安全工程专业实验教学改革与实践

韩冬冬　石耀武　刘志云　李凯玲

[摘 要] 工程教育专业认证及新工科建设对安全工程专业实验教学提出了新要求，从实验课程设置、教学内容、教学方法及考核方式等四个方面分析了安全工程实验教学中存在的问题。提出了独立设置实验课与课内实验共存，增加了紧跟科技、经济发展的实验内容，采取了“以学生为中心”的多样化教学方法和“以产出为导向”的过程考核方式，并提出了持续改进的建议。可为高校安全工程及其他相关专业提供借鉴。

[关键词] 安全工程;实验教学;改革与实践

[作者简介] 韩冬冬（1987—），男，陕西榆林人，博士，长安大学地质工程与测绘学院工程师，主要从事地质灾害和建筑安全研究。

[中图分类号] G642.0   [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2021）13-0063-04   [收稿日期] 2020-12-28

一、引言

安全工程培养能够在土木工程、交通运输、地质资源、工矿企业等行业从事安全管理和安全技术的专门人才，本科毕业生要求掌握安全科学、安全技术、安全管理和职业健康管理等基本理论、基本知识和技能，是一门实践性很强的学科。作为理论课程教学的深化和实践教学的一个重要环节，实验教学在深化理论知识、培养学生动手能力、增强创新能力等方面，具有无可替代的作用。但安全工程传统实验教学内容、教学方法及考核方式等已不能满足国家经济发展、科技进步等对安全工程人才能力的要求，工程教育专业认证“以学生为中心，产出为导向”的教育理念及教育部新工科建设也对安全工程实验教学提出了新要求，各高等院校逐渐把理论教学和实验教学放在同等重要位置来抓，大力推进实验教学建设和改革。

随着我国工业、建筑行业的快速发展，安全工程专业人才的需求量与日俱增，开设安全工程专业的高校越来越多，从21世纪初的34所发展到目前的近200所，但各高校安全工程专业的行业特色背景和研究领域不同[1，2]，实验教学差异也较大。长安大学安全工程于2003年2月经教育部批准设立，同年9月开始招收四年制本科生，经过多年摸索前进，已建成了比较完善的以建筑安全为特色的培养体系[3]。安全工程实验室于2006年初见雏形，到目前为止已建成安全人机工程实验室、热工实验室、燃烧与爆炸实验室、安全检测实验室、通风实验室和安全虚拟与仿真实验室等6个专业实验室，面对高等教育发展的新形势、新要求，安全工程实验教学也在不断地创新改革中。

二、安全工程实验教学存在问题

（一）实验教学过于依附理论教学，对学生创新能力的培养不够

传统实验教学一般是从理论课程总学时中划分出部分学时（多则10个学时，少则4个学时）进行，实验教学依附于理论课，没有学分，处于从属地位。实验内容仅仅是为了验证理论的正确性或真实性，或仅仅是演示理论所反映的事实真相或所阐述的事物变化过程，作为理解、掌握和提高理论知识的验证与旁证手段，以演示性、验证性实验为主，综合性、设计性实验偏少。这样的实验课程设置对于学生动手实践能力、创新能力的培养不够。

（二）实验教学内容陈旧，实验设备落后于安全科学技术发展

实验项目更新较慢，实验内容未能紧跟时代发展，各级学生的实验内容几乎相同，且安全研究性实验偏少;实验仪器设备落后，更新不及时，本质安全性差，如可燃液体闪点测试仪、爆炸参数测试装置等仪器危险性较大，部分仪器控制、数据采集智能化程度低，不能满足新工科建设的要求;缺乏安全工程相关软件的实验操作，不能满足工程教育专业认证对学生“能够利用安全检测等设备和工程软件，对复杂工程问题进行分析、模拟或预测，并理解其局限性”的毕业要求。

（三）实验教学以教师为中心，方式单一，学生参与度不够

实验教学以教师为中心，通常情况下，教师直接向学生讲解实验内容、实验原理及实验步骤，学生分小组按照教师所“教”的内容，在有限、分散的时间内按部就班地完成规定的实验。整个过程学生处于被动状态，实验的积极性和主动性不强;实验方法亦缺乏创新性，实验过程中学生一般只是机械地重复。这种实验教学模式使学生的主观能动性和创新性受到了严重限制，不能有效提高学生的独立思维能力、动手实践能力及创新意识。

（四）实验教学考核以实验报告为主，难以全面评价学生的真实表现

实验成绩评定主要依据学生所提交的实验报告质量和实验过程中的表现、态度[4]，由于实验以小组为单位进行，且时间较分散，教师与学生的互动较少，教师并不能熟悉每个学生和掌握每个学生的实验过程，在实际评分中实验过程成绩往往由考勤而定，所有学生的实验过程成绩差别不大，导致出现一个小组中部分学生出工不出力，只是来实验室而不参与实验过程的情况出现;最终在实验报告的编写时，为了得到较好的分数，部分学生也可能会抄袭实验报告，甚至捏造、更改实验数据。显而易见，这样的考核方式难以保证实验教学质量，实验成绩未能全面体现学生的真实能力。

