易燦南副教授 胡 鴻副教授 劉美英副教授 張一夫 皮子坤

（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

培養(yǎng)符合社會發(fā)展需求的安全工程人才是促進(jìn)社會持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的基本保障，國家非常重視安全工程人才的培養(yǎng)，2011年3月8日，國務(wù)院學(xué)位委員會正式確立“安全科學(xué)與工程”為一級學(xué)科[1]。自工程教育專業(yè)認(rèn)證在中國開展以來，安全工程專業(yè)迅速投入到專業(yè)認(rèn)證工作中來，2007年，高等學(xué)校安全工程學(xué)科教學(xué)指導(dǎo)委員會研究制定了《安全工程專業(yè)本科教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)》[2-3]，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，在中國礦業(yè)大學(xué)（北京）開始了首次認(rèn)證工作，全國已有34所高校安全工程專業(yè)通過了認(rèn)證[4]。工程教育專業(yè)認(rèn)證工作的執(zhí)行，使得各校安全工程專業(yè)人才培養(yǎng)體系更為完善，促進(jìn)安全工程專業(yè)特色教育發(fā)展，滿足了安全工作的行業(yè)特征，為礦山、化工、建筑等行業(yè)培養(yǎng)了大量安全工程人才[5]。

2016年，教育部提出“新工科”建設(shè)目標(biāo)，并于2017年形成了“復(fù)旦共識”、“天大行動”、“北京指南”，以“新工科”建設(shè)為主題的工程教育改革進(jìn)入一個嶄新的階段，新工科建設(shè)與發(fā)展研究已經(jīng)成為我國教育研究重要課題[6]。新工科要求培養(yǎng)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)展意識和服務(wù)意識，要培養(yǎng)具備跨界創(chuàng)新能力的創(chuàng)新型工程人才[7]。

課程教學(xué)改革是促進(jìn)工程教育專業(yè)認(rèn)證畢業(yè)要求達(dá)成的重要核心手段[8]，也是促進(jìn)新工科人才培養(yǎng)的關(guān)鍵途徑[9]。CDIO(Conceive-Design-Implement-Operate) 強調(diào)以主動的、實踐的方式學(xué)習(xí)[10]，認(rèn)為應(yīng)經(jīng)過合理設(shè)計與安排，讓學(xué)生在工程實踐的真實環(huán)境中進(jìn)行學(xué)習(xí)，參與從工程構(gòu)思、工程設(shè)計、工程實現(xiàn)到工程運作的全過程[11]，其關(guān)于能力培養(yǎng)、全面實施以及檢驗測評的12條標(biāo)準(zhǔn)是培養(yǎng)符合社會發(fā)展需求人才的關(guān)鍵。CDIO是促進(jìn)課程教學(xué)改革和能力培養(yǎng)的重要模式：采用CDIO工程教育模式，并通過其專業(yè)認(rèn)證，是申請加入《華盛頓協(xié)議》的必要條件[12-13]；基于CDIO的工程教育改革是新工科人才培養(yǎng)常采用的有效方法[14-15]。因此，以能力培養(yǎng)為目標(biāo)，基于CDIO教學(xué)模式，深入進(jìn)行課堂教學(xué)改革，是實現(xiàn)新工科人才培養(yǎng)和工程教育國際化的重要手段。

基于此，為培養(yǎng)符合我國經(jīng)濟發(fā)展需求的安全工程人才，以《工業(yè)通風(fēng)》為例，談?wù)凜DIO教學(xué)模式在安全工程課程教學(xué)改革中的應(yīng)用。

1 《工業(yè)通風(fēng)》課程特征

安全工程的主要研究對象是人類生產(chǎn)、生活活動中發(fā)生的各種事故，而由于工業(yè)場所環(huán)境污染問題，尤其是污染控制水平不達(dá)標(biāo)而造成的空氣污染問題是我國企業(yè)職工職業(yè)病的重要原因之一，因此，了解并掌握工業(yè)場所職業(yè)危害控制是安全工程師的重要專業(yè)能力之一。雖然我國各高校由于其行業(yè)特色，在課程體系上存在很大差異[16]，但《工業(yè)通風(fēng)》相關(guān)課程是全國所有安全工程專業(yè)均開設(shè)的專業(yè)核心課程：有些學(xué)校安全工程專業(yè)為礦山安全方向，開設(shè)《礦井通風(fēng)工程》[17]，其他學(xué)校開設(shè)《通風(fēng)安全學(xué)》[18]、《通風(fēng)與除塵》[19]《通風(fēng)工程》[20]或《工業(yè)通風(fēng)》[21]，雖然這些學(xué)校課程名稱不一樣，其教學(xué)目的都是培養(yǎng)學(xué)生污染源辨識并設(shè)計通風(fēng)系統(tǒng)以控制污染。

