安全工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程改革與實(shí)踐

高玉坤, 周玉鵬, 黃志安, 張英華

(1. 北京科技大學(xué) 金屬礦山高效開采與安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100083；2. 北京科技大學(xué) 礦山避險(xiǎn)技術(shù)研究中心, 北京 100083)

安全工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程改革與實(shí)踐

高玉坤1,2, 周玉鵬1,2, 黃志安1,2, 張英華1,2

(1. 北京科技大學(xué) 金屬礦山高效開采與安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100083；2. 北京科技大學(xué) 礦山避險(xiǎn)技術(shù)研究中心, 北京 100083)

以北京科技大學(xué)安全工程為例,結(jié)合安全工程實(shí)驗(yàn)課程的基本要求,對實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容、設(shè)置問題展開討論,探討專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程的改革與實(shí)踐,明確專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程改革實(shí)踐過程中存在的問題。通過近幾年對專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程的改革,不僅豐富了實(shí)踐教學(xué),完善了現(xiàn)有的專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì),同時(shí)充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生參與安全工程教育的積極性,有效提升了學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力,為學(xué)生的全面發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

安全工程； 實(shí)驗(yàn)課程； 改革實(shí)踐； 系統(tǒng)化

隨著我國教育水平的逐漸提升以及國家對安全生產(chǎn)的高度重視,高校陸續(xù)開設(shè)了安全工程專業(yè),加大了對專業(yè)型技術(shù)人才的培養(yǎng)力度。調(diào)查數(shù)據(jù)顯示,2011年開設(shè)安全工程本科以上學(xué)校已有110多所,截至2014年,全國開設(shè)安全工程專業(yè)的本科以上院校增加了20多所[1-3]。雖然高校對于安全工程教育的認(rèn)知程度逐漸提升,但由于我國高校尚未建立起完善的安全工程教育實(shí)驗(yàn)課程體系,使得實(shí)際的教育效果與預(yù)期目標(biāo)存在較大的差距。課程設(shè)置不合理是其中最為突出的問題,課堂教學(xué)的過程中仍然堅(jiān)持傳統(tǒng)的理論教學(xué),忽視了實(shí)踐教學(xué)的重要性。演示性實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)過多,無法充分調(diào)動(dòng)學(xué)生參與安全工程教育的積極性,因此不能很好地提升學(xué)生的創(chuàng)新能力[4-5]。基于現(xiàn)狀,在高校開設(shè)安全工程專業(yè)的過程中必須立足于自身的發(fā)展現(xiàn)狀,不斷完善現(xiàn)有的專業(yè)人才培養(yǎng)機(jī)制,為學(xué)生的全面發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 安全工程實(shí)驗(yàn)課設(shè)置

高校開展教學(xué)工作的過程中,必須明確實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性,只有豐富現(xiàn)有的教學(xué)形式,才能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性[6]。實(shí)驗(yàn)教學(xué)相比于傳統(tǒng)的理論教學(xué)能夠讓學(xué)生更加主動(dòng)參與到實(shí)驗(yàn)當(dāng)中,有助于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和獨(dú)立思考能力,有助于學(xué)生在今后的學(xué)習(xí)以及職業(yè)生涯中能夠更好地發(fā)揮自己的才能[7-9]。

基于社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的大背景,高校開設(shè)安全工程專業(yè)旨在培養(yǎng)專業(yè)的安全工程人才,為社會(huì)經(jīng)濟(jì)的全面發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[10-13]。我校安全工程專業(yè)在全國處于領(lǐng)先地位,長期發(fā)展的過程中始終致力于礦山塵毒治理技術(shù)研究,因此塵毒治理技術(shù)在國內(nèi)處于領(lǐng)先的地位。此外,我校還在礦山火災(zāi)治理技術(shù)、工程材料、礦山應(yīng)急理論與裝備、工程材料和結(jié)構(gòu)安全服役狀態(tài)監(jiān)測、風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)控制技術(shù)等相關(guān)領(lǐng)域都有著重要突破,初步建立了較為完善的科學(xué)研究體系,能夠?qū)⒏咝录夹g(shù)研發(fā)成果轉(zhuǎn)化為實(shí)際生產(chǎn)力,在推動(dòng)我國安全工程發(fā)展方面發(fā)揮了重要的作用。

