新工科背景下消防工程專業(yè)實驗教學改革探討

摘 要 以河南理工大學消防工程專業(yè)實驗教學中心為例，立足新工科對人才培養(yǎng)的要求和消防行業(yè)發(fā)展需求，結合消防工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標，從實驗教學體系優(yōu)化、優(yōu)質(zhì)實驗室教學資源建設、實驗教學模式創(chuàng)新和實驗管理模式創(chuàng)新等四個方面探討消防工程專業(yè)實驗教學改革，以期促進消防工程專業(yè)本科生實踐能力和創(chuàng)新能力協(xié)調(diào)發(fā)展。

關鍵詞 新工科；消防工程；混合式實驗教學；虛擬仿真實驗；實訓

中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2024）18-0142-04

0 引言

我國是工程教育大國。當前，新一輪產(chǎn)業(yè)革命和科技創(chuàng)新在深度影響經(jīng)濟發(fā)展與社會變遷。2017年，《教育部高等教育司關于開展新工科研究與實踐的通知》發(fā)布，此后形成了“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”，開啟了我國工程教育強國發(fā)展之路[1]。“十四五”時期，我國消防安全形勢依然嚴峻，新技術、新材料、新業(yè)態(tài)不斷積累新風險，重特大火災爆炸事故仍頻繁發(fā)生[2]，經(jīng)濟社會發(fā)展給火災防控帶來新的壓力，社會專業(yè)消防人才總量不足的問題愈加凸顯。面對機遇和挑戰(zhàn)，消防工程專業(yè)肩負為國家培養(yǎng)實踐能力強、具有創(chuàng)新思維的復合型消防高級人才的重任[3]。在新工科背景下，探討消防工程專業(yè)實驗教學改革，對培養(yǎng)消防工程專業(yè)人才具有非常重要的現(xiàn)實意義。

實驗教學是激發(fā)學生創(chuàng)新意識、培養(yǎng)學生嚴謹科學態(tài)度、提高學生實踐能力和技術實力的重要途徑，在整個教學過程中發(fā)揮重要的作用[4-5]。面對新一輪的科技革命和產(chǎn)業(yè)變革，如何改革現(xiàn)有的實驗教學模式，完善實驗教學體系，探索適應新工科背景的消防工程實驗教學模式，提升學生的創(chuàng)新能力和實踐能力是消防工程專業(yè)人才培養(yǎng)面臨的重要問題。

河南理工大學于2004年設立消防工程專業(yè)，是教育部和公安部批準較早設立消防工程專業(yè)的高等院校之一，是全國消防工程專業(yè)建設委員會的副主任單位。該專業(yè)2017年起在河南省和部分省市進入本科一批招生，并在2019年入選河南省一流本科專業(yè)。本文結合河南理工大學消防工程專業(yè)實驗教學中心發(fā)展現(xiàn)狀，從實驗教學體系優(yōu)化、優(yōu)質(zhì)實驗室教學資源建設、實驗教學模式創(chuàng)新和實驗管理模式創(chuàng)新等四個方面探討消防工程專業(yè)實驗教學改革，并基于新工科建設要求，提出實驗教學改革建議，以促進消防工程專業(yè)本科生實踐能力和創(chuàng)新能力協(xié)調(diào)發(fā)展。

1 實驗教學改革措施

1.1 優(yōu)化實驗教學體系

消防工程專業(yè)的培養(yǎng)目標是適應社會主義現(xiàn)代化建設需要，培養(yǎng)具有良好的理論基礎、身心素質(zhì)和較強的實踐創(chuàng)新能力，掌握消防工程技術與管理的基礎理論和方法，能從事消防檢查監(jiān)督、安全培訓、消防系統(tǒng)設計與施工、消防安全管理等方面工作，同時具備注冊消防工程師能力的復合型工程技術人才。為此，在人才培養(yǎng)方案的編制中進行課程設置時，在提升實驗教學比重的同時，還應考慮如何優(yōu)化現(xiàn)有的實驗教學體系，兼顧消防基礎理論、工程應用和智慧消防等新技術教學內(nèi)容。

實驗教學體系應符合學生認知規(guī)律，注重學生綜合素質(zhì)、實踐能力和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)[6]。基于這一原則，河南理工大學消防工程專業(yè)梳理專業(yè)課實驗教學項目，根據(jù)專業(yè)課程設置難度，建立以培養(yǎng)學生消防職業(yè)能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)為核心，發(fā)揮優(yōu)勢、突出特色、強化工程基礎的分階段、多層次、多元化的實驗教學體系，推行線下實驗+虛擬仿真、課堂教學+課外科創(chuàng)的混合式實驗教學。實驗教學環(huán)節(jié)由獨立設置的實驗課程、課內(nèi)實驗和專業(yè)實踐創(chuàng)新實驗三部分構成，共14學分；加上認識實習、生產(chǎn)實習、課程設計、消防技能訓練、素質(zhì)拓展實踐創(chuàng)新等實踐環(huán)節(jié)，實驗與實踐教學環(huán)節(jié)共51學分，占總學分的30%。多層次實驗教學體系如圖1所示。

