實驗教學(xué)在“防火與防爆工程”課程中的實踐與思考

張術(shù)琳講師 嚴 翔 魯 義教授 施式亮教授 李 賀副教授

(湖南科技大學(xué) 資源環(huán)境與安全工程學(xué)院，湖南 湘潭 411201)

0 引言

課堂理論教學(xué)和實驗教學(xué)是理工科專業(yè)教學(xué)過程中的2大重要模塊。課堂理論教學(xué)主要以教師課堂講授理論知識的教學(xué)方式為主；實驗教學(xué)則是將理論知識和實踐活動結(jié)合起來的一種教學(xué)方式，在教學(xué)中學(xué)生是主體，進行實驗操作，教師的作用是引導(dǎo)和監(jiān)督。它更具實踐性、綜合性、創(chuàng)新性等特點[1]。相比課堂理論教學(xué)，實驗教學(xué)更能調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，鍛煉學(xué)生的實際操作能力，是培養(yǎng)學(xué)生成為綜合創(chuàng)新型人才的一種有效方式。

“防火與防爆工程”是湖南科技大學(xué)安全工程專業(yè)的一門專業(yè)必修課。該課程內(nèi)容多、理論性強、學(xué)習(xí)難度大，在傳統(tǒng)的老師授課學(xué)生聽講的教學(xué)模式下，學(xué)生難以理解并掌握課程中理論性較強的知識點，導(dǎo)致教學(xué)效果不理想。在現(xiàn)有的實驗教學(xué)中，由于學(xué)生多教師少，實驗教學(xué)中的細節(jié)步驟分散而難以監(jiān)控，出現(xiàn)了教師在教學(xué)過程中難以有效管理和引導(dǎo)的問題；同時，實驗教學(xué)缺乏對學(xué)生學(xué)習(xí)競技性的訓(xùn)練，沒有充分調(diào)動起學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情并激發(fā)科研創(chuàng)新能力。為提高教學(xué)效果，一些學(xué)者將實驗教學(xué)融入課程中。例如，2018年，左秋玲等[2]對“防火防爆”課程進行改革，將演示實驗教學(xué)帶入課堂，通過對燃燒理論和爆炸理論2個方面的課堂演示實驗進行具體分析，驗證了該教學(xué)方式的可行性，有效解決傳統(tǒng)課堂講授中存在的問題；2020年，季淮君等[3]對“防火防爆工程學(xué)”的實驗教學(xué)構(gòu)建“基礎(chǔ)理論—防治原理與技術(shù)—易燃易爆場所防控”的課程體系，將現(xiàn)代教學(xué)實驗平臺和課堂理論教學(xué)內(nèi)容結(jié)合，提出多樣化實驗體系。

因此，筆者結(jié)合自身教學(xué)實踐經(jīng)歷和學(xué)校安全工程專業(yè)立足“生產(chǎn)安全，服務(wù)經(jīng)濟建設(shè)，兼顧應(yīng)急救援”的定位，論述實驗教學(xué)的可行性、實施方法、教學(xué)效果，并對該課程教學(xué)方式進行總結(jié)反思，以期提高今后安全工程專業(yè)必修課的教學(xué)質(zhì)量。

1 實驗教學(xué)的可行性

(1)實踐性強，與課堂聯(lián)系緊密?！胺阑鹋c防爆工程”作為一門實踐性極強的安全工程專業(yè)必修課，涉及物理學(xué)、化學(xué)、燃燒與爆炸學(xué)等多個學(xué)科領(lǐng)域的知識，是一門綜合交叉性學(xué)科[4]。由于該課程涉及內(nèi)容較多，理論教學(xué)方式無法讓學(xué)生完全理解掌握課堂知識，因此可以結(jié)合實驗教學(xué)的方式，引導(dǎo)學(xué)生在實驗中進行思索、探究，有利于理解書本上理論性較強的知識。同時，采用實驗教學(xué)與理論課程穿插進行教學(xué)的方法，可使學(xué)生有一定理論知識支撐后再進行實驗教學(xué)，有利于學(xué)生將所學(xué)知識應(yīng)用到實踐中，達到知行合一的效果。

