新工科背景下“安全工程專業(yè)實驗”課程教學模式探索

徐吉釗，翟 成，林柏泉

（中國礦業(yè)大學安全工程學院 江蘇 徐州 221116）

繼2017 年教育部啟動新工科建設工程以來，以復旦共識、天大行動和北京指南組成的工程教育“三部曲”正式形成，開拓了工程教育改革的新路徑。發(fā)展“雙一流”本科高等教育水平是保證國家產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級、提高國家產(chǎn)業(yè)核心競爭力的重要體現(xiàn)。對于工科而言，實踐是工程創(chuàng)新的基礎(chǔ)，實驗課程設置是轉(zhuǎn)專業(yè)知識為實踐、提升學生專業(yè)創(chuàng)新素養(yǎng)的基本途徑。我國國情和新工科專業(yè)發(fā)展都對人才培養(yǎng)提出了更高層次的要求，特別是在實踐能力、創(chuàng)新意識、社會責任及領(lǐng)導能力方面，仍需緊隨行業(yè)發(fā)展趨勢，適應產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度，滿足市場實際需求。與理論課程不同，實驗課程要求知識傳授與動手操作同課堂進行，有針對性地鍛煉學生的工程設計思維和科學批判思維。傳統(tǒng)實驗課堂多將實驗項目固定在一個特定的框架內(nèi)，包括實驗目的、實驗原理和相關(guān)的實驗步驟等程序化內(nèi)容，極大程度地阻礙了學生能力培養(yǎng)和工程素質(zhì)的提高，同時也限制了教師在課堂教學過程中的引領(lǐng)作用。探明現(xiàn)有專業(yè)實驗課程教學模式存在的弊端及原因，積極采取措施響應“新工科”教學理念，是解決實驗課程中可能存在的“雞肋”問題、提高實驗教學質(zhì)量的重要舉措。

1 直擊問題，了解專業(yè)實驗教學“雞肋”弊端

中國礦業(yè)大學安全工程專業(yè)的實驗教學課程基本是面向煤礦生產(chǎn)過程中存在的安全問題進行設置的。與大多數(shù)高校一樣，中國礦業(yè)大學“安全工程專業(yè)實驗”課的設置，一方面旨在通過實際操作讓學生了解關(guān)鍵基礎(chǔ)參數(shù)的測試原理和測試步驟，熟悉參數(shù)測試的嚴謹性；另一方面是強調(diào)理論知識與動手實踐相結(jié)合，凸顯工科專業(yè)的實踐性。但在專業(yè)實驗教學工作開展過程中，大多沿用傳統(tǒng)的實驗教學模式，即課程一般是在專業(yè)教師指導下，利用一定的實驗器材、材料，給學生還原煤礦安全場景，在講解完實驗原理和實驗系統(tǒng)功能之后，要求學生嚴格按照步驟和規(guī)范來操作儀器設備，獲取并分析結(jié)果，以此來驗證理論課程的教學內(nèi)容。這種教學模式多存在“講”“做”相分離的弊端，固定的操作步驟和規(guī)范極易束縛學生的創(chuàng)新思維；部分專業(yè)實驗儀器可操作性和可重復性較差，致使該實驗僅停留在視頻講解、概念闡述等階段，無法落地；受實驗室安全要求限制，本科生未通過實驗室安全準入考試，致使其部分涉及高壓氣體實驗無法正常開展。現(xiàn)有的專業(yè)實驗教學模式難以保證讓學生“沉浸式”實踐，更難讓其挖掘出實驗中潛在的科學問題，與培養(yǎng)實學創(chuàng)新型人才的宗旨相悖，不能夠滿足“新工科”對提升學生動手實踐能力和創(chuàng)新能力的要求。

2 溯源剖析，探明專業(yè)實驗教學“雞肋”病因

中國礦業(yè)大學安全工程實驗中心是江蘇省省級實驗教學示范中心，也是礦業(yè)工程國家級實驗教學示范中心安全分中心，具備滿足安全工程、消防工程等專業(yè)教學所需的實驗條件，同時具有良好的實驗環(huán)境、完善的基礎(chǔ)設施及相應的管理體系。在實驗中心硬件設施齊備基礎(chǔ)上，本科生課程設置中安全專業(yè)實驗學時數(shù)量較多，但很多本科生依然覺得專業(yè)實驗課程不屬于專業(yè)主流課程，多表現(xiàn)出主觀能動性不強、敷衍了事，同時多認為專業(yè)實驗教學過于“雞肋”，對課程實施的重要性認識不足。而且安全工程專業(yè)實驗課程設置內(nèi)容過于陳舊、教學模式過于單一、考核機制過于簡單。具體如下：

