基于OBE的《安全系統工程》課程教學改革及實踐

田 宏教授 王天明講師

(沈陽航空航天大學 安全工程學院，遼寧 沈陽 110136)

0 引言

目前，國內有近200所院校開設有安全工程專業，且絕大多數開設有《安全系統工程》課程。作為安全工程專業的一門專業基礎課，《安全系統工程》課程教學是從系統安全的角度出發，以生產系統工藝單元為研究對象，重點講授危險有害因素分析、評價和控制的科學方法。該課程的主要教學內容不僅被安全評價師、注冊安全工程師等職業資格考試所涉及，也是眾多院校安全科學與工程碩士和博士學位初試考試科目。

和其他專業基礎課一樣，在《安全系統工程》課程教學中，教師面對的主要問題是如何利用有限學時來拓展和深化課程教學內容，克服學生專業知識不足，提升學生的學習興趣，培養學生工程實踐能力等。為此，國內一些院校的專業教師針對本課程教學改革進行積極的探索，采取一系列切實可行的教改措施。如邵輝等對啟發與討論式課程教學進行系統研究與實踐，以促進學生綜合能力的培養和訓練；魏春榮等提出將案例教學和傳統教學相結合，提高學生的學習興趣，調動學習積極性；許蘭娟提出在教學中實施項目教學法，提高專業課教學質量，增加學生的實踐經驗；宋曉艷等提出“換位式互動”的教學方法，促進學生主動學習；王凱等對《安全系統工程》課程實訓教學模式進行研究與探索；孫曉元等提出構建基于“互聯網+”的“線上”+“線下”混合式教學模式，有助于提升教學質量,增強學習效果。這些教學改革措施均從各自實際情況出發，從不同角度和層面來解決《安全系統工程》課程教學中所遇到的問題，并起到一定效果。但是，如何科學地改進《安全系統工程》教學過程，促進學生工程實踐能力培養，確保培養目標達成，仍將是今后一段時間內該課程教學改革的目標和研究內容。

本校安全工程本科專業成立于1983年，經過30余年建設，目前已形成以“工程型大安全”為主要特色的安全專業人才培養體系，《安全系統工程》已經成為安全工程、保險(工程)學以及消防工程專業的專業基礎課。在該課程教學過程中主要面臨著學生缺乏必要的專業知識，難以掌握繁多復雜的理論方法，學習動力不足等問題。為此，從滿足新形勢下對應用型、創新型人才的社會需求出發，結合本校安全工程專業特色和教學中面臨的實際問題，借鑒其他院校的課程教學改革經驗，從傳統的以學科為導向轉變為以成果為導向，對《安全系統工程》課程教學進行一系列改革和實踐，有效提高學生對所學知識的掌握程度和實際應用能力。

1 課程特點

《安全系統工程》在一些院校也被稱為《系統安全工程》，該課程主要包括系統安全分析方法、系統安全評價方法、系統安全預測和決策、系統安全控制方法和事故后果定量分析模塊。該課程具有如下一些特點。

(1)理論知識抽象繁雜，難以掌握。為科學分析和研究系統的安全性，人們開發了很多系統安全分析和評價方法，這些方法來源于不同行業和領域。此外，也借鑒一些《可靠性工程》的分析方法，如失效模式和影響分析(Failure Mode and Effects Analysis，FMEA)等。這些安全分析和評價方法的應用背景、關注重點和適用范圍各不相同。如果脫離具體行業、背景以及應用實例來講授這些安全分析和評價方法，就會顯得過于抽象，難以理解和掌握。

(2)跨行業，應用范圍廣泛。盡管各院校特色不同，畢業生就業領域和行業不同，但《安全系統工程》知識體系基本一致，其理論和方法適用于解決各行業安全問題。課堂教學所教授的理論方法基本一致，但還存在一些適用于某些行業的特殊方法。

(3)理論方法多，實踐性強。《安全系統工程》以系統工程理論以及一些特殊技巧及方法來研究和解決系統全壽命周期內的安全問題。這些安全問題不是憑空產生的，而是寓于實際生產過程中。在充分了解和掌握具體行業的生產過程、工藝設備和原材料的基礎上，才能利用所學的理論和方法去分析和研究生產中的安全問題。實踐性強是《安全系統工程》課程的最主要特點。

2 目前教學中存在的主要問題

盡管《安全系統工程》屬于安全工程專業的基礎課、核心課和學生考研的專業科目，但在課程教學、課程考核、畢業設計過程以及畢業生調查反饋中發現，學生對課程教學內容的掌握和運用情況并不理想，主要存在以下幾方面問題。