三、安全工程实验教学的改革与实践

（一）课内实验与实验独立设课共存

近年来，实验独立设课在高等学校安全工程实验教学中逐渐开展，如湖南农业大学安全工程2015年根据专业特点和发展方向将实验模块化，即将实验课程从理论课中脱离出来，单独列成一门课[5];大连理工大学强调实验课程与理论课程相同的重要地位，将安全工程专业实验规划制定为一门独立的64学时实验课程[6];郑州大学安全工程专业开设了专业课程实验、综合性实验和开放性实验[7];福州大学开设了安全工程基础实验、安全工程综合实验[8];滨州学院、北京理工大学设置了安全工程综合实验[9，10 ]。

笔者根据实验项目的本质属性、培养功能和理论课程的学习要求，同时考虑课程设置的递进关系，将旨在帮助学生理解理论知识、验证基本公式为主的验证性课内实验，依然保留为课内实验，以利于理论课程综合考核评价，目前开设的课内实验包括工程流体力学实验、安全人机工程实验、工程热力学与传热学实验、工业通风与除尘实验。将“燃烧与爆炸学”“安全监测与监控系统”“电气安全工程”“安全系统工程”等专业发展课程的实验内容整合，独立设置“安全工程开放式试验”[ 11 ] （P10-14），学时一周，开出实验項目30项，其中15项验证性实验，15项综合、设计性实验。验证性实验的目的是培养学生的实验操作基本技能，为综合性、设计性实验打好基础，综合性、设计性实验主要用于学生创新意识、独立思维能力、动手实践能力的提高。独立设置“安全工程开放式试验”课程可全面、系统地培养学生的实践能力，也有利于解决学生人数多与实验设备台套数不足之间的矛盾，有利于实验室资源的共享。

（二）丰富实验教学内容，满足专业特色及新工科建设要求

长安大学安全工程专业设置在地质工程与测绘学院，源于地质工程专业，其安全科学与工程一级学科硕士研究生的培养方向之一为地质环境与工程安全。因此，我校安全工程专业本科生培养方案中开设了专业特色课“岩土力学与基础工程”，并开设了课内实验，实验项目包括环刀法测定黏土密度试验、烘干法测定黏土含水率试验、直接剪切试验、岩石的静力变形试验、岩石的单轴抗压强度试验、界限含水率试验等。另外，我校安全工程的特色为建筑安全，因此，在“安全工程开放式试验”中开设了有关建筑安全方向的实验项目，包括建筑材料耐火等级测定试验、钢材质硬度无损分析试验、混凝土抗压强度测定试验、环境参数测定试验（空气含尘浓度测定、环境噪声测定），旨在锻炼学生在建筑安全方面的实践动手能力。近两年来，增设四项电气安全工程方向的实验项目，包括接地电阻测试实验、耐压测试实验、剩余电压测试实验、安规综合测试实验，以使学生掌握电气安全测试设备。

工程教育专业认证要求学生毕业时“能够利用安全检测等设备和工程软件，对复杂工程问题进行分析、模拟或预测，并理解其局限性”，因此，笔者开设了危险与可操作性分析（HAZOP分析）、重大危险源辨识与分级、重大事故概率风险定量评价、重大事故后果模拟分析、区域定量风险分析等软件操作实验项目。

（三）自主实验及基于慕课、微课的翻转课堂教学方法

工程教育专业认证OBE理念和互联网+慕课、微课等授课方式对安全工程实验教学方法提出了改革要求，根据实验项目的目的、难易程度、危险性，笔者采用了自主实验、翻转课堂、演示观摩、研究型教学等多种“以学生为中心”的教学方法。

自主实验：安全人机工程实验的目的主要是通过一些人的人机学参数、生理和心理特点，以及人体生物力学特性的实验测试，使学生熟悉相关参数的测量方法，为后续“安全人机工程课程设计”打下良好的基础。学时只有6个，但我校实验室可开出13项实验项目，实验仪器操作也比较简单。为充分利用实验设备，锻炼学生快速自学和动手能力，对于该课内实验，笔者让学生2～3人为1个小组，进行自主实验，在此过程中教师适时加以指导。

