新工科背景下“安全工程專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)”課程教學(xué)模式探索

徐吉釗，翟 成，林柏泉

（中國(guó)礦業(yè)大學(xué)安全工程學(xué)院 江蘇 徐州 221116）

繼2017 年教育部啟動(dòng)新工科建設(shè)工程以來(lái)，以復(fù)旦共識(shí)、天大行動(dòng)和北京指南組成的工程教育“三部曲”正式形成，開(kāi)拓了工程教育改革的新路徑。發(fā)展“雙一流”本科高等教育水平是保證國(guó)家產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、提高國(guó)家產(chǎn)業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的重要體現(xiàn)。對(duì)于工科而言，實(shí)踐是工程創(chuàng)新的基礎(chǔ)，實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置是轉(zhuǎn)專(zhuān)業(yè)知識(shí)為實(shí)踐、提升學(xué)生專(zhuān)業(yè)創(chuàng)新素養(yǎng)的基本途徑。我國(guó)國(guó)情和新工科專(zhuān)業(yè)發(fā)展都對(duì)人才培養(yǎng)提出了更高層次的要求，特別是在實(shí)踐能力、創(chuàng)新意識(shí)、社會(huì)責(zé)任及領(lǐng)導(dǎo)能力方面，仍需緊隨行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，適應(yīng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度，滿足市場(chǎng)實(shí)際需求。與理論課程不同，實(shí)驗(yàn)課程要求知識(shí)傳授與動(dòng)手操作同課堂進(jìn)行，有針對(duì)性地鍛煉學(xué)生的工程設(shè)計(jì)思維和科學(xué)批判思維。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課堂多將實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目固定在一個(gè)特定的框架內(nèi)，包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理和相關(guān)的實(shí)驗(yàn)步驟等程序化內(nèi)容，極大程度地阻礙了學(xué)生能力培養(yǎng)和工程素質(zhì)的提高，同時(shí)也限制了教師在課堂教學(xué)過(guò)程中的引領(lǐng)作用。探明現(xiàn)有專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)模式存在的弊端及原因，積極采取措施響應(yīng)“新工科”教學(xué)理念，是解決實(shí)驗(yàn)課程中可能存在的“雞肋”問(wèn)題、提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的重要舉措。

1 直擊問(wèn)題，了解專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)“雞肋”弊端

中國(guó)礦業(yè)大學(xué)安全工程專(zhuān)業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程基本是面向煤礦生產(chǎn)過(guò)程中存在的安全問(wèn)題進(jìn)行設(shè)置的。與大多數(shù)高校一樣，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)“安全工程專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)”課的設(shè)置，一方面旨在通過(guò)實(shí)際操作讓學(xué)生了解關(guān)鍵基礎(chǔ)參數(shù)的測(cè)試原理和測(cè)試步驟，熟悉參數(shù)測(cè)試的嚴(yán)謹(jǐn)性；另一方面是強(qiáng)調(diào)理論知識(shí)與動(dòng)手實(shí)踐相結(jié)合，凸顯工科專(zhuān)業(yè)的實(shí)踐性。但在專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作開(kāi)展過(guò)程中，大多沿用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，即課程一般是在專(zhuān)業(yè)教師指導(dǎo)下，利用一定的實(shí)驗(yàn)器材、材料，給學(xué)生還原煤礦安全場(chǎng)景，在講解完實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)功能之后，要求學(xué)生嚴(yán)格按照步驟和規(guī)范來(lái)操作儀器設(shè)備，獲取并分析結(jié)果，以此來(lái)驗(yàn)證理論課程的教學(xué)內(nèi)容。這種教學(xué)模式多存在“講”“做”相分離的弊端，固定的操作步驟和規(guī)范極易束縛學(xué)生的創(chuàng)新思維；部分專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)儀器可操作性和可重復(fù)性較差，致使該實(shí)驗(yàn)僅停留在視頻講解、概念闡述等階段，無(wú)法落地；受實(shí)驗(yàn)室安全要求限制，本科生未通過(guò)實(shí)驗(yàn)室安全準(zhǔn)入考試，致使其部分涉及高壓氣體實(shí)驗(yàn)無(wú)法正常開(kāi)展?，F(xiàn)有的專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式難以保證讓學(xué)生“沉浸式”實(shí)踐，更難讓其挖掘出實(shí)驗(yàn)中潛在的科學(xué)問(wèn)題，與培養(yǎng)實(shí)學(xué)創(chuàng)新型人才的宗旨相悖，不能夠滿足“新工科”對(duì)提升學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的要求。

