指導(dǎo)下完成綜合實驗內(nèi)容[5]。

實驗內(nèi)容由基礎(chǔ)到綜合，由簡單到復(fù)雜，由驗證到創(chuàng)新，構(gòu)建了“四位一體”實驗課程內(nèi)容體系。

（二）改革實驗教學(xué)模式

在重視學(xué)生基本技能訓(xùn)練的基礎(chǔ)上，加強創(chuàng)新實驗的內(nèi)容，提高專業(yè)實驗和計算機模擬實驗的能力，引導(dǎo)優(yōu)秀本科生參與實際課題的研究，在專業(yè)教師的指導(dǎo)下，依托教師的項目，組成實驗小組，開展實驗;為學(xué)生提供信息、資料，積極參與實驗的每一個環(huán)節(jié)，讓學(xué)生能夠從實際操作演練的環(huán)境中，獲得理論聯(lián)系實際的機會，增強對專業(yè)知識的理解，提高專業(yè)實踐創(chuàng)新能力[6]。

（三）實施創(chuàng)新性實驗教學(xué)

在“研究方法訓(xùn)練”實驗教學(xué)過程中實施創(chuàng)新性實驗，由學(xué)生結(jié)合典型案例自主選題，經(jīng)過師生共同研討，提煉出最終的實驗內(nèi)容，確定實驗方案。由學(xué)生自主設(shè)計實驗方法，選擇實驗裝置，設(shè)計實驗步驟及制定計劃進度等，在實驗教師或?qū)I(yè)教師的指導(dǎo)下進行實驗，自行獲取實驗數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行深度處理分析[7]。通過實施創(chuàng)新性實驗教學(xué)，充分發(fā)揮學(xué)生的自主學(xué)習(xí)主動性，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、創(chuàng)新能力、研究分析解決問題的能力、動手操作能力、交流協(xié)作能力。

（四）建立成績考核體系

以往的實驗課成績考核時，僅僅基于學(xué)生的最終實驗報告來評判。本實驗課改革了實驗考核方式，建立了新的成績考核體系。新的成績考核體系除了考勤及實驗報告的評判外，還將實驗過程中學(xué)生的主觀能動性、自身能力的培養(yǎng)情況、自主創(chuàng)新能力的綜合表現(xiàn)等納入考核體系中，加強學(xué)生動手操作能力、探索創(chuàng)新能力、綜合分析能力的成績考核，編制了“研究方法訓(xùn)練”成績考核表。

二、課程內(nèi)容的先進性與創(chuàng)新性

（一）建立了“四位一體”的實驗課程體系

通過“研究方法訓(xùn)練”課程的創(chuàng)新與實踐，建立了“四位一體”的實驗課程體系。將實驗課程內(nèi)容分為基礎(chǔ)實驗、專業(yè)實驗、軟件模擬和創(chuàng)新實驗四個梯度：通過基礎(chǔ)實驗、專業(yè)實驗讓學(xué)生理解實驗原理、熟悉儀器操作、掌握實驗方法;軟件模擬開設(shè)了模擬軟件學(xué)習(xí)的實驗平臺，豐富了學(xué)生解決問題的方法;創(chuàng)新實驗重視自身思考問題的能力，為學(xué)生提供了學(xué)科融合、知識面廣、探索設(shè)計及自主開發(fā)的實驗平臺，鼓勵學(xué)生發(fā)散性思維及自主創(chuàng)新能力的發(fā)揮。

構(gòu)建的“四位一體”實驗課程體系，形成了安全工程專業(yè)實驗教學(xué)的特色，激發(fā)了學(xué)生對本專業(yè)知識的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生動手實踐解決問題的能力，也豐富了實驗教學(xué)的教學(xué)內(nèi)容與方式。

（二）改革了傳統(tǒng)教學(xué)模式

通過“研究方法訓(xùn)練”課程的創(chuàng)新與實踐，對傳統(tǒng)實驗課的教學(xué)模式進行了改革。教學(xué)過程中，由過去的以驗證性實驗和演示性實驗為主的教學(xué)模式，向創(chuàng)新性實驗為主的教學(xué)模式轉(zhuǎn)變[8]。創(chuàng)新性實驗平臺需要學(xué)生獨立設(shè)計實驗，綜合運用多種研究方法，加強實際聯(lián)系，在教師的指導(dǎo)下完成創(chuàng)新實驗，讓學(xué)生能夠從實際操作演練的環(huán)境中，獲得理論聯(lián)系實際的機會，提高了學(xué)生的創(chuàng)新思維，鍛煉了學(xué)生的動手實踐能力。

