实验教学在“防火与防爆工程”课程中的实践与思考

2023-01-12张术琳讲师义教授施式亮教授贺副教授

安全 2022年12期

张术琳讲师严翔鲁义教授施式亮教授李贺副教授

(湖南科技大学资源环境与安全工程学院，湖南湘潭 411201)

0 引言

课堂理论教学和实验教学是理工科专业教学过程中的2大重要模块。课堂理论教学主要以教师课堂讲授理论知识的教学方式为主；实验教学则是将理论知识和实践活动结合起来的一种教学方式，在教学中学生是主体，进行实验操作，教师的作用是引导和监督。它更具实践性、综合性、创新性等特点[1]。相比课堂理论教学，实验教学更能调动学生的学习热情，锻炼学生的实际操作能力，是培养学生成为综合创新型人才的一种有效方式。

“防火与防爆工程”是湖南科技大学安全工程专业的一门专业必修课。该课程内容多、理论性强、学习难度大，在传统的老师授课学生听讲的教学模式下，学生难以理解并掌握课程中理论性较强的知识点，导致教学效果不理想。在现有的实验教学中，由于学生多教师少，实验教学中的细节步骤分散而难以监控，出现了教师在教学过程中难以有效管理和引导的问题；同时，实验教学缺乏对学生学习竞技性的训练，没有充分调动起学生的学习热情并激发科研创新能力。为提高教学效果，一些学者将实验教学融入课程中。例如，2018年，左秋玲等[2]对“防火防爆”课程进行改革，将演示实验教学带入课堂，通过对燃烧理论和爆炸理论2个方面的课堂演示实验进行具体分析，验证了该教学方式的可行性，有效解决传统课堂讲授中存在的问题；2020年，季淮君等[3]对“防火防爆工程学”的实验教学构建“基础理论—防治原理与技术—易燃易爆场所防控”的课程体系，将现代教学实验平台和课堂理论教学内容结合，提出多样化实验体系。

因此，笔者结合自身教学实践经历和学校安全工程专业立足“生产安全，服务经济建设，兼顾应急救援”的定位，论述实验教学的可行性、实施方法、教学效果，并对该课程教学方式进行总结反思，以期提高今后安全工程专业必修课的教学质量。

1 实验教学的可行性

(1)实践性强，与课堂联系紧密。“防火与防爆工程”作为一门实践性极强的安全工程专业必修课，涉及物理学、化学、燃烧与爆炸学等多个学科领域的知识，是一门综合交叉性学科[4]。由于该课程涉及内容较多，理论教学方式无法让学生完全理解掌握课堂知识，因此可以结合实验教学的方式，引导学生在实验中进行思索、探究，有利于理解书本上理论性较强的知识。同时，采用实验教学与理论课程穿插进行教学的方法，可使学生有一定理论知识支撑后再进行实验教学，有利于学生将所学知识应用到实践中，达到知行合一的效果。

(2)与传统课堂教学方法优势互补，增强互动性。课堂理论教学和实验教学是教学过程中的2大重要模块[5]。然而传统的课堂理论教学方式比较抽象且枯燥，学生对于一些理论性较强的知识点难以理解。因此，实验教学与课堂理论教学相互结合，教师先在理论课堂上讲解实验课程的具体内容、重要知识点，带领学生观看实验操作视频，然后提出一些实验中的问题，增强师生互动；学生通过实验来验证课堂上的相关原理和现象，能更好地帮助学生理解防火与防爆课程中的相关原理并且巩固课堂上讲解的知识点，达到优势互补、增强师生互动性的效果，实现实践与理论相结合。