發(fā)展至今,我校安全工程專業(yè)在全國學(xué)科評估中名列前茅,安全工程專業(yè)的實(shí)驗(yàn)課經(jīng)歷了一段時(shí)間的改革與發(fā)展,從實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容上的單一與不完善到現(xiàn)如今的全面和規(guī)范,不斷發(fā)展走向更加系統(tǒng)化、多樣化。

1.1 礦山安全技術(shù)實(shí)驗(yàn)

學(xué)校在安全工程專業(yè)建設(shè)之初，以礦山安全為特色開設(shè)了相關(guān)特色實(shí)驗(yàn),圍繞礦山安全工程和工業(yè)通風(fēng)等課程開展實(shí)驗(yàn)進(jìn)行教學(xué)，包括煤自然發(fā)火特性程序升溫實(shí)驗(yàn)和礦用避險(xiǎn)空間內(nèi)人體二氧化碳代謝規(guī)律實(shí)驗(yàn)。

(1) 煤自然發(fā)火特性程序升溫實(shí)驗(yàn)。了解自然發(fā)火特性的測定,掌握煤樣制備的方法,掌握煤自然發(fā)火特性程序升溫實(shí)驗(yàn)的原理和方法。

(2) 礦用避險(xiǎn)空間內(nèi)人體二氧化碳代謝規(guī)律實(shí)驗(yàn)。了解可移動(dòng)式救生艙艙體機(jī)械結(jié)構(gòu)、艙內(nèi)環(huán)境控制與生命保障系統(tǒng)作用及組成、綜合監(jiān)測平臺作用；了解避險(xiǎn)空間內(nèi)人體代謝研究的重要意義；了解確定人體代謝參數(shù)的基本實(shí)驗(yàn)方法。

1.2 安全工程實(shí)驗(yàn)

包括安全人機(jī)工程學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)、粉塵分散度實(shí)驗(yàn)；煤的著火溫度測點(diǎn)、通風(fēng)機(jī)性能測定實(shí)驗(yàn)。

(1) 安全人機(jī)工程學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)。側(cè)重于人員活動(dòng)、機(jī)械設(shè)備以及環(huán)境之間的合理分配,在一定的工作環(huán)境下,根據(jù)人的能力設(shè)計(jì)相應(yīng)的工作活動(dòng),進(jìn)而營造出更為舒適、安全的勞動(dòng)環(huán)境。安全人機(jī)工程既能夠最大限度上保障人和機(jī)器設(shè)備的安全,還能夠有效地緩解疲勞受損、操作失誤的情況。其實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括手指靈活性測試、動(dòng)覺方位辨別能力的測定、暗適應(yīng)測試實(shí)驗(yàn)、動(dòng)作穩(wěn)定性測試、選擇及簡單反應(yīng)時(shí)測定實(shí)驗(yàn)、聽覺實(shí)驗(yàn)、明度適應(yīng)測試、雙手調(diào)節(jié)測試。

(2) 粉塵分散度實(shí)驗(yàn)。粉塵分散度實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)在于對作業(yè)環(huán)境下的粉塵危害程度進(jìn)行客觀的評估,根據(jù)實(shí)際的工作性質(zhì)和操作流程采取相應(yīng)的防護(hù)措施,最大限度保障工作人員的安全和健康,這對提高生產(chǎn)效率、提升員工對工作的積極性都有著較大的促進(jìn)作用。粉塵分散度實(shí)驗(yàn)的過程中,實(shí)驗(yàn)人員會(huì)將采集樣本的濾膜溶解于醋酸丁酯中,從而得到粉塵顆粒混懸液,用顯微鏡對粉塵顆粒混懸液中的粉塵顆粒的大小進(jìn)行測量。

