安全工程專業(yè)實驗教學改革案例分析

□胡勝勇,關舒文

(太原理工大學,山西 太原 030024)

1 引言

改革創(chuàng)新是一個國家不斷發(fā)展進步的動力源泉,高等教育對于培養(yǎng)高質量創(chuàng)新型人才起著至關重要的作用。國務院在《關于深化教育改革全面推進素質教育的決定》中明確提出:“要加強課程的綜合性和實踐性,重視實驗課教學,培養(yǎng)學生的實際操作能力”。安全工程專業(yè)實驗教學是安全工程人才培養(yǎng)體系中不可或缺的組成部分,在引導學生理論結合實際,培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力方面有著相當重要的作用。實驗教學不僅僅是檢驗學生理論和發(fā)現新知識的一種方法,也是提高學生實踐能力和培養(yǎng)創(chuàng)新意識的主要手段。完善的安全工程實驗教學體系對全面提高學生的培養(yǎng)質量無疑具有非常重要的意義。

早在20世紀80年代,高等院校已經開始設立安全工程專業(yè),經過長期改革與發(fā)展,實驗教學體系也在不斷完善。但目前的安全工程專業(yè)實驗教學方法無法適應各行業(yè)安全生產對學科人才培養(yǎng)的要求,實驗教學內容安排、完成情況等執(zhí)行效果不夠理想,仍然存在著一些亟待解決的問題。本文通過分析安全工程專業(yè)實驗教學現狀及存在的問題,提出一些有效提高實驗教學效果的改革措施,并逐步完善了實驗教學體系。

2 實驗教學現狀

安全工程專業(yè)發(fā)展至今,已經逐漸演變成一門涉及安全管理、安全心理、建筑安全、應急救援以及職業(yè)健康與安全等實踐性以及綜合性都非常強的交叉學科?？v觀實驗教學體系改革發(fā)展的歷程,太原理工大學安全工程陸續(xù)增設了一些具有專業(yè)特色的實驗室,如:粉塵測試實驗室、瓦斯參數實驗室、安全檢測實驗室、應急救援實驗室、氣相色譜分析實驗室等。另外,在實驗教學模式、實驗方法、實驗內容上進行了許多頗有成效的改革方案。通過對本專業(yè)實驗教學體系的研究,發(fā)現實驗教學主要存在以下幾方面問題。

2.1 實驗教學與理論教學脫節(jié)

實驗教學改革發(fā)展至今,教師們通常在其所講述的理論知識中并不涉及實驗內容部分,實驗課堂中也不涉及理論知識的溫習,以至于理論知識和實驗內容看起來是相互獨立的。學生們一般都是在實驗課堂中,才開始進行實驗內容的學習以及實驗儀器的操作。不少人認為實驗教學不應占用理論教學的時間,因為理論知識是實驗課程學習及深入探索的基礎,理論基礎知識掌握不扎實,實驗很難進行下去。但是在這種實驗教學模式下,基礎知識雖然掌握牢固了,但學生對實驗沒有一個宏觀的概念以及整體的框架,這就造成了實驗教學與理論教學在一定程度上的脫節(jié)。如果僅僅依靠學生本身,他們很難在理論與實踐的學習中形成良好的循環(huán)。長此下去,學生無法形成良好的思維模式,能力也無法提升。因此,這種教學體系并不符合對安全工程人才的培養(yǎng)。

2.2 實驗教學手段陳舊

身處科技飛速發(fā)展的新時代,各種網絡終端設備以及網絡傳媒手段正以驚人的速度更新發(fā)展。以往實驗課堂中照本宣科的方法已經很難激發(fā)學生們對實驗以及科學探索的興趣,導致他們很難深入學習和掌握相關實驗內容。除此之外,在傳統(tǒng)實驗教學模式中,教師通過實驗手冊講解、動畫演示等方法引導學生進入實驗,基于這種情況,發(fā)現教師的投入精力與學生的掌握程度呈負相關的關系。而且教師“填鴨式”的輸入方式,學生很難將這些知識消化吸收,主動輸出更是難上加難。學生對于整個實驗的了解、掌握程度不夠,很難發(fā)現其中存在的問題并提出新想法等。學生的問題和想法得不到反饋,動手能力及創(chuàng)新能力得不到發(fā)展,這不僅不符合開設實驗課程的初衷,更是制約了學生綜合能力的發(fā)展。

