翻轉(zhuǎn)課堂模式下的“安全工程創(chuàng)新實踐”課程設(shè)計

姚立超　蔣永清　徐子涵　姜雪　戴俊巖　田士強(qiáng)

摘? 要：安全工程涉及領(lǐng)域廣、學(xué)科交叉性強(qiáng)，專業(yè)課程規(guī)定性和經(jīng)驗性知識較多，學(xué)生疲于記憶理論知識，難以進(jìn)行實際應(yīng)用，且學(xué)生缺乏針對性指導(dǎo)和有效的科研實踐資源，實踐能力得不到提升。針對上述問題，我校哈爾濱理工大學(xué)通過以學(xué)生為重心的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，圍繞黑龍江省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目開設(shè)“安全工程創(chuàng)新實踐”課程。在老師的啟發(fā)性教授、針對性指導(dǎo)下，學(xué)生們自主討論，研究了新型高層應(yīng)急逃生速降器，解決了高層應(yīng)急逃生的實際問題。同時激發(fā)了學(xué)生們的創(chuàng)新思維，鍛煉了學(xué)生們的實踐能力與動手能力，也為其他專業(yè)課程改革設(shè)計指明了方向。

關(guān)鍵詞：翻轉(zhuǎn)課堂;創(chuàng)新實踐;課程設(shè)計;應(yīng)急逃生;速降器

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-000X（2019）19-0112-04

Abstract： Safety engineering involves a wide range of fields and strong interdisciplinary disciplines. Professional courses have more prescriptive and empirical knowledge. Students are tired of memorizing theoretical knowledge and difficult to apply practically. Students lack targeted guidance and effective research practice resources. Not uplifting. In response to the above problems， Harbin University of Science and Technology has opened a "Safety Engineering Innovation Practice" course around the Heilongjiang University Student Innovation and Entrepreneurship Training Program through a student-focused flip classroom teaching model. Under the teacher's instructive professor and targeted guidance， the students independently discussed and studied the new high-level emergency evacuation descent control device and solved the practical problems of high-level emergency evacuation. At the same time， it stimulated the students' innovative thinking， exercised the students' practical ability and practical ability， and also pointed out the direction for the design of other professional curriculum reform.

Keywords： flipped classroom; innovation practice; curriculum design; emergency evacuation; descent control device

一、概述

近年來，安全生產(chǎn)事故頻發(fā)造成了大量的人身傷亡和財產(chǎn)損失，引起了社會的廣泛關(guān)注。為保障安全生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行，滿足各行各業(yè)對安全管理人才的需求，安全學(xué)科教育受到了國家高度重視。一方面，安全工程涵蓋領(lǐng)域極廣，具有綜合性強(qiáng)、多學(xué)科交叉及行業(yè)貫穿范圍大的特點(diǎn)[1]，是一個涉及面極廣的綜合交叉學(xué)科。安全工程具有很強(qiáng)的實踐性、工程性和技術(shù)性，要求學(xué)生具備扎實的理論基礎(chǔ)和一定的實踐經(jīng)驗積累，并應(yīng)用理論管理企業(yè)安全生產(chǎn)，解決人、機(jī)、物、環(huán)等復(fù)雜的實際問題。另一方面，“十三五”期間，新工藝、新裝備、新材料、新技術(shù)廣泛應(yīng)用，新業(yè)態(tài)大量涌現(xiàn)，增加了事故成因的數(shù)量，復(fù)合型事故有所增多，對安全工程專業(yè)學(xué)生危險識別、評價、控制方面的能力提出了更高的要求[2]。因此，安全學(xué)科專業(yè)教學(xué)質(zhì)量亟待提升，安全工程課程設(shè)計需要更多的創(chuàng)新與實踐性。

