對安全工程化學基礎課程建設的探索

李秀濤

摘要：通過對安全工程化學基礎課程現狀的分析和反思，文章在優化教學內容、提高學生興趣和提升教學效果等方面進行了有益的探索。首先，在民航行業背景下，通過精選課程內容，突出安全工程專業特色;其次，將枯燥的理論知識與工作生活中的實際安全案例聯系起來，激發學生的學習興趣;再次，采用雨課堂式的“翻轉課堂”教學模式，進一步提升教學效果;加強與學生的課下交流和溝通，解決學生化學基礎差異較大的問題;最后，加強與安全工程相關的實驗教學內容，提高學生創新技能。

關鍵詞：安全工程化學基礎;課程建設;雨課堂;教學方法

中圖分類號：G642.3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9324（2020）21-0151-03

我國安全類專業人才匱乏。近年來，全國高等院校的安全工程專業獲得了迅速發展。截至目前，全國共有130余所高等院校開設了安全工程專業。雖然開設安全工程專業的高校都有自己的行業背景和特色，但是設立的培養目標基本都包括：培養能從事安全科學與研究、安全健康環境檢測與監測、安全技術及工程、安全設計與生產、安全監察與管理、安全教育與培訓等方面復合型的高級工程技術人才。而從事這些工作需要掌握危險品的辨識與管理、化工設備安全、防火防爆等專業知識，但這些都需要學生具備一定的化學基礎，因此化學類課程是各院校安全工程專業學生必修的專業基礎課程[1]。

本人承擔我校安全工程專業的安全工程化學基礎課程的教學工作，結合化學教學工作中實際存在的問題，本文探索了適合于我校安全工程專業的化學基礎課的教學方法和教學內容。

一、教學中存在的問題

（一）課程內容與專業特色匹配度不高

目前各院校安全工程專業的化學類課程普遍選用四大化學（無機化學、有機化學、物理化學和分析化學）體系的相關課程，通常開設的課程以“物理化學”和“分析化學”為主[2]，但是從知識結構來看，無機化學體系的化學品名稱、分子結構特性、重要反應特性及與安全相關的基本理化性質（如：毒性、腐蝕性、燃燒爆炸特性等）等相關基本知識在這兩門課程中均沒有涉及;另外，有機化學體系中的有機化合物的命名規則、結構特點，以及典型有機化學反應及其安全防護技術等重要知識也沒有講述。化學課程內容與安全工程專業特色的不匹配，導致經常出現教師講授的部分知識是學生不需要的，而學生需要的化學知識內容課程又沒有被講授的現象，也導致化學課程內容不能滿足安全工程專業自身發展的需要。

需要指出的是，由于安全工程專業的特點和行業背景的特殊性，其本身也是一個交叉學科，需要學生學習的課程較多且知識點范圍跨度較大，導致學生的課程負擔較重[3]。因此，如果增加大量化學課程的課時，會進一步加重學生的課業負擔，這顯然與現實情況不符。為此，迫切需要對安全工程專業的化學基礎課程進行相應的改革，以適應安全工程專業的發展和對學生培養的需求。

（二）學生化學基礎參差不齊

由于全國各地高考政策的差異，安全工程專業的學生在高中階段對化學課程的學習情況差別很大。以我校2018級安全工程專業的學生為例，高考時選擇化學的約為86%，其中部分學生還學習了高等化學部分內容，甚至有個別學生還取得過全國高中化學競賽二等獎，具有較好的化學基礎;但是部分地區的考生高中時的化學課以選修課為主，高考時也沒選擇化學作為考試科目，因此該部分學生的化學基礎較差。學生化學基礎差異較大，這就導致化學課程內容和講授深度難以把控。課程內容過于簡單就有可能變成高中化學的承接和延續，對學生專業技能和能力的提高十分有限;但是如果課程內容過于高深，則部分學生可能很難跟上課程學習要求，從而產生畏難情緒，日積月累最終喪失學習興趣。

（三）學生學習化學基礎的積極性不高

安全工程化學基礎課程是我校安全工程專業學生最先開始學習的專業基礎必修課。雖然化學知識是安全工程專業的基礎課程，但是學生剛進入大學對安全工程專業的具體培養目標還不完全了解，并且從現有教材中和在客觀感受上不清楚化學基礎課與安全工程專業的聯系，這就導致學生學習化學基礎課的興趣不高和動力不足，甚至有的學生提出了“安全工程專業的學生學習化學有什么用？”的疑問。