(1)學生缺少必要的專業知識，學習困難；教學內容多且課時不足。《安全系統工程》作為一門專業基礎課，一般安排在第五學期，我校安排在第四學期。此時大二的學生還沒有完成基礎課程的學習，對專業情況了解甚少。很多安全分析及評價方法需要分析者掌握一定的專業知識和實踐經驗，例如使用危險與可操作分析(Hazard and Operability Analysis，HAZOP)需要對生產工藝有所了解，并能看懂管道儀表流程圖等；使用美國道化學公司火災爆炸指數法以及英國帝國化學公司蒙特法需要對生產工藝單元有所了解。此外，《安全系統工程》授課為40學時，相對于其繁雜的教學內容，授課時間仍顯不足。

(2)側重于理論教學，理論和實踐相脫節。由于《安全系統工程》的理論和方法適用于解決各個行業的安全問題，盡管相關教材很多，但絕大多數教材都缺少行業特色，應用實例少且類同。教師在授課過程中，側重于將理論方法教授給學生，對于具體應用講授很少。

(3)課程考核方式難以反映學生工程實踐能力的培養效果。課程考核方式通常以期末考試為主，通常占總成績的80%，平時成績僅占20%，且平時考核大多依據出席和作業情況。期末考試試題通常為一些客觀題，缺乏能夠反映工程實踐的題目，考試成績不能真實反映學生工程實踐能力的培養效果。

3 課程教學改革的重點

針對教學中存在的問題，基于成果導向教育(Outcomes-based Education，OBE)理念，在教學大綱和內容、教學方式、學習方式和評價方式等方面進行改革，形成一種循序漸進，融會貫通的教學方法，如下圖。

圖 循序漸進、融會貫通的課程教學方法Fig. A gradual and integrated teaching method

3.1 教學大綱和內容的改革

按照培養計劃中畢業要求涉及的條款來確定教學大綱，并根據畢業要求與教學內容的對應關系，來確定課程的教學內容和學時。改變按教材章節來編寫大綱和確定教學內容的傳統做法。為培養學生工程實踐能力，《安全系統工程》課程增設2周的課程設計。

3.2 教學方式改革

教師在上課前將授課PPT、案例和視頻資料、相關文獻資料上傳到網絡教學平臺上共享，借助于網絡教學平臺實現課下的答疑、討論等，提高課堂學時的利用率，初步解決學時不足的問題。

在教學過程中，結合教授內容，選取相關事故案例的視頻資料，尤其是美國化學安全與危險調查局(CSB)的事故調查視頻資料，其中的動畫模擬部分，展現生產設備(設施)概況、事故后果、事故原因及應采取的安全對策和措施。這些視頻使得學生能夠身臨其境還原事故現場情況，能在一定程度上彌補學生專業知識的不足。借助于多媒體教學手段，增強學生對實際工程系統的了解，提高學生實踐能力。

在教學過程中有針對性地進行案例教學，充分利用國內外典型事故案例，縱觀事故發生、發展、處理方案及最終結果的全過程，指導學生利用所學方法進行分析和討論。逐步培養學生的工程實踐能力，同時也促進學生的學習興趣。

3.3 學習方式改革

(1)追蹤溯源式學習，拓展學習的深度和廣度。在授課之前，學生要閱讀教師提供的文獻資料(相關標準、規范以及事故案例等)，了解這些安全分析及評價方法的起源、應用范圍、優缺點、與其他方法的關系以及核心內容。如學生在學習事件樹、故障樹分析方法時需閱讀《Analysis Techniques for Dependability-Event Tree Analysis (ETA)》(IEC 62502: 2010)、《Fault Tree Analysis (FTA)》(IEC 61025:2006)、《故障樹名詞術語和符號》(GB/T 4888-2009)、《故障樹分析程序》(GB 7829-1987)、《核電廠故障樹分析導則》(NB/T 20558-2019)等。教師在授課時緊緊圍繞核心內容來講授。另外，教師指導學生利用網絡有針對性地檢索和收集文獻資料，培養文獻收集和整理能力。