①課程設置內(nèi)容過于陳舊。“安全工程專業(yè)理論”課程是基于煤礦系列事故的預防基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，隨著煤礦技術(shù)裝備的進步和煤礦領(lǐng)導安全意識的不斷提高，大部分潛在的安全事故能夠得到有效控制，再加上本科生普遍對煤礦行業(yè)興趣不高，現(xiàn)有的課程設置已經(jīng)無法滿足學生追求創(chuàng)新的需求。首先，專業(yè)理論知識和專業(yè)實驗課程不是開設在同一個學期內(nèi)，容易造成學生出現(xiàn)專業(yè)知識理解不深入、實驗目的不明確、實驗方法不會舉一反三等問題；其次，現(xiàn)有專業(yè)實驗往往涉及煤巖基礎(chǔ)物理參數(shù)的測試、煤礦鉆孔密封等方面，多個專業(yè)實驗相互獨立，難以讓學生從安全系統(tǒng)觀的角度去對待安全問題，導致學生不知試驗所云及其意義；再次，過于專業(yè)的實驗課程設置與學生對城市安全、網(wǎng)絡安全、工業(yè)安全等大安全的熱情大大脫節(jié)，導致學生出現(xiàn)抵觸心理，缺乏實驗現(xiàn)象的深入思考和創(chuàng)新能力的有意識訓練；最后，受儀器設備操作復雜、學生數(shù)量較多、實驗周期較長等因素的影響，大多數(shù)學生難以保證全程參與，這也造成學生的重視程度普遍不高。

②教學模式過于單一。安全工程專業(yè)實驗多涉及瓦斯氣源、明火等危險源，學校和學院兩個層面上均考慮到實驗室安全和學生安全等問題，實驗教學模式基本上為“教師講解，學生聽講”。學生在開展專業(yè)實驗時并未做好前期準備，基本上都是教師在課前把煤樣、實驗器材和儀器檢查等工作準備好，學生在聽完教師的原理講解和操作注意事項后，通常是被動式地開展試驗，例如在講解煤的堅固性系數(shù)測試實驗時，需要學生將大塊煤樣破碎成小粒徑煤塊并進行篩分，個別學生能夠主動進行動手實驗，其他學生處于圍觀狀態(tài)，有的學生甚至不清楚煤塊的破碎方式和篩分意義；再如，在講解瓦斯放散初速度時，由于涉及抽真空、瓦斯氣體吸附等多個耗時較長的實驗步驟，考慮到學生人數(shù)和課時安排，通常是將學生進行分組實驗，每組學生均是機械式地按照步驟進行操作，對于實驗過程中出現(xiàn)的問題不會主動尋找原因、不會思考解決方案等，常導致實驗不成功。這種“教”“學”模式易導致學生上課積極性不高，動手能力得不到鍛煉。

③考核機制過于簡單。考核是檢驗專業(yè)實驗課堂效果的一個重要的有效手段，考核成績可直接影響教師教學和學生學習。目前專業(yè)實驗課程的考核方式多采用簽到考勤和上交實驗報告兩種方式來給定成績，對于課堂內(nèi)的實際過程并不重視。目前安全工程專業(yè)實驗課堂中部分學生并未真正動手參與到實驗中，而是依靠小組中其他成員完成實驗任務，再或者缺勤找人代替簽到，最后采取抄襲的方式來完成實驗報告等，這些做法不僅提升不了學生的思考能力和創(chuàng)新能力，而且對教師教學水平的提高毫無益處。長此以往，過于簡單的考核機制、不突破提升的教師教學能力和提升受限的學生動手能力三者之間易形成惡性循環(huán)，對于學科發(fā)展、實驗中心評優(yōu)等方面均造成障礙。

3 多措并行，突破專業(yè)實驗教學“雞肋”困境

①理論和實驗課程設置“合理化”。現(xiàn)有專業(yè)理論課堂和實驗課堂通常是相互獨立的、不設置在同一學期內(nèi)，容易導致學生在理論課堂上對專業(yè)知識難以理解，毫無體驗感，而在實驗課堂上因不熟悉實驗背景和實驗目的，常使其“磨洋工”、沒有實驗參與的動力。為避免此情況的發(fā)生，建議將理論課堂和實驗課程同學期設置，在實驗實踐中掌握理論知識，在理論課堂上提升實驗意識，真正做到理論與實踐相結(jié)合。理論和實驗課程的合理設置，不僅能夠在學習中提高學生的動手能力，而且還能夠積極調(diào)動學生的積極性，充分發(fā)揮學生的主觀能動性，在不同課堂上培養(yǎng)創(chuàng)新意識和操作思維，了解每一實驗的設置背景，爭取能將通識實驗的操作原理、操作方法和分析手段融會貫通，做到以一舉三，最終使學生能夠快速適應“新工科”高標準、嚴要求，成為未來全面發(fā)展、訓練有素的工程師。