（三）創(chuàng)新了實驗教法與學(xué)法

通過“研究方法訓(xùn)練”課程的創(chuàng)新與實踐，創(chuàng)新了實驗教學(xué)的教法與學(xué)法。建立“四位一體”的實驗課程體系，根據(jù)基礎(chǔ)實驗、專業(yè)實驗、軟件模擬和創(chuàng)新實驗四個梯度設(shè)計實驗教學(xué)內(nèi)容，采用不同的實驗教學(xué)方法，建立了“你問我答、你講我聽”的啟發(fā)式教學(xué)模式，運用啟發(fā)式教學(xué)，能夠調(diào)動學(xué)生的主觀能動性;同時，有選擇地運用探究式教學(xué)、討論式教學(xué)、發(fā)現(xiàn)式教學(xué)、案例教學(xué)、問題式教學(xué)、合作教學(xué)、情境式教學(xué)等多種不同的教學(xué)方法。學(xué)生的學(xué)習(xí)方法也從以往的觀摩式、重復(fù)操作式的單調(diào)中解脫出來，根據(jù)自己對本專業(yè)的學(xué)習(xí)興趣主動去探究問題、思考解決方式、設(shè)計解決方案，以及與老師和同學(xué)交流自己的實驗想法、學(xué)會如何申請自擬創(chuàng)新實驗、通過自擬創(chuàng)新實驗驗證專業(yè)知識等一系列的問題，通過學(xué)習(xí)方法的改變，大大提高學(xué)生對實驗課的學(xué)習(xí)興趣，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動性，充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力。

（四）評價了學(xué)生的參與狀態(tài)與創(chuàng)新意識

通過“研究方法訓(xùn)練”課程的創(chuàng)新與實踐，建立成績考核體系，評價了學(xué)生的參與狀態(tài)與創(chuàng)新意識。成績的考核更加注重學(xué)生是否積極主動地投入實驗;在實驗過程中是否具有自我探索、師生交流與同學(xué)合作的意識[9]。通過實驗，記錄學(xué)生是否能夠自主依據(jù)專業(yè)知識探索創(chuàng)新實驗，是否能夠發(fā)現(xiàn)實驗過程中的疑難問題，并通過自主學(xué)習(xí)交流提出解決問題的辦法，是否能夠具有靈活多樣、新穎獨特的探討解決問題的策略，以此為依據(jù)評價學(xué)生的創(chuàng)新意識。

三、課程應(yīng)用情況

（一）實施效果及評價

安全工程“研究方法訓(xùn)練”課程創(chuàng)新與實踐開展實施以來，完成了2018—2019、2019—2020兩個學(xué)年的教學(xué)過程。在實驗教學(xué)時，提倡學(xué)生主動參與、探索發(fā)現(xiàn)、溝通交流，鼓勵學(xué)生利用文獻資料、計算機軟件等提高自身綜合運用本專業(yè)知識解決實際問題的能力，注重培養(yǎng)學(xué)生的注意力、理解力、記憶力、推理力、觀察力等初級思維能力的同時，還注重學(xué)生創(chuàng)新思維、洞察思維、內(nèi)省思維、創(chuàng)造思維等高級思維能力的培養(yǎng)[10]。通過開展創(chuàng)新性實驗，學(xué)生自主能力得到提高，了解了科學(xué)研究的過程，從發(fā)現(xiàn)問題開始，逐步搜集資料，分析問題并解決問題，提出有創(chuàng)新性的思路，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，全面提高了學(xué)生的合作交流能力、綜合創(chuàng)新能力、科研素質(zhì)等[11]。

“研究方法訓(xùn)練”課程創(chuàng)新與實踐，促進了安全工程本科生開展科技創(chuàng)新項目的積極性，提高了學(xué)生的動手能力和綜合素質(zhì)。近幾年來，學(xué)生積極參加大學(xué)生科技創(chuàng)新計劃（SRTP），參加了全國安全科學(xué)與工程大學(xué)生實踐與創(chuàng)新作品大賽、全國大學(xué)生“挑戰(zhàn)杯”課外學(xué)術(shù)科技作品競賽、全國高等學(xué)校安全工程學(xué)生實踐作品大賽、高校環(huán)?？萍紕?chuàng)意設(shè)計大賽、全國高等學(xué)校建筑材料研究生論壇、節(jié)能減排社會實踐與科技創(chuàng)新競賽、北京市大學(xué)生建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽等科技創(chuàng)新實踐活動，共獲得國賽一等獎4項、二等獎3項、三等獎3項，全面推動了安全專業(yè)大學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

