安全工程專業“研究方法訓練”課程創新與實踐

楊軼芙 高玉坤 歐盛南

[摘 要] 安全工程涉及眾多學科體系，是一門綜合性、實踐性較強的交叉科學。為了提高學生的創新能力與實踐能力，形成安全科研思維，對“研究方法訓練”課程內容進行了創新。通過建立“四位一體”的實驗課程體系，包括基礎實驗、專業實驗、軟件模擬和創新實驗，形成了安全工程專業實驗教學特色，改革了傳統的教學模式，創新了實驗教法與學法，評價了學生的參與狀態與創新意識。結合北京科技大學安全工程專業該課程的應用情況，采用“四位一體”的實驗教學手法能夠對學生的實踐能力和創新能力的培養起到推動作用，具有很好的應用前景。

[關鍵詞] 研究方法訓練;安全工程;創新實驗;實驗教學

[基金項目] 2020年度中央高校基本科研業務費“城市地下空間環境與結構耐久性分析研究”（FRF-BD-20-01A）;2017年度北京科技大學教育教學改革與研究項目“安全工程‘四位一體’創新實驗體系研究”（JG2017M02）;2020年度中央高校基本科研業務費“基于爆轟管道系統的實驗教學開發研究”（FRF-DF-20-19）

[作者簡介] 楊軼芙（1982—），女，內蒙古包頭人，碩士，北京科技大學土木與資源工程學院工程師，主要從事安全工程專業實驗、實驗室安全管理研究;高玉坤（1983—），男，山東膠州人，博士，北京科技大學土木與資源工程學院高級工程師，主要從事安全工程的實驗教學管理研究;歐盛南（1981—），男，湖南宜章人，博士，北京科技大學土木與資源工程學院高級工程師，主要從事企業安全、安全工程專業實驗研究。

[中圖分類號] X936 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-9324（2022）15-0049-04 [收稿日期] 2020-09-11

引言

安全工程是一門多學科交叉綜合的新興學科，要求學生學習掌握的知識點多，對學生動手能力、綜合解決工程復雜問題能力的要求較高。北京科技大學安全工程專業在全國學科排名第四，學生深造率達75%，即大部分學生要具有很好的科研能力，研究方法訓練顯得尤為重要。在這種背景下只進行演示性和驗證性試驗，不利于提升學生的創新、創造和科研能力[1]。“研究方法訓練”實驗課是安全工程專業課程體系中的重要組成部分，是深化學習專業知識的重要途徑，是學生開展科學研究的重要方法，也是培養學生實踐能力和形成安全科研思維的重要手段。“研究方法訓練”是一門實用性很強的實驗課，實驗設置的內容既是專業特色的體現[2]，也是專業培養方向的保證。因此，筆者通過“研究方法訓練”課程的創新與實踐，對課程體系、教學模式、實驗教法與學法、考核評價方法等進行了探索，并對課程內容的創新性與先進性進行了縝密分析。

一、課程教學內容

（一）完善實驗課程內容

“研究方法訓練”課程設置了四個梯度：基礎實驗、專業實驗、軟件模擬和創新實驗，涵蓋燃燒、爆炸、無損探傷、產品檢測、粉塵測定及數值模擬六大專業模塊[3]。

1.基礎實驗。（1）水平垂直燃燒實驗：了解水平垂直燃燒測定儀的基本工作原理;掌握水平垂直測定儀的使用方法;了解試樣在水平和垂直方向小火焰點燃后的燃燒性能。（2）閃點和燃點的測定實驗：掌握用克利夫蘭開口杯測定閃點的方法;掌握使用開口閃點和燃點測試儀測定閃點的操作步驟及方法;測量不同燃料及油類的閃點，加深理解閃點概念，了解在使用、儲存、運輸油類燃料時避免發生閃燃的方法。（3）粉塵濃度測定與分析實驗：掌握粉塵測定儀的原理、結構、使用方法及操作步驟;掌握利用濾膜重量法測定粉塵濃度的原理與方法;進行實際操作，測定粉塵濃度并進行計算與分析。（4）粉塵層最低著火溫度的測定實驗：掌握粉塵層最低著火溫度的測定方法;掌握判別粉塵是否已經著火及確定其最低著火溫度的方法;鞏固和加深對粉塵危險特性的學習和理解。（5）Hartmann管式粉塵爆炸實驗：掌握Hartmann管式粉塵爆炸測試儀的原理、結構、使用方法及操作步驟;了解粉塵爆炸過程、粉塵爆炸影響因素;理解掌握粉塵爆炸理論。（6）20升球型爆炸測試實驗：掌握用20升球形爆炸測試系統;深刻理解燃燒與爆炸的原理與過程[4]。