第Ⅰ層次：基礎性實驗。基礎性實驗包括燃燒學實驗、火災學實驗、建筑材料防火、傳熱學實驗、空氣調(diào)節(jié)實驗等五門實驗類課程。通過這些實驗課程的訓練，學生可以掌握消防工程方面的基本測試技能，掌握正確選擇、使用測試設備和儀器儀表的方法，養(yǎng)成基本實驗操作能力和嚴肅認真的科學實驗作風，為專業(yè)課學習奠定基礎。

第Ⅱ?qū)哟危壕C合設計型實驗。綜合設計型實驗包括水滅火工程、火災探測與控制、火災防煙與排煙、火災調(diào)查、智慧消防、火災化學、滅火戰(zhàn)術與應急救援等七門實驗課程。在掌握基礎理論知識和部分專業(yè)知識學習的基礎上，通過專業(yè)綜合實操類項目和虛擬仿真項目的訓練，學生能夠根據(jù)實驗的目的和要求進行實驗設計和結果分析，掌握消防工程專業(yè)技能，培養(yǎng)工程應用能力以及服務社會能力，為畢業(yè)后從事消防工作打下基礎。

第Ⅲ層次：創(chuàng)新型實驗。創(chuàng)新型實驗是讓學生通過參與教師的科研課題、暑期社會實踐活動以及承擔大學生創(chuàng)新基金課題等，結合所學專業(yè)知識，自主開展實驗活動，主要為部分優(yōu)秀學生和學有余力的學生開設。通過創(chuàng)新型實驗激發(fā)學生從事火災科學研究的熱情，強化教學科研融合發(fā)展，提升學生的創(chuàng)新能力。

1.2 優(yōu)質(zhì)實驗室教學資源建設

目前，河南理工大學消防工程專業(yè)實驗教學中心已建成水滅火系統(tǒng)實驗室、燃燒參數(shù)測試實驗室、火災調(diào)查與滅火救援實驗室、建筑材料燃燒性能測試實驗室、防排煙與火災自動探測測試實驗室、防滅火材料實驗室，所有設備均能帶水、帶電運行，實驗條件良好，可以滿足學生實訓能力培養(yǎng)要求。優(yōu)質(zhì)實驗室教學資源建設堅持“以人為本”，以培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力為核心，一方面積極完善實驗條件，教學實驗設備投入經(jīng)費年均不低于30萬元，確保每組滿足3～5人的實驗臺（套）數(shù)；另一方面鼓勵教師對現(xiàn)有實驗教學平臺進行優(yōu)化改造，已完成火災煙氣擴散與排煙綜合實驗平臺、火災探測報警系統(tǒng)和智能滅火系統(tǒng)、細水霧滅火與抑爆綜合實訓平臺等現(xiàn)有實訓教學平臺的優(yōu)化改造，提高了學生的動手能力和設備的利用率，增強了實訓效果。

另外，加強虛擬仿真實驗教學平臺建設，針對專業(yè)核心課實踐能力形成，開展虛擬仿真實驗項目開發(fā)，建成30個“燃燒、防火、滅火、報警、防排煙”五類模塊虛擬仿真實驗項目，建立一個安全與消防工程河南省虛擬仿真實驗教學中心，提升對學生消防職業(yè)素質(zhì)與工程思維的綜合培養(yǎng)。河南理工大學消防工程專業(yè)實驗教學中心與虛擬仿真平臺如圖2所示。

1.3 實驗教學模式創(chuàng)新

構建以學生為中心，教師全過程指導、引導學生自主完成實訓任務的實驗教學模式，鼓勵教師優(yōu)化實驗課堂的教學方式，通過互動設問、設置消防故障情境等多種教學方法，提高學生在實驗教學中的獲得感；推行線上線下混合式實驗教學，提升學生的積極性與參與度，讓學生通過動手操作理解消防工程實踐中的常見故障排除方法，提高解決實際問題的能力。貫徹科研反哺的理念，注重結合消防專業(yè)問題，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，依托河南理工大學安全與應急學科優(yōu)勢，以企業(yè)科技需求、教師科研項目為驅(qū)動，吸引學生“進實驗室、進課題、進項目”，以高水平研究促進學生創(chuàng)新能力和實踐能力的提高，鼓勵和引導學生參與各類創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目。近三年，河南理工大學消防工程專業(yè)實驗教學中心與國家危險化學品應急救援（實訓）濮陽基地、舟山基地等21家優(yōu)質(zhì)企業(yè)共建校企實踐基地，學生獲國家級、省部級創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽與學科競賽獎100余項。

