易燦南副教授 胡 鴻副教授 劉美英副教授 易玉枚副教授 耿偉樂

（湖南工學(xué)院 安全與環(huán)境工程學(xué)院，湖南 衡陽 421002）

0 引言

第四次工業(yè)革命的到來，促使工程教育進(jìn)行全方位變革[1]。德國率先推出“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略，美國提出“工業(yè)復(fù)興”、“先進(jìn)制造業(yè)”等措施，我國實施了國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展、“中國制造2015”、“互聯(lián)網(wǎng)＋”等重大戰(zhàn)略，促進(jìn)新經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展[2]。我國工程教育規(guī)模世界第一，但世界經(jīng)濟(jì)論壇發(fā)表的《全球競爭力報告（2016～2017）》卻顯示我國在“Availability of scientists and engineerings”一項中名列第30位[3]，同時，我國工程教育人才不足，工程教育與新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟(jì)發(fā)展存在脫節(jié)[4]。2016年，教育部提出“新工科”概念并于2017年開展了一系列研討[5]——“復(fù)旦共識”、“天大行動”以及“北京指南”。如何培養(yǎng)滿足新工業(yè)技術(shù)革命要求的工程人才，是當(dāng)前中國工程教育迫切需要解決的問題。

專業(yè)認(rèn)證是國際通行的工程教育質(zhì)量保證制度，也是實現(xiàn)工程教育的國際互認(rèn)和工程師資格國際互認(rèn)的重要基礎(chǔ)。2016年6月中國成為“華盛頓協(xié)議”第18個正式成員，標(biāo)志著我國工程教育專業(yè)認(rèn)證體系實現(xiàn)國際實質(zhì)等效。2008年安全工程專業(yè)被列為教育部10個認(rèn)證專業(yè)范圍，中國礦業(yè)大學(xué)（北京）開始了首次認(rèn)證工作，到目前為止，全國已有30所高校安全工程專業(yè)通過了認(rèn)證[6]。

我國工程教育向國際接軌，但新工業(yè)技術(shù)革命又給工程人才培養(yǎng)提出了新的要求：不僅要有過硬的專業(yè)知識，還要求具有全球視野、工程倫理意識、創(chuàng)新意識、合作意識、發(fā)展意識、服務(wù)意識和跨界創(chuàng)新能力[7]。因此需要根據(jù)新工科人才能力要求以及工程教育認(rèn)證要求制定和優(yōu)化人才培養(yǎng)體系，開展課程教學(xué)改革，以促成培養(yǎng)滿足社會發(fā)展需求的新型工程人才。其中，課程教學(xué)改革是達(dá)成新工科能力要求、工程教育專業(yè)認(rèn)證畢業(yè)要求的關(guān)鍵途徑，是人才培養(yǎng)的最基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。本研究將結(jié)合安全工程專業(yè)《工業(yè)通風(fēng)》課程教學(xué)中存在的問題，探討新工科、工程教育專業(yè)認(rèn)證雙背景下該課程教學(xué)改革，以培養(yǎng)符合社會發(fā)展需求的高素質(zhì)人才。

1 《工業(yè)通風(fēng)》課程教學(xué)中存在的問題

《工業(yè)通風(fēng)》是安全工程專業(yè)中一門重要的專業(yè)課，理論性強(qiáng)且具有很強(qiáng)的實踐性[8]。該課程重在培養(yǎng)學(xué)生對污染物的控制能力——依據(jù)污染物產(chǎn)生和傳播途徑，提出污染物控制方案，并能夠設(shè)計相應(yīng)的通風(fēng)系統(tǒng)。目前，《工業(yè)通風(fēng)》課程在教學(xué)中主要存在以下問題：

（1）學(xué)生存在的問題。

《工業(yè)通風(fēng)》課程理論性很強(qiáng)，大部分學(xué)生反應(yīng)難以很好把握課程體系，對于各種排風(fēng)罩工作原理、適用場合以及設(shè)計計算思路，凈化設(shè)備工作原理及適應(yīng)條件，以及通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計存在概念模糊、計算混淆的情況。其次，該課程學(xué)習(xí)需要有較好的《流體力學(xué)》知識為基礎(chǔ)且涉及大量計算，部分高校安全工程專業(yè)為文理兼招，文科背景學(xué)生反應(yīng)難以理解一些基本概念和計算。再次，由于對工業(yè)通風(fēng)缺乏感性和理性認(rèn)識，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高。