2 基于CDIO的《工業(yè)通風(fēng)》課程能力訓(xùn)練項目模塊

CDIO倡導(dǎo)通過工程項目設(shè)計培養(yǎng)工程能力，《工業(yè)通風(fēng)》課程具有很強的理論性也具有很強的實踐性，可通過項目設(shè)計將整個課程知識體系有機結(jié)合。依據(jù)《工業(yè)通風(fēng)》人才培養(yǎng)目標(biāo)及其內(nèi)容體系，按照工程項目設(shè)計基本思路，將該課程劃分為7個教學(xué)模塊，如圖1。圖中主支路上包含7個教學(xué)模塊，這些模塊存在內(nèi)在邏輯關(guān)系，按照該圖順序進(jìn)行教學(xué)有利于學(xué)生掌握課程內(nèi)容體系；每個教學(xué)模塊對應(yīng)一個能力訓(xùn)練項目，通過該模塊訓(xùn)練，要求達(dá)到如圖所示能力要求；7個教學(xué)模塊所引出箭頭兩側(cè)的小支路引出每個知識模塊應(yīng)該了解、理解或掌握的重點知識內(nèi)容體系，是能力訓(xùn)練項目需要達(dá)成的基本目標(biāo)，基本能力訓(xùn)練項目1-6為工程設(shè)計各教學(xué)模塊教學(xué)任務(wù)完成之后展開，能力訓(xùn)練項目7為綜合性訓(xùn)練，在課程設(shè)計環(huán)節(jié)開展。

（1）能力訓(xùn)練項目1。此項目主要訓(xùn)練學(xué)生根據(jù)生產(chǎn)工藝特征、明確污染源及危害途徑并制定綜合控制措施的能力，主要在緒論教學(xué)環(huán)節(jié)開展。教學(xué)過程中結(jié)合學(xué)生生活、實習(xí)經(jīng)歷或者通過多媒體展示具體生產(chǎn)工藝場所，辨識污染源及危害途徑，并引導(dǎo)學(xué)生從人、機、環(huán)、管4個方面制定綜合污染控制措施。此環(huán)節(jié)理論教學(xué)完成后，要求學(xué)生辨識不同生產(chǎn)場所（如拋光車間、電鍍車間以及電焊車間等）污染源及其傳播途徑并嘗試提出綜合控制措施。

（2）能力訓(xùn)練項目2。此項目主要訓(xùn)練學(xué)生綜合工藝、建筑結(jié)構(gòu)特征及環(huán)境要求確定合適的通風(fēng)方案的能力，主要在通風(fēng)方案教學(xué)環(huán)節(jié)開展。教學(xué)過程中通過教室、工廠等情景展示，引導(dǎo)學(xué)生思考不同環(huán)境以及生產(chǎn)工藝對通風(fēng)的要求，并確定具體的通風(fēng)方案。此環(huán)節(jié)理論教學(xué)完成后，要求學(xué)生綜合考慮不同生產(chǎn)工藝、建筑結(jié)構(gòu)特征及環(huán)境要求，確定不同生產(chǎn)場所的通風(fēng)方案，此環(huán)節(jié)可延續(xù)能力訓(xùn)練項目1中的課題進(jìn)行訓(xùn)練。

（3）能力訓(xùn)練項目3。此項目主要訓(xùn)練學(xué)生根據(jù)污染物特征及控制要求設(shè)計合理的局部排風(fēng)罩/送排風(fēng)口的能力，設(shè)計結(jié)構(gòu)尺寸并確定風(fēng)量，主要在局部排風(fēng)罩/送排風(fēng)口設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)開展。教學(xué)過程中一方面應(yīng)明確每種局部排風(fēng)罩/送排風(fēng)口的工作原理、優(yōu)缺點，重點講解其風(fēng)量計算的基本物理含義，并且引導(dǎo)學(xué)生思考不同污染發(fā)生源下可采用的送排風(fēng)形式及優(yōu)缺點；另一方面結(jié)合學(xué)生生活、實習(xí)等經(jīng)歷，引導(dǎo)學(xué)生思考應(yīng)該選擇何種排風(fēng)罩或確定送排風(fēng)口位置。在此部分理論教學(xué)完成后，延續(xù)能力訓(xùn)練項目1和2集中設(shè)計不同生產(chǎn)場所污染源控制題目，要求學(xué)生選擇合適的局部排風(fēng)罩/送排風(fēng)口并計算風(fēng)量。

