新工科背景下系統安全工程課程建設研究與實踐

金國鋒，黃智勇，高敏娜，賈 瑛，呂曉猛，沈可可

(火箭軍工程大學，西安 710025)

專業建設、課程建設和教材建設是高等院校培養適應新時代社會經濟發展人才的基礎，是學校教學基本建設的重要內容，三者層層遞進，銜接緊密，是大學內涵發展的重要抓手。其中，課程建設是核心，對上促進專業建設，對下統領教材建設。加強課程建設能夠有效保證教學計劃落實，教學目標的高質量實現，提高教學水平與人才培養質量。

特種能源技術與工程專業是高等教育兵器類培養具有特種能源安全管理與使用能力的本科學生的專業。特種能源安全管理與使用人才，需要具備安全分析工程師與安全評級決策工程師的資格或能力，一個合格安全管理工作者需要精通安全學基本知識、系統安全分析、系統安全評價、系統安全預測及系統安全決策等方面的知識與技能。安全分析工程師的培養，分為相關基礎學科學習、分析方法學習和新工科大背景下相關學科專業安全分析能力培養等。而大學學習階段的知識獲取，是安全工程師整個安全管理技能培養的關鍵與重要目的。因此，事故致因理論、事故法則等安全基礎知識，系統安全分析方法、系統安全評價與預測方法學習是培養安全管理工作者的重要內容。如何在較短的學校學習期間培養一定的興趣，讓學生能獲取更多的相關知識，塑造更全面的安全工作能力，是課程改革與建設的關鍵。

前期學生已經學習了化學反應工程、化學安全工程等相關課程，為課程的開展奠定了良好的理論基礎。因此，整合課程內容、設置合理的教學案例是高效實施教學的關鍵，是課程建設的首要任務。

一、新工科建設與系統安全工程人才培養

2016 年新工科概念的提出為工程教育理論與實踐探索提供了新視角，即將國際工程教育改革進行中國本土化。新工科教育內涵是：以立德樹人為引領，以應對變化、塑造未來為建設理念，以繼承與創新、交叉與融合、協調與共享為主要途徑，培養未來多元化“創新型卓越工程人才”[1]。2017 年2 月，教育部在復旦大學召開了高等工程教育發展戰略研討會，與會高校共同探討了新時期工程人才培養新工科建設與發展路徑選擇等問題，形成了“復旦共識”。2017 年4 月，教育部在天津大學召開新工科建設研討會，60 多所高校與會代表一致認為新工科建設與教育應致力于以產業需求為導向，注重跨界交叉融合探索建立工科發展新范式，緊跟技術發展，及時更新工程人才知識體系，以學生為中心，根據學生志趣選擇，設計教學方法與手段，稱之為“天大行動”。2017年6 月9 日，教育部在北京召開新工科研究與實踐專家組成立暨第一次工作會議，全面啟動、系統部署新工科建設。30 余位來自高校、企業和研究機構的專家深入研討新工業革命帶來的時代新機遇、聚焦國家新需求、謀劃工程教育新發展，審議通過《新工科研究與實踐項目指南》，提出新工科建設指導意見，被稱為“北京指南”。“復旦共識”“天大行動”“北京指南”，構成了我國新工科建設的“三部曲”，推動了我國新工科運動的建設發展[2]。2019 年，天津大學發布了新工科“天大方案”、電子科技大學發布了“成電方案”、華南理工大學發布了“新工科F 計劃”，將新工科建設發展推向深入。但在具體實施中，以新工科為背景，對新工科再深化、再拓展、再突破、再出發，還需要進一步的研究探索與實踐[3]。

新工科背景下，隨著國家對安全工作的重視，安全工程專業同時面臨人才總量不足及質量急需提升的迫切問題，安全工程專業人才培養愈顯重要。為實現安全發展、科學發展、創新發展、和諧發展提供人才智力，迫切需要深化安全工程專業人才培養的模式改革，大力推進實施卓越工程師人才培養計劃，強化協同培養和育人工作，更好地適應中國信息化時代的要求，更好地服務行業和社會經濟發展。