基于慕课、微课的翻转课堂教学模式：“互联网+”在教育领域的发展，使学生能够打破时空局限性，随时、随地享受全球优质教育教学资源，同时有关实验内容的微视频也在不断涌现，实验教学完全可以利用这些资源进行教学，如对于工程流体力学实验，教师在“学堂在线”收集整理了有关理论课程和实验内容，提前分享给学生，让学生课前预习，然后带着问题来实验室进行操作、测试数据，实验进行中教师就学生的有关问题进行答疑解惑。对于电气安全实验项目，也采取了类似的教学方法。再比如，对于工程热力学与传热学实验，由于该实验项目实验操作步骤多，数据记录、处理的细节直接影响实验的效果和成败，从学生的视角开展实验教学更为合适，因此，本课内实验实行实验项目小组负责制，即每个实验项目指定一个小组进行实验项目的全过程指导，实验中小组长讲解实验仪器、实验原理和步骤，以及实验报告的编写和数据整理，其他组员进行补充，实验指导教师在整个过程中适时进行答疑、点拨，通过该方法，锻炼了学生表达自己解决问题的思路和能力，也增加了师生之间、学生之间的互动，提高了学生的团队协作能力。

演示观摩教学法：部分安全工程实验操作具有危险性，如电气安全工程涉及高压电、燃烧与爆炸学实验涉及爆炸参数测试和高压气瓶操作，特别是甲烷气瓶。出于对学生人身安全的考虑，此类实验只进行讲解和实验指导教师演示，并通过视频播放等方式教育学生。

研究型教学法：主要针对“安全工程开放式试验”进行研究型教学，首先针对某实验项目给学生提供一些具有研究意义、探究性的课题，供学生选择参考，然后引导学生自由选择场景和仪器开展实验，学生通过小组开展实验，并基于科学方法分析、解释实验数据，得出具体结论。如对于噪声、粉尘的测定实验，实验目的不只是让学生掌握噪声、粉尘测试仪的操作方法，还要就某场地噪声或粉尘的分布规律进行研究。如此，也是对学生科研素养的培育。

（四）注重过程、学生能力达成的考核方式

相比于实验报告，实验过程更能反映学生的积极性和动手能力，因此，应更加注重实验过程的考核。通过实验考勤、实验互动、实验小组负责制、实验项目汇报环节，教师逐渐熟悉每一个同学，然后才有可能针对每个同学给出合理的课堂表现分数。评分参考项有：学生的实验态度、实验仪器的操作水平及实验的參与度等。设计性实验主要考查学生实验思路的正确性、方案设计的可行性及实验步骤的合理性。

实验项目汇报环节：“安全工程开放式试验”结束后，要求每个学生针对1项实验项目进行实验总结汇报，然后实验指导教师和其他学生进行点评。通过本环节的互动，能够使学生了解彼此实验的差异，也锻炼了学生清晰、完整地表达自己解决问题的思路和能力。

实验报告是学生能力达成的具体体现，应减少实验报告主观性评分，更加注重实验报告内容的完整性、实验数据的正确性、实验结果的合理性、图表的规范性及学生对问题的分析思考能力等。

四、持续改进建议

本次实验独立设课是在组合多门专业课程实验的基础上开展的，还未达到完全独立，所开展的综合性、设计性实验项目也只是对科研项目的初探，在后续持续改进中，应更多结合教师科研项目开设实验项目，并与我校安全科学与工程一级硕士学位培养方向结合。此外，作为实践环节的一环，实验项目、内容应与培养体系中的课程设计和实习环节相结合。

安全工程实验涉及课程内容较多，仅实验室1～2位指导教师不可能对所有知识都掌握，且达到融会贯通的程度，因此，为开出更多设计性、综合性实验项目，应加强实验队伍建设，同时，理论课程教师应更多地参与实验指导。

随着信息技术的飞速发展及“以学生为中心，产出为导向”教育理念的落实，慕课、微课的普及是高等教育改革的必然，实验教学应拍摄、制作更多微课视频，建立实验教学的“慕课”。

五、结语

安全工程专业实验有助于学生掌握专业知识，能够培养学生科学研究、使用现代工具、团队协作等多方面的能力，提高学生的创新实践能力。传统实验课程设置、实验教学内容、教学方法及考核方式已不能满足工程教育专业认证及国家新工科建设的要求，应进行改革。通过本次专业实验教学的改革与实践，以期实验教学能够真正提高安全工程专业学生的综合能力和素质。

参考文献

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Abstract： Engineering education professional certification and the construction of “emerging engineering education” put forward new requirements for the experimental teaching of safety engineering major. This paper analyzes the problems existing in the experimental teaching of safety engineering from four aspects of course setting， teaching content， teaching methods and assessment methods. This paper puts forward the coexistence of independent experimental course and in-class experiments， increases the experimental contents closely following the development of science and technology and economy， adopts the diversified teaching methods centered on students and the output-oriented process assessment method， and puts forward suggestions for continuous improvement. It provides reference for safety engineering and other related majors in colleges and universities.

Key words： safety engineering; experimental teaching; reform and practice