二、安全工程專業(yè)課程現(xiàn)狀分析

（一）專業(yè)課程拓展不足，內(nèi)容設(shè)置較為單一

安全工程涉及領(lǐng)域廣、學(xué)科交叉性強(qiáng)，專業(yè)課程規(guī)定性和經(jīng)驗性知識較多，內(nèi)容設(shè)置較為單一，造成了課程基礎(chǔ)概念多、理論學(xué)習(xí)雜的現(xiàn)象。因此，在有限的學(xué)時內(nèi)，為滿足專業(yè)課程的廣度，導(dǎo)致課程拓展深度不足，學(xué)生疲于記憶理論知識，難以進(jìn)行實際應(yīng)用。

（二）教學(xué)方法匱乏，教學(xué)模式較為被動

目前，高?，F(xiàn)有的教學(xué)方法仍是以講授為主，“填鴨式”地向?qū)W生灌輸理論知識，對重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行講解。大部分學(xué)生仍在機(jī)械被動地接收理論知識，難以完全發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，參與學(xué)習(xí)的積極性差，直接影響了教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。

隨著多媒體技術(shù)的發(fā)展，形成了多媒體課件與板書結(jié)合的傳統(tǒng)教學(xué)模式。雖然多媒體技術(shù)在教學(xué)過程中的應(yīng)用收到了一些教學(xué)效果，但是多媒體教學(xué)的翻頁速度比較快，學(xué)生很難記住多媒體播放的知識點(diǎn)，對重點(diǎn)不能很好地把握，進(jìn)而嚴(yán)重的影響了教學(xué)質(zhì)量[3]。傳統(tǒng)的教學(xué)模式有其長處，但教師和學(xué)生的互動效果比較弱，導(dǎo)致學(xué)生們思考的時間很少，學(xué)習(xí)的興趣不高漲。

（三）學(xué)生實踐能力不強(qiáng)，專業(yè)認(rèn)知較為模糊

學(xué)生實踐能力普遍不強(qiáng)，實驗課程大多以敷衍的態(tài)度完成，缺乏思考，且多數(shù)按照老師設(shè)置好的實驗步驟進(jìn)行，或是根本沒有親自參與實驗，實踐能力得不到培養(yǎng)。安全工程涉及的行業(yè)較多，理論知識又很廣泛，又受實習(xí)時間和地點(diǎn)的限制，導(dǎo)致學(xué)生在實際操作中存在不會、不敢的問題，獨(dú)立工作能力差[4]。

由于越來越多的學(xué)生并不清楚安全工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)是什么，對于畢業(yè)以后的工作方向認(rèn)知模糊，加之學(xué)生對于專業(yè)知識的了解程度還不夠，導(dǎo)致學(xué)生對于安全工程專業(yè)容易出現(xiàn)認(rèn)知不清、方向困惑、學(xué)習(xí)乏力等現(xiàn)象。

（四）科研與實踐資源提供不足，學(xué)生缺乏針對性指導(dǎo)

各高校安全工程專業(yè)普遍設(shè)置有實驗、課程設(shè)計、生產(chǎn)實習(xí)等實踐性課程，但課程內(nèi)容零散，相互聯(lián)系不足，實際應(yīng)用效果較差，導(dǎo)致學(xué)生對專業(yè)知識的理解依然不透徹。且在實驗過程中，學(xué)生缺乏針對性指導(dǎo)，設(shè)計能力和動手能力難以得到提升。

由于學(xué)校對科研活動的宣傳不足，學(xué)生對學(xué)校可提供的科研資源認(rèn)識不足，難以利用現(xiàn)有的實驗設(shè)施、實踐機(jī)會，導(dǎo)致大部分學(xué)生沒有參與到科研活動中，理論知識難以得到驗證。