二、新工科背景下系統安全課程建設目標

特種能源技術與工程專業涉及的不安全因素多、危險性大[4]，因此對學生的安全理論、安全素養和專業能力等要求較高。以立德樹人作為中心環節，從系統安全工程課程性質出發，激發學生民族自豪感和自信心，增強愛國主義情懷，同時培養學生的責任感和使命擔當，切實做到全程育人、全方位育人[5]。新工科背景下特種能源技術與工程專業建設要以畢業學生崗位需求為導向，以行業中涉及的專業交叉、融合、共享、創新為主要途徑，培養多元化系統安全管理人才。具體而言，就是系統安全工程與機電工程、動力工程和測控工程等相關專業進行交叉融合，培養具有良好個人素質、職業素養、科學素養。系統學習安全基礎理論，熟練掌握系統安全分析、系統安全評價、系統安全預測和決策技術，能夠從事相關專業領域安全管理工作的高級工程技術創新人才。

系統安全工程是特種能源技術與工程專業核心骨干課程。課程建設需圍繞特種能源技術與工程專業培養目標，以新工科建設為統領，在教學內容上增加工程應用案例內容份額，適時引入相關領域最新知識與技術，緊跟學科發展方向，積極探索出一套適用于本課程的有效教學方法與教學手段。

三、課程建設研究與實踐

課程建設深入貫徹新工科建設指導思想，緊密圍繞專業培養目標，主要涉及教學內容建設、教學方法建設、教學手段建設、教學資源建設和考核評價方法探索5 個部分。

(一)教學內容建設

教學內容建設秉持內容服務于目標總原則開展。特種能源技術與工程專業主要培養推進劑等特種含能材料的使用與管理能力，研究重點在含能材料輸運、儲存和后處理等過程中的安全分析、安全評價、安全預測及安全決策等。與危險化學品安全管理模式相類似，但又具有一定的特殊性。因此，系統貫徹新工科背景下人才培養理念，圍繞特種作業過程中的安全管理要素，將安全學及與之相關的物理學、化學、材料學、系統科學和管理學等相關基礎知識學習作為課程教學的開篇部分;緊隨其后的是系統安全分析部分，包括安全檢查表法、預先危險性分析法、故障類型及影響分析方法、事故樹分析方法、危險與可操作性分析方法;第三部分進行系統安全評價教學，包括蒙德火災爆炸性危險指數評價法、模糊綜合評價法;第四部分進行系統安全預測教學，包括德爾菲預測法、時間序列預測法、回歸分析法和馬爾科夫鏈預測法;最后一部分，開展系統安全決策方法介紹。建議課時分配見表1。

表1 系統安全工程教學安排

(二)教學方法建設

1.案例式教學

系統安全工程是一門理論基礎課，課程形式相對單一，需要其他課程基礎知識的支撐，但在理論架構和知識體系上又呈現獨有特征，與其他課程之間缺少深層次的聯系，學生學習起來以獲取知識、理解方法原理為主，容易陷入重考試、輕能力素質培養的問題。在情感方面，容易陷入迷茫狀態，對理論知識的應用價值及如何應用產生疑惑。產生這些問題的原因，一部分是因為學生的學習目的性差，就學習而學習，缺少目標引領;一部分是因為動手實踐能力差，知識學習與實踐的應用脫節，影響了學生做事的自信心和挑戰困難的信心;還有一部分原因是學生缺少整體分析問題、解決問題的訓練，學習按部就班，追求標準答案，缺少了挑戰性，不能用聯系發展的觀點來正確看待問題[6]。加強案例的應用，開展案例式教學有助于處理這些問題。一般來說，安全與事故是相對應的，對事故案例進行整理、編輯，將事故的發展過程、直接原因、間接原因、根本原因抽絲剝繭地剝離出來，與安全理論知識體系有機結合，滲透到教學過程中來，能夠在對學生產生警示的基礎上，啟發學生深入思考，有利于教師引導式教學方式和技巧的發揮。開發特種能源技術與工程專業或臨近專業、相關領域典型事故案例，系統安全分析原理、分析方法、分析過程等巧妙地結合起來，教師通過案例分析提煉問題，引出相關概念，繼而引出相關技術，引導并啟發學生主動分析、驗證、評價案例，最后對理論學習內容進行總結梳理，獲得技術的使用方法，可以很好地增加學生的代入感，不僅可以以案例促進學習，還可以消除學生理論學習的迷茫感，強化了學用結合，鍛煉了學生應用系統安全工程知識去研究現實問題、解決現實問題的能力。以案例為載體驅動教學，實效性強，學生積極性高，能極大地激發學生學習興趣。