（2）教學(xué)方法存在的問題。

首先，傳統(tǒng)“填鴨式”教育難以滿足培養(yǎng)學(xué)生工程能力的培養(yǎng)要求。其次，單一授課方式難以全面呈現(xiàn)信息：采用板書教學(xué)，學(xué)生能夠較好的理解公式推理過程以及設(shè)計過程，但對工業(yè)通風(fēng)設(shè)備及系統(tǒng)難以有形象的認(rèn)識；采用多媒體方式，能夠通過展示圖片的方式讓學(xué)生加強(qiáng)對工業(yè)通風(fēng)系統(tǒng)相關(guān)問題的認(rèn)識，但是部分學(xué)生反應(yīng)難以理解公式推理過程。

（3）考核方法存在的問題。

《工業(yè)通風(fēng)》考核一般包括理論教學(xué)、實驗、課程設(shè)計三個培養(yǎng)環(huán)節(jié)。其中，理論教學(xué)考核成績和實驗成績計入《工業(yè)通風(fēng)》課程成績，而課程設(shè)計成績單列。在傳統(tǒng)考核方式中，一般采取期末考試成績與平時成績（包括實驗成績）各占70%、30%的方式，而課程設(shè)計通常依據(jù)設(shè)計說明書及圖紙打分。這種考核方式便于維護(hù)教學(xué)秩序，但不利于培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力[9]。

2 《工業(yè)通風(fēng)》課程教學(xué)改革

2.1 課程內(nèi)容體系

針對初學(xué)學(xué)生難以把握該課程內(nèi)容體系，繪制思維導(dǎo)圖，如下圖。下圖不僅可以直觀展示課程內(nèi)容體系，還有助于學(xué)生把握每部分內(nèi)容在課程中的地位與作用。

2.2 教學(xué)方法

2.2.1 授課方式

（1）以板書和多媒體相結(jié)合的授課方式。

可依照《工業(yè)通風(fēng)》教學(xué)內(nèi)容性質(zhì)而采用不同的授課方式。例如，運用多媒體演示通風(fēng)設(shè)備工作原理，通過視覺刺激直觀展示其運行原理與過程；通過板書進(jìn)行公式推導(dǎo)、介紹理論分析過程，可加深學(xué)生對其物理含義的理解。

圖 工業(yè)通風(fēng)課程體系思維導(dǎo)圖Fig. Mind map of Industrial Ventilation

（2）引導(dǎo)式、案例式、項目式等多種教學(xué)方法相結(jié)合。

在教學(xué)過程中，采用引導(dǎo)式、案例式以及項目式等多種教學(xué)方法相結(jié)合的方式，吸引學(xué)生注意力，提高學(xué)習(xí)參與積極性[10]。例如，在介紹工業(yè)通風(fēng)課程時，可以用引導(dǎo)式教學(xué)方式引導(dǎo)學(xué)生思考工業(yè)通風(fēng)是什么——“上學(xué)期認(rèn)識實習(xí)中，同學(xué)去到有大量難聞刺激氣味的舊電鍍車間，請問你怎么解決？”；在講述通風(fēng)方案時，可以以學(xué)生所熟悉的“學(xué)校食堂通風(fēng)”為例，分析廚房污染物特征，以圖片或者回憶的方式刺激學(xué)生思考食堂選擇何種通風(fēng)方案才能有效降低廚房油煙濃度，改善作業(yè)環(huán)境；在講述凈化裝置選擇時，可以發(fā)布“硫鐵礦燃燒制備硫酸除塵凈化”項目，要求學(xué)生自行了解硫鐵礦燃燒制備硫酸工藝，探討制備高純度硫酸應(yīng)該去除哪些污染氣體和液體雜質(zhì)，應(yīng)該選擇哪些凈化裝置才能達(dá)到制備目的。

（3）結(jié)合仿真軟件介紹工作原理。

結(jié)合仿真軟件，如CFD數(shù)值模擬技術(shù)實現(xiàn)通風(fēng)過程的動態(tài)描述[11]，引起學(xué)生興趣并且培養(yǎng)其工程實踐的基本思想。例如，可以結(jié)合《工業(yè)通風(fēng)》授課內(nèi)容，實現(xiàn)不同環(huán)節(jié)內(nèi)容的動態(tài)描述，如排風(fēng)罩工作原理、凈化裝置工作原理、防排煙通風(fēng)系統(tǒng)等。

