蔡 峰, 薛安家, 黄 植

(1. 安徽理工大学 煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室, 安徽 淮南 232001； 2. 安徽理工大学能源与安全学院, 安徽 淮南 232001；3. 煤与瓦斯共采安徽省重点实验室, 安徽 淮南 232001；4. 安徽省城市公共安全协同创新中心, 安徽 合肥 230001)

安全工程专业本科生实验教学改革与实践

蔡 峰1,2,3,4, 薛安家2, 黄 植2

(1. 安徽理工大学 煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室, 安徽 淮南 232001； 2. 安徽理工大学能源与安全学院, 安徽 淮南 232001；3. 煤与瓦斯共采安徽省重点实验室, 安徽 淮南 232001；4. 安徽省城市公共安全协同创新中心, 安徽 合肥 230001)

针对安全工程专业实验教学中存在的问题,提出了安全工程创新实验教学理念和安全工程实验教材改革方案,明确了安全工程实验教学过程中常规性实验和开放性实验对提高学生综合素质的作用。以安徽理工大学安全工程专业为例,说明了包括新开设实验课程要求、实验设备管理、改进实验教师指导方式、实验教学管理以及实验考核体系的安全工程专业本科生实验教学改革。

实验教学； 教学改革； 安全工程

目前,安全生产及安全相关学科的研究和发展越来越受到高度重视,社会对于高等院校培养安全生产高级技术人才和创新型人才的需求越来越旺盛,而以实验课为主要形式的实践教学是培养高质量安全人才的重要途径[1-2]。高质量安全工程人才不仅要有坚实的安全理论基础,还必须具有较强的动手能力和安全创新能力[3-5]。在我国,各高校的安全工程专业具有鲜明的专业背景,也正因为如此,各高校培养的安全工程专业本科生更具有针对性,更能够满足某一行业的安全需求[6-7]。安徽理工大学安全工程专业以矿业工程为依托,围绕煤矿安全生产进行学科建设。煤矿行业是高危行业,安全工程对于煤矿生产企业极其重要[8-9]。我校的安全工程专业正是建立在此基础之上,将教学和科研成果应用于煤矿生产实践,促进行业和自身的稳步快速发展和提高。

笔者以安徽理工大学安全工程本科生实验教学改革为基础,结合实践型安全人才培养的具体要求,探讨安全工程实验教学中存在的问题及解决方案,为安全工程本科生实验教学改革提供参考。

1 安全工程专业实验教学中存在的问题

1.1 实验教材不足

(1) 教材编写难度大。安全工程学科是一个交叉型学科,安全问题具有高度的多样性和复杂性[10],煤矿安全不仅涉及安全学科自身的理论,还涉及到井巷工程、瓦斯治理、火灾防治等其他学科的相关理论和技术,编写出高质量的安全工程实验教材并不易。

(2) 教材内容质量不高。国内高校正在使用的安全工程专业实验教材大多为自行编写的讲义,难免存在一些问题[11]。

(3) 对教材建设投入的经费和精力不够。由于安全工程专业实验教材适用面窄,而编写教材需要参阅大量的文献、花费大量精力,至今尚未引起充分的重视[2]。

1.2 经费紧缺,设备不足

在一些高校,安全工程专业尚处于初建和发展期。有些高校安全实验仪器设备配备和实验经费不足,以致很多实验难以开出,或只开设演示性实验,从而影响实验教学效果和学生动手能力的提高。

1.3 验证性实验多,设计性实验少

对于验证性实验,学生只要依据实验指导书给出的步骤进行实验就可以得到实验结果,这对于培养学生的动手能力和创造性是不利的；而对于设计性实验,学生需要自行设计实验方案和进行数据处理,有利于培养学生的动手能力、自学能力以及创造性思维能力。然而,由学生自行编写方案的设计性实验较少。

1.4 已有的设计性实验效果不理想

尽管一些高校开设了设计性实验,但缺少相关教学指导体系,以致实验效果并不理想。这是因为,设计性实验课穿插于理论教学课中,在时间上缺少弹性,甚至出现实验与考试时间冲突的现象。

