安全工程專業(yè)本科生實驗教學改革與實踐

蔡 峰, 薛安家, 黃 植

(1. 安徽理工大學 煤礦安全高效開采省部共建教育部重點實驗室, 安徽 淮南 232001； 2. 安徽理工大學能源與安全學院, 安徽 淮南 232001；3. 煤與瓦斯共采安徽省重點實驗室, 安徽 淮南 232001；4. 安徽省城市公共安全協(xié)同創(chuàng)新中心, 安徽 合肥 230001)

安全工程專業(yè)本科生實驗教學改革與實踐

蔡 峰1,2,3,4, 薛安家2, 黃 植2

(1. 安徽理工大學 煤礦安全高效開采省部共建教育部重點實驗室, 安徽 淮南 232001； 2. 安徽理工大學能源與安全學院, 安徽 淮南 232001；3. 煤與瓦斯共采安徽省重點實驗室, 安徽 淮南 232001；4. 安徽省城市公共安全協(xié)同創(chuàng)新中心, 安徽 合肥 230001)

針對安全工程專業(yè)實驗教學中存在的問題,提出了安全工程創(chuàng)新實驗教學理念和安全工程實驗教材改革方案,明確了安全工程實驗教學過程中常規(guī)性實驗和開放性實驗對提高學生綜合素質(zhì)的作用。以安徽理工大學安全工程專業(yè)為例,說明了包括新開設(shè)實驗課程要求、實驗設(shè)備管理、改進實驗教師指導方式、實驗教學管理以及實驗考核體系的安全工程專業(yè)本科生實驗教學改革。

實驗教學； 教學改革； 安全工程

目前,安全生產(chǎn)及安全相關(guān)學科的研究和發(fā)展越來越受到高度重視,社會對于高等院校培養(yǎng)安全生產(chǎn)高級技術(shù)人才和創(chuàng)新型人才的需求越來越旺盛,而以實驗課為主要形式的實踐教學是培養(yǎng)高質(zhì)量安全人才的重要途徑[1-2]。高質(zhì)量安全工程人才不僅要有堅實的安全理論基礎(chǔ),還必須具有較強的動手能力和安全創(chuàng)新能力[3-5]。在我國,各高校的安全工程專業(yè)具有鮮明的專業(yè)背景,也正因為如此,各高校培養(yǎng)的安全工程專業(yè)本科生更具有針對性,更能夠滿足某一行業(yè)的安全需求[6-7]。安徽理工大學安全工程專業(yè)以礦業(yè)工程為依托,圍繞煤礦安全生產(chǎn)進行學科建設(shè)。煤礦行業(yè)是高危行業(yè),安全工程對于煤礦生產(chǎn)企業(yè)極其重要[8-9]。我校的安全工程專業(yè)正是建立在此基礎(chǔ)之上,將教學和科研成果應用于煤礦生產(chǎn)實踐,促進行業(yè)和自身的穩(wěn)步快速發(fā)展和提高。

筆者以安徽理工大學安全工程本科生實驗教學改革為基礎(chǔ),結(jié)合實踐型安全人才培養(yǎng)的具體要求,探討安全工程實驗教學中存在的問題及解決方案,為安全工程本科生實驗教學改革提供參考。

1 安全工程專業(yè)實驗教學中存在的問題

1.1 實驗教材不足

(1) 教材編寫難度大。安全工程學科是一個交叉型學科,安全問題具有高度的多樣性和復雜性[10],煤礦安全不僅涉及安全學科自身的理論,還涉及到井巷工程、瓦斯治理、火災防治等其他學科的相關(guān)理論和技術(shù),編寫出高質(zhì)量的安全工程實驗教材并不易。

(2) 教材內(nèi)容質(zhì)量不高。國內(nèi)高校正在使用的安全工程專業(yè)實驗教材大多為自行編寫的講義,難免存在一些問題[11]。

(3) 對教材建設(shè)投入的經(jīng)費和精力不夠。由于安全工程專業(yè)實驗教材適用面窄,而編寫教材需要參閱大量的文獻、花費大量精力,至今尚未引起充分的重視[2]。

1.2 經(jīng)費緊缺,設(shè)備不足

在一些高校,安全工程專業(yè)尚處于初建和發(fā)展期。有些高校安全實驗儀器設(shè)備配備和實驗經(jīng)費不足,以致很多實驗難以開出,或只開設(shè)演示性實驗,從而影響實驗教學效果和學生動手能力的提高。