②實驗課堂教學模式“多元化”。傳統(tǒng)實驗課堂多為“教師講課、學生聽課”的單一模式，學生的試驗操作基本均是在教師劃定的條框內(nèi)進行，極易禁錮學生的主動性和創(chuàng)新性，也難以培養(yǎng)他們的動手能力和創(chuàng)新素質(zhì)。對于一些無危險性、操作簡單的專業(yè)實驗，可以鼓勵學生對實驗中遇到的問題主動去分析原因，并尋找解決方案；對于一些涉及高溫、高壓氣的專業(yè)實驗，建議開設虛擬實驗平臺，可允許學生在該平臺上進行試錯實驗，在這一過程中，學生不僅能自主審查自己的設計方案，而且還會對實驗目的和實驗方法更加熟悉了解，讓學生在不斷的試錯過程中積累經(jīng)驗和總結(jié)創(chuàng)新，真正培養(yǎng)其工科思維。在教師的主持組織下，學生之間進行討論分析，互相碰撞學術(shù)火花，在討論中不斷完善實驗方案。這種線上線下混合式教學模式，能夠真正實現(xiàn)以學生為中心的教學理念，轉(zhuǎn)灌輸為指導，符合“新工科”對學生專業(yè)能力培養(yǎng)的要求。

③實驗課堂管理“動態(tài)化”。實驗課堂動態(tài)管理是高校實驗教學改革的關(guān)鍵。“新工科”時代，對專業(yè)實驗課程的教學理念、教學方法和教學內(nèi)容提出了新的要求，這也督促高校教師對實驗課堂進行動態(tài)化管理。傳統(tǒng)的實驗課堂多根據(jù)實驗課程安排進行開放，定點開放形式屬于靜態(tài)管理，而有限的課堂時間可能會讓學生對實驗的認知僅停留在實驗表面，其內(nèi)含機制涉及較少。實行實驗課堂開放式管理，不僅可兼顧到不同學生對實驗課堂的時間安排，而且能讓感興趣的同學主動協(xié)助教師開展科研工作，有效激發(fā)學生的學習熱情和求知動力；另外，實行實驗課堂動態(tài)化管理，能夠讓學生充分安排自己的學習時間，改變實驗課堂的傳統(tǒng)被動式管理為現(xiàn)代主動式管理，讓學生真正意義上喜歡上專業(yè)實驗，不再存在專業(yè)實驗為“雞肋”的認知，不斷強化學生的專業(yè)素養(yǎng)，使其能夠做一個合格的“新工科”專業(yè)者。

④實驗成績考核“科學化”。實驗成績考核是衡量教師課堂水平和學生掌握程度的重要手段。不同考核手段對應著不同的課堂效果，若實驗課堂最終成績僅靠課前簽到和課后實驗報告來進行考核的話，可能會造成學生出現(xiàn)對實驗課堂不重視、動手實際操作者減少、實驗數(shù)據(jù)不記錄、抄襲別人實驗報告等現(xiàn)象。建議采取科學的過程考核和結(jié)題考核方式，強調(diào)學生在課堂過程中的表現(xiàn)，建立實驗責任制度，每次實驗當堂檢驗實驗結(jié)果真實性，并要求學生按時上交實驗報告。這一過程能夠讓學生感到有壓力，進而能夠積極配合教師開展實驗活動，課上認真對待、親自操作體驗，課下仔細負責、高質(zhì)量完成實驗報告，從根本上提高實驗課程的整體質(zhì)量，培養(yǎng)其嚴謹素質(zhì)和務實能力。

“新工科”要求高校教師工作者必須培養(yǎng)出具有創(chuàng)新和實踐雙重能力的復合型人才，這對高校來說既是機遇也是挑戰(zhàn)。改變傳統(tǒng)專業(yè)實驗課堂的附屬地位，使其提升至與理論課堂相協(xié)調(diào)發(fā)展的標準上，這就要求教師采取科學合理的措施，解決傳統(tǒng)實驗課堂教學的“雞肋”問題，才能夠極大程度地提高學生的實踐能力和對未來挑戰(zhàn)的適應能力，常懷創(chuàng)新意識和學習意識，逐漸適應“新工科”的發(fā)展要求。