2.專業實驗。（1）磁粉探傷實驗：了解無損檢測（磁粉探傷檢測）的基本原理;掌握磁粉檢測的方法、檢測步驟。（2）超聲波探傷實驗：了解超聲波探傷的基本原理;掌握超聲波探傷儀、探頭和標準試塊的作用;掌握超聲波檢測儀的使用方法、檢測步驟;掌握操作使用垂直探頭和斜探頭探測試件內部缺陷的方法。（3）機械振動破壞實驗：掌握機械振動破壞實驗系統的工作原理、使用方法及操作步驟;了解激振器、加速度傳感器、電荷放大器的工作原理;掌握激振和測振設備的操作和使用方法;掌握通過測電壓值求被測物體加速度的計算方法。（4）高低溫交變濕熱實驗：掌握步入高低溫老化檢測儀的使用方法;了解高低溫交變濕熱實驗方法。（5）塑料/橡膠拉伸性能測試實驗：掌握拉伸強度的測試原理和測試方法，掌握多功能電子拉力機的工作原理和使用方法;掌握測試塑料/橡膠的應力-應變曲線的操作步驟;掌握通過應力-應變曲線評價塑料/橡膠的初始模量、拉伸強度、斷裂伸長率等力學性能參數;了解塑料/橡膠拉伸性能測試結果的影響因素;熟悉塑料/橡膠拉伸性能測試標準條件。（6）懸臂梁沖擊試驗：熟悉材料沖擊性能測試的方法、操作及實驗結果的處理;了解影響沖擊試驗的因素有哪些;了解測試條件對測試結果的影響。

3.軟件模擬。（1）FDS基礎及應用：了解FDS軟件的適應范圍;熟練應用FDS軟件;根據不同場景進行室內火災模擬。（2）Fluent基礎及應用：掌握Fluent軟件的建模過程;熟練應用Fluent軟件;根據不同場景進行管道內流體流動模擬。（3）AnyLogic建模與仿真：掌握AnyLogic軟件的建模過程;熟練應用AnyLogic軟件;根據不同場景進行地鐵煙霧模擬。

4.創新實驗。在前期實驗教學的基礎上，由教師和學生共同探討安全專業相關重點和熱點內容，綜合應用基礎知識、專業實驗，確立實驗內容，對學生進行分組，由學生自己討論設計實驗方案，在教師的指導下完成綜合實驗內容[5]。

實驗內容由基礎到綜合，由簡單到復雜，由驗證到創新，構建了“四位一體”實驗課程內容體系。

（二）改革實驗教學模式

在重視學生基本技能訓練的基礎上，加強創新實驗的內容，提高專業實驗和計算機模擬實驗的能力，引導優秀本科生參與實際課題的研究，在專業教師的指導下，依托教師的項目，組成實驗小組，開展實驗;為學生提供信息、資料，積極參與實驗的每一個環節，讓學生能夠從實際操作演練的環境中，獲得理論聯系實際的機會，增強對專業知識的理解，提高專業實踐創新能力[6]。