1.3 驗證性實驗多,設(shè)計性實驗少

對于驗證性實驗,學生只要依據(jù)實驗指導書給出的步驟進行實驗就可以得到實驗結(jié)果,這對于培養(yǎng)學生的動手能力和創(chuàng)造性是不利的；而對于設(shè)計性實驗,學生需要自行設(shè)計實驗方案和進行數(shù)據(jù)處理,有利于培養(yǎng)學生的動手能力、自學能力以及創(chuàng)造性思維能力。然而,由學生自行編寫方案的設(shè)計性實驗較少。

1.4 已有的設(shè)計性實驗效果不理想

盡管一些高校開設(shè)了設(shè)計性實驗,但缺少相關(guān)教學指導體系,以致實驗效果并不理想。這是因為,設(shè)計性實驗課穿插于理論教學課中,在時間上缺少彈性,甚至出現(xiàn)實驗與考試時間沖突的現(xiàn)象。

1.5 實驗教學手段單一,教學體系不完善

有的高校還沒有安全工程實驗教學指導書、實驗教學大綱、實驗教學計劃、實驗考核、實驗報告書等一系列實驗教學文件,甚至有的還沒有實驗學分,安全工程實驗完全依附于專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課。由于安全工程實驗課沒有獨立學分,實驗效果也不好。

1.6 實驗室管理不正規(guī)

有的高校新建安全工程實驗室管理制度尚不完善,存在一些安全隱患。

2 創(chuàng)新安全工程實驗教學理念

“大學生創(chuàng)新性實驗計劃”是教育部為推動高校的實驗教育改革以及創(chuàng)立新時期創(chuàng)新性人才培養(yǎng)模式而制訂的[13],該計劃指出:提高我國大學生綜合素質(zhì)的一個重要途徑是創(chuàng)新實驗教學。在創(chuàng)新實驗教學的過程中,不僅要有新的教學思想,更要著重培養(yǎng)大學生利用已掌握的理論知識分析、解決問題的能力,著力培養(yǎng)大學生的創(chuàng)新能力、創(chuàng)新思維以及創(chuàng)新意識。

創(chuàng)新性實驗教學的根本目的是利用實驗教學,培養(yǎng)和提高學生的創(chuàng)新能力[14]。對于教學工作來說,培養(yǎng)創(chuàng)新能力也需要用創(chuàng)新的教育理念和創(chuàng)新的教育方法完成教學和實驗工作,以實驗設(shè)備設(shè)施、實驗管理體制、實驗教學手段、實驗內(nèi)容等方面作為切入點,形成專業(yè)特色顯著的創(chuàng)新型實驗教學模式。

為此,在安全工程創(chuàng)新實驗教學的過程中要發(fā)揮學科特色,以培養(yǎng)創(chuàng)新型安全人才為目標,充分利用教育資源,形成嚴謹?shù)?、完整的、不斷發(fā)展的安全工程創(chuàng)新實驗教學體系。

3 安全工程實驗教材改革

實驗教材是體現(xiàn)實驗教學目標、內(nèi)容和方法的重要載體,是指導和規(guī)范實驗教學過程、提高實驗教學質(zhì)量的保證[15]。作為實踐性和綜合性較強的安全工程,特別需要系統(tǒng)性強、科學規(guī)范的實驗教材。

3.1 構(gòu)建統(tǒng)一的課程體系

目前,我國安全工程專業(yè)的課程體系是以安全學原理、安全系統(tǒng)工程等安全工程專業(yè)的公共基礎(chǔ)課為核心,以具有相關(guān)工程背景的專業(yè)為依托和外延,這就要求強化基礎(chǔ),按綜合學科的模式建設(shè)專業(yè),建立由安全工程本科專業(yè)基礎(chǔ)課、必修課和選修課組成的課程體系。其中基礎(chǔ)課是為學習專業(yè)課服務(wù)的,包括安全學原理、安全系統(tǒng)工程、力學、電子電工技術(shù)、機械原理、大學物理等；必修課使學生掌握安全工程專業(yè)的基本原理、理論和知識,主要課程有安全人機工程、防火防爆技術(shù)、通風安全學、安全評價技術(shù)、壓力容器安全技術(shù)、危險源識別技術(shù)等；選修課則是安全工程與具體行業(yè)密切相關(guān)的課程,如礦業(yè)安全、化工安全、建筑安全等。

