高校消防工程專業實驗教學平臺建設的探討

馬秋菊

消防工程是一門探索火災發生發展規律、研究火災預防與控制理論和技術的綜合性交叉學科[1]，主要研究火災的著火與滅火基礎理論，可燃氣體、液體和固體的燃燒特征，研究火災點燃、蔓延規律，研究與消防相關的火災主動和被動防護的方法、手段和技術，解決火災點燃與蔓延規律、滅火材料開發、消防性能化設計、火災防護的理論和方法等方面的有關問題。消防工程不僅是通用的工程學科，而且是高新科技和新興產業的重要支撐學科。

我國開設消防工程專業的院校一共有20所，主要有中國礦業大學、中國礦業大學（北京）、中南大學、河南理工大學、南京工業大學和西南交通大學等。消防工程專業進行專業理論課程和實驗課程教學。專業理論課程是基礎，實驗課程是專業理論課程的實踐和提升，與理論知識相比，實驗課程更注重實驗的直觀效果和學生的實驗操作技能。實驗課程能驗證書本教材上的理論知識，提高學生的思維設計和動手操作能力，激發學習的積極性和對消防工程專業的興趣[2-4]。可見，消防工程專業教學實驗平臺的建設關系到消防工程專業的教學質量和發展前景。

另外，在建設世界一流大學和一流學科的背景下，建設一流的消防工程教育教學實驗室是高校消防工程專業建設和發展的基礎工作，也是關鍵因素。然而，我國高校消防工程教育以理論為主，缺乏實驗和實際演練的訓練學習，實驗教學平臺良莠不齊，學生普遍缺乏實際操作的能力。因此，對現有實驗教學體系進行補充和完善，建立健全消防工程專業實驗平臺刻不容緩。我們必須通過對實驗平臺的建設和完善，提升消防工程教育質量和水平，推動“雙一流”工程的快速發展。

一、實驗教學存在的問題

（一）缺乏統一的課程體系和教學大綱

目前全國還沒有統一的消防工程專業課程體系和教學大綱，也沒有統一的消防工程專業實驗指導書[5]，仍主要依靠教師自編的實驗指導書進行實驗課程教學。設立消防工程專業的各大高校通常依據自身學科特點和學校特色，設置課程體系及教學大綱，缺乏統一的參考標準及依據，因此導致不同學校的基礎課程、專業基礎課程和專業課程設置各不相同，合理性和科學性無法評判。專業課程實踐教學內容設置較少，并且存在由于實驗條件不完善而導致實驗教學質量不佳、學生學習積極性不高等問題。

（二）實驗平臺建設不完善

實驗教學是教學培養過程中必不可少的環節，是培養人才的必備手段，需與理論基礎相結合，兩者共同發展和相互促進。而目前我國的消防工程學科建設重點仍放在課堂教學上，實驗教學平臺建設不夠豐富，實驗教學設施尚不完備，這種教學模式不利于學生的實踐和思考。

（三）缺乏實踐實訓教學，無法實現真實場景實訓

消防工程是一門實踐性較強的學科，實踐訓練是檢驗理論知識、鞏固基礎、提高專業技能不可缺少的重要環節，也是強化教學，使學生掌握技術理論、提高操作技能、提升實踐能力的重要手段。然而，由于實踐實訓教學需要搭建真實的火災模擬重現現場，設置險情，需大量的人力、物力和財力，更重要的是學生安全無法得到保障，因此在高校消防工程專業人才培養中很難實現真實火災場景的實踐實訓。

二、實驗教學平臺建設建議

（一）優化實驗教學平臺體系

基于理論教學為主的思想，應優化實驗教學平臺體系的構建，培養學生獨立思考和解決問題的能力，做到活學活用。實驗教學的課程應加大對實驗平臺建設的投入，科學構建教學課程，合理的使用實驗設備器材，調動學生對實驗課程的積極性，逐步完善實驗教學體系。

實驗教學平臺按等級可設基礎實驗平臺、專業實驗平臺和虛擬現實實驗平臺，可以根據學生的興趣和需求，循序漸進進行不同難易程度的實驗。實驗教學平臺按內容可分為實操實驗教學平臺和虛擬仿真實驗教學平臺，對不能直觀表現的實驗，可通過仿真模擬的手段進行補充。同時隨著VR科技（虛擬與現實技術）的日趨成熟，VR技術在消防教育方面的應用也取得了出色的成效。

1.基礎實驗平臺

基礎實驗平臺由火災報警實驗、自動噴淋演示、初起火災撲救實驗、火場逃生訓練組成，需要學生掌握火災報警系統、滅火器和濕式自動噴水滅火系統的基本原理，了解消防工程基本構成框架和實際用途。

2.專業實驗平臺

專業實驗平臺需要有專業實驗設備構成，通過專業實驗對消防工程的某一領域進行深入研究，適用于本科學生進行畢業設計和研究生階段的學生做實驗。該實驗平臺以實際操作為基礎，通過實驗儀器設備進行實驗，得到消防工程領域中相應的實驗結果，進而結合理論分析，加強對消防工程問題的深入研究。