二、提高安全工程專業化學基礎課程教學效果的措施

（一）優化教學內容，突出安全工程專業特色

在教學內容上，結合安全工程專業的特點，對教學內容做出相應的調整。在教學內容的優化過程中，應遵守以下幾個方面的原則：

1.結合專業特點，精選教學內容。針對安全工程專業特點，我們在化學基礎課程內容的選擇上，以無機化學、有機化學和物理化學的部分內容為主，刪掉了分析化學的大部分內容，但保留了儀器分析部分內容;同時，針對安全工程專業領域中的主要化學問題，對無機化學、有機化學和物理化學的教學內容進行了精選。

無機化學部分除了介紹元素的組成和結構特點等基礎知識外，主要突出介紹無機化合物的危險特性（腐蝕性、毒性、易燃易爆性等），使學生對該類危險化學品的特點和防護方法有深入的認識;有機化學部分主要介紹有機化合物的命名規則、理化性質、結構特點和典型有機反應的反應機理，使學生在從事危險品相關行業工作時，能夠對各類有機化學品進行識別和相關處理;物理化學部分主要介紹化學反應的熱力學和動力學基本原理，使學生能夠把握燃燒、爆炸及危險品事故產生的根本原因，有能力解決一些安全事故的預防和應對問題;儀器分析部分主要介紹化學分析方法、色譜分析方法和光譜分析方法，使學生掌握安全領域常用的先進分析檢測方法。

課程內容基本上涵蓋了危險品、火災、爆炸等安全領域的主要化學知識，為學生后續相關課程（如：火災學基礎、安全檢測技術、飛機防火技術、空運危險品風險防控技術、防火系統設計等）的學習提供了關鍵的基礎知識。

2.立足民航背景，突出工科特色。我校是中國民用航空局直屬的一所以培養民航高級工程技術和管理人才為主的高等院校，因此，安全工程專業應立足民航背景，突出工科特色，以與民航相關的工程技術問題來組織教學內容，力求做到既向學生傳授科學知識，又給學生展現工程技術的實踐方法，以體現科學研究的方法和科學探索的過程，使學生具備利用一定的化學知識去分析和解決民航相關工程實際問題的能力。例如：在介紹化學反應熱力學和動力學時，以飛機機艙內的火災爆炸問題為引導，通過模型簡化方法，把該問題演變為密閉空間內的燃燒爆炸問題，進而提出熱力學上的密閉體系概念和動力學上鏈反應的爆炸極限知識點，再反過來通過熱力學和動力學的知識分析機艙內火災爆炸問題。

3.緊跟前沿研究，啟迪學生思維。結合安全工程專業方向和本學科的最新發展和科學成果，適當介紹一些前沿領域或教師本人的科研課題，以開闊學生眼界，啟迪學生思維。例如：在介紹鹵代烴章節時，引入當前民航領域的研究熱點—“哈龍”機載滅火劑的替代問題，再從“哈龍”滅火劑的替代原因和研究趨勢，引出由鹵代烴分子結構引發的環境問題，使學生不僅能更深入了解鹵代烴的分子結構特點和反應特性，還能將所學知識與國際前沿研究相結合。

（二）理論聯系實際，提高學生學習興趣

由于安全工程化學基礎課程本身理論性較強，而單純講授書本知識會讓學生感覺枯燥無味，因此應將課程部分內容與實際工作中的安全問題相結合，引導學生探究其中所涉及的基礎化學原理，使學生切身感受到化學知識與安全工程專業問題的聯系，從而激發學生學習的熱情和積極性。例如：在介紹堿金屬和堿土金屬章節部分時，可先介紹鋰離子電池在我國新能源發展戰略中的重要性，進而提出鋰離子電池在航空運輸中的安全問題（介紹近幾年航空運輸中的鋰離子電池安全事故案例），然后帶著問題講解堿金屬和堿土金屬的重要性質，最后再引導學生理解鋰離子電池產生熱失控的根本原因，使學生將堿金屬和堿土金屬的化學性質與航空安全運輸中的鋰離子電池安全問題相結合，以激發學生的學習興趣，將“死學”變為“活學”。

另外，除了將化學知識與安全工作中的問題相聯系，還可以適當將其與生活中的安全問題相聯系，使學生感受到學好化學知識的重要性。例如，在介紹鹵素章節時，可介紹家庭日常生活中84消毒液和潔廁靈混合使用的安全問題，讓學生思考兩種化學物質混合時可能發生的化學反應。84消毒液的主要成分是次氯酸鈉（NaClO），潔廁靈主要成分是鹽酸（HCl），學生根據所學知識，很容易推導出該反應將產生危險性劇毒氣體氯氣（CL2）。這個現象會讓大部分學生感到驚訝，生活中普通的日常用品竟能用于制備危險化學品，這會進一步激發學生學習化學知識的熱情。

