高玉坤, 周玉鵬, 黃志安, 張英華

(1. 北京科技大學 金屬礦山高效開采與安全教育部重點實驗室, 北京 100083；2. 北京科技大學 礦山避險技術(shù)研究中心, 北京 100083)

安全工程專業(yè)實驗課程改革與實踐

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 金屬礦山高效開采與安全教育部重點實驗室, 北京 100083；2. 北京科技大學 礦山避險技術(shù)研究中心, 北京 100083)

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

安全工程； 實驗課程； 改革實踐； 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驗課程體系,使得實際的教育效果與預期目標存在較大的差距。課程設(shè)置不合理是其中最為突出的問題,課堂教學的過程中仍然堅持傳統(tǒng)的理論教學,忽視了實踐教學的重要性。演示性實驗和驗證性實驗過多,無法充分調(diào)動學生參與安全工程教育的積極性,因此不能很好地提升學生的創(chuàng)新能力[4-5]?；诂F(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)機制,為學生的全面發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)。

1 安全工程實驗課設(shè)置

高校開展教學工作的過程中,必須明確實驗教學的重要性,只有豐富現(xiàn)有的教學形式,才能夠激發(fā)學生的學習興趣,調(diào)動學生的積極性[6]。實驗教學相比于傳統(tǒng)的理論教學能夠讓學生更加主動參與到實驗當中,有助于培養(yǎng)學生的動手能力和獨立思考能力,有助于學生在今后的學習以及職業(yè)生涯中能夠更好地發(fā)揮自己的才能[7-9]。

基于社會經(jīng)濟高速發(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,為社會經(jīng)濟的全面發(fā)展打下堅實的基礎(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、風險評價控制技術(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研究體系,能夠?qū)⒏咝录夹g(shù)研發(fā)成果轉(zhuǎn)化為實際生產(chǎn)力,在推動我國安全工程發(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)在全國學科評估中名列前茅,安全工程專業(yè)的實驗課經(jīng)歷了一段時間的改革與發(fā)展,從實驗課程內(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)實驗

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

(1) 煤自然發(fā)火特性程序升溫實驗。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)火特性程序升溫實驗的原理和方法。

(2) 礦用避險空間內(nèi)人體二氧化碳代謝規(guī)律實驗。了解可移動式救生艙艙體機械結(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)的基本實驗方法。

1.2 安全工程實驗

包括安全人機工程學綜合實驗、粉塵分散度實驗；煤的著火溫度測點、通風機性能測定實驗。

(1) 安全人機工程學綜合實驗。側(cè)重于人員活動、機械設(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)計相應(yīng)的工作活動,進而營造出更為舒適、安全的勞動環(huán)境。安全人機工程既能夠最大限度上保障人和機器設(shè)備的安全,還能夠有效地緩解疲勞受損、操作失誤的情況。其實驗內(nèi)容包括手指靈活性測試、動覺方位辨別能力的測定、暗適應(yīng)測試實驗、動作穩(wěn)定性測試、選擇及簡單反應(yīng)時測定實驗、聽覺實驗、明度適應(yīng)測試、雙手調(diào)節(jié)測試。

(2) 粉塵分散度實驗。粉塵分散度實驗的本質(zhì)在于對作業(yè)環(huán)境下的粉塵危害程度進行客觀的評估,根據(jù)實際的工作性質(zhì)和操作流程采取相應(yīng)的防護措施,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作用。粉塵分散度實驗的過程中,實驗人員會將采集樣本的濾膜溶解于醋酸丁酯中,從而得到粉塵顆?；鞈乙?用顯微鏡對粉塵顆?；鞈乙褐械姆蹓m顆粒的大小進行測量。

(3) 煤的著火溫度測定實驗。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測定儀中,再對自動測定儀進行加熱處理。當達到一定的溫度時,樣本便會突然燃燒,此時記錄的溫度則為煤的著火溫度。

(4) 通風機性能測定實驗。實驗主要測定離心式通風機的空氣動力特性,深入探究離心式風機性能測定裝置的結(jié)構(gòu)和原理,進而幫助學生利用實驗裝置測定風機特性。通過實驗得出被測風機的氣動性能,通過計算將測得的風機特性換算成無因次參數(shù)特性曲線。