3.虛擬現實實驗平臺

隨著科技發展，虛擬現實技術已經應用到了各行各業。根據需求呈現出三維的直觀影像，在教學領域給學生帶來視覺上的沖擊，更便于學生對消防工程學科的理解和提升興趣，同時也可以結合高校的應急演練培訓，培養學生的應急能力，解決了無法實現真實火災場景實踐實訓的難題。因此，虛擬現實實驗平臺也是配合專業實驗平臺構建的有效輔助平臺。

（二）構建專業實驗平臺

專業實驗平臺可以提供實驗裝置，擬出實驗課題，由學生自行選擇實驗課題，自行設計實驗裝置、實驗方法和實驗步驟，在教師的指導下進行實驗操作，獲取實驗數據，進而對數據進行分析并得出結論。

以下專業實驗設備可以作為消防工程專業實驗平臺必備設備：

1.閃點測定儀

閃點測定儀包括開口閃點測定儀和閉口閃點測定儀。閃點是表征液體燃料中是否存在高揮發性或可燃性物質的重要參數之一。國家標準規定，采用賓斯基-馬丁閉口杯法測定可燃液體、帶懸浮顆粒的液體及在試驗條件下表面趨于成膜的液體和其他液體閃點的方法。閃點測定儀適用于易燃的液體、液體混合物、含有固體物質的液體閃點試驗測定，但不適用于由于其危險特征已列入其他類別的液體。

2.著火溫度測試儀

著火溫度測試儀適用于不同形態的化工類產品、橡膠塑料產品、廢棄物質及其他易燃品的著火溫度的測定。可測物質在空氣循環中的最低自燃溫度和引燃溫度，實驗過程中可通過程序自動升溫。

3.室內轟燃實驗研究系統測試儀器

室內轟燃實驗研究系統主要由室內火災試驗箱、火災溫度測試系統、火災燃燒速度測試系統和輻射熱通量測試系統等組成，測試儀器包括多路火災系統檢測儀、熱電偶、輻射熱通量計和電子秤等。

室內轟燃實驗研究系統可以研究室內火災行為特征、轟燃行為和火災的危害性評估等方面問題，可以良好地再現室內火災（包括轟燃）的現象，也可以作為基礎實驗，為學生演示室內火災情景。

4.SDF-2型防火涂料測試儀（隧道法）

該儀器適用于實驗室條件下，在可燃基材表面涂抹防火涂料，在小型隧道爐內測試火焰的傳播特性，最終得到的結果可評定防火涂料的火焰傳播性能和對可燃基材的保護作用。

5.XSF-1型防火涂料測試儀（小室法）

該儀器適用于在實驗室條件下，在可燃基材表面涂抹防火涂料，在小室內測試其阻火性能，最終以燃燒質量損失和化合體積來評定防火涂料的性能。

6.DBF-3型防火涂料測試儀（大板法）

該儀器適用于在實驗室條件下，測定防火涂料的耐燃性能。相比隧道法和小室法，大板法自動化性能高，溫差低于國家標準，可操作性強，維修方便，適合對防火涂料做進一步深入研究。

7.MDF-1型阻燃木材燃燒測試儀（木垛法）

該儀器適用于在實驗條件下，規定特殊的燃燒條件，檢驗在不同生產和工程中的20毫米厚度以上的木材在阻燃浸漬處理后，木材的燃燒質量損失率和有焰燃燒時間，以此研究木材阻燃劑及其配方。

8.絕熱加速量熱儀

絕熱加速量熱儀（Accelerating Rate Calorimeter）簡稱為ARC。ARC是由兩個系統組成的標準系統，含有加熱器和溫度傳感器的絕熱爐以及實現絕熱功能的控制系統，記錄實驗樣品在絕熱爐內發生反應的過程，輸出“時間-溫度-壓力”三者之間的關系，并得出“溫度-溫升速率”等關系。

ARC可用于評價化工工藝過程和危險化學品穩定性，模擬試驗樣品在（失控等）最嚴重情形下的自加速反應，可評估化學品的潛在危險，提供更精確的動力學和熱力學數據。

9.燃燒性能測試儀

DTS-1型地毯燃燒性能45°測試儀可測試不同組分的地毯的燃燒性能。將地毯試驗以45°傾斜放置，點燃灼燒后，通過損毀的長度和燃燒持續時長換算得出地毯試樣的燃燒性能。

10.差示掃描量熱儀

差示掃描量熱儀（Differential Scanning Calorimeter）簡稱DSC，可研究材料的比熱容、反應熱、轉變熱、相圖、反應速率、結晶速率、高聚物結晶度和樣品純度，可設置特定的實驗溫度，檢測試驗樣品的吸熱或放熱速率與時間的關系。