（4）能力訓(xùn)練項目4。此項目主要訓(xùn)練學(xué)生根據(jù)污染物特征及處理要求確定合適凈化裝置的能力，主要在凈化裝置確定教學(xué)環(huán)節(jié)開展。教學(xué)過程中一方面重點講解凈化裝置的凈化原理、優(yōu)缺點及適用范圍，引導(dǎo)學(xué)生思考并總結(jié)各種凈化裝置的適用對象；另一方面以學(xué)生生活、實習(xí)等經(jīng)歷為基礎(chǔ)，通過情景設(shè)定引導(dǎo)學(xué)生思考如何根據(jù)污染物特征及凈化要求選擇合適的凈化裝置。此部分理論教學(xué)完成后，延續(xù)能力訓(xùn)練項目1-3課題，要求學(xué)生確定不同生產(chǎn)場合下合適的凈化裝置。

（5）能力訓(xùn)練項目5。此項目主要訓(xùn)練學(xué)生綜合通風(fēng)、建筑及環(huán)境要求來設(shè)計通風(fēng)管網(wǎng)的能力，主要在管網(wǎng)設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)開展。教學(xué)過程中需要引導(dǎo)學(xué)生思考通風(fēng)管網(wǎng)設(shè)計中需要注意的問題，如阻力平衡問題、管道傾斜角度以及敷設(shè)等，再以教室或者實際工廠場景為例，要求學(xué)生設(shè)計最優(yōu)管網(wǎng)。此部分理論教學(xué)完成后，延續(xù)能力訓(xùn)練1-4課題，確定不同生產(chǎn)場合下的通風(fēng)管網(wǎng)形式。

（6）能力訓(xùn)練項目6。此項目主要訓(xùn)練學(xué)生根據(jù)系統(tǒng)排風(fēng)量要求及管網(wǎng)布置情況進(jìn)行水力計算并選擇合適風(fēng)機的能力，主要在水力計算并選擇風(fēng)機教學(xué)環(huán)節(jié)開展。明確水力計算的基本計算過程以及風(fēng)機運行特性曲線，引導(dǎo)學(xué)生思考如何選擇風(fēng)機才可以滿足污染控制要求。此部分理論教學(xué)完成后，延續(xù)能力訓(xùn)練1-5中所設(shè)計的能力訓(xùn)練項目，進(jìn)行此項訓(xùn)練。

（7）能力訓(xùn)練項目7。此項目主要訓(xùn)練學(xué)生局部排風(fēng)/全面通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計的能力，在《工業(yè)通風(fēng)》理論教學(xué)完成后進(jìn)行，以生產(chǎn)實際為依據(jù)，設(shè)計不同生產(chǎn)線污染控制課題，綜合訓(xùn)練學(xué)生通風(fēng)方案選擇并設(shè)計的能力。

因此，圖1描述了安全工程專業(yè)《工業(yè)通風(fēng)》課程基于CDIO的課程教學(xué)體系改革模式，以專業(yè)能力培養(yǎng)為核心，通過模塊式教學(xué)過程組織，并注意每個模塊之間的相互關(guān)聯(lián)性，通過6個基本能力訓(xùn)練項目和1個以課程設(shè)計為載體的綜合能力訓(xùn)練項目，是培養(yǎng)符合新工科人才能力要求以及工程教育專業(yè)認(rèn)證要求的安全工程畢業(yè)生的有效途徑。

