安全专业实验教学的几点思考

【摘要】对安全专业实验教学中存在的问题进行了分析，发现当前实验教学中存在两个主要矛盾。结合瓦斯放散初速度测定实验，提出了针对性改进措施。即从教学实验仪器的可视化改造和翻转课堂思维的教学模式两个方面着手，为推动高校安全工程专业的实验教学效果和培养目标的实现，为煤矿工业的安全、和谐发展提供教育和高水平人才支持。

【关键词】实验  教学仪器  教学模式  翻转课堂

【基金项目】中国矿业大学课程建设与教学改革项目青年项目（项目编号： 2016QN44）;江苏高校品牌专业建设工程资助项目（项目编号： PPZY2015a055）。

【中图分类号】G64  【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2019）27-0237-02

为了培养具备煤矿安全理论与技术知识的高水平人才，为有效治理煤矿瓦斯灾害、实现煤矿安全、高效生产提供人力支持，中国矿业大学和其他原煤炭系统的高校在安全与采矿相关专业的教学过程中，开设了各种安全及灾害防治类的专业课，并将实验课程包含其中。这些课程是人们在与矿井自然灾害作斗争的过程中，不断积累经验、吸取教训、总结规律、建立理论、完善措施而逐渐形成的一门门课程，是矿业安全工程方向的核心内容，在专业的教学活动中具有十分重要的地位和作用。

随着高校对实验教学的日益重视和学校实验教学改革的推进，中国矿业大学于2012年在煤炭院校中率先开设了《安全工程专业实验》课程，用于各种实验的讲授和操作，加深了同学们对理论与技术学习的认识，对培养学生的专业基础知识、提高学生的工程实践能力具有非常重要的意义。但是，在使用过程中也出现了一些问题。本文就将针对安全专业实验教学过程中存在的问题进行分析和讨论，以期为安全工程及其他专业实验课程教学质量的提高提供参考。

1.安全工程专业实验课程的教学目的

安全工程实验包括安全工程基础实验和安全工程专业实验两部分。进行实验教学的目的是使学生掌握安全科学与工程的基本实验方法，熟悉与安全、消防有关的各类检测仪器、仪表和装备的性能、原理、构造和使用方法，参数测定的操作步骤和仪器的实验室校正方法。通過实验使学生巩固和加深对所学安全基础课程的理论知识理解，强化学生动手能力和分析解决实际问题的能力，加强学生实事求是、严肃认真的科学作风的培养，为学习后续专业课打下良好的基础。

从上述实验教学的目的来看，其基本涵盖了本科生实验教学所需要达到的所有目标。针对安全工程实验教学的目标，学校建立了非常完善的实验教学体系，购置了大量先进的实验仪器，成立了优秀的实验教学团队，出版了专门的实验课程教材和实验指导书。

2.实验教学中存在的问题

由前文的分析可知，当前安全专业实验教学相对以前已经得到了长足的进步和发展，并取得了较好的效果，但同时也暴露出了一些问题，具体如下：

2.1缺乏专门的教学实验仪器

专业实验不像大多数基础课程的实验那样具有完善的实验教学体系，尤其是在实验设备上存在巨大的差异。如大学物理和电工等传统的基础实验课程都具有非常成熟的实验形式和设备，相关的实验教具和仪器配套厂家也较多。而部分专业实验课程，尤其是对煤矿安全类专业实验课程来说，课程建设所需要的相关实验仪器没有相应的配套厂家，课程中使用的实验仪器都是购买而来，大多为煤矿现场或者科研院所中使用的一些仪器和设备。这些仪器和设备在解决煤矿安全问题上起到了巨大的作用，它们高度的自动化，甚至非常先进。但这也带来了一个矛盾，即先进的、全自动的实验设备与学生清楚掌握实验原理，完成细节操作之间的矛盾。

以中国矿业大学《安全工程专业实验》课程在瓦斯放散初速度△P的测定实验为例，实验教学中心购置了沈阳煤炭科学研究院研制的WT-1型全自动瓦斯扩散速度测定仪。该仪器完全由金属外壳封闭，从外观上看只能够看到6个小的煤样罐。而实验过程中涉及到的抽真空、充气以及煤样中气体的向外扩散等过程均无法进行直接的观察。对于学生，在实验过程中能做的仅仅是将煤样筛分后放到煤样罐，然后固定在仪器上，剩余工作全部由计算机控制并自动完成。这对于煤矿现场或科研院所日常的实验测定工作具有较大的帮助，但用于高校的实验教学，其效果就不尽如人意了。因为学生无法“参与”到实验中去，对实验过程会感觉比较抽象，无法完全理解实验的原理。