（二）推廣應(yīng)用前景

通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的實驗教學(xué)均存在以下弊端：實驗課程所占課時比例小，無法讓學(xué)生完全投入實驗中，只是初步熟悉實驗器材的操作，對實驗原理等并不能完全掌握;實驗教學(xué)模式單一，學(xué)生以模仿為主，驗證性和演示性的實驗過多，缺乏學(xué)科交叉、知識面廣、探索性強、具有開發(fā)性的實驗;成績評定方法局限性大，成績考核只以最終實驗報告為依據(jù)，沒有考慮到實驗中學(xué)生相關(guān)能力的培養(yǎng)情況，限制了學(xué)生發(fā)散思維、創(chuàng)新能力的提高與培養(yǎng)[12]。安全工程專業(yè)“研究方法訓(xùn)練”課程創(chuàng)新與實踐，有效地改革了傳統(tǒng)實驗教學(xué)中存在的問題，為實驗教學(xué)提出了新的思路與模式，在應(yīng)用與工程類相關(guān)專業(yè)實驗教學(xué)的改革過程中，具有極大的推廣應(yīng)用前景。

結(jié)語

本文對“研究方法訓(xùn)練”進行創(chuàng)新，設(shè)置了基礎(chǔ)實驗、專業(yè)實驗、軟件模擬和創(chuàng)新實驗四個梯度來完善實驗課程內(nèi)容，構(gòu)建了“四位一體”的實驗課程體系，形成了安全工程專業(yè)實驗教學(xué)的特色。通過改革實驗教學(xué)模式，創(chuàng)新實驗教法與學(xué)法，開展創(chuàng)新性實驗教學(xué)，建立完整的成績考核體系來更好地提高學(xué)生的動手實踐能力，提高了學(xué)生的創(chuàng)新思維，在專業(yè)實驗教學(xué)方面具有極大的應(yīng)用前景。

參考文獻

[1]徐鋒，張國華，朱麗華.安全工程專業(yè)本科人才培養(yǎng)中存在的問題探討[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報（社會科學(xué)版），2010（16）：159-161.

[2]蔣復(fù)量，李向陽，譚凱旋，等.專業(yè)認證背景下的安全工程專業(yè)特色教育研究與實踐[J].中國安全科學(xué)學(xué)報，2010（1）：12-18.

[3]周福寶，李增華，王德明，等.安全工程本科專業(yè)建設(shè)與發(fā)展的新模式[J].煤炭高等教育，2009（2）：104-106.

[4]王志榮，蔣軍成.安全工程專業(yè)實驗教學(xué)體系的研究與探索[J].實驗技術(shù)與管理，2007（1）：110-114.

[5]張景鋼，張桂英.安全工程特色專業(yè)建設(shè)研究[J].中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2011（2）：151-155.

[6]劉敦文，楊光.安全工程專業(yè)實驗課研究性教學(xué)與創(chuàng)新型人才培養(yǎng)[J].中國安全科學(xué)學(xué)報，2010（5）：157-161.

[7]盧艷軍.大學(xué)生創(chuàng)新實驗室運行管理模式的研究[J].實驗技術(shù)與管理，2014，31（12）：17-19+27.

[8]元澤懷，陳英俊，李廷洪.大學(xué)生電子科技創(chuàng)新實踐中心的建設(shè)與運行機制探索[J].實驗技術(shù)與管理，2011（3）：120-122.

[9]蔡鷹，李思東，吳湛霞，等.高校驗證性實驗教學(xué)質(zhì)量的控制[J].實驗技術(shù)與管理，2016（8）：14-17.

[10]葉唐進，羅超.目標探索式實驗教學(xué)對工科學(xué)生自學(xué)能力培養(yǎng)[J].實驗技術(shù)與管理，2016（10）：30-33.

[11]尹仕，肖看，劉志強.大學(xué)生科技創(chuàng)新基地育人模式的探索[J].實驗技術(shù)與管理，2008（4）：28-31.

[12]蔣復(fù)量，李向陽，譚凱旋，等.專業(yè)認證背景下的安全工程專業(yè)特色教育研究與實踐[J].中國安全科學(xué)學(xué)報，2010（1）：12-18.

Innovation and Practice of “Research Method Training” in the Major of Safety Engineering

YANG Yi-fu， GAO Yu-kun， OU Sheng-nan

（School of Civil and Resource Engineering， Beijing Key Laboratory of Urban Underground Space Engineering， University of Science and Technology Beijing， Beijing 100083， China）

Abstract： Safety engineering covers a wide range of disciplinary system， which is a strongly comprehensive and practical cross-science. In order to cultivate students’ practical ability， innovation ability and the thought of scientific research， the teaching content of Research Method Training should be innovated. Through the establishment of a four-in-one experimental curriculum system， including basic experiments， professional experiments， software simulation and innovative experiments， we have reformed the traditional teaching mode， innovated the experimental teaching method， and evaluated the students’ participation and innovative consciousness. Combined with the application of safety engineering major in University of Science and Technology Beijing， we adopt the four-in-one experimental teaching method， which can promote the cultivation of students’ practical ability and innovative ability and also has a good application prospect.

Key words： Research Method Training; safety engineering; innovative experiment; experiment teaching