1.4 實驗管理模式創(chuàng)新

構建“青年教師走出去、企業(yè)教師請進來”的雙向互動機制，提高教師工程實踐經(jīng)驗，積極與政府、企業(yè)合作，形成一支由高水平教授領銜，理論課教師、企業(yè)專家、實驗教師、研究生助教五位一體，核心骨干穩(wěn)定，實驗技術熟練的高水平實驗教學隊伍。

實行校—院—系三級實驗教學聽課督導全覆蓋，推進實驗課程標準化建設工作，完善自我評價、學生評價、同行評價和系室評價相結合的多方位實驗教學質(zhì)量監(jiān)督評價制度，形成全過程、閉環(huán)式實驗教學質(zhì)量監(jiān)控和保障體系，促進實驗教學水平提高。學生評價和督導評教優(yōu)良率分別達到96%和93%，各類競賽獲獎數(shù)增多。

同時，建立消防實驗室網(wǎng)格化安全管理制度，針對各實驗風險特點制定安全配套措施，形成“制度—人—機—環(huán)境”一體化管理模式。規(guī)范實驗資源管理與安全管理制度，建立專兼職相結合的實驗師資隊伍，明確實驗室負責人及其職責，完善實驗室管理體制，確保實驗室安全、有序運行。

2 實驗教學改革建議

新工科即工程教育的新理念、學科專業(yè)的新結構、人才培養(yǎng)的新模式、教育教學的新質(zhì)量和分類發(fā)展的新體系[7]。在信息技術高速發(fā)展的今天，在新工科背景下應更加注重對學生解決工程實踐問題綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。消防工程專業(yè)服務面向較寬、行業(yè)領域較多、專業(yè)特點偏重實踐，更應主動對接新工科背景下的新機遇，為國家培養(yǎng)實踐能力強、具有創(chuàng)新思維的復合型消防人才。為此，本文在實驗師資隊伍建設、完善實驗教學體系、依托虛擬仿真實驗等方面提出下一步改革建議。

2.1 加強師資隊伍建設，促進校企合作

擁有優(yōu)秀的實驗教師隊伍是搞好實驗教學、提高實驗教學質(zhì)量的保證。沒有一流的師資，就沒有一流的學生[8]。因此，高校必須充分調(diào)動教師的積極性，提高管理水平，打造優(yōu)秀的教師隊伍。可以結合高校良好的實驗平臺和企業(yè)實訓平臺，采用輪崗交流、技術服務等方式加強校企合作，豐富教師的現(xiàn)場工程經(jīng)驗；也可以聘請工程經(jīng)驗豐富的企業(yè)導師參與實驗教學，為學生傳授工作經(jīng)驗，讓學生更好地理解實驗目的、實驗原理和實驗方法，取得更好的教學效果。

2.2 補充實驗案例，完善實驗教學體系

編制獨立的實驗案例策劃書輔助課程教材，完善實驗教學體系。通過案例創(chuàng)設情境，激發(fā)學生興趣。同時引導學生樹立正確的學習觀念，走出教材局限。例如：在濕式報警閥組測試實驗中可以預設報警閥組中的某一部分存在故障，讓學生以濕式報警閥測試方法為基礎，獨立思考，找出問題所在。這種方法可以為學生提供豐富的實驗案例，同時培養(yǎng)學生獨立思考的能力和創(chuàng)新能力。

2.3 充分依托虛擬仿真實驗，解決實驗教學設備不足問題

近些年，越來越多的物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等技術被應用到消防領域，智慧消防在國內(nèi)外蓬勃發(fā)展。現(xiàn)代信息技術為實驗教學提供了不受限的空間[9]，開發(fā)虛擬仿真實驗項目能夠有效解決實驗設備不足的問題。通過“智能+教育”開發(fā)出的虛擬仿真實驗實現(xiàn)信息技術、智能技術與實驗教學的深度融合，可以解決高等學校實驗、實習、實訓中的老大難問題，以及原先“做不到”“做不好”“做不了”和“做不上”的問題[10-11]。學生通過網(wǎng)絡與教師及時地交流和溝通，學習中遇到的問題能夠輕松地得以解答。因此，可以結合消防工程實踐中的問題開發(fā)消防工程實驗教學虛擬仿真項目，切實增強實驗教學效果。

3 結束語

消防工程專業(yè)是一門工程技術與組織管理相互交叉的學科，消防行業(yè)迫切需要高水平技術管理人才，現(xiàn)有的人才培養(yǎng)模式難以滿足行業(yè)需求。新工科是國家提出的高等教育新發(fā)展戰(zhàn)略，旨在把我國從高等工程教育大國發(fā)展為高等工程教育強國。本文根據(jù)新工科背景下對消防工程專業(yè)的人才要求，結合消防工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標，從實驗教學體系優(yōu)化、優(yōu)質(zhì)實驗室教學資源建設、實驗教學模式創(chuàng)新和實驗管理模式創(chuàng)新等四個方面探討消防工程專業(yè)實驗教學改革，以期為促進消防行業(yè)發(fā)展和服務國家戰(zhàn)略提供人才支持。

4 參考文獻

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