(3) 煤的著火溫度測定實(shí)驗(yàn)。測定煤著火溫度的過程中,將煤樣與氧化劑(亞硝酸鈉)按一定比例混合,再將混合之后的樣本放入自動(dòng)測定儀中,再對自動(dòng)測定儀進(jìn)行加熱處理。當(dāng)達(dá)到一定的溫度時(shí),樣本便會(huì)突然燃燒,此時(shí)記錄的溫度則為煤的著火溫度。

(4) 通風(fēng)機(jī)性能測定實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)主要測定離心式通風(fēng)機(jī)的空氣動(dòng)力特性,深入探究離心式風(fēng)機(jī)性能測定裝置的結(jié)構(gòu)和原理,進(jìn)而幫助學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)裝置測定風(fēng)機(jī)特性。通過實(shí)驗(yàn)得出被測風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)性能,通過計(jì)算將測得的風(fēng)機(jī)特性換算成無因次參數(shù)特性曲線。

1.3 安全專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程與實(shí)踐探索

隨著安全專業(yè)的不斷發(fā)展,師資力量的不斷壯大增強(qiáng),結(jié)合北京科技大學(xué)當(dāng)前安全工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程特點(diǎn)出發(fā),為了更好地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué),又開設(shè)了研究方法訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)課程。研究方法訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)課具體包括:

(1) 高低溫交變濕熱實(shí)驗(yàn),在既定的條件下,對電工、電子或其他產(chǎn)品材料在不同測試溫度環(huán)境下所表現(xiàn)出的性能和參數(shù)進(jìn)行測試。

(2) 懸臂梁沖擊實(shí)驗(yàn)。

(3) 磁粉探傷實(shí)驗(yàn)。了解磁粉檢測的基本原理并掌握磁粉檢測的一般方法和檢測步驟。

(4) 超聲波探傷實(shí)驗(yàn)。對接焊縫試板進(jìn)行實(shí)際探傷并對焊縫缺陷進(jìn)行評定。

(5) 機(jī)械振動(dòng)破壞實(shí)驗(yàn)。通過一系列的振動(dòng)模擬,對產(chǎn)品的振動(dòng)環(huán)境因素和承受運(yùn)送能力進(jìn)行測試,并測試產(chǎn)品在壽命周期內(nèi)是否符合設(shè)計(jì)和功能的要求標(biāo)準(zhǔn)。

(6) 塑料/橡膠拉伸性能測試實(shí)驗(yàn)。通過控制變量的方法,明確不同測試溫度、濕度以及拉伸速度下,在材料試驗(yàn)機(jī)上可以測定材料的屈服強(qiáng)度、斷裂強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率。

(7) 漏電保護(hù)裝置性能實(shí)驗(yàn)。綜合運(yùn)用電氣安全保護(hù)裝置知識,在掌握漏電保護(hù)裝置原理、類型、應(yīng)用的基礎(chǔ)上,通過對漏電保護(hù)裝置性能的測試,判斷漏電保護(hù)的有效性,并掌握漏電保護(hù)裝置正確的使用、維護(hù)方法。

2 實(shí)驗(yàn)課程體系實(shí)踐與完善

近幾年又增開了多節(jié)安全專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程,其中包括30學(xué)時(shí)的計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)課程,包括FDS基礎(chǔ)及應(yīng)用課程、Fluent基礎(chǔ)及應(yīng)用課程和AnyLogic建模與仿真課程,以及新增加入研究訓(xùn)練方法實(shí)驗(yàn)課中的8個(gè)專業(yè)特色實(shí)驗(yàn)課。

2.1 計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)在工程領(lǐng)域的普及應(yīng)用,數(shù)值模擬軟件在安全工程中的應(yīng)用程度愈發(fā)廣泛。基于社會(huì)對于高素質(zhì)人才需求量的顯著提升,我校安全工程專業(yè)開設(shè)了計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)課程,具體包括:

(1) Fluent基礎(chǔ)及應(yīng)用課程。主要介紹了Fluent軟件的組成、CFD的基礎(chǔ)理論知識,包括從網(wǎng)格生成、流場、溫度場、多相流(離散相)、可動(dòng)區(qū)域(動(dòng)網(wǎng)格)的基礎(chǔ)知識及實(shí)例操作過程。