(3)网络技术辅助教学，实验教学更易实施。近年来，全国各高校陆续推进国家级虚拟仿真实验教学示范中心建设，目前被认定的理工科国家虚拟仿真实验教学课程共享平台有366个，许多高校已开展多项虚拟仿真实验平台教学工作。因此，依托虚拟仿真技术的“网上实验”“虚拟实验”为学校实验教学开辟了新途径[6]。教师可以在实验前让学生观看各种火灾爆炸事故的视频以及实验时发生的事故，了解火灾爆炸事故的危害，进一步提高实验安全警惕性，以此让学生认真对待实验过程；教师也可以先在课前进行预实验，将实验操作过程及结果录制成视频，在课堂上播放，让学生了解实验过程；如果学生对实验有疑问，课后可以借助虚拟仿真实验平台进行仿真实验。学生能够观察到更为精准明显的实验现象，达到节约时间目的的同时还提高了实验效率，使得实验教学更易实施。

2 实验教学的实施

“防火与防爆工程”课程内容主要讲授防火与防爆工程的基本原理，以及危险化学物品的燃爆特性、防火与防爆的技术措施、主要危险场所的防火与防爆[7]。该课程教学目标是培养学生对火灾和爆炸事故的应急反应能力、危化品危险性分析能力、突发事件应对能力[8]。在实验教学中，通过不同的实验，将教材中的重点内容联系在一起，引导学生积极主动参加实践，激发学生的学习兴趣。本课程实验教学的实施包括明确实验教学目标、课程组织形式、教学手段、评价模式，如图1。

图1 防火与防爆工程实验教学实施结构图Fig.1 The implementation structure diagram of the experimental teaching for fire and explosion protection engineering

2.1 实验教学目标

教师根据课堂理论教学任务，确定教学中的重点和难点，选择恰当的节点安排实验教学，并引导学生积极参加实验。表 1中列出本课程部分实验教学内容，如防火基本原理部分，其教学目标是让学生了解燃烧的学说和理论；熟悉燃烧的条件、火灾的分类；掌握燃烧的类型、物质的燃烧历程、燃烧产物以及防火技术的基本理论和原则。涵盖的主要知识点有燃点、燃烧3要素、燃烧类型、热值、燃烧温度、可燃物的燃烧特性等内容。通过安排燃点测试实验，能让学生更好的理解燃烧3要素、燃点现象、燃烧产物等重要知识点。

表1 防火与防爆课程部分实验教学内容Tab.1 The partial experimental teaching content of fire and explosion prevention engineering

2.2 实验教学课程组织形式

实验教学课程组织形式一般有2种：一种是同一学科的实验课与理论课单独设置，分成2门独立的课程；另一种是实验课与理论课合并为一门课，实验作为整个课程内容的一部分[9]。独立设置实验部分，能确保实验教学有充分的学时，使学生有足够的时间进行实验与练习。实验和课堂理论教学合并，可以使理论和实践相结合，使学生更好地掌握重要的知识，从而提高教学效果。湖南科技大学安全工程专业每届4个班级，共120名学生，每个班分组进行实验，采用实验课与理论课合并的形式，学校防火与防爆工程理论部分分配32学时，实验部分分配8学时。8个学时中开展4次实验课，分别是闪点测定、燃点测定、氧指数测定及灭火器的使用方法，每个实验2个学时，课堂理论教学与实验教学交叉进行，选择恰当的节点安排实验教学，更好地将教学中的理论知识与实践结合。

2.3 实验教学手段

传统的实验教学手段比较单一，一般是教师先在课堂上对实验进行简单讲解，然后学生根据实验步骤进行实验，记录实验数据并进行数据分析，最后完成实验报告。随着网络技术的飞速发展，网络教学已成为高校实验教学新方法。笔者将视频展示、超星学习通等辅助教学手段融入实验教学中。学生在课前可以观看实验录像演示、查阅相关资料进行网上预习；课后利用超星学习通进行复习、完成课后作业、依据报告模板规范撰写实验报告。通过教学录像和课前预习，使学生对实验有更充分的了解；超星学习通的使用能让学生在课后复习巩固实验及理论知识，能有效地提高教学效果。