2.3 缺乏拓展性試驗

一方面,傳統(tǒng)的實驗教學內容及方法十分固化,在實驗教學過程中,學生通過教師講解及演示等方法對實驗進行學習,很少能夠在現場對實驗設備儀器進行實際操作。在此基礎上,學生無法進行極具創(chuàng)新性、獨立性、深入性、拓展性的實驗研究,實踐能力、思維能力、創(chuàng)新能力得不到有效提高;另一方面,科學技術的飛速發(fā)展加快了各種儀器設備的更新換代,而傳統(tǒng)實驗教學所使用的儀器設備更新速度卻十分緩慢,且傳統(tǒng)實驗教學通常為安全工程專業(yè)基礎性實驗教學,雖然實驗室基礎設施完善,但學生們無法接觸到新時代的新技術、新設備,更無法掌握較為先進的實驗技能。由于有限的資源設備、實驗室條件等,學生的主觀能動性及創(chuàng)造性得不到充分發(fā)揮,發(fā)展空間、施展平臺受到制約,這些都極大地限制了對安全工程高素質人才的培養(yǎng)。

3 教學方法改革

以一切為了學生為出發(fā)點,以提高學生實際操作能力為培養(yǎng)目標,以增強學生對未來工程實踐需求的適應能力為期望,有必要在已有實驗條件和目前的實驗教學方法的基礎上,開展安全工程專業(yè)實驗教學內容改革,構建一套行之有效的能夠將實驗教學內容與課堂授課內容以及前沿科研內容進行有機結合的實驗教學方法。圖1為實驗教學改革前后學生能力提升對比圖。實驗教學改革主要從以下幾個方面進行。

圖1 實驗教學改革前后學生能力提升對比圖

3.1 將實驗內容融于相應課程的課堂當中

改變傳統(tǒng)課堂教學過程中極少涉及配套的實驗教學模式,或僅在規(guī)定的實驗課時中進行相關的實驗教學模式,在課堂上將相關的實驗內容融入具體教學學時中,提前讓學生接觸到將要開展的實驗教學內容,以便于在正式開始實驗教學前學生能夠提前了解實驗內容,能夠在教師的引導下更好地過渡到實驗學習當中。例如,在理論課堂中講述“安全監(jiān)測系統(tǒng)”這一部分內容時,引導學生思考安全監(jiān)測系統(tǒng)所建立的目的及意義、安全監(jiān)測系統(tǒng)各部分的組成及工作原理、整個系統(tǒng)如何運行、系統(tǒng)各部分的功能、如何在現有基礎上進行改進等。相關理論課堂結束后,學生以小組為單位對理論知識進行回顧,對實驗內容進行展望,并在實驗課堂中以PPT形式進行匯報、討論、交流。這種方法將部分實驗內容與基礎知識有效結合,形成了一套完整的知識體系,使學生能自然而然地將兩者連接起來而不出現思維上的跳躍。多學科交叉的安全工程專業(yè)實驗教學體系必須與理論教學內容進行重組與整合,突出必要的專業(yè)知識,同時也要融合其他學科的知識,使其成為一個有機整體。

實驗教學與理論教學在人才培養(yǎng)過程中有各自的分工,但同時,這兩種方式又是緊密聯系的,我們無法脫離理論而去實踐,也無法脫離實踐而去空談理論,它們兩個相互驗證,互為整體,不可分割。

3.2 在實驗教學過程中互換師生角色

拋開原本單一的主講教師向學生講授實驗內容的傳統(tǒng)模式,而基于前期課堂上講授的實驗內容,在不影響實驗儀器安全使用的前提下,以典型學生為主體,為課程主講教師講授實驗內容,并現場操作儀器設備,使學生能夠充分發(fā)揮其主體作用,而主講教師僅給予點評、補充講解和糾正儀器操作方法,以便學生真正地充分掌握所學的實驗內容,促進學生全面發(fā)展。例如,在“粉塵測試”理論課堂結束后,學生以小組為單位,查閱大量與“粉塵測試”相關實驗資料,并將資料進行有效整合、吸收,提煉出粉塵測試的完整實驗體系,如粉塵測試實驗目的、方法、設備、原理、存在問題與改進等。在實驗教學時,將課堂交給學生,由學生作為主講教師同時實際操作粉塵測試實驗設備,而教師僅對學生在講解和實際演示過程當中存在的問題進行糾正及補充。這樣,不但學生自主學習、發(fā)現問題、解決問題的能力得到明顯提升,教師也能夠及時發(fā)現學生在學習過程中存在的問題,并給予及時糾正。

