化工安全工程專業實驗室建設與實踐

周一卉, 閆興清, 任婧杰, 胡大鵬

(大連理工大學 化工機械與安全學院, 遼寧 大連 116023)

石油化工行業是國民經濟重要支柱產業,也是安全生產事故的多發區,化工事故案例史表明,對加工的化學物質性質及有關的物理化學原理不甚了解、忽視過程和操作安全違章操作,是釀成化工事故的主要原因?；な鹿试斐傻膿p失約為其他工業的5倍。同時,人才不足的問題制約著石油化工行業的健康發展,主要體現在：①嚴重缺乏化工安全生產復合型人才；②現有的教學體系與化工安全生產的實際聯系不夠；③現有的教學內容對先進技術介紹不足；④化工儀表自動化專業人才嚴重缺乏；⑤非常缺乏具有安全專業知識的操作人員；⑥化工專業學生普遍缺乏安全生產意識和安全操作技能[1]。為此,國務院、國家安全監管總局、教育部等多次對化工安全復合型人才培養提出指導意見[2-4],鼓勵高校根據需求在本科專業和研究生學科內設置化工安全方向,著力提高學生的安全素養和實踐能力。

大連理工大學安全學院設有爆炸機理與防治、石化工藝風險評估與防控、過程裝備可靠性與安全監測等研究方向,長期致力于石化介質爆炸災害機理以及防控技術的研究,學院在化工安全復合型人才培養過程中,堅持理論聯系實際,建設了化工安全工程實驗室,不斷加大安全工程專業實驗教學體系和教學內容改革的力度,依托企業工程實踐中心和學科科研平臺,積極引導學生開展安全科技研究,著力提升化工安全工程實踐能力。

1 實驗教學體系設計

學生工程實踐能力的培養是工科專業人才培養的核心,依托校內外實驗實訓平臺,主要通過實驗、實習、設計、科研訓練、畢業論文(設計)等環節進行培養[5-7],其中實驗教學是課程體系的重要組成部分,實驗教學相對于理論教學更具有直觀性、綜合性和創新性,對于提高學生的綜合素質、工程實踐能力和科技創新能力具有不可替代的重要作用[8-11]。我們將安全工程專業實驗規劃制定為一門獨立的64學時實驗課程,而不依附于任何一門專業理論課程,強化實驗課程與理論課程相同的重要地位,避免了因學時限制造成的實驗拆分和知識點破碎,影響教學效果的問題。

同時,將培養學生解決化工安全實際問題的能力設定為實驗教學的首要目標,實驗教學內容、實驗教學方法和實驗教學成效評定都圍繞著教學目標而展開,促進學生扎實掌握理論基礎,提升利用先進儀器,通過團隊合作，綜合應用多學科知識制定、實施實驗方案并獲得有效數據結論的能力。激發學生探索未知世界的熱情與興趣,形成創新思維。

在實驗教學體系設計上,始終圍繞石油化工行業普遍存在的過程安全、裝備安全、管理安全等核心問題開展研究與討論,刪去了電氣安全、人機工程等內容,突出重點和專業學科特色,強化深度,改變泛泛而做、多而不精的問題。

實驗教學體系充分貫徹“產教融合、科教融合”理念,在對行業安全需求進行充分調研的基礎上,確定實驗主題和內容；依托學科在過程安全和裝備安全方向上的研究特色與優勢,將平臺大型儀器,如Stereo PIV,PDPA,Tomographic PIV,空氣動力學粒徑譜儀等無償支持本科實驗教學,以問題驅動探索,突出多層次、多任務、多學科的交叉綜合,培養學生科研工作方法和創新能力。

在實驗教學體系規劃設計過程中,我們也著重考慮了與前后其他實踐教學環節的鏈接與響應。如前序課程設計中要完成化學火災爆炸危險性評價；《化工安全工程》課程中安排危險性物質泄漏擴散預測與制定緊急安全預案大作業；后續生產實習環節中,將深入石油化工企業開展危險化學品儲運、操作安全、特種設備、安全法規、安全管理、消防等一系列環節的實踐實訓。通過打造“3C” 模式(comprehensive,cross,capability,即綜合、貫通、能力)的實踐教學活動,形成較為完善的理論與實踐相結合的化工安全復合型人才培養體系。