(2)與傳統(tǒng)課堂教學(xué)方法優(yōu)勢互補，增強互動性。課堂理論教學(xué)和實驗教學(xué)是教學(xué)過程中的2大重要模塊[5]。然而傳統(tǒng)的課堂理論教學(xué)方式比較抽象且枯燥，學(xué)生對于一些理論性較強的知識點難以理解。因此，實驗教學(xué)與課堂理論教學(xué)相互結(jié)合，教師先在理論課堂上講解實驗課程的具體內(nèi)容、重要知識點，帶領(lǐng)學(xué)生觀看實驗操作視頻，然后提出一些實驗中的問題，增強師生互動；學(xué)生通過實驗來驗證課堂上的相關(guān)原理和現(xiàn)象，能更好地幫助學(xué)生理解防火與防爆課程中的相關(guān)原理并且鞏固課堂上講解的知識點，達到優(yōu)勢互補、增強師生互動性的效果，實現(xiàn)實踐與理論相結(jié)合。

(3)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)輔助教學(xué)，實驗教學(xué)更易實施。近年來，全國各高校陸續(xù)推進國家級虛擬仿真實驗教學(xué)示范中心建設(shè)，目前被認定的理工科國家虛擬仿真實驗教學(xué)課程共享平臺有366個，許多高校已開展多項虛擬仿真實驗平臺教學(xué)工作。因此，依托虛擬仿真技術(shù)的“網(wǎng)上實驗”“虛擬實驗”為學(xué)校實驗教學(xué)開辟了新途徑[6]。教師可以在實驗前讓學(xué)生觀看各種火災(zāi)爆炸事故的視頻以及實驗時發(fā)生的事故，了解火災(zāi)爆炸事故的危害，進一步提高實驗安全警惕性，以此讓學(xué)生認真對待實驗過程；教師也可以先在課前進行預(yù)實驗，將實驗操作過程及結(jié)果錄制成視頻，在課堂上播放，讓學(xué)生了解實驗過程；如果學(xué)生對實驗有疑問，課后可以借助虛擬仿真實驗平臺進行仿真實驗。學(xué)生能夠觀察到更為精準(zhǔn)明顯的實驗現(xiàn)象，達到節(jié)約時間目的的同時還提高了實驗效率，使得實驗教學(xué)更易實施。

2 實驗教學(xué)的實施

“防火與防爆工程”課程內(nèi)容主要講授防火與防爆工程的基本原理，以及危險化學(xué)物品的燃爆特性、防火與防爆的技術(shù)措施、主要危險場所的防火與防爆[7]。該課程教學(xué)目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生對火災(zāi)和爆炸事故的應(yīng)急反應(yīng)能力、危化品危險性分析能力、突發(fā)事件應(yīng)對能力[8]。在實驗教學(xué)中，通過不同的實驗，將教材中的重點內(nèi)容聯(lián)系在一起，引導(dǎo)學(xué)生積極主動參加實踐，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。本課程實驗教學(xué)的實施包括明確實驗教學(xué)目標(biāo)、課程組織形式、教學(xué)手段、評價模式，如圖1。

圖1 防火與防爆工程實驗教學(xué)實施結(jié)構(gòu)圖Fig.1 The implementation structure diagram of the experimental teaching for fire and explosion protection engineering

2.1 實驗教學(xué)目標(biāo)

教師根據(jù)課堂理論教學(xué)任務(wù)，確定教學(xué)中的重點和難點，選擇恰當(dāng)?shù)墓?jié)點安排實驗教學(xué)，并引導(dǎo)學(xué)生積極參加實驗。表 1中列出本課程部分實驗教學(xué)內(nèi)容，如防火基本原理部分，其教學(xué)目標(biāo)是讓學(xué)生了解燃燒的學(xué)說和理論；熟悉燃燒的條件、火災(zāi)的分類；掌握燃燒的類型、物質(zhì)的燃燒歷程、燃燒產(chǎn)物以及防火技術(shù)的基本理論和原則。涵蓋的主要知識點有燃點、燃燒3要素、燃燒類型、熱值、燃燒溫度、可燃物的燃燒特性等內(nèi)容。通過安排燃點測試實驗，能讓學(xué)生更好的理解燃燒3要素、燃點現(xiàn)象、燃燒產(chǎn)物等重要知識點。

表1 防火與防爆課程部分實驗教學(xué)內(nèi)容Tab.1 The partial experimental teaching content of fire and explosion prevention engineering