从对学生进行调查的情况来看，尽管通过实验课程的教学加深了对课堂知识的了解，掌握了有关煤矿通风瓦斯方面的参数测定方法。但由于受各种条件的限制，同学们对于现场工程问题的认识和解决问题的能力却没有得到应有的锻炼和提高。这就是对问题的本质和原理没有很好的掌握的结果。

针对这样一种情况，如何在实验过程中直观、形象的将实验过程和原理展示给学生，如何让学生结合所学专业知识去分析考虑实验中出现的各种现象，如何培养学生探索未知的兴趣，这对高等院校传统的实验教学方法和手段提出了挑战，同时如何对现有实验系统进行可视化设计和实践需要我们进行摸索研究。

2.2“套餐式”教学模式

实验教学分为演示实验、验证实验、设计实验等几种类型，它们随学生的参与度和主观能动性的提高而层层深入。但目前的教学模式相对僵化，例如现有的安全专业实验课程大纲的设计及教学实践活动大多是以固定的模式进行，不管是哪一种类型的实验，基本都是按照实验指导书按固定模式进行，即详细介绍实验原理、仪器、方法与步骤，然后再按部就班的进行。我们可以称之为套餐试教学。不同类型的实验所表现出来的仅仅是“套餐”不同而已。这样的教学模式不利于培养学生发现问题和解决问题的能力，与本科实验教学的培养目标相违背。

还是以瓦斯放散初速度的测定实验为例，按照现有的教学模式和实验仪器，学生只是实验仪器的操作者，所能做的仅仅就是按照实验指导书进行制样、装煤、启动程序最后记录实验结果。在这个过程中，对参数的影响因素及控制机制等无法进行自由探索。

3.应对措施

为了提高《安全工程专业实验》课程的教学水平和教学效果，帮助学生更好地理解安全工程专业中的基本理论知识，创造条件让学生积极参与教学活动，需要针对学生学习和实际操作过程中的理解和认识过程，进行有针对性的实验教学仪器的开发，对教学实验装置进行可视化设计和实践。并在上述过程中加入创新设计环节，促使学生自发的进行自由探索，摆脱传统“套餐式”实验教学模式的弊端。这里还是以瓦斯放散初速度△P的测定实验为例来进行探讨和说明。

针对现阶段安全工程专业实验教学中存在的上述问题，尤其是当前瓦斯放散初速度△P的测定实验教学的现状，可以尝试进行以下改进：

首先，对现有实验装置进行可视化改造，让学生对实验过程有直观的认识，使其易于为学生所接受。具体思路可将实验系统设计为全透明，同时使用有色气体（臭氧或其他气体）代替甲烷，便于学生观察实验过程中抽真空、充气、气体吸附、解吸和富集这五个主要过程中气体浓度和压力的变化。将所有的自动控制环节改为手动，让学生能够深入了解瓦斯放散初速度这一参数作为煤与瓦斯突出预测指标的测定原理，并将其与煤与瓦斯突出发生的条件联系起来。

其次，在进行上述可视化改造的基礎上，给学生提供充分的条件来进行自由探索，让实验课程的教学不仅限于课堂。应该借鉴翻转课堂的教学思想，在进行实验室实际操作之前，学生需要做大量的功课对实验进行预习和设计。让他们在宝贵的课堂学期期间，对自己的想法和设计进行大胆的尝试。而作为实验课指导老师，在这个过程中的主要工作则是在学生进行课外的预习和实验设计时与学生进行必要引导和讨论，保证实验设计方案在大的方向上的可行性。

4.主要结论

煤矿安全类的实验教学相对其他基础课程的实验教学来说具有很多先天的劣势，主要体现在实验教学仪器的配套较差，缺乏专门的实验教学仪器，再加上传统的教学模式的僵硬，带来了以下两个矛盾。即先进的、全自动的实验设备与学生清楚掌握实验原理、完成细节操作之间的矛盾;固定的“套餐式”教学模式与学生自由探索和研究的矛盾。针对这两个主要矛盾，提出了针对性的措施。包括增强实验仪器配套建设，对现有的教学仪器进行可视化改造，并利用翻转课堂的教学思想，打破僵硬的“套餐式”教学模式。

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作者简介：

陈裕佳，男，中国矿业大学安全工程学院副教授，博士，主要从事矿井瓦斯防治研究。