2 實驗教學內容設計

在遼寧省教改項目、國家及省級精品課程建設、大連理工大學實驗室建設重點項目支持下,自主研發出氣體爆炸、粉塵爆炸、氣體/粉塵混合爆炸特性測試平臺、沸騰液體擴展蒸汽爆炸(BLEVE)特性測試平臺、超細水霧抑爆實驗系統、壓力容器安全泄放技術實驗平臺、燃燒火焰與流場診斷實驗系統等40余臺套實驗儀器裝置,共開設20個教學實驗，總實驗學時64 h。在學生動手能力和創新能力培養中發揮了很大的作用。我校安全工程實驗教學內容見表1。

表1 大連理工大學 安全工程專業實驗一覽表

通過實驗課程,旨在培養學生的如下能力：

(1) 理解安全工程行業特征,能夠把握和預測在石油化工和能源等領域中可能出現的安全、健康、法律、環境和文化等問題,并能采取恰當的應對措施,具備應對突發事件和危機的能力；

(2) 在設計方案中體現創新意識,并具備對創新方案的實施效果與原定的技術指標進行對比評估的能力；

(3) 能夠設計與安全工程專業相關的測試、檢驗、控制等實驗,開展對復雜工程問題的實驗研究,并通過信息綜合獲得有效實驗結論；

(4) 運用專業前沿實驗儀器、先進測試方法與技術,并將其應用于研究安全工程相關復雜工程問題,并能夠理解其局限性；

(5) 能夠有效溝通,提出意見,推進團隊計劃實施,參與團隊的口頭或書面報告。

3 實驗教學方法改革與創新

在實驗教學中,著重突出學生在學習過程中的主體地位,根據不同實驗的特點和教學目標,選擇合適的實驗教學方法,實施多層次、多任務的教學指導,保證良好的實驗教學效果。

首先,認識“安全工程實驗室”本身即是一節非常有意義的教學課。每學期開始的第一次實驗課就是指導學生認識實驗室,學會辨識實驗室內危險源,掌握應急處置措施,只有通過實驗室安全考核的學生才有資格進入到實驗室,開展實驗和研究。

我們將所有實驗分為3個層次,即操作型、綜合型和研究型。在操作型實驗中,學生需要按照課前預習內容,依照實驗講義和實驗設備指導書,按步驟完成實驗內容,記錄并整理實驗數據。綜合型實驗中,涉及到力學、化學等多學科知識內容,指導教師只負責指導實驗裝置使用、設定實驗目標,學生自行組成團隊,制訂并實施實驗方案,最終以團隊形式提交實驗報告。研究型實驗,是不預設任何結論的探索性工作,教師主要就科學研究方法、團隊協作等方面進行指導,逐漸培養學生的科研精神和研究能力。學生根據研究內容和要求查閱文獻資料,擬定實驗研究計劃和方案,并在大型儀器平臺上完成實驗內容，研究型實驗允許失敗。

根據不同實驗層次,編寫不同的實驗教學大綱,采取不同的教學方法。在實驗教學中,教師主要對學生實驗中提出的問題進行答疑,啟發和鼓勵學生獨立思考和克服困難,使學生通過自己的努力完成實驗,提高分析、解決問題的實踐動手能力,并以此作為評定實驗成效的主要標準。為配合以學生為主的實驗教學,安全工程實驗室采取全天候開放模式運行,只要學生有時間有需求,實驗室管理與指導非常靈活,盡可能滿足學生開展實驗活動的需求。

4 實驗教學成效評定標準改革

我校安全工程實驗教學成效評定改革是將按照知識與表現的評定方法改為按照能力達成情況評定,重點評價分析問題和解決問題的能力。通過尺規分析法對實驗教學的能力輸出與達成情況進行評定,可以找出能力弱項,并進行改進。尺規分析表見表2。

表2 安全工程實驗能力達成尺規分析表

表2(續)

5 結語

通過科學規劃實驗教學體系,改革實驗內容與教學方法,逐步探索出一條通過實驗教學提升學生實踐能力,激發創新思維的有效途徑。在今后的工作中,還需要進一步加強產教融合和科教融合,不斷進行持續改進,實現安全工程專業學生解決工程復雜問題能力的有效達成。