2.2 實驗教學(xué)課程組織形式

實驗教學(xué)課程組織形式一般有2種：一種是同一學(xué)科的實驗課與理論課單獨設(shè)置，分成2門獨立的課程；另一種是實驗課與理論課合并為一門課，實驗作為整個課程內(nèi)容的一部分[9]。獨立設(shè)置實驗部分，能確保實驗教學(xué)有充分的學(xué)時，使學(xué)生有足夠的時間進行實驗與練習(xí)。實驗和課堂理論教學(xué)合并，可以使理論和實踐相結(jié)合，使學(xué)生更好地掌握重要的知識，從而提高教學(xué)效果。湖南科技大學(xué)安全工程專業(yè)每屆4個班級，共120名學(xué)生，每個班分組進行實驗，采用實驗課與理論課合并的形式，學(xué)校防火與防爆工程理論部分分配32學(xué)時，實驗部分分配8學(xué)時。8個學(xué)時中開展4次實驗課，分別是閃點測定、燃點測定、氧指數(shù)測定及滅火器的使用方法，每個實驗2個學(xué)時，課堂理論教學(xué)與實驗教學(xué)交叉進行，選擇恰當(dāng)?shù)墓?jié)點安排實驗教學(xué)，更好地將教學(xué)中的理論知識與實踐結(jié)合。

2.3 實驗教學(xué)手段

傳統(tǒng)的實驗教學(xué)手段比較單一，一般是教師先在課堂上對實驗進行簡單講解，然后學(xué)生根據(jù)實驗步驟進行實驗，記錄實驗數(shù)據(jù)并進行數(shù)據(jù)分析，最后完成實驗報告。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)已成為高校實驗教學(xué)新方法。筆者將視頻展示、超星學(xué)習(xí)通等輔助教學(xué)手段融入實驗教學(xué)中。學(xué)生在課前可以觀看實驗錄像演示、查閱相關(guān)資料進行網(wǎng)上預(yù)習(xí)；課后利用超星學(xué)習(xí)通進行復(fù)習(xí)、完成課后作業(yè)、依據(jù)報告模板規(guī)范撰寫實驗報告。通過教學(xué)錄像和課前預(yù)習(xí)，使學(xué)生對實驗有更充分的了解；超星學(xué)習(xí)通的使用能讓學(xué)生在課后復(fù)習(xí)鞏固實驗及理論知識，能有效地提高教學(xué)效果。

2.4 實驗教學(xué)評價

完善的教學(xué)評價是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的有效措施和保障機制[10]。教學(xué)評價不能只關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)成績，更應(yīng)該注重學(xué)生綜合素質(zhì)的全面發(fā)展。實驗教學(xué)考核主要有預(yù)習(xí)任務(wù)書檢查、實驗技能考察、實驗報告評價3個部分，并在期末考試試卷中加入實驗知識、實驗技能測試題，對學(xué)生的實驗知識、實驗操作程度進行全面、客觀、準(zhǔn)確地評估，促進學(xué)生全面發(fā)展。

3 實驗教學(xué)效果

(1)調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。實驗教學(xué)使得教學(xué)內(nèi)容生動形象，學(xué)生對知識有更深的理解，課堂氛圍變得更活躍，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性得到提升[11]。通過觀察，發(fā)現(xiàn)學(xué)生在課堂上提問較以往更多，與老師的互動更加頻繁，學(xué)生的參與程度更高，實驗課的表現(xiàn)更加積極，不同以往學(xué)生上課低頭玩手機，現(xiàn)在充分地調(diào)動起學(xué)生的積極性，學(xué)生積極地思考問題，認真對待每個實驗，還有一部分同學(xué)表示非常期待上“防火與防爆工程”的實驗課，學(xué)生對課程的學(xué)習(xí)興趣明顯提高。

(2)提高學(xué)生實踐操作[12]能力。在實驗教學(xué)過程中，要求學(xué)生更加注重實驗的安全要求、實驗操作是否規(guī)范、實驗器材及設(shè)備是否按規(guī)程擺放、實驗過程是否嚴格按照實驗步驟、是否能明確自己的實驗任務(wù)等。使學(xué)生初步形成規(guī)范的操作技術(shù)和良好的操作習(xí)慣，并且動手實踐能力得到鍛煉。學(xué)生開始積極投身于實踐和創(chuàng)新中，并且取得較好的成果，如在湖南科技大學(xué)實踐技能操作大賽中本專業(yè)學(xué)生獲得二等獎；學(xué)生積極參加社會實踐，并獲得瀏陽市“燕歸巢返家鄉(xiāng)”大學(xué)生暑期社會實踐活動“十佳見習(xí)生”榮譽稱號。

(3)培養(yǎng)學(xué)生科研創(chuàng)新意識。本專業(yè)學(xué)生經(jīng)實驗教學(xué)后積極參加創(chuàng)新競賽，例如，本專業(yè)學(xué)生研制的“光學(xué)一體雙模式智能甲烷檢測儀”，在第八屆“挑戰(zhàn)杯”湖南省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽中獲得特等獎；學(xué)生以湖南科技大學(xué)第五教學(xué)樓為例進行的火災(zāi)應(yīng)急疏散模擬研究，在第三屆全國安全科學(xué)與工程大學(xué)生實踐與創(chuàng)新作品大賽中獲得一等獎；學(xué)生開展的火災(zāi)主動甄別與救援決策系統(tǒng)研發(fā)與應(yīng)用，在第七屆“挑戰(zhàn)杯”湖南科技大學(xué)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽中獲得三等獎。同時，本專業(yè)學(xué)生主持的多項校級科研訓(xùn)練項目獲得立項，學(xué)生的科研創(chuàng)新意識得到顯著提升。