（三）實施創新性實驗教學

在“研究方法訓練”實驗教學過程中實施創新性實驗，由學生結合典型案例自主選題，經過師生共同研討，提煉出最終的實驗內容，確定實驗方案。由學生自主設計實驗方法，選擇實驗裝置，設計實驗步驟及制定計劃進度等，在實驗教師或專業教師的指導下進行實驗，自行獲取實驗數據，并對數據進行深度處理分析[7]。通過實施創新性實驗教學，充分發揮學生的自主學習主動性，培養學生的自學能力、創新能力、研究分析解決問題的能力、動手操作能力、交流協作能力。

（四）建立成績考核體系

以往的實驗課成績考核時，僅僅基于學生的最終實驗報告來評判。本實驗課改革了實驗考核方式，建立了新的成績考核體系。新的成績考核體系除了考勤及實驗報告的評判外，還將實驗過程中學生的主觀能動性、自身能力的培養情況、自主創新能力的綜合表現等納入考核體系中，加強學生動手操作能力、探索創新能力、綜合分析能力的成績考核，編制了“研究方法訓練”成績考核表。

二、課程內容的先進性與創新性

（一）建立了“四位一體”的實驗課程體系

通過“研究方法訓練”課程的創新與實踐，建立了“四位一體”的實驗課程體系。將實驗課程內容分為基礎實驗、專業實驗、軟件模擬和創新實驗四個梯度：通過基礎實驗、專業實驗讓學生理解實驗原理、熟悉儀器操作、掌握實驗方法;軟件模擬開設了模擬軟件學習的實驗平臺，豐富了學生解決問題的方法;創新實驗重視自身思考問題的能力，為學生提供了學科融合、知識面廣、探索設計及自主開發的實驗平臺，鼓勵學生發散性思維及自主創新能力的發揮。

構建的“四位一體”實驗課程體系，形成了安全工程專業實驗教學的特色，激發了學生對本專業知識的學習興趣，提高了學生動手實踐解決問題的能力，也豐富了實驗教學的教學內容與方式。

（二）改革了傳統教學模式

通過“研究方法訓練”課程的創新與實踐，對傳統實驗課的教學模式進行了改革。教學過程中，由過去的以驗證性實驗和演示性實驗為主的教學模式，向創新性實驗為主的教學模式轉變[8]。創新性實驗平臺需要學生獨立設計實驗，綜合運用多種研究方法，加強實際聯系，在教師的指導下完成創新實驗，讓學生能夠從實際操作演練的環境中，獲得理論聯系實際的機會，提高了學生的創新思維，鍛煉了學生的動手實踐能力。

（三）創新了實驗教法與學法

通過“研究方法訓練”課程的創新與實踐，創新了實驗教學的教法與學法。建立“四位一體”的實驗課程體系，根據基礎實驗、專業實驗、軟件模擬和創新實驗四個梯度設計實驗教學內容，采用不同的實驗教學方法，建立了“你問我答、你講我聽”的啟發式教學模式，運用啟發式教學，能夠調動學生的主觀能動性;同時，有選擇地運用探究式教學、討論式教學、發現式教學、案例教學、問題式教學、合作教學、情境式教學等多種不同的教學方法。學生的學習方法也從以往的觀摩式、重復操作式的單調中解脫出來，根據自己對本專業的學習興趣主動去探究問題、思考解決方式、設計解決方案，以及與老師和同學交流自己的實驗想法、學會如何申請自擬創新實驗、通過自擬創新實驗驗證專業知識等一系列的問題，通過學習方法的改變，大大提高學生對實驗課的學習興趣，充分調動學生學習的積極性、主動性，充分發揮學生的創新實踐能力。

（四）評價了學生的參與狀態與創新意識

通過“研究方法訓練”課程的創新與實踐，建立成績考核體系，評價了學生的參與狀態與創新意識。成績的考核更加注重學生是否積極主動地投入實驗;在實驗過程中是否具有自我探索、師生交流與同學合作的意識[9]。通過實驗，記錄學生是否能夠自主依據專業知識探索創新實驗，是否能夠發現實驗過程中的疑難問題，并通過自主學習交流提出解決問題的辦法，是否能夠具有靈活多樣、新穎獨特的探討解決問題的策略，以此為依據評價學生的創新意識。