(2) FDS基礎(chǔ)及應(yīng)用課程。FDS是火災(zāi)模擬中一款重要的軟件,根據(jù)火災(zāi)的實(shí)際情況,通過直觀的形式動(dòng)態(tài)來反映整個(gè)火災(zāi)過程,進(jìn)而獲取相關(guān)的火災(zāi)信息參數(shù)。通過教學(xué)能夠讓學(xué)生掌握基礎(chǔ)理論知識,能夠創(chuàng)建火災(zāi)發(fā)生及煙氣的發(fā)展和蔓延過程,模擬出有毒氣體的濃度、溫度場的分布以及熱輻射。

(3) AnyLogic建模與仿真課程。主要介紹建模與仿真的基礎(chǔ)知識,并通過教學(xué)使學(xué)生掌握并能夠應(yīng)用AnyLogic軟件建立模型。

2.2 專業(yè)特色實(shí)驗(yàn)

除了之前提到的專業(yè)特色實(shí)驗(yàn)課以外,又新增加了8個(gè)專業(yè)特色實(shí)驗(yàn),這8個(gè)專業(yè)特色實(shí)驗(yàn)具體包括:

(1) 可燃?xì)怏w蒸汽爆炸測試。

(2) 開閉口燃點(diǎn)測定實(shí)驗(yàn)。在規(guī)定的條件下測定液體被點(diǎn)燃時(shí)所對應(yīng)的溫度。

(3) 粉塵爆炸特性測定實(shí)驗(yàn)。主要涉及到粉塵爆炸的自燃點(diǎn)、下限和最大爆炸壓力。

(4) 水平垂直燃燒實(shí)驗(yàn)。保證燃燒角度和火焰高度一定,對水平和垂直狀態(tài)下的樣本進(jìn)行多次燃燒測試,進(jìn)而明確引燃物對于塑性材料燃燒特性的影響程度。

(5) 開閉口閃點(diǎn)測定實(shí)驗(yàn)。通過閃點(diǎn)測定儀,在規(guī)定的條件下測定發(fā)生閃燃時(shí)式樣的最低溫度。

(6) 粉塵云爆炸實(shí)驗(yàn)。通過相關(guān)的測試系統(tǒng),對粉塵云最低著火溫度進(jìn)行測定。

(7) 粉塵層爆炸實(shí)驗(yàn)。在既定的環(huán)境下,測試粉塵爆炸的最低熱表面溫度。

(8) 氣體爆炸實(shí)驗(yàn)。通過管道內(nèi)氣體燃燒爆炸實(shí)驗(yàn),掌握最大爆炸壓力、最大爆炸壓力上升速率、爆炸極限等基本概念,熟悉壓力傳感器和火焰?zhèn)鞲衅鞯幕驹砗褪褂梅椒ā?/p>

通過專業(yè)實(shí)驗(yàn)課能夠提升學(xué)生對于某一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的認(rèn)知程度,幫助學(xué)生更為深刻地了解相關(guān)的理論知識,進(jìn)而提升學(xué)生獨(dú)立思考和創(chuàng)新的能力。此外,通過建立北京科技大學(xué)“平安校園”安全知識競賽以及安全創(chuàng)意設(shè)計(jì)實(shí)踐作品大賽，進(jìn)一步增加學(xué)生的創(chuàng)新和實(shí)踐能力,在實(shí)踐中逐步找到適合當(dāng)代大學(xué)生發(fā)展的多元化培養(yǎng)道路。

3 結(jié)語

對于高校而言,應(yīng)該協(xié)調(diào)理論課程和實(shí)驗(yàn)課程之間的發(fā)展平衡,在傳統(tǒng)教學(xué)模式的基礎(chǔ)上,增加一定比例的實(shí)踐教學(xué),充分調(diào)動(dòng)學(xué)生參與安全工程教育的積極性,有效提升學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力,為學(xué)生的全面發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。通過我校安全專業(yè)近幾年實(shí)驗(yàn)課程的不斷發(fā)展與實(shí)踐,形成了系統(tǒng)化、理論化的綜合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課程體系,極大地培養(yǎng)了學(xué)生動(dòng)手、動(dòng)腦以及實(shí)踐創(chuàng)新能力。實(shí)驗(yàn)課程改革的目的在于明確高校安全工程教育的發(fā)展方向,明確實(shí)驗(yàn)課程改革實(shí)踐過程中存在的問題,完善現(xiàn)有的專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì),切實(shí)為學(xué)生提供優(yōu)質(zhì)的綜合功能服務(wù)和綜合素質(zhì)服務(wù),為培育優(yōu)秀的安全工程人才提供堅(jiān)實(shí)的保障。