三、翻轉(zhuǎn)課堂模式下的課程改革設(shè)計

（一）總體設(shè)計方案

針對上述問題，我校哈爾濱理工大學(xué)以翻轉(zhuǎn)課堂模式為基礎(chǔ)，采用項目中心型教學(xué)模式，開設(shè)“安全工程創(chuàng)新實踐”課程。將簡單易懂的事實性知識和概念性知識的記憶、運(yùn)用和分析翻轉(zhuǎn)到課堂前[5]，并為學(xué)生提供多個科研實踐項目，供學(xué)生自由選擇、分組，在課堂前完成資料收集、項目設(shè)計、研發(fā)等工作。而課堂上老師將根據(jù)各組項目進(jìn)展情況進(jìn)行針對性指導(dǎo)和問題解答，與學(xué)生進(jìn)行互動和探討，啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)新性思維，增強(qiáng)學(xué)生實踐能力。以科研項目為中心進(jìn)行設(shè)計，著力模擬專業(yè)工程實踐以期解決真實問題[6]，在培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)能力、創(chuàng)新能力、實踐能力的同時，推進(jìn)科學(xué)研究，有效利用科研與實踐資源?？傮w設(shè)計方案流程如圖1所示。

（二）教學(xué)案例

1. 教學(xué)目標(biāo)

我校哈爾濱理工大學(xué)依托于黑龍江省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目，在翻轉(zhuǎn)課堂模式下的“安全工程創(chuàng)新實踐”課程中，組織本科三年級的安全工程專業(yè)學(xué)生，利用安全系統(tǒng)工程、機(jī)械安全等專業(yè)知識解決高樓應(yīng)急逃生的實際問題。

2. 項目背景

由于高層建筑自身特點(diǎn)，當(dāng)一些如火災(zāi)等危急情況發(fā)生時，人員疏散及救援難度極大。自2008年至2016年底僅中國大陸高層火災(zāi)事故共發(fā)生1652起，死亡6758人，直接損失人民幣235億元。然而目前我國應(yīng)急救援裝備能力與高層建筑的快速發(fā)展嚴(yán)重失衡，不能滿足現(xiàn)場實際救援需要。目前的高樓逃生裝置主要是救生式緩降器，使用速度慢，救援效率低，對人員保護(hù)較少，不能在短時間內(nèi)撤離較多人員。因此，為滿足高層應(yīng)急逃生需要，需要學(xué)生在老師的指導(dǎo)下，尋找解決方案。

3. 研究路線

經(jīng)過學(xué)生收集大量國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)、研究現(xiàn)狀、行業(yè)需求等資料，小組交流分析后提出研究路線。組內(nèi)同學(xué)決定發(fā)明設(shè)計出一套新型高層應(yīng)急逃生速降器，需要滿足操作簡單、逃生速度快、具備過速保護(hù)、碰撞保護(hù)、著地緩沖等要求。

4. 師生互動

確定了研究路線之后，學(xué)生們需要確定速降原理。通過收集資料得知，國內(nèi)研究的緩降器主要有摩擦阻尼型緩降器、液壓阻尼型緩降器、螺桿式緩降器、滾筒式緩降器幾種類型?？紤]到裝置的可靠性和體積大小，學(xué)生們決定在摩擦阻尼型或滾筒式上進(jìn)行改進(jìn)，但對于最終選擇哪一種產(chǎn)生異議。

在課堂上，經(jīng)過老師詢問每一位同學(xué)的意見，基于學(xué)生們的解決方案，老師進(jìn)行了針對性的指導(dǎo)，并提出自己的建議供學(xué)生參考。通過啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新性思維，來幫助學(xué)生繼續(xù)研究。最終學(xué)生們確定了以摩擦阻尼型作為速降的基本原理，并結(jié)合滾筒式緩降器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行新型高層應(yīng)急逃生速降器的研究與制作。

5. 教學(xué)成果

通過以學(xué)生為重心的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，圍繞黑龍江省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目，在老師的啟發(fā)性教授、針對性指導(dǎo)下，學(xué)生們自主討論，研究了新型高層應(yīng)急逃生速降器，以解決高層應(yīng)急逃生的實際問題。