2.研討式教學

傳統教學模式通常是教師在前面講，學生在下邊聽，加強互動也多是教師以提問的方式了解學生的學習理解程度。但是，對于系統安全工程課程來說，學生理解課程教學內容不是難事，更多的難點在于學生如何利用所學的知識和方法，分析評價現實案例。針對這一矛盾問題，在系統安全分析部分和系統安全評價部分分別設置了1 個分組研討題目，將學生分成3～4 人不等的討論小組，給學生1 周時間，用來查閱資料、組內研討、形成研究報告。最后，推舉1 名代表參與班級討論，各組成績計入組員的課程考試中。學生在組內討論時均能積極參與，在一組研討時也能向其他組提出問題。研討教學方法不但增加了教學過程中學生的參與度，更增強了學生運用所學知識解決實際能力的培養力度。通過親歷案例應用解決工程實際問題這個過程，學生在獲取本門課知識的過程中，同時運用了其他學科、方向、領域的相關知識，知識結構得到了主動成長，拓寬了知識面，同時收獲了信心與成就感，得到全面的能力素質提升。

(三)教學手段建設

在“互聯網+”時代，采用“線上+線下”混合式教學的方式，依托先進信息化技術開展教育改革已經發展成為高校教育改革的熱點話題[7]。自2020 春季學期以來，由于突發新冠肺炎疫情，我們也和全國其他學校一樣開啟了線上教學。為做到“停學不停課”“標準不降低，學習不停頓”，在可供廣大教師選擇的直播授課、錄播授課、慕課授課和研討授課等教學方式中，根據本課程特點，我們選擇了“直播授課+線上課堂研討”的方式開展教學。教學實踐效果表明，該課程教學可融合多種教學手段，將傳統教學方式與現代多媒體、網絡授課與網絡平臺研討相結合，增強知識內容趣味性，引導學生思考問題。通過網絡，向學生推薦課程課件、課程視頻、電子書、會議論文資源，進行線上提交作業、在線答疑，為學生自主學習提供了便利，幫助了學生進步。在線上合理組織演示內容，文字、公式結合圖片、動畫、聲音，增加了教學內容的生動性與趣味性。學生可以通過錄像重播的方式翻看教學直播，增加了教學時間安排上的靈活性。

但是通過線上教學實踐，也發現了不少問題：一是由于網絡資源的限制，無法實現全程視頻面對面直播，教師不能實時監督學員學習狀態，無法了解學生對于教學內容的理解情況;二是師生互動一般通過文字回復或彈幕的方式，有時間滯后性，影響教學。

在之后的教學過程中，我們充分發揮線上教學與線下教學各自的優勢，將視頻案例通過線上與學員分享，開展討論，消除了時間安排上的制約，將理論教授部分安排在線下，利用面對面教學溝通交流順暢的優勢，提高教學質量。

(四)教學資源建設

1.新工科背景下安全理論體系構建

對大量事故進行調查統計，導致事故的原因是由于物的不安全狀態、人的不安全行為和不良環境所引起的，從系統的觀點來說，這構成“人-機器(設備)-環境”三要素系統，為了確保系統安全和最佳狀態，就必須綜合考慮這3 個要素，消除事故致因，使系統達到最佳安全狀態[8]。