References)

[1] 宋富美,易敏.安全工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究[J].華北科技學(xué)院學(xué)報(bào),2011, 8(2):103-105.

[2] 徐鋒,朱麗華.安全工程專業(yè)課程體系優(yōu)化探討[J].吉林省教育學(xué)院學(xué)報(bào)旬刊, 2014,30(3):48-50.

[3] 劉純林.安全工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程體系構(gòu)建與教學(xué)方法探討[J].安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):社會(huì)科學(xué)版,2014,31(4):102-103.

[4] 姜明明,馬慶春,李振林.安全工程本科綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系研究[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù), 2014,12(4):97-100.

[5] 王凱,李珊,潘俠,等.我國安全工程專業(yè)高等教育發(fā)展現(xiàn)狀分析[J].中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù),2012,8(5):163-168.

[6] 竇培謙,胡廣霞.安全工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程體系設(shè)置研究[J].安全, 2008, 18(6):51-54.

[7] 牛金成,許放.我國安全工程本科專業(yè)培養(yǎng)方案之比較分析[J].中國安全科學(xué)學(xué)報(bào),2007, 17(5):83-88.

[8] 蔡峰,薛安家,黃植.安全工程專業(yè)本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理, 2015,32(10):171-174.

[9] 保和,劉宏.安全工程的專業(yè)課程設(shè)置中存在的問題與研究[J].中國安全科學(xué)學(xué)報(bào),2005, 15(7):48-51.

[10] 管彥鑫.高校安全工程本科專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究[J].南昌教育學(xué)院學(xué)報(bào),2011, 26(5):58-59.

[11] 謝超,葉勇軍,王淑云,等.關(guān)于安全工程專業(yè)特色實(shí)驗(yàn)教學(xué)的調(diào)查和思考[J].中國電力教育,2014(24):74-75.

[12] 聶百勝,張金鋒,胡鐵柱,等.安全工程本科專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置[J].安全與環(huán)境學(xué)報(bào), 2006,6(S1):14-16.

[13] 李祥春,陳金偉,毛燕軍,等.安全工程專業(yè)本科教育存在的問題及對策探析[J].中國電力教育,2013(16):55-56.

Reform and practice of experimental courses of Safety Engineering specialty

Gao Yukun1,2, Zhou Yupeng1,2, Huang Zhian1,2, Zhang Yinghua1,2

(1. Key Laboratory of Metal Efficiently Exploiting and Safety of Ministry of Education, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083,China; 2.Mine Emergency Technology Research Center, University of Science and Technology Beijing, Beijng 100083, China)

Combined with the basic requirements and the experimental curriculum contents, the reform and practice of experimental courses are discussed with the major of safety engineering in University of Science and Technology Beijing as an example to find out the problems in the practice of experimental courses reform.Through years of experimental course reform, it can not only enrich the teaching, but also improve the experimental course design. It also cites the performance of students in participating in safety engineering education, which effectively enhances the practical ability and innovative ability of students to lay a solid foundation for the comprehensive development of students.

safety engineering; experimental courses; reform and practice; systematization

10.16791/j.cnki.sjg.2016.12.055

2016-06-20 修改日期：2016-07-28

北京科技大學(xué)2014年度教育教學(xué)改革與研究項(xiàng)目(JG2014M03)

高玉坤(1983—),男,山東膠州,博士,工程師,從事安全工程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理工作

黃志安(1973—),男,四川眉山,博士,副教授.

E-mail：huang_za@qq.com

G642.0

: B

: 1002-4956(2016)12-0218-03