3.2 凝練實驗教學內(nèi)容

實驗教材應根據(jù)課程體系的要求進行設(shè)置,同時必須滿足以下3方面的要求:(1)在廣度上,要能夠覆蓋本專業(yè)主干課程的知識點；(2)在難度上,應該設(shè)置有不同層次和類型的實驗項目和題目；(3)在技能培養(yǎng)上,要通過安全工程實驗課程的教學,使學生深入理解、掌握并運用安全工程理論和技術(shù),能夠分析和處理實際問題,有實驗動手能力。

3.3 積極組織編寫實驗教材

學校和安全工程學科相關(guān)管理部門應組織在安全工程專業(yè)教學和科研一線的教師規(guī)劃實驗教材內(nèi)容,認真編寫實驗教材,鼓勵教師把自己的科研成果提煉為實驗教學的題目。應組織相關(guān)教師對新編實驗教材進行評議、提交給多名專家審閱修改,確保教材高質(zhì)量。

4 安全工程專業(yè)實驗教學改革探索

安徽理工大學是國內(nèi)較早創(chuàng)建安全工程專業(yè)的高校之一,于2007年入選第一批“國家級第二類特色專業(yè)建設(shè)點”。學校對于安全工程專業(yè)實驗教學改革進行了不斷的探索。

4.1 新開設(shè)實驗課程的原則

新開設(shè)的安全工程專業(yè)實驗課應遵循以下原則:

(1) 在技術(shù)上必須是可行的,具有可操作性,適宜并具有一定的實際指導意義；

(2) 涉及到的知識點應為整個課程教學大綱的重點內(nèi)容；

(3) 使用安全可靠的儀器設(shè)備,有嚴格的安全措施,避免人身傷害和中毒、火災、爆炸等事故發(fā)生；

(4) 在經(jīng)濟上應合理,實驗設(shè)備的購置價格及使用和維護成本應在承受范圍內(nèi)。

4.2 完善實驗設(shè)備的管理

(1) 管好、用好實驗儀器設(shè)備,實驗課教師不僅要熟悉實驗設(shè)備的性能,保證實驗設(shè)備的完好和可用,還要能夠進行實驗設(shè)備的簡單維修和保養(yǎng),充分挖掘?qū)嶒炘O(shè)備的潛力。

(2) 建立實驗設(shè)備庫,完善實驗設(shè)備的管理制度,建立實驗設(shè)備使用、外借以及維修保養(yǎng)的檔案。

(3) 加強校際聯(lián)系,建立實驗設(shè)備資源共享平臺。

4.3 改進實驗指導方式

(1) 所編寫的實驗指導教材要突出實驗原理、操作步驟和操作注意事項,可為學生的課程實驗、開放性實驗、課程設(shè)計以及畢業(yè)設(shè)計提供全面指導。

(2) 充分利用多媒體實驗課件。實驗課前,實驗教師要完整地將實驗預做一次,并將實驗過程錄制成視頻課件供學生預習實驗,著重強調(diào)實驗步驟和操作注意事項。

(3) 在實驗課前做好準備工作,將儀器設(shè)備調(diào)整到最佳狀態(tài)。針對學生難以理解和掌握的內(nèi)容,畫出原理圖并配以實驗流程,以方便對學生講解和推理。

(4) 將實驗教學的內(nèi)容與實際應用緊密結(jié)合起來,告訴學生所做實驗的實用性以及現(xiàn)場操作方法。同時,教學內(nèi)容和知識點的銜接合理,做到因勢利導、重點突出、難點解釋得當。

(5) 在實驗教學中,要求學生將實驗數(shù)據(jù)和發(fā)現(xiàn)的問題及時、詳細地記錄下來,帶著問題做實驗,掌握數(shù)據(jù)處理、分析實驗結(jié)果和減少實驗誤差的方法,教師在實驗后須對學生的實驗結(jié)果進行確認。

(6) 以學生為主體,以教師為主導。教師對學生進行跟蹤指導,指導要落實到每一個組、每一個人，要關(guān)注和督促學生完成實驗計劃。

4.4 加強實驗教學管理

(1) 基礎(chǔ)實驗是專業(yè)實驗的基礎(chǔ),通過強化基礎(chǔ)實驗課為專業(yè)實驗(包括一般實驗、綜合性實驗和設(shè)計性實驗)奠定基礎(chǔ)。