開展系統安全分析與評價，首先要熟悉系統，包括系統的結構、功能、工藝流程、操作條件、布置和已有的安全衛生設施等，這就要求安全評價人員要具備機械、電子、信息及材料等相當多領域更寬泛的知識。對系統安全的科學預測，是建立在一定數學基礎理論技術之上的。因此，出色的安全工程師的培養，需要在新工科的背景下，構建完善的理論基礎體系。

2.教材及輔導讀本建設

隨著人們對安全的重視，以及安全學科的發展，目前可選用的系統安全工程教材資源比較多，但安全學科的面向廣泛，在教學過程中，需要根據學生的專業、任職需求和發展方向等編寫針對性教材，幫助學生樹立本專業系統的安全學思想。尤其是非安全類工科學生，開設的安全理論課程門數少，更應該加強教材建設。

與此同時，各專業學生的知識背景構成不同，從事的應用領域不同，在開展系統安全工程教學時，需要根據學生的學識結構，配套編寫相應的教輔材料。特種能源技術與工程專業需要了解危險化學品、化學工藝相關內容，需要掌握或了解含能材料及與含能材料系統相關的人員、設備、環境等方面的內容，這些零散的知識點，以配套輔導材料的形式進行匯編，形成輔導讀本提供給學生使用。

3.案例素材建設

系統安全工程課程的學習是以解決實際問題，服務工作實踐為最終目標。系統安全分析部分、系統安全評價部分和系統安全預測部分，都要通過案例分析才能將各種分析方法和評價方法落地。在課程理論教學部分，采用案例作為問題場景，如特種能源轉運系統，擁有電控系統、氣體壓縮系統、洗消安防系統、有害氣體濃度報警系統，系統各單元之間既相互獨立，又有機銜接。每一個系統的故障、事故都可以進行抽絲剝繭式的分析，然后按照系統安全分析的原理、各種分析方法的結構進行教學案例設計，根據教學進程，選用合適的案例參與教學，能夠取得很好的教學效果[8]。

4.微課資源建設

微課是將某個知識點通過視頻的方式呈現出來的一種教學形式，具有微型化、主體化、碎片化、可視化、泛在化及易控化等特點[9]。將一些概念性、相對獨立的知識單元，某個教學環節所需的案例，以及某種系統安全分析/評價方法的典型應用等，設計制作成微課，發放給學生進行預習、復習或者在教學過程中進行播放，便于學生觀看學習，有助于加深學生的理解，也便于教學過程的展開。

(五)考核評價方式探索與實踐

以培養學生能力素質為核心，隨著教學條件不斷提升和課程建設的不斷深化，課程考核評價標準、考核方式也應做出調整。課程建設中增加了案例分析、研討交流等多種以學生參與為主的能力鍛煉的環節，課程考核中也應該隨之進行多元化變化，僅以“平時作業+筆試”的方式不能充分反映學生能力培養的效果。因此，在課程考核方式的探索中，增加“實踐應用”評分標準，加強過程性考核，將學生課下調研、查閱資料、分析整理和歸納總結等準備過程，以及課堂中參與案例分析、交流匯報、現場問答情況進行評分，這樣可以培養學生的發散思維、歸納總結能力，在課堂組織上，也可以活躍課堂氣氛，有利于激發學生的學習能動性，提高教學效果。

四、結束語

在新工科建設背景下，圍繞特種能源專業系統安全工程課程建設目標，分析系統安全工程教學內容建設工作，提出教學內容選擇原則，給出教學內容主要框架，討論系統安全工程教學方法與教學手段，提出以案例驅動教學，以研討促進教學，分享了線上線下教學實踐的經驗以及教學資源建設方法，強化了學生學習的參與性與思維的主動性，提高了對理論知識的深度理解和實踐應用，有效提升了教學質量和學習效果。