1.5 实验教学手段单一,教学体系不完善

有的高校还没有安全工程实验教学指导书、实验教学大纲、实验教学计划、实验考核、实验报告书等一系列实验教学文件,甚至有的还没有实验学分,安全工程实验完全依附于专业基础课和专业课。由于安全工程实验课没有独立学分,实验效果也不好。

1.6 实验室管理不正规

有的高校新建安全工程实验室管理制度尚不完善,存在一些安全隐患。

2 创新安全工程实验教学理念

“大学生创新性实验计划”是教育部为推动高校的实验教育改革以及创立新时期创新性人才培养模式而制订的[13],该计划指出:提高我国大学生综合素质的一个重要途径是创新实验教学。在创新实验教学的过程中,不仅要有新的教学思想,更要着重培养大学生利用已掌握的理论知识分析、解决问题的能力,着力培养大学生的创新能力、创新思维以及创新意识。

创新性实验教学的根本目的是利用实验教学,培养和提高学生的创新能力[14]。对于教学工作来说,培养创新能力也需要用创新的教育理念和创新的教育方法完成教学和实验工作,以实验设备设施、实验管理体制、实验教学手段、实验内容等方面作为切入点,形成专业特色显著的创新型实验教学模式。

为此,在安全工程创新实验教学的过程中要发挥学科特色,以培养创新型安全人才为目标,充分利用教育资源,形成严谨的、完整的、不断发展的安全工程创新实验教学体系。

3 安全工程实验教材改革

实验教材是体现实验教学目标、内容和方法的重要载体,是指导和规范实验教学过程、提高实验教学质量的保证[15]。作为实践性和综合性较强的安全工程,特别需要系统性强、科学规范的实验教材。

3.1 构建统一的课程体系

目前,我国安全工程专业的课程体系是以安全学原理、安全系统工程等安全工程专业的公共基础课为核心,以具有相关工程背景的专业为依托和外延,这就要求强化基础,按综合学科的模式建设专业,建立由安全工程本科专业基础课、必修课和选修课组成的课程体系。其中基础课是为学习专业课服务的,包括安全学原理、安全系统工程、力学、电子电工技术、机械原理、大学物理等；必修课使学生掌握安全工程专业的基本原理、理论和知识,主要课程有安全人机工程、防火防爆技术、通风安全学、安全评价技术、压力容器安全技术、危险源识别技术等；选修课则是安全工程与具体行业密切相关的课程,如矿业安全、化工安全、建筑安全等。

3.2 凝练实验教学内容

实验教材应根据课程体系的要求进行设置,同时必须满足以下3方面的要求:(1)在广度上,要能够覆盖本专业主干课程的知识点；(2)在难度上,应该设置有不同层次和类型的实验项目和题目；(3)在技能培养上,要通过安全工程实验课程的教学,使学生深入理解、掌握并运用安全工程理论和技术,能够分析和处理实际问题,有实验动手能力。

3.3 积极组织编写实验教材

学校和安全工程学科相关管理部门应组织在安全工程专业教学和科研一线的教师规划实验教材内容,认真编写实验教材,鼓励教师把自己的科研成果提炼为实验教学的题目。应组织相关教师对新编实验教材进行评议、提交给多名专家审阅修改,确保教材高质量。

4 安全工程专业实验教学改革探索

安徽理工大学是国内较早创建安全工程专业的高校之一,于2007年入选第一批“国家级第二类特色专业建设点”。学校对于安全工程专业实验教学改革进行了不断的探索。

4.1 新开设实验课程的原则

新开设的安全工程专业实验课应遵循以下原则:

(1) 在技术上必须是可行的,具有可操作性,适宜并具有一定的实际指导意义；

(2) 涉及到的知识点应为整个课程教学大纲的重点内容；

(3) 使用安全可靠的仪器设备,有严格的安全措施,避免人身伤害和中毒、火灾、爆炸等事故发生；

(4) 在经济上应合理,实验设备的购置价格及使用和维护成本应在承受范围内。

4.2 完善实验设备的管理

(1) 管好、用好实验仪器设备,实验课教师不仅要熟悉实验设备的性能,保证实验设备的完好和可用,还要能够进行实验设备的简单维修和保养,充分挖掘实验设备的潜力。

(2) 建立实验设备库,完善实验设备的管理制度,建立实验设备使用、外借以及维修保养的档案。

(3) 加强校际联系,建立实验设备资源共享平台。

4.3 改进实验指导方式

(1) 所编写的实验指导教材要突出实验原理、操作步骤和操作注意事项,可为学生的课程实验、开放性实验、课程设计以及毕业设计提供全面指导。

(2) 充分利用多媒体实验课件。实验课前,实验教师要完整地将实验预做一次,并将实验过程录制成视频课件供学生预习实验,着重强调实验步骤和操作注意事项。

(3) 在实验课前做好准备工作,将仪器设备调整到最佳状态。针对学生难以理解和掌握的内容,画出原理图并配以实验流程,以方便对学生讲解和推理。

(4) 将实验教学的内容与实际应用紧密结合起来,告诉学生所做实验的实用性以及现场操作方法。同时,教学内容和知识点的衔接合理,做到因势利导、重点突出、难点解释得当。

(5) 在实验教学中,要求学生将实验数据和发现的问题及时、详细地记录下来,带着问题做实验,掌握数据处理、分析实验结果和减少实验误差的方法,教师在实验后须对学生的实验结果进行确认。

(6) 以学生为主体,以教师为主导。教师对学生进行跟踪指导,指导要落实到每一个组、每一个人，要关注和督促学生完成实验计划。

4.4 加强实验教学管理

(1) 基础实验是专业实验的基础,通过强化基础实验课为专业实验(包括一般实验、综合性实验和设计性实验)奠定基础。

(2) 引导、鼓励和支持教师开发设计性和综合性实验,鼓励和支持学生自己设计实验。

(3) 提高教师的紧迫感和责任感,督促教师不断提高进取意识、实验教学水平和积极性。在课堂讲授过程中,实验教师予以配合；在实验教学过程中,讲课教师予以配合,每次实验课至少有2名教师现场指导。

(4) 通过开展学科竞赛等活动,提高学生的动手能力、创新意识和创新能力。例如我校能源与安全学院通过组织学生参加“挑战杯”、“采矿学科大赛”、“节能减排大赛”等学科竞赛活动,提高了学生的创新意识和创新能力。

(5) 实验室和实验教学仪器全面向本科生开放,科研仪器在教师的指导下向本科生开放,最大限度地提高实验仪器的利用率。鼓励学生自行设计实验项目,包括研究性、综合性及设计性实验,模型、发明及制作类实验,学科竞赛类实验等。鼓励学生自己提出实验题目,通过实验解决煤矿企业生产中遇到的安全难题。

(6) 鼓励学生申报科研项目或参加指导教师的科研项目,通过实验和后续的数据处理,使学生的动手能力和分析、解决问题的能力得以提高。

(7) 把验证性实验和演示性实验安排在大一、大二年级,减少此类实验的数量,将此类实验放到校园网上并提供多媒体课件和视频录像,供学生观看和学习。

(8) 鼓励教师根据煤矿安全生产遇到的实际问题研发新型实验仪器设备。如我校安全工程实验室自行研制的渗透率实验仪、矿井通风仿真系统、瓦斯爆炸、煤尘爆炸、电气安全、煤的低温氧化等16套实验仪器,这些实验仪器填补了实验空白,在实验教学中发挥了重要作用。

(9) 将实验课单独设课并单独分配学分,从原有的理论课中拆分出来。这样做的好处是可以促使教师和学生重视实验教学环节,促使学生更愿意动手做实验。

4.5 构建实验教学网络平台

实验教学网络平台集成了管理、信息、课件、视频、交流和意见反馈等功能,为学生提供了丰富的课件、视频等实验教学资源以及实验教学环节管理信息等,创造多维、信息化的实验课程学习平台,并方便学生间、学生和教师间的交流。主要功能有:

(1) 学生网上预约、网上选课功能,学生可以自选创新性、设计性或综合性实验教学项目；

(2) 发布实验仪器设备的使用状态,提供教学信息和实验成绩查询；

(3) 发布实验仪器设备的基本操作说明、音像资料、多媒体课件等；作为辅助材料,提供实验过程中所需仪器或软件的说明书、原理及参考文献等信息,供学生使用；实验教师可以根据实验设备的变化及时修改和完善相关资料；

(4) 提供针对实验仪器和实验过程的网上交流和意见反馈,跟踪实验仪器的占用情况,使学生能更加合理地安排实验时间,提高实验仪器的利用率；

(5) 对于具有较大危险性的实验,提供网上虚拟实验,学生可以通过网站,在线完成虚拟实验项目；

(6) 网上答疑。对于实验过程中遇到的问题,学生可以在网上与教师交流。鼓励学生积极表达、与同学分享个人的学习体会、学习经验以及通过实验所掌握的知识和技能,鼓励学生对实验中的问题提出建议。

4.6 实验室安全管理

安全工程实验室装有甲烷、氧气、氮气等气体的高压容器,若操作不当则可能发生安全事故。应特别注意压力容器的特点和危险性,加强安全管理工作。

(1) 完善高压容器等具有危险性的实验设备和仪器的安全管理制度,对于具有辐射性的实验仪器(如气相色谱仪),应严格遵守国家相关法规。在日常实验、保养以及寒暑假等节假日都必须注意具有危险性的实验设备和仪器的状态,及时消除安全隐患。

(2) 加强安全教育,制订事故应急预案,防止中毒、烧伤、机械伤害等意外事件发生。

(3) 学院成立安全隐患检查治理小组,进行定期安全隐患检查。落实实验室安全工作的专人负责制,定期对实验仪器进行保养维护,对发现的安全隐患应及时上报并立即进行整改。

5 实验考核体系

安全工程专业的实验可以分为课堂型实验和开放型实验,开放型实验又包括设计性实验、综合性实验及创新性实验。对于课堂型实验,实验教师可利用多种教学手段,使学生更好地掌握实验原理、方法、流程、数据处理及工程应用；而对于开放型实验,学生可以在教师的指导下充分发挥自己的创新性思维参与实验研究。

需要对传统的安全工程实验考核体系进行以下调整:

(1) 对于实验基础知识和基本概念的考核,主要包括平时表现、实验出勤率、实验回答问题等,占总成绩的30%；

(2) 实验报告占总成绩的50%,实验报告中应包括详细的实验原理、实验细节、实验数据、数据分析以及可能的改进方案等；

(3) 创新性、设计性的实验占总成绩的20%。设计性实验需要根据课堂理论教学的需求设置,学生可以根据自己的特长选择和设计相应的实验方法及实验内容,以提高动手能力和分析、解决问题的能力。

通过实验教学考核体系的调整,有助于学生发挥主观能动性,促进实验教学改革,提高实验教学质量,学生对于这样的考核体系反映较好。

6 结束语

实验教学对于培养学生的动手能力、理论联系实际的能力和创新能力具有重要意义。只有不断加强管理,才能有效提高实验教学的质量。安徽理工大学安全工程专业是面向煤矿安全生产的具有行业特色的专业,安全工程实验教学改革是不断前进、不断探索的过程,必须明确方向、结合实际,从根本上发现和解决实验教学改革过程中遇到的难题,使其真正为提高学生的综合素质和综合能力服务,为培养高质量的安全工程特色人才提供坚实的保障。

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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

安徽省高等学校省级教学研究重点项目(2013jyxm074)

蔡峰(1980—),男,江苏徐州,博士,副教授,硕士生导师,主要从事矿山安全领域的教学与科研工作.

E-mail：phoncai@163.com

G642

B

1002-4956(2015)10- 0171- 04