(2) 引導、鼓勵和支持教師開發(fā)設(shè)計性和綜合性實驗,鼓勵和支持學生自己設(shè)計實驗。

(3) 提高教師的緊迫感和責任感,督促教師不斷提高進取意識、實驗教學水平和積極性。在課堂講授過程中,實驗教師予以配合；在實驗教學過程中,講課教師予以配合,每次實驗課至少有2名教師現(xiàn)場指導。

(4) 通過開展學科競賽等活動,提高學生的動手能力、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。例如我校能源與安全學院通過組織學生參加“挑戰(zhàn)杯”、“采礦學科大賽”、“節(jié)能減排大賽”等學科競賽活動,提高了學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。

(5) 實驗室和實驗教學儀器全面向本科生開放,科研儀器在教師的指導下向本科生開放,最大限度地提高實驗儀器的利用率。鼓勵學生自行設(shè)計實驗項目,包括研究性、綜合性及設(shè)計性實驗,模型、發(fā)明及制作類實驗,學科競賽類實驗等。鼓勵學生自己提出實驗題目,通過實驗解決煤礦企業(yè)生產(chǎn)中遇到的安全難題。

(6) 鼓勵學生申報科研項目或參加指導教師的科研項目,通過實驗和后續(xù)的數(shù)據(jù)處理,使學生的動手能力和分析、解決問題的能力得以提高。

(7) 把驗證性實驗和演示性實驗安排在大一、大二年級,減少此類實驗的數(shù)量,將此類實驗放到校園網(wǎng)上并提供多媒體課件和視頻錄像,供學生觀看和學習。

(8) 鼓勵教師根據(jù)煤礦安全生產(chǎn)遇到的實際問題研發(fā)新型實驗儀器設(shè)備。如我校安全工程實驗室自行研制的滲透率實驗儀、礦井通風仿真系統(tǒng)、瓦斯爆炸、煤塵爆炸、電氣安全、煤的低溫氧化等16套實驗儀器,這些實驗儀器填補了實驗空白,在實驗教學中發(fā)揮了重要作用。

(9) 將實驗課單獨設(shè)課并單獨分配學分,從原有的理論課中拆分出來。這樣做的好處是可以促使教師和學生重視實驗教學環(huán)節(jié),促使學生更愿意動手做實驗。

4.5 構(gòu)建實驗教學網(wǎng)絡(luò)平臺

實驗教學網(wǎng)絡(luò)平臺集成了管理、信息、課件、視頻、交流和意見反饋等功能,為學生提供了豐富的課件、視頻等實驗教學資源以及實驗教學環(huán)節(jié)管理信息等,創(chuàng)造多維、信息化的實驗課程學習平臺,并方便學生間、學生和教師間的交流。主要功能有:

(1) 學生網(wǎng)上預約、網(wǎng)上選課功能,學生可以自選創(chuàng)新性、設(shè)計性或綜合性實驗教學項目；

(2) 發(fā)布實驗儀器設(shè)備的使用狀態(tài),提供教學信息和實驗成績查詢；

(3) 發(fā)布實驗儀器設(shè)備的基本操作說明、音像資料、多媒體課件等；作為輔助材料,提供實驗過程中所需儀器或軟件的說明書、原理及參考文獻等信息,供學生使用；實驗教師可以根據(jù)實驗設(shè)備的變化及時修改和完善相關(guān)資料；

(4) 提供針對實驗儀器和實驗過程的網(wǎng)上交流和意見反饋,跟蹤實驗儀器的占用情況,使學生能更加合理地安排實驗時間,提高實驗儀器的利用率；

(5) 對于具有較大危險性的實驗,提供網(wǎng)上虛擬實驗,學生可以通過網(wǎng)站,在線完成虛擬實驗項目；

(6) 網(wǎng)上答疑。對于實驗過程中遇到的問題,學生可以在網(wǎng)上與教師交流。鼓勵學生積極表達、與同學分享個人的學習體會、學習經(jīng)驗以及通過實驗所掌握的知識和技能,鼓勵學生對實驗中的問題提出建議。