在此過程當中,學生由原本的被動輸入變?yōu)橹鲃虞敵?不但能夠掌握實驗內容及方法,還可以在教師的引導下解決實驗過程中所出現的問題。除此之外,學生還能夠與教師及同學深入探討新問題、新想法。這些都有利于培養(yǎng)學生獨立思考問題,發(fā)現問題并解決問題的能力。

3.3 進行基于科研儀器設備資源的拓展性實驗教學

嚴格按照教育部工程教育認證要求,對安全工程專業(yè)本科實驗室進行建設,在發(fā)展安全工程專業(yè)基礎性實驗的同時,增設拓展性實驗教學,增加設計類實驗平臺,最大化地實現了教學與科研的統(tǒng)一。除此之外,對安全工程方向相關教師的科研儀器設備進行普查,并設計出與所學課程相關的研究創(chuàng)新性的實驗項目,由科研儀器負責教師協同課程主講教師對學生進行拓展性實驗教學,以便學生在理解掌握基礎實驗內容的基礎上,了解解決實際工程問題的科研成果、科技前沿及生產應用性的新技術。例如,以所建設的安全監(jiān)測實驗室、粉塵測試實驗室、瓦斯參數實驗室和火災實驗室為教改對象,將原本僅進行的演示實驗改為設計性實驗,挑選通風仿真模擬系統(tǒng)、熱重分析儀、圖像顆粒分析系統(tǒng)和氣相色譜分析儀作為創(chuàng)新性實驗設計的典型儀器設備。同時,積極鼓勵學生提前加入到科研工作當中。在進行拓展實驗教學后,鼓勵學生們積極思考,有興趣的學生可以以小組為單位參加大學生創(chuàng)新類競賽、國家發(fā)明專利的撰寫以及各種基金項目,這樣不但可以培養(yǎng)他們的團隊互助精神,還能夠提升他們的創(chuàng)新能力、科研能力及綜合素養(yǎng)。

這類實驗來自科研課題,“真刀真槍”,對學生們極具挑戰(zhàn)性。這樣不但能夠使實驗室資源的效用發(fā)揮到最大,同時,還減少了資金浪費和資源閑置,使得教學工作和科研工作聯系得更加緊密,學生發(fā)展提升的空間增大。實驗教學是提高學生綜合素質及能力的重要手段,進行基于科研儀器設備資源的拓展性實驗教學是教學改革的客觀要求。

4 教學效果

在2014屆150名安全本科生當中,有8名學生分別獲“第三屆全國安全科學與工程大學生實踐與創(chuàng)新作品大賽”實體作品與模型類三等獎和軟件作品與仿真模擬類三等獎;5名學生參加2018年度“大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃”并獲得“優(yōu)秀項目”;6名學生撰寫8項國家授發(fā)明專利,都已進入實質審查期;2名學生采用通風仿真模擬系統(tǒng)參與了太原理工大學“本科生實踐動手能力提升計劃”,并開展了太原理工大學實驗室開放項目。

5 小結

國家飛速發(fā)展、社會日益進步都依賴于綜合型、創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)以及發(fā)展,實驗教學的發(fā)展是實現這一目的的重要手段。對于實驗教學的討論及改革一直以來都是高等院校培養(yǎng)高素質人才及提高學生綜合能力的研究熱點。對于多學科綜合交叉的安全工程而言,加強實驗教學的改革與創(chuàng)新更是勢在必行。本文結合安全工程專業(yè)背景,指出實驗教學過程中存在的一些問題,提出相應改革措施,并介紹了其初步取得的成效?；诮虒W改革的成果發(fā)現,在理論課堂之中融入實驗內容是學生實驗學習的“預習階段”;在實驗教學中轉換師生角色是實驗學習的“演練階段”;進行基于科研儀器設備資源的拓展性實驗教學是實驗學習的“升華階段”,這三個階段由淺到深指導學生實驗學習,學生的實踐、創(chuàng)新能力及綜合素質逐步得到提高。