三、課程應用情況

（一）實施效果及評價

安全工程“研究方法訓練”課程創新與實踐開展實施以來，完成了2018—2019、2019—2020兩個學年的教學過程。在實驗教學時，提倡學生主動參與、探索發現、溝通交流，鼓勵學生利用文獻資料、計算機軟件等提高自身綜合運用本專業知識解決實際問題的能力，注重培養學生的注意力、理解力、記憶力、推理力、觀察力等初級思維能力的同時，還注重學生創新思維、洞察思維、內省思維、創造思維等高級思維能力的培養[10]。通過開展創新性實驗，學生自主能力得到提高，了解了科學研究的過程，從發現問題開始，逐步搜集資料，分析問題并解決問題，提出有創新性的思路，培養創新型人才，全面提高了學生的合作交流能力、綜合創新能力、科研素質等[11]。

“研究方法訓練”課程創新與實踐，促進了安全工程本科生開展科技創新項目的積極性，提高了學生的動手能力和綜合素質。近幾年來，學生積極參加大學生科技創新計劃（SRTP），參加了全國安全科學與工程大學生實踐與創新作品大賽、全國大學生“挑戰杯”課外學術科技作品競賽、全國高等學校安全工程學生實踐作品大賽、高校環保科技創意設計大賽、全國高等學校建筑材料研究生論壇、節能減排社會實踐與科技創新競賽、北京市大學生建筑結構設計競賽等科技創新實踐活動，共獲得國賽一等獎4項、二等獎3項、三等獎3項，全面推動了安全專業大學生創新能力的培養。

（二）推廣應用前景

通過調研發現，傳統的實驗教學均存在以下弊端：實驗課程所占課時比例小，無法讓學生完全投入實驗中，只是初步熟悉實驗器材的操作，對實驗原理等并不能完全掌握;實驗教學模式單一，學生以模仿為主，驗證性和演示性的實驗過多，缺乏學科交叉、知識面廣、探索性強、具有開發性的實驗;成績評定方法局限性大，成績考核只以最終實驗報告為依據，沒有考慮到實驗中學生相關能力的培養情況，限制了學生發散思維、創新能力的提高與培養[12]。安全工程專業“研究方法訓練”課程創新與實踐，有效地改革了傳統實驗教學中存在的問題，為實驗教學提出了新的思路與模式，在應用與工程類相關專業實驗教學的改革過程中，具有極大的推廣應用前景。

結語

本文對“研究方法訓練”進行創新，設置了基礎實驗、專業實驗、軟件模擬和創新實驗四個梯度來完善實驗課程內容，構建了“四位一體”的實驗課程體系，形成了安全工程專業實驗教學的特色。通過改革實驗教學模式，創新實驗教法與學法，開展創新性實驗教學，建立完整的成績考核體系來更好地提高學生的動手實踐能力，提高了學生的創新思維，在專業實驗教學方面具有極大的應用前景。

參考文獻

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Innovation and Practice of “Research Method Training” in the Major of Safety Engineering

YANG Yi-fu， GAO Yu-kun， OU Sheng-nan

（School of Civil and Resource Engineering， Beijing Key Laboratory of Urban Underground Space Engineering， University of Science and Technology Beijing， Beijing 100083， China）

Abstract： Safety engineering covers a wide range of disciplinary system， which is a strongly comprehensive and practical cross-science. In order to cultivate students’ practical ability， innovation ability and the thought of scientific research， the teaching content of Research Method Training should be innovated. Through the establishment of a four-in-one experimental curriculum system， including basic experiments， professional experiments， software simulation and innovative experiments， we have reformed the traditional teaching mode， innovated the experimental teaching method， and evaluated the students’ participation and innovative consciousness. Combined with the application of safety engineering major in University of Science and Technology Beijing， we adopt the four-in-one experimental teaching method， which can promote the cultivation of students’ practical ability and innovative ability and also has a good application prospect.

Key words： Research Method Training; safety engineering; innovative experiment; experiment teaching