（4）開展網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式。

安全工程專業(yè)理論課課時均為32h左右，但32h難以完成《工業(yè)通風(fēng)》課程教學(xué)任務(wù)，需引入新的教學(xué)模式，MOOC是其有效教學(xué)模式。根據(jù)課程內(nèi)容知識模塊，錄制部分教學(xué)內(nèi)容改為網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，讓學(xué)生課外網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)，課堂上再重點講解。這種網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式，不但有利于翻轉(zhuǎn)課堂的實施，且培養(yǎng)學(xué)生自我學(xué)習(xí)能力，提高教學(xué)效率與學(xué)習(xí)效果。

2.2.2 以能力訓(xùn)練為目標(biāo)的教學(xué)組織設(shè)計

以通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計、評價能力為培養(yǎng)目標(biāo)，制定該課程能力培養(yǎng)指標(biāo)體系，設(shè)計能力培養(yǎng)設(shè)計訓(xùn)練題目：

（1）正確確定通風(fēng)方案的能力。

（2）進(jìn)行全面通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計計算的能力：正確確定氣流組織形式的能力；正確計算全面通風(fēng)量的能力。

（3）進(jìn)行局部排風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計的能力：正確選擇排風(fēng)罩、凈化裝置的能力；正確設(shè)計不同場所所需排風(fēng)罩結(jié)構(gòu)尺寸并計算風(fēng)量的能力；依據(jù)工藝要求、建筑結(jié)構(gòu)特征以及環(huán)境特點正確設(shè)計管網(wǎng)并布置；水力計算的能力。

以“正確計算全面通風(fēng)量的能力”為例，在教材中一般列出了處理“污染物、余熱與余濕”所需要的全面通風(fēng)量的計算公式，并列出存在數(shù)種不同污染物時通風(fēng)量的計算方法。為鞏固不同場所下全面通風(fēng)量的計算方法，可設(shè)計能力訓(xùn)練題目如下：某車間，同時散發(fā)一氧化碳和二氧化硫；某車間，同時散發(fā)苯、醋酸乙酯、三氧化二硫、二氧化碳；某車間，散發(fā)硫酸蒸汽，存在余熱；某車間，散發(fā)氟化氫，同時存在余熱和余濕；某車間，同時散發(fā)苯、醋酸乙酯、三氧化二硫、二氧化碳，且存在余熱和余濕。要求學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識確定以上5種場所中全面通風(fēng)量的計算方法，教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考以完成訓(xùn)練，并總結(jié)不同場所存在不同污染物情況下的全面通風(fēng)量計算方法。

2.3 考核改革

根據(jù)安全工程畢業(yè)要求，以能力培養(yǎng)為目標(biāo)，制定包含授課過程、實驗以及考試3個環(huán)節(jié)的考核體系，確定各環(huán)節(jié)的評分指標(biāo)體系，及其權(quán)重，確定合理的評分方案。授課過程考核從以下3方面開展：

（1）繪圖能力考核。

根據(jù)已有通風(fēng)系統(tǒng)正視圖，繪制側(cè)視圖（課程開始1-2次課后）；參觀某場所通風(fēng)系統(tǒng)，繪制三視圖（排風(fēng)罩、凈化裝置內(nèi)容學(xué)習(xí)完成后）。

（2）設(shè)計能力考核。

依據(jù)2.2.2環(huán)節(jié)設(shè)計的能力訓(xùn)練過程，進(jìn)行考核。

（3）其他。

對出勤率、作業(yè)以及回答問題情況進(jìn)行考核。

3 結(jié)論

（1）《工業(yè)通風(fēng)》課堂教學(xué)中存在學(xué)生對知識內(nèi)容體系認(rèn)識不全面、學(xué)習(xí)積極性不高等現(xiàn)象，傳統(tǒng)的教學(xué)方式也制約了工程能力的培養(yǎng)：可以通過思維導(dǎo)圖等方法，促進(jìn)學(xué)生全面認(rèn)識課程內(nèi)容體系；采用引導(dǎo)式、案例式以及項目式等教學(xué)方式以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性；結(jié)合仿真軟件介紹工作原理，并采用MOOC等網(wǎng)絡(luò)授課方式，打造立體學(xué)習(xí)氛圍。

（2）能力培養(yǎng)是新工科、專業(yè)認(rèn)證的核心內(nèi)容，可根據(jù)專業(yè)定位確定《工業(yè)通風(fēng)》能力培養(yǎng)體系，設(shè)計能力訓(xùn)練項目，全面提升通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計與評價的能力。

（3）《工業(yè)通風(fēng)》課程過程考核可從繪圖能力考核、設(shè)計能力考核和出勤率、作業(yè)以及回答問題情況3個方面來開展，促進(jìn)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計能力的全面提升。