2 溯源剖析，探明專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)“雞肋”病因

中國(guó)礦業(yè)大學(xué)安全工程實(shí)驗(yàn)中心是江蘇省省級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，也是礦業(yè)工程國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心安全分中心，具備滿足安全工程、消防工程等專(zhuān)業(yè)教學(xué)所需的實(shí)驗(yàn)條件，同時(shí)具有良好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境、完善的基礎(chǔ)設(shè)施及相應(yīng)的管理體系。在實(shí)驗(yàn)中心硬件設(shè)施齊備基礎(chǔ)上，本科生課程設(shè)置中安全專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)數(shù)量較多，但很多本科生依然覺(jué)得專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)課程不屬于專(zhuān)業(yè)主流課程，多表現(xiàn)出主觀能動(dòng)性不強(qiáng)、敷衍了事，同時(shí)多認(rèn)為專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)于“雞肋”，對(duì)課程實(shí)施的重要性認(rèn)識(shí)不足。而且安全工程專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置內(nèi)容過(guò)于陳舊、教學(xué)模式過(guò)于單一、考核機(jī)制過(guò)于簡(jiǎn)單。具體如下：

①課程設(shè)置內(nèi)容過(guò)于陳舊。“安全工程專(zhuān)業(yè)理論”課程是基于煤礦系列事故的預(yù)防基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，隨著煤礦技術(shù)裝備的進(jìn)步和煤礦領(lǐng)導(dǎo)安全意識(shí)的不斷提高，大部分潛在的安全事故能夠得到有效控制，再加上本科生普遍對(duì)煤礦行業(yè)興趣不高，現(xiàn)有的課程設(shè)置已經(jīng)無(wú)法滿足學(xué)生追求創(chuàng)新的需求。首先，專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)和專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)課程不是開(kāi)設(shè)在同一個(gè)學(xué)期內(nèi)，容易造成學(xué)生出現(xiàn)專(zhuān)業(yè)知識(shí)理解不深入、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牟幻鞔_、實(shí)驗(yàn)方法不會(huì)舉一反三等問(wèn)題；其次，現(xiàn)有專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)往往涉及煤巖基礎(chǔ)物理參數(shù)的測(cè)試、煤礦鉆孔密封等方面，多個(gè)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)相互獨(dú)立，難以讓學(xué)生從安全系統(tǒng)觀的角度去對(duì)待安全問(wèn)題，導(dǎo)致學(xué)生不知試驗(yàn)所云及其意義；再次，過(guò)于專(zhuān)業(yè)的實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置與學(xué)生對(duì)城市安全、網(wǎng)絡(luò)安全、工業(yè)安全等大安全的熱情大大脫節(jié)，導(dǎo)致學(xué)生出現(xiàn)抵觸心理，缺乏實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的深入思考和創(chuàng)新能力的有意識(shí)訓(xùn)練；最后，受儀器設(shè)備操作復(fù)雜、學(xué)生數(shù)量較多、實(shí)驗(yàn)周期較長(zhǎng)等因素的影響，大多數(shù)學(xué)生難以保證全程參與，這也造成學(xué)生的重視程度普遍不高。

②教學(xué)模式過(guò)于單一。安全工程專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)多涉及瓦斯氣源、明火等危險(xiǎn)源，學(xué)校和學(xué)院兩個(gè)層面上均考慮到實(shí)驗(yàn)室安全和學(xué)生安全等問(wèn)題，實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式基本上為“教師講解，學(xué)生聽(tīng)講”。學(xué)生在開(kāi)展專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)時(shí)并未做好前期準(zhǔn)備，基本上都是教師在課前把煤樣、實(shí)驗(yàn)器材和儀器檢查等工作準(zhǔn)備好，學(xué)生在聽(tīng)完教師的原理講解和操作注意事項(xiàng)后，通常是被動(dòng)式地開(kāi)展試驗(yàn)，例如在講解煤的堅(jiān)固性系數(shù)測(cè)試實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要學(xué)生將大塊煤樣破碎成小粒徑煤塊并進(jìn)行篩分，個(gè)別學(xué)生能夠主動(dòng)進(jìn)行動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，其他學(xué)生處于圍觀狀態(tài)，有的學(xué)生甚至不清楚煤塊的破碎方式和篩分意義；再如，在講解瓦斯放散初速度時(shí)，由于涉及抽真空、瓦斯氣體吸附等多個(gè)耗時(shí)較長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)步驟，考慮到學(xué)生人數(shù)和課時(shí)安排，通常是將學(xué)生進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)，每組學(xué)生均是機(jī)械式地按照步驟進(jìn)行操作，對(duì)于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題不會(huì)主動(dòng)尋找原因、不會(huì)思考解決方案等，常導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)不成功。這種“教”“學(xué)”模式易導(dǎo)致學(xué)生上課積極性不高，動(dòng)手能力得不到鍛煉。