(4)促進師生交流互動。教與學(xué)是不可分割的統(tǒng)一體，教學(xué)的本質(zhì)是交流和互動[11]。實驗教學(xué)中師生之間角色發(fā)生轉(zhuǎn)變，學(xué)生由聽課變?yōu)檎n堂主導(dǎo)，教師由講授變?yōu)閰f(xié)助監(jiān)督，增強了學(xué)生上課的參與感，極大的改善了學(xué)生對待學(xué)習(xí)的態(tài)度，讓師生間的聯(lián)系更加緊密，課后學(xué)生也會主動和老師交流、溝通，師生交流更加順暢，學(xué)習(xí)過程更加愉快，同時，取得較滿意的教學(xué)效果。

4 實驗教學(xué)思考

“防火與防爆工程”作為安全工程專業(yè)的必修課程，對學(xué)生正確認識自己的研究方向、研究領(lǐng)域具有重要的指導(dǎo)意義，能增強學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和自信心。筆者結(jié)合近年教學(xué)經(jīng)歷以及相關(guān)的探索和實踐，對實驗教學(xué)在“防火與防爆工程”課程中的應(yīng)用進行總結(jié)思考，獲得如下收獲。

(1)由于該課程開設(shè)在學(xué)生大三階段，學(xué)生面臨實習(xí)等多方面壓力，對開設(shè)的實驗教學(xué)目的認識明顯不足。對實驗教學(xué)的學(xué)習(xí)抱有應(yīng)付了事的心態(tài)，這樣很大程度上限制了實驗教學(xué)的作用。

(2)部分學(xué)生學(xué)習(xí)主動性較差，可以在教學(xué)內(nèi)容上增加一些近期的火災(zāi)爆炸事故案例，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。進一步增強與學(xué)生的課堂互動，通過課堂測試和課堂討論，提高學(xué)生的邏輯思維能力。

(3)由于近年疫情形勢，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)得到飛速發(fā)展。為滿足學(xué)生課余時間自主學(xué)習(xí)的需要，可以建設(shè)防火與防爆課程的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺及虛擬仿真實驗平臺。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺提供實驗內(nèi)容、國內(nèi)外文獻、課后作業(yè)等資源，學(xué)生可以進行網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗，對實驗進行創(chuàng)新，并總結(jié)討論實驗結(jié)果[13]；虛擬仿真實驗平臺可以實現(xiàn)虛擬仿真與實驗操作相結(jié)合，虛實融合能夠有效解決部分實驗條件的局限性[14]。

5 結(jié)論

實驗教學(xué)作為“防火與防爆工程”課程的重要教學(xué)方式，提高實驗教學(xué)的教學(xué)質(zhì)量對提高學(xué)生實踐及創(chuàng)新能力具有重要意義。筆者通過對實驗教學(xué)可行性、課程實施、教學(xué)效果等方面進行總結(jié)反思，獲得如下結(jié)論。

(1)“防火與防爆工程”課程與工程實際緊密聯(lián)系，實驗教學(xué)實踐性強，能夠彌補傳統(tǒng)課堂理論教學(xué)中學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不足、重點知識難以理解等不足，達到優(yōu)勢互補的效果。

(2) 實驗教學(xué)借助不同的實驗教學(xué)內(nèi)容，將教材中的知識點與實驗聯(lián)系在一起，使教材中的重點、難點知識更易被理解，引導(dǎo)學(xué)生積極主動參加實踐，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量。

(3) 實驗教學(xué)過程中師生間的交流、互動變得頻繁，學(xué)生課堂參與感得到增強，亦可調(diào)動起學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性；將網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺融入實驗教學(xué)中，形成一個內(nèi)容豐富、實用性強的多元化實驗教學(xué)模式，可提高實驗效率，并有效解決部分實驗局限性。

實驗教學(xué)能夠更好地幫助學(xué)生理解課堂重點知識，鍛煉學(xué)生分析、解決實際問題的能力，達到學(xué)校培養(yǎng)綜合型安全技術(shù)人才的目的，在今后的教學(xué)工作中值得繼續(xù)完善、推廣。