（1）新型高層應(yīng)急逃生速降器

學(xué)生組在汲取國內(nèi)外速降器使用及設(shè)計經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，針對高樓速降的空缺及傳統(tǒng)速降器的不足之處，使用TRIZ理論進(jìn)行思考改進(jìn)，結(jié)合了實際需要，全新設(shè)計一款高樓速降器。其分為速度控制部分，特殊速降繩，安全帶板，過速保護(hù)部分和緊急制動部分。裝置結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

（2）速度控制部分

利用特殊速降繩通過減速口時的摩擦力實現(xiàn)速降器的速度控制。設(shè)計一種特殊的速降繩，中間部分是高強(qiáng)度鋼絲，外面裹膠，通過不同段的裹膠厚度來調(diào)整其直徑。通過直徑大小不同，使擠壓力不同，從而控制摩擦力大小不同，以實現(xiàn)先加速后減速的方式，增加平均速度，減少落地時間。特殊速降繩結(jié)構(gòu)如圖3所示。

考慮到當(dāng)重量不同的人使用時，需要不同大小的摩擦力，所以還需要一個預(yù)調(diào)裝置，來預(yù)調(diào)減速口的大小。速降器箱體結(jié)構(gòu)如圖4所示。

（3）速降保護(hù)板

為防止下降過程中人與墻體碰撞造成傷害與著陸過程中造成二次傷害，采用在板的底部安裝彈簧減震的設(shè)計來減少著落沖擊力，在板的側(cè)面安裝導(dǎo)輪的設(shè)計來減少與墻體的碰撞傷害。在速降保護(hù)板的連接繩上設(shè)計有安全帶鎖扣，使用人員可以將安全帶掛扣在鎖扣上。速降保護(hù)板結(jié)構(gòu)如圖5所示。

（4）與傳統(tǒng)緩降器對比

經(jīng)計算，使用新型高層應(yīng)急逃生速降器從各樓層逃生時的平均速度如圖6所示。

傳統(tǒng)緩降器為勻速下降，其緩降速度為0.16m/s至1.5m/s。由圖6可知，新型高層應(yīng)急逃生速降器的平均速度比傳統(tǒng)緩降器高，在5層以上使用效果更加明顯。

取傳統(tǒng)緩降器最大緩降速度1.5m/s，將兩種裝置進(jìn)行對比，得出兩種裝置在不同使用樓層的逃生時間如表1所示。

由表1得到兩種裝置在不同使用樓層的逃生時間對比圖，如圖7所示。

由圖7可知，新型高層應(yīng)急逃生速降器的逃生時間更短，隨著使用樓層的增高，效果越加明顯。

四、教學(xué)成果反饋

通過收集學(xué)生的反饋意見，本課程得到了學(xué)生們的一致好評。在老師針對性指導(dǎo)下，激發(fā)了學(xué)生們的創(chuàng)新思維，鍛煉了學(xué)生們的實踐能力與動手能力，加強(qiáng)了學(xué)生們對專業(yè)的認(rèn)知，夯實了專業(yè)知識基礎(chǔ)。除此之外，該項目也完成了科技成果轉(zhuǎn)化，成功申請了兩項國家實用新型專利?！鞍踩こ虅?chuàng)新實踐”課程改革的成功，也為我校其他專業(yè)課程改革設(shè)計指明了方向。

五、結(jié)束語

通過“安全工程創(chuàng)新實踐”課程的開設(shè)，我校安全工程專業(yè)學(xué)生在翻轉(zhuǎn)課堂模式下，以科研項目為中心，自主討論、研發(fā)、完成了科研項目，解決了高層應(yīng)急逃生的實際問題。將學(xué)生們的理論知識與實踐相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新與實踐能力，更好地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與自主性，促進(jìn)科技成果轉(zhuǎn)化的同時，為其他專業(yè)課程的教學(xué)改革設(shè)計指明了方向，也為社會輸送了大量的安全工程專業(yè)復(fù)合應(yīng)用型人才。

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