(2)理論聯系實際，立足校內進行模擬實踐。針對《安全系統工程》實踐性強的特點，系統性地利用校園內的各種設備設施進行模擬實習和實踐。例如，對校內實驗室的鋼瓶間、化學品儲存場所進行危險源辨識；為校園內的鍋爐房、變配電所編制安全檢查表；對圖書館的火災報警系統進行事件樹和事故樹分析；對校園內的道路和停車場進行安全評價；對校園內的液化石油氣供氣站進行事故后果定量分析等。這些模擬實習和實踐活動一方面加深學生對課本上知識的理解，另一方面也拓展學生的工程實踐能力。此外，學生通過參與大學生創新實踐等活動，促進學生對課本上理論知識的理解和創新性應用，也極大地拓展學生們的視野。

(3)增設課程設計，培養應用能力。近幾年來，在修訂培養計劃時為《安全系統工程》課程增設2周的課程設計。《系統安全基礎》課程設計是課堂教學的延伸和發展，是理論知識與工程實踐之間的銜接，旨在提高學生運用系統安全理論知識解決復雜工程問題的實踐技能。為體現“工程型大安全”特色，畢業設計題目主要分為安全評價和事故后果分析2大類型。

①安全評價類型課程設計是通過對機械、化工、冶金等行業中典型生產工藝單元進行安全評價(主要是預評價)，鞏固學生危險源辨識、控制與評價的專業知識；促使學生了解典型生產工藝和設備，熟悉《安全評價通則》(AQ 8001-2007)等相關標準規范，增強對危險源辨識、控制與評價知識的實際應用能力，學會編寫安全預評價報告。

②事故后果分析類型課程設計是通過對典型化工裝置(單元)的事故場景分析，鞏固學生對事件樹分析方法以及事故后果細致劃分的專業知識，促使學生熟悉《化工企業定量風險評價導則》(AQ/T 3046-2013)等相關標準規范，增強學生對事故后果計算模型的選擇并合理確定相關參數的能力，鍛煉學生應用計算機軟件定量計算事故后果并進行風險分析的能力。

根據課程設計大綱要求，課程設計指導教師從自身的工程背景出發來初選題目，并經集體討論后最終確定難度適宜的課程設計題目。所有題目均為工程設計(應用)型，旨在提高學生運用系統安全理論解決實際工程問題的能力，培養學生獨立自主、綜合分析的思維與創新能力。

為提高學時利用率和加強過程控制，課程設計建有多個專用QQ群，指導教師隨時對學生進行指導、答疑。

3.4 課程評價方式改革

課程成績由平時考核成績和期末考試成績構成。將平時考核成績提高到占總成績的30%，采用研討、階段測試、大作業等多種形式，并側重過程考核。期末試卷占總成績的70%，考題以工程應用型題目為主，并借鑒安全評價師的考試試題，側重考察學生綜合運用所學知識來解決實際問題的能力。在學期末，通過對支撐畢業要求指標點和教學目標達成情況的評價來指導課程教學的持續改進。

課程設計成績的評定由5個部分構成，包括危險有害因素分析(評價類型題目)/事故類型分析(事故后果分析類型題目)、分析評價方法/后果計算模型、安全對策/計算過程和參數、文獻資料收集及答辯情況，并利用層次分析法確定各部分權重。在課程設計中針對創新性內容，適當加分，以鼓勵創新。

4 課程教學改革效果

基于OBE理念對《安全系統工程》教學實施改革以來，學生的考試通過率穩步提升，下表列出近幾年來安全工程專業學生的期末考試情況。一方面，由于加大期末考試中工程應用型題目的比重，考試通過率提高表明學生對工程應用題目具有較好的掌控能力；另一方面，通過模擬實踐活動以及工程類型的課程設計訓練，培養學生的綜合分析能力，在進行畢業設計的過程中，學生能根據題目類型廣泛地收集文獻資料，恰當地選用標準規范或者定量分析模型，能夠將所學到的相關理論方法用來解決實際問題。

表 近幾年來安全專業學生的期末考試成績Tab. The final examination scores of the students majoring in safety engineering in recent years

5 結論

(1)在《安全系統工程》教學改革和實踐過程中，以“成果導向”來改革教學大綱和教學內容，使得教學大綱和教學內容緊緊圍繞著畢業要求的達成而設計。

(2)堅持“以學生為中心”來改革授課方式和學習方式，其中，案例教學促進學生對理論方法的理解和掌握，立足校內進行模擬實踐確保理論聯系實際，課程設計拓展實踐教學的深度和廣度。

(3)課程考核方式改革保障課程教學的“持續改進”。從學生的期末考試成績、畢業設計指導過程和畢業生反饋來看，《安全系統工程》教學改革效果十分顯著。