③考核機(jī)制過(guò)于簡(jiǎn)單。考核是檢驗(yàn)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)課堂效果的一個(gè)重要的有效手段，考核成績(jī)可直接影響教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)。目前專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)課程的考核方式多采用簽到考勤和上交實(shí)驗(yàn)報(bào)告兩種方式來(lái)給定成績(jī)，對(duì)于課堂內(nèi)的實(shí)際過(guò)程并不重視。目前安全工程專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)課堂中部分學(xué)生并未真正動(dòng)手參與到實(shí)驗(yàn)中，而是依靠小組中其他成員完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，再或者缺勤找人代替簽到，最后采取抄襲的方式來(lái)完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告等，這些做法不僅提升不了學(xué)生的思考能力和創(chuàng)新能力，而且對(duì)教師教學(xué)水平的提高毫無(wú)益處。長(zhǎng)此以往，過(guò)于簡(jiǎn)單的考核機(jī)制、不突破提升的教師教學(xué)能力和提升受限的學(xué)生動(dòng)手能力三者之間易形成惡性循環(huán)，對(duì)于學(xué)科發(fā)展、實(shí)驗(yàn)中心評(píng)優(yōu)等方面均造成障礙。

3 多措并行，突破專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)“雞肋”困境

①理論和實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置“合理化”。現(xiàn)有專(zhuān)業(yè)理論課堂和實(shí)驗(yàn)課堂通常是相互獨(dú)立的、不設(shè)置在同一學(xué)期內(nèi)，容易導(dǎo)致學(xué)生在理論課堂上對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)難以理解，毫無(wú)體驗(yàn)感，而在實(shí)驗(yàn)課堂上因不熟悉實(shí)驗(yàn)背景和實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，常使其“磨洋工”、沒(méi)有實(shí)驗(yàn)參與的動(dòng)力。為避免此情況的發(fā)生，建議將理論課堂和實(shí)驗(yàn)課程同學(xué)期設(shè)置，在實(shí)驗(yàn)實(shí)踐中掌握理論知識(shí)，在理論課堂上提升實(shí)驗(yàn)意識(shí)，真正做到理論與實(shí)踐相結(jié)合。理論和實(shí)驗(yàn)課程的合理設(shè)置，不僅能夠在學(xué)習(xí)中提高學(xué)生的動(dòng)手能力，而且還能夠積極調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，在不同課堂上培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)和操作思維，了解每一實(shí)驗(yàn)的設(shè)置背景，爭(zhēng)取能將通識(shí)實(shí)驗(yàn)的操作原理、操作方法和分析手段融會(huì)貫通，做到以一舉三，最終使學(xué)生能夠快速適應(yīng)“新工科”高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求，成為未來(lái)全面發(fā)展、訓(xùn)練有素的工程師。

②實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)模式“多元化”。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課堂多為“教師講課、學(xué)生聽(tīng)課”的單一模式，學(xué)生的試驗(yàn)操作基本均是在教師劃定的條框內(nèi)進(jìn)行，極易禁錮學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)新性，也難以培養(yǎng)他們的動(dòng)手能力和創(chuàng)新素質(zhì)。對(duì)于一些無(wú)危險(xiǎn)性、操作簡(jiǎn)單的專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)，可以鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題主動(dòng)去分析原因，并尋找解決方案；對(duì)于一些涉及高溫、高壓氣的專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)，建議開(kāi)設(shè)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可允許學(xué)生在該平臺(tái)上進(jìn)行試錯(cuò)實(shí)驗(yàn)，在這一過(guò)程中，學(xué)生不僅能自主審查自己的設(shè)計(jì)方案，而且還會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)方法更加熟悉了解，讓學(xué)生在不斷的試錯(cuò)過(guò)程中積累經(jīng)驗(yàn)和總結(jié)創(chuàng)新，真正培養(yǎng)其工科思維。在教師的主持組織下，學(xué)生之間進(jìn)行討論分析，互相碰撞學(xué)術(shù)火花，在討論中不斷完善實(shí)驗(yàn)方案。這種線上線下混合式教學(xué)模式，能夠真正實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為中心的教學(xué)理念，轉(zhuǎn)灌輸為指導(dǎo)，符合“新工科”對(duì)學(xué)生專(zhuān)業(yè)能力培養(yǎng)的要求。