2.4 实验教学评价

完善的教学评价是激发学生学习积极性的有效措施和保障机制[10]。教学评价不能只关注学生学习成绩，更应该注重学生综合素质的全面发展。实验教学考核主要有预习任务书检查、实验技能考察、实验报告评价3个部分，并在期末考试试卷中加入实验知识、实验技能测试题，对学生的实验知识、实验操作程度进行全面、客观、准确地评估，促进学生全面发展。

3 实验教学效果

(1)调动学生学习积极性。实验教学使得教学内容生动形象，学生对知识有更深的理解，课堂氛围变得更活跃，学生的学习积极性得到提升[11]。通过观察，发现学生在课堂上提问较以往更多，与老师的互动更加频繁，学生的参与程度更高，实验课的表现更加积极，不同以往学生上课低头玩手机，现在充分地调动起学生的积极性，学生积极地思考问题，认真对待每个实验，还有一部分同学表示非常期待上“防火与防爆工程”的实验课，学生对课程的学习兴趣明显提高。

(2)提高学生实践操作[12]能力。在实验教学过程中，要求学生更加注重实验的安全要求、实验操作是否规范、实验器材及设备是否按规程摆放、实验过程是否严格按照实验步骤、是否能明确自己的实验任务等。使学生初步形成规范的操作技术和良好的操作习惯，并且动手实践能力得到锻炼。学生开始积极投身于实践和创新中，并且取得较好的成果，如在湖南科技大学实践技能操作大赛中本专业学生获得二等奖；学生积极参加社会实践，并获得浏阳市“燕归巢返家乡”大学生暑期社会实践活动“十佳见习生”荣誉称号。

(3)培养学生科研创新意识。本专业学生经实验教学后积极参加创新竞赛，例如，本专业学生研制的“光学一体双模式智能甲烷检测仪”，在第八届“挑战杯”湖南省大学生课外学术科技作品竞赛中获得特等奖；学生以湖南科技大学第五教学楼为例进行的火灾应急疏散模拟研究，在第三届全国安全科学与工程大学生实践与创新作品大赛中获得一等奖；学生开展的火灾主动甄别与救援决策系统研发与应用，在第七届“挑战杯”湖南科技大学大学生课外学术科技作品竞赛中获得三等奖。同时，本专业学生主持的多项校级科研训练项目获得立项，学生的科研创新意识得到显著提升。

(4)促进师生交流互动。教与学是不可分割的统一体，教学的本质是交流和互动[11]。实验教学中师生之间角色发生转变，学生由听课变为课堂主导，教师由讲授变为协助监督，增强了学生上课的参与感，极大的改善了学生对待学习的态度，让师生间的联系更加紧密，课后学生也会主动和老师交流、沟通，师生交流更加顺畅，学习过程更加愉快，同时，取得较满意的教学效果。

4 实验教学思考

“防火与防爆工程”作为安全工程专业的必修课程，对学生正确认识自己的研究方向、研究领域具有重要的指导意义，能增强学生的学习兴趣和自信心。笔者结合近年教学经历以及相关的探索和实践，对实验教学在“防火与防爆工程”课程中的应用进行总结思考，获得如下收获。

(1)由于该课程开设在学生大三阶段，学生面临实习等多方面压力，对开设的实验教学目的认识明显不足。对实验教学的学习抱有应付了事的心态，这样很大程度上限制了实验教学的作用。

(2)部分学生学习主动性较差，可以在教学内容上增加一些近期的火灾爆炸事故案例，提高学生的学习兴趣。进一步增强与学生的课堂互动，通过课堂测试和课堂讨论，提高学生的逻辑思维能力。

(3)由于近年疫情形势，网络教学得到飞速发展。为满足学生课余时间自主学习的需要，可以建设防火与防爆课程的网络教学平台及虚拟仿真实验平台。网络教学平台提供实验内容、国内外文献、课后作业等资源，学生可以进行网络虚拟实验，对实验进行创新，并总结讨论实验结果[13]；虚拟仿真实验平台可以实现虚拟仿真与实验操作相结合，虚实融合能够有效解决部分实验条件的局限性[14]。