（三）運用多種教學方法，提高教學效果

對于教學活動的開展，必須采用一定的方法和手段。在高等學校的教學過程中，教學方法的好壞往往決定著教學目標是否實現、教學運行狀態是否良好、教學結果是否理想等[4]。目前，有許多不同的教學方式（如：講授式教學、研究式教學、實踐性教學、案例教學、專題式教學等）已經被廣泛應用于課堂教學中[5]。而近幾年，翻轉課堂的實踐應用已經成為一種重要的課堂教學改革趨勢[6-8]。雨課堂作為一種重要的翻轉課堂教學模式，由學堂在線與清華大學在線教育辦公室共同研發，將復雜的信息技術手段融入PowerPoint和微信，在課外預習與課堂教學間建立起溝通橋梁。虛擬課堂和實體課堂相結合使得教師和學生在課前預習、課堂教學及課后復習中能進行有效互動，教師可在整個教學過程中及時掌握課堂教學情況，修正教學進度和教學難易度[9]。

開展雨課堂教學改革，首先要對安全工程化學基礎課程內容進行梳理，厘清各章節知識點的內在聯系，以及知識層次和前后銜接關系，再根據課程內容的特點，整理出哪些知識點適合采用雨課堂教學方式，哪些知識點適合采用傳統教學方式，做好兩種課堂教學方式比例的控制。有機化學的學習需要學生在課上課下通過大量的習題練習來鞏固，但是部分學生自覺性較差，往往很難按時且高質量地完成習題，而雨課堂教學方式可以讓教師完全掌控學生全過程的學習情況，因此有機化學比較適合采用雨課堂教學方式。

（四）因材施教，加強與學生的課下交流和溝通

課上教學面對的是全體學生，因此教學內容沒有差異化，但是對于化學基礎較差的學生可能存在學習效果跟不上的情況，所以要加強與學生的課下交流和溝通強度。課下交流可采用現場答疑、小范圍研討、微信在線答疑等方式。另外，還要通過布置不同難度的習題，對學生的學習情況進行了解，主動就學習成績較差的學生所存在的問題進行溝通。

（五）加強實驗教學，提高學生創新技能

化學是一門實驗性很強的學科，化學實驗是安全工程化學基礎課程的重要組成部分，也是培養學生分析和解決實際問題的重要教學環節。在化學實驗教學內容的安排上，除了讓學生掌握一定的化學實驗操作基本技能和基本方法外，還應減少驗證性的和演示性的實驗，多增加一些設計性的和研究性的實驗[10]。同時，結合我校安全工程專業的特點，應選擇部分與安全工程技術和民航密切相關的實驗內容，如機載滅火劑的滅火性能評測實驗等，并在實驗課的最后安排一個綜合設計實驗，要求學生運用化學基本原理，自行設計、自擬實驗方案，完成全部實驗內容，并以此作為實驗課的考核題目。

參考文獻：

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[8]雷婷婷，張巖.師范生教師教育課程翻轉課堂教學模式的實驗研究[J].當代教育科學，2016，（01）：27-30.

[9]黃業偉，向澤敏.“雨課堂”教學模式在食品化學課程教學改革中的應用[J].安徽農業科學，2019，47（07）：261-262+265.

[10]甘孟瑜，張勝濤，張云懷，劉作華.非化工類專業“大學化學”精品課程的建設[J].高等理科教育，2005，（06）：70-72.

Abstract： Through the analysis and reflection on the current situation of the course， Chemical Basis of Safety Engineering， this paper makes a useful exploration in optimizing teaching content， improving students' interest and improving teaching effect. First of all， under the background of civil aviation industry， the characteristics of safety engineering major are highlighted through careful selection of course contents. Secondly， students' interest in learning is stimulated by connecting boring theoretical knowledge with practical safety cases in work and life. Thirdly， the teaching effect is improved through adopting flipped classroom teaching mode of Rain Classroom. In addition， the communication with students can be strengthened after class to eliminate the difference in students' chemical basis. Finally， to improve students' innovative skills， the experimental teaching content related to safety engineering should be strengthened.

Key words： Chemical Basis of Safety Engineering; course construction; Rain Classroom; teaching method