11.氧指數測定儀

該儀器適用于在實驗條件下，規定試驗條件，測定試驗樣品的燃燒性能，計算得出試驗樣品平穩燃燒時所需的最低氧體積百分比濃度。

12.水平垂直燃燒測定儀

水平垂直燃燒測定儀主要用于測試塑料和非金屬材料以水平和垂直方向放置時的燃燒特性，測試結果可以得到試驗樣品的燃燒速率、余焰/余暉時間以及試樣的燃燒長度，以此來判定材料的阻燃等級。

13.煙密度試驗箱

煙密度試驗箱利用計算機智能手段，分析測量光束對燃燒后產生的煙氣吸收和散射的效果，并直接繪制出可燃材料產煙濃度隨時間變化的曲線。

14.錐形量熱儀

錐形量熱儀可測定試驗樣品的燃燒熱釋放速率、質量損失率、產煙性、一氧化碳和二氧化碳產生率等，是當前最為理想的可表征材料燃燒性能的試驗儀器，試驗環境能更接近真實燃燒環境。

15.熱重分析儀

熱重分析儀適用于實驗條件下，測量試驗樣品在特定溫度里質量變化的儀器。其工作原理是將試驗樣品放置在可程控升溫、降溫或恒溫的加熱爐中，通過加熱試驗樣品，使其在加熱的過程中升華、汽化，分解出氣體或者水蒸氣，使樣品的質量發生變化，通過分析熱重曲線，判定樣品的裂解溫度、熱穩定性、成分比例、樣品純度和含水量等特性。

16.紅外熱像儀

紅外熱像儀是利用紅外探測器和光學成像器件接受被測目標所發出的紅外輻射能量，從而獲得紅外熱像圖。這種熱像圖與物體表面的熱分布場相對應，可非常直觀地看到被測目標表面的溫度分布，可作為學生的觀測實驗儀器。

17.建材煙密度測試儀

建材煙密度測試儀適用于建筑材料及其制品燃燒時靜態產煙量的測定，也可用于其他固體材料燃燒時靜態產煙量的測定。建材煙密度測試是建筑防排煙工程領域不可缺少的一個基礎實驗。

18.自動水噴淋滅火實驗系統測試儀器

自動水噴淋滅火實驗系統是依據《自動噴水滅火系統設計規范》相關標準設計的，該系統具有噴水滅火系統典型結構，能夠完成火災探測、火災報警、現場滅火等演示性實訓項目，同時還能清楚的展示噴淋滅火系統的典型設備構成和系統工作原理。通過對該裝置的操作學習，學生可以對樓宇中噴水滅火系統的結構有一個全面的了解，掌握建筑物內部主要滅火設備的應用，熟悉樓宇中濕式報警閥、水流指示器、壓力開關等滅火設備的結構和原理，熟悉滅火系統的控制原理和工作過程。

（三）構建虛擬現實實驗平臺

相比傳統的教學，許多消防設備設施和使用操作方法，對于仍在校園的學生來說大部分只是一個模糊的概念，剛剛進入專業實驗平臺時，很難將所學與實操馬上關聯起來。在專業實驗教學環節之前加入虛擬現實實驗環節，可以節省熟悉實驗設備和過程的時間，提高實驗效率;在專業實驗教學環節之后加入虛擬現實實驗環節，可進一步檢驗和消化專業實驗教學要求學生掌握的知識點。

1.消防設備設施

建立消防設備設施的虛擬模型，使學生熟悉消防設備設施的原理、功能和操作過程，例如多種滅火器的使用方法，并使學生掌握基本的滅火技能。

2.應急逃生模擬

搭建宿舍、教學樓、體育館等高層或人員密集的場所虛擬模型，使學生掌握隱患識別的方法、火災發展的規律、煙霧擴散的方向、應急逃生的技巧等知識和技能。

三、結論

消防工程實驗室建設重點應加強專業實驗平臺的構建，將新興發展的虛擬現實科技應用到消防工程實驗室的建設當中。在教師的指導和專業實驗設備的配置下，不僅可使學生鞏固消防工程學科的基礎理論知識，更能通過實驗的手段達到學生實驗技能精益求精的目的。消防工程專業實驗平臺是消防工程學科的理論建設和社會實踐相結合的產物，在不斷的摸索和創新中促進消防工程專業的茁壯發展。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 李耀莊， 姜學鵬， 徐志勝. 消防工程專業學歷教育前景和亟待解決的問題[J]. 長沙鐵道學院學報（社會科學版）， 2006（2）： 85-86.

[2] 高仲亮， 王秋華， 崔飛， 龍騰騰， 李智， 仝艷民. 消防工程專業實驗教學新體系的構建[J]. 中國科技信息， 2012（17）： 134-135.

[3] 梁衛國. 對《消防技術裝備》教學的幾點思考[J]. 科技信息，2011（20）： 506.

[4] 靳慶生.關于消防技術裝備實踐教學的幾點思考[J].大學教育，2015（4）： 178-179.

[5] 王偉峰， 鄧軍， 馬礪， 王劉兵， 肖旸. 消防工程專業創新實驗教學模式探討與實踐[J]. 高教學刊， 2017（7）： 70-72.

[責任編輯：鐘 嵐]