3 基于CDIO的教學(xué)方法改革

《工業(yè)通風(fēng)》傳統(tǒng)教學(xué)一般按照通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計思路而展開，并在課程結(jié)束后進(jìn)行課程設(shè)計以訓(xùn)練學(xué)生的設(shè)計能力。如果按照傳統(tǒng)教學(xué)方法，難以實現(xiàn)圖1所示能力訓(xùn)練目標(biāo)?；贑DIO理念，提出層次教學(xué)法：第一層次為基本教學(xué)內(nèi)容講解，圍繞圖1中7個教學(xué)模塊展開，其目的是實現(xiàn)圖1中教學(xué)目標(biāo)，在此層次，主要由教師運用案例、探究式等方法進(jìn)行課堂講授，讓學(xué)生理解和掌握每個模塊核心知識內(nèi)容；第二層次為6個基本能力訓(xùn)練項目，需要教師圍繞其設(shè)計相關(guān)能力訓(xùn)練題目，實現(xiàn)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識去解決實際問題的能力。在此環(huán)節(jié)，可根據(jù)訓(xùn)練題目的難度，由學(xué)生單獨或者分組組隊的方式完成；第三層次為綜合能力訓(xùn)練項目7，也就是課程設(shè)計環(huán)節(jié)，合理設(shè)計課程設(shè)計題目，以實現(xiàn)學(xué)生綜合利用所學(xué)知識提出某場所污染控制的通風(fēng)方案并設(shè)計合適的通風(fēng)系統(tǒng)，并繪制相關(guān)圖紙。經(jīng)過3個層次的課程教學(xué)，促使學(xué)生全面掌握工業(yè)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計相關(guān)方法。

4 課程考核方法改革

促進(jìn)基于CDIO的能力訓(xùn)練項目開展的關(guān)鍵在于加重能力訓(xùn)練項目成績在課程考核體系中所占的比例?！豆I(yè)通風(fēng)》課程教學(xué)一般包括3個方面：理論教學(xué)，實驗教學(xué)以及課程設(shè)計?？己朔绞揭话惆▋深悾喊碚撝R考核、實驗教學(xué)過程考核、出勤以及作業(yè)等的《工業(yè)通風(fēng)》課程考核；針對通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計能力的《工業(yè)通風(fēng)課程設(shè)計》考核。雖然綜合能力訓(xùn)練項目在課程設(shè)計環(huán)節(jié)開展，但6個基本能力訓(xùn)練項目在理論教學(xué)環(huán)節(jié)開展，因此，應(yīng)加重該6個項目的參與度以及成果的評價。由于6個基本能力訓(xùn)練項目均采取學(xué)生課外自行查閱相關(guān)文獻(xiàn)與資料來完成的方式來進(jìn)行，并需要形成PPT文檔進(jìn)行匯報，可不再安排其他作業(yè)。6個訓(xùn)練模塊中，能力訓(xùn)練項目1和2主要訓(xùn)練學(xué)生污染識別、控制并提出通風(fēng)方案的能力，建議獨立完成，能力訓(xùn)練項目3-6相對較復(fù)雜，需要對比不同排風(fēng)罩、凈化裝置、管網(wǎng)等對污染控制效果的差異，建立以2-3人為一小組的形式完成。由于能力訓(xùn)練項目難度較大，能力訓(xùn)練項目在課程考核中所占比重設(shè)置為50%（6個能力項目依次占比5%、5%、10%、10%、10%和10%），實驗、出勤和期末考試成績分別占比10%、5%和35%。同時，對于需要分工合作完成的能力訓(xùn)練項目而言，需強化小組內(nèi)每個成員的參與度與貢獻(xiàn)，因此將采取小組成員互評、教師評價的多方評價方式，以實現(xiàn)客觀評價。

5 結(jié)論

（1）基于通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計基本過程以及CDIO教學(xué)模式，提出《工業(yè)通風(fēng)》課程的7大教學(xué)模塊以及相對應(yīng)的7大能力訓(xùn)練項目，為學(xué)生整體把握課程內(nèi)容體系并培養(yǎng)其通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計能力奠定基礎(chǔ)。

（2）基于《工業(yè)通風(fēng)》課程培養(yǎng)目標(biāo)，提出了基于3個層次的教學(xué)方法改革：基礎(chǔ)理論知識教學(xué)、6個基本能力訓(xùn)練項目教學(xué)以及1個綜合能力訓(xùn)練項目教學(xué)。有利于夯實通風(fēng)基礎(chǔ)知識，并通過基本項目能力訓(xùn)練實現(xiàn)綜合能力培養(yǎng)。

（3）為促進(jìn)學(xué)生積極主動參與能力訓(xùn)練項目，可加重對其參與程度的考核，將其考核比重設(shè)置為 50%。