③實(shí)驗(yàn)課堂管理“動(dòng)態(tài)化”。實(shí)驗(yàn)課堂動(dòng)態(tài)管理是高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的關(guān)鍵。“新工科”時(shí)代，對(duì)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)理念、教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容提出了新的要求，這也督促高校教師對(duì)實(shí)驗(yàn)課堂進(jìn)行動(dòng)態(tài)化管理。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課堂多根據(jù)實(shí)驗(yàn)課程安排進(jìn)行開(kāi)放，定點(diǎn)開(kāi)放形式屬于靜態(tài)管理，而有限的課堂時(shí)間可能會(huì)讓學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)知僅停留在實(shí)驗(yàn)表面，其內(nèi)含機(jī)制涉及較少。實(shí)行實(shí)驗(yàn)課堂開(kāi)放式管理，不僅可兼顧到不同學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課堂的時(shí)間安排，而且能讓感興趣的同學(xué)主動(dòng)協(xié)助教師開(kāi)展科研工作，有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和求知?jiǎng)恿Γ涣硗?，?shí)行實(shí)驗(yàn)課堂動(dòng)態(tài)化管理，能夠讓學(xué)生充分安排自己的學(xué)習(xí)時(shí)間，改變實(shí)驗(yàn)課堂的傳統(tǒng)被動(dòng)式管理為現(xiàn)代主動(dòng)式管理，讓學(xué)生真正意義上喜歡上專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)，不再存在專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)為“雞肋”的認(rèn)知，不斷強(qiáng)化學(xué)生的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)，使其能夠做一個(gè)合格的“新工科”專(zhuān)業(yè)者。

④實(shí)驗(yàn)成績(jī)考核“科學(xué)化”。實(shí)驗(yàn)成績(jī)考核是衡量教師課堂水平和學(xué)生掌握程度的重要手段。不同考核手段對(duì)應(yīng)著不同的課堂效果，若實(shí)驗(yàn)課堂最終成績(jī)僅靠課前簽到和課后實(shí)驗(yàn)報(bào)告來(lái)進(jìn)行考核的話，可能會(huì)造成學(xué)生出現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)課堂不重視、動(dòng)手實(shí)際操作者減少、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不記錄、抄襲別人實(shí)驗(yàn)報(bào)告等現(xiàn)象。建議采取科學(xué)的過(guò)程考核和結(jié)題考核方式，強(qiáng)調(diào)學(xué)生在課堂過(guò)程中的表現(xiàn)，建立實(shí)驗(yàn)責(zé)任制度，每次實(shí)驗(yàn)當(dāng)堂檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果真實(shí)性，并要求學(xué)生按時(shí)上交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。這一過(guò)程能夠讓學(xué)生感到有壓力，進(jìn)而能夠積極配合教師開(kāi)展實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，課上認(rèn)真對(duì)待、親自操作體驗(yàn)，課下仔細(xì)負(fù)責(zé)、高質(zhì)量完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，從根本上提高實(shí)驗(yàn)課程的整體質(zhì)量，培養(yǎng)其嚴(yán)謹(jǐn)素質(zhì)和務(wù)實(shí)能力。

“新工科”要求高校教師工作者必須培養(yǎng)出具有創(chuàng)新和實(shí)踐雙重能力的復(fù)合型人才，這對(duì)高校來(lái)說(shuō)既是機(jī)遇也是挑戰(zhàn)。改變傳統(tǒng)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)課堂的附屬地位，使其提升至與理論課堂相協(xié)調(diào)發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)上，這就要求教師采取科學(xué)合理的措施，解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)的“雞肋”問(wèn)題，才能夠極大程度地提高學(xué)生的實(shí)踐能力和對(duì)未來(lái)挑戰(zhàn)的適應(yīng)能力，常懷創(chuàng)新意識(shí)和學(xué)習(xí)意識(shí)，逐漸適應(yīng)“新工科”的發(fā)展要求。