4.6 實驗室安全管理

安全工程實驗室裝有甲烷、氧氣、氮氣等氣體的高壓容器,若操作不當則可能發(fā)生安全事故。應特別注意壓力容器的特點和危險性,加強安全管理工作。

(1) 完善高壓容器等具有危險性的實驗設(shè)備和儀器的安全管理制度,對于具有輻射性的實驗儀器(如氣相色譜儀),應嚴格遵守國家相關(guān)法規(guī)。在日常實驗、保養(yǎng)以及寒暑假等節(jié)假日都必須注意具有危險性的實驗設(shè)備和儀器的狀態(tài),及時消除安全隱患。

(2) 加強安全教育,制訂事故應急預案,防止中毒、燒傷、機械傷害等意外事件發(fā)生。

(3) 學院成立安全隱患檢查治理小組,進行定期安全隱患檢查。落實實驗室安全工作的專人負責制,定期對實驗儀器進行保養(yǎng)維護,對發(fā)現(xiàn)的安全隱患應及時上報并立即進行整改。

5 實驗考核體系

安全工程專業(yè)的實驗可以分為課堂型實驗和開放型實驗,開放型實驗又包括設(shè)計性實驗、綜合性實驗及創(chuàng)新性實驗。對于課堂型實驗,實驗教師可利用多種教學手段,使學生更好地掌握實驗原理、方法、流程、數(shù)據(jù)處理及工程應用；而對于開放型實驗,學生可以在教師的指導下充分發(fā)揮自己的創(chuàng)新性思維參與實驗研究。

需要對傳統(tǒng)的安全工程實驗考核體系進行以下調(diào)整:

(1) 對于實驗基礎(chǔ)知識和基本概念的考核,主要包括平時表現(xiàn)、實驗出勤率、實驗回答問題等,占總成績的30%；

(2) 實驗報告占總成績的50%,實驗報告中應包括詳細的實驗原理、實驗細節(jié)、實驗數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)分析以及可能的改進方案等；

(3) 創(chuàng)新性、設(shè)計性的實驗占總成績的20%。設(shè)計性實驗需要根據(jù)課堂理論教學的需求設(shè)置,學生可以根據(jù)自己的特長選擇和設(shè)計相應的實驗方法及實驗內(nèi)容,以提高動手能力和分析、解決問題的能力。

通過實驗教學考核體系的調(diào)整,有助于學生發(fā)揮主觀能動性,促進實驗教學改革,提高實驗教學質(zhì)量,學生對于這樣的考核體系反映較好。

6 結(jié)束語

實驗教學對于培養(yǎng)學生的動手能力、理論聯(lián)系實際的能力和創(chuàng)新能力具有重要意義。只有不斷加強管理,才能有效提高實驗教學的質(zhì)量。安徽理工大學安全工程專業(yè)是面向煤礦安全生產(chǎn)的具有行業(yè)特色的專業(yè),安全工程實驗教學改革是不斷前進、不斷探索的過程,必須明確方向、結(jié)合實際,從根本上發(fā)現(xiàn)和解決實驗教學改革過程中遇到的難題,使其真正為提高學生的綜合素質(zhì)和綜合能力服務(wù),為培養(yǎng)高質(zhì)量的安全工程特色人才提供堅實的保障。

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Reform and practice of experimental teaching for undergraduates of safety engineering specialty

Cai Feng1,2,3,4, Xue Anjia2, Huang Zhi2

(1. Key Lab of Mining Coal Safely and Efficiently Constructed by Anhui Province and MOE,Anhui University of Science and Technology,Huainan 232001,China; 2. School of Resource and Safety,Anhui University of Science and Technology,Huainan 232001,China; 3. Key Laboratory of Integrated Coal Exploitation and Gas Extraction of Anhui Province,Huainan 232001,China; 4. Anhui Province Center of Collaborative Innovation for City Public Security,Hefei 230001,China)

Aiming at the problems of current teaching process of safety engineering specialty, the innovative experimental teaching concepts and scheme of experimental teaching materials reform are proposed,and the roles of conventional experiments and open experiments on the promotion of comprehensive quality of students are cleared. Taking the Safety Engineering specialty of Anhui University of Science and Technology as an example,the scheme of experimental teaching reform is proposed.

experimental teaching; teching reform; safety engineering

2015- 02- 25 修改日期：2015- 03- 31

安徽省高等學校省級教學研究重點項目(2013jyxm074)

蔡峰(1980—),男,江蘇徐州,博士,副教授,碩士生導師,主要從事礦山安全領(lǐng)域的教學與科研工作.

E-mail：phoncai@163.com

G642

B

1002-4956(2015)10- 0171- 04