1.3 安全專業(yè)實驗課程與實踐探索

隨著安全專業(yè)的不斷發(fā)展,師資力量的不斷壯大增強,結(jié)合北京科技大學當前安全工程專業(yè)實驗課程特點出發(fā),為了更好地進行實驗教學,又開設(shè)了研究方法訓練實驗課程。研究方法訓練實驗課具體包括:

(1) 高低溫交變濕熱實驗,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)進行測試。

(2) 懸臂梁沖擊實驗。

(3) 磁粉探傷實驗。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) 超聲波探傷實驗。對接焊縫試板進行實際探傷并對焊縫缺陷進行評定。

(5) 機械振動破壞實驗。通過一系列的振動模擬,對產(chǎn)品的振動環(huán)境因素和承受運送能力進行測試,并測試產(chǎn)品在壽命周期內(nèi)是否符合設(shè)計和功能的要求標準。

(6) 塑料/橡膠拉伸性能測試實驗。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,在材料試驗機上可以測定材料的屈服強度、斷裂強度、拉伸強度、斷裂伸長率。

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

2 實驗課程體系實踐與完善

近幾年又增開了多節(jié)安全專業(yè)實驗課程,其中包括30學時的計算機模擬實驗課程,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練方法實驗課中的8個專業(yè)特色實驗課。

2.1 計算機模擬實驗

隨著科學技術(shù)的發(fā)展和計算機在工程領(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?；谏鐣τ诟咚刭|(zhì)人才需求量的顯著提升,我校安全工程專業(yè)開設(shè)了計算機模擬實驗課程,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)、可動區(qū)域(動網(wǎng)格)的基礎(chǔ)知識及實例操作過程。

(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)的實際情況,通過直觀的形式動態(tài)來反映整個火災(zāi)過程,進而獲取相關(guān)的火災(zāi)信息參數(shù)。通過教學能夠讓學生掌握基礎(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,并通過教學使學生掌握并能夠應(yīng)用AnyLogic軟件建立模型。

2.2 專業(yè)特色實驗

除了之前提到的專業(yè)特色實驗課以外,又新增加了8個專業(yè)特色實驗,這8個專業(yè)特色實驗具體包括:

(1) 可燃氣體蒸汽爆炸測試。

(2) 開閉口燃點測定實驗。在規(guī)定的條件下測定液體被點燃時所對應(yīng)的溫度。

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

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

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

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

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

(8) 氣體爆炸實驗。通過管道內(nèi)氣體燃燒爆炸實驗,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)實驗課能夠提升學生對于某一實驗現(xiàn)象的認知程度,幫助學生更為深刻地了解相關(guān)的理論知識,進而提升學生獨立思考和創(chuàng)新的能力。此外,通過建立北京科技大學“平安校園”安全知識競賽以及安全創(chuàng)意設(shè)計實踐作品大賽，進一步增加學生的創(chuàng)新和實踐能力,在實踐中逐步找到適合當代大學生發(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)理論課程和實驗課程之間的發(fā)展平衡,在傳統(tǒng)教學模式的基礎(chǔ)上,增加一定比例的實踐教學,充分調(diào)動學生參與安全工程教育的積極性,有效提升學生的實踐能力和創(chuàng)新能力,為學生的全面發(fā)展打下堅實基礎(chǔ)。通過我校安全專業(yè)近幾年實驗課程的不斷發(fā)展與實踐,形成了系統(tǒng)化、理論化的綜合創(chuàng)新實驗課程體系,極大地培養(yǎng)了學生動手、動腦以及實踐創(chuàng)新能力。實驗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,明確實驗課程改革實踐過程中存在的問題,完善現(xiàn)有的專業(yè)實驗課程設(shè)計,切實為學生提供優(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實的保障。

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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2014年度教育教學改革與研究項目(JG2014M03)

高玉坤(1983—),男,山東膠州,博士,工程師,從事安全工程的實驗教學管理工作

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