《工业防火与防爆》课程体系优化建设与实践*

陆新晓 朱红青 谭 波 李 峰

中国矿业大学（北京） 资源与安全工程学院

1 我国安全现状及课程性质

火灾与爆炸是人类社会进步中最常见的灾害性事故，随着经济的发展，大型建筑企业迅速涌现，生产规模与复杂程度不断增加，易燃易爆危险品逐渐增多，火灾爆炸危险等级不断提高[1]。近年来发生的数起典型火灾爆炸事故案例，如2013年青岛11.22中石化输油管线破裂爆炸，造成63人死亡，2014年的天津港8.12爆炸事故，死亡165人，2014年昆山8.2金属铝粉爆炸，死亡75人，使人们注意到开展工业防火防爆教育教学的必要性和紧迫性。

高校是开展安全理论教育的根据地，也是进行安全科技攻关研究的排头兵，我国高校的安全工程专业发展始于1958年的工业安全技术专业[2]，随着国家工业经济的发展，国家对安全越发重视，高校安全工程专业迅速增多，1990年，全国仅17所高校开设安全工程专业，2011年已达140余所[3]，最新统计显示，全国已有超过200所高校开设了安全工程的本科专业，为我国培养了一大批安全工程专业人才，有力地促进了我国安全生产的发展，保证了人民的健康和社会和谐稳定。

我国的安全工程专业最先由原来的矿山通风安全发展而来，因而防火防爆带有鲜明的行业特点，如原来的矿山行业的矿井火灾防治、爆破安全技术等课程[4-5]，以化工安全为主高校，广泛开展燃烧与爆炸理论、化工安全工程等，其他如青岛理工大学开设防火与防爆、首都经贸大学开设的防火防爆、华南理工大学开设的防火与防爆技术等，名字相差不多，且都作为必修的主干课程进行设置。

工业防火与防爆是中国矿业大学（北京）开设的一门适合于本科安全工程、消防工程的核心专业课，是专业毕业生从事企业安全工程及管理领域工作或继续深造从事相关科学研究的一门重要专业课。通过课程教学与实践，让学生明确该课程的地位、作用、学习方法和教学要求，掌握由热平衡破坏导致的爆炸现象、着火和爆炸的机理、发生火灾和爆炸事故的原因、防火与防爆工程的基本理论和基本技术、安全防护装置的工作原理及石化、建筑、工矿企业防火和防爆的安全措施等。在学习本门课程之前，本科生通常先修了部分专业课程，如燃烧学、安全工程流体力学与流体机械、工程热力学与传热学等。

2 教学过程中的问题

工业防火与防爆旨在解决社会发展中“安全”的不确定性、复杂性和综合性，使得该课程较一般的专业课程，具有多学科交叉、多行业交融的特点。作者结合多年来从事该课程的一线教学，提出了课程教学中存在的问题：

（1）课程体系性不强，知识点重复性高。中国矿业大学（北京）开设的该课程以原来的矿山火灾爆炸为主，后虽然加入了部分防火防爆内容，但整体课程内容比较分散，没有形成体系；课程涵盖燃烧与爆炸基础、防火防爆基本措施、防火防爆技术等，为使学生全面了解工业防火防爆的防控与设计，通常在课程的前几章，先讲解燃烧的理论基础和爆炸的理论基础，而对于安全和消防工程专业的学生，已经学习过燃烧学和爆炸动力学，重复讲解造成学生学习过程中兴趣不足，关键知识点把握不到。

（2）教材知识更新慢。可以用于“工业防火与防爆”的课程教材很多，如火灾爆炸预防控制工程学（霍然）、防火与防爆工程（解立峰）、防火与防爆（杨泗霖）等，但教材内容更新较慢，知识点涵盖不全，涉及最新建筑设计标准、规范或典型火灾爆炸事故案例的内容不多，部分新规与老规范相差较大，甚至部分老规范已经废止，造成教师对新规的掌握不够，学生学习过程对教学内容迷茫和质疑。

（3）师生互动性差。本课程覆盖领域广，内容涉及石油、化工、煤炭、交通、建筑、烟花、轻纺等行业领域，受课时限制，教师讲课时不可能完全展开，只能按既定的目标理论授课，加快教学进度，枯燥的课堂理论教学，缺乏师生之间的互动交流，经常出现老师自言自语，学生一知半解，教师观点与学生的想法没有形成共鸣，不能有效提高课堂教学的效率。

（4）实践教学效果较差。本课程实验教学模式陈旧，内容以演示、验证性实验为主[6]，缺少独立设计、综合分析的训练环节，未建立科学、合理的考核体系，缺少对实践环节的考核，使得学生思考问题、动手实践方面缺乏锻炼。

3 课程教学优化方案

工业防火与防爆在遵循以往教学规律的基础上，积极探索和改进教学方法，一方面尽可能保证理论体系的严谨性和完整性，另一方面加强对典型火灾爆炸案例的肢解分析，赋予原来枯燥孤立的知识点明确清晰的现实意义，激发学习兴趣和创新思维。

3.1 课程体系优化

中国矿业大学（北京）开设的工业防火与防爆课程，28个理论学时，4个实验学时，共计32课时，课程涉及内容广泛，为避免授课知识点重复，作者结合学生的先修课程，提出了构建新的“工业防火与防爆”课程体系，体系包括三大模块：燃烧与爆炸基础理论模块、防火防爆基本方法模块、典型场合火灾爆炸预防控制模块，如图1。

第一模块属于基础理论，部分课程属于先修过的，只需将重要知识点梳理，如谢苗诺夫热自燃理论、弗兰克-卡门涅自基热自燃理论、链式反应理论、阿伦尼乌斯定律简单阐述结论即可，重点讲解灭火理论及相对应的灭火技术，引入最新消防领域灭火技术及方法，如三相泡沫灭火、液氮（液态二氧化碳）等，拓展学生的视野，针对爆炸基础理论中，重点讲解凝聚相爆炸和蒸汽爆炸，该部分对于学生属于新概念，教师可用对比的形式与气体（粉尘）爆炸特点对比。

图1 工业防火与防爆课程体系结构

第二模块是防火防爆基本方法模块，主要内容有防火防爆基本思路与原则、防火防爆基本措施及方法，预防性措施中主讲控制工艺流程参数，如控制温度、压力、投料速度、加料比及加料顺序、超量杂质等，保护性措施主要从阻止火势蔓延和限制爆炸波扩散两个方面讲解，主讲阻火装置及其工作原理，如阻火器、安全液封、单向阀、阻火闸门、火星熄灭器等。

第三模块是典型场合火灾爆炸预防控制模块，也即防火防爆知识具体应用的部分，主要针对不同行业或特定的情形下火灾和爆炸的预防控制，内容既包括传统的石化、煤矿、建筑行业的火灾爆炸预防控制，也有非传统行业的轻纺、冷冻车间、烟花爆竹行业的火灾爆炸预防控制，由于课时有限，本部分讲授时需将各种行业火灾爆炸的共性特点讲解清楚，之后结合具体行业特点进行分析。

3.2 互动式案例式教学

案例法用于教学最先于1910年由哈佛大学法学院和医学院提出，互动式案例教学，即首先由教师提出问题（火灾爆炸事故案例），之后教师引导、学生分析问题（事故原因剖析），最后由学生提出方案、教师补充方案（火灾爆炸的预防控制），该方法实施成功的关键是事故案例的选择，首先要建立火灾（爆炸）事故教学应用的案例库，选取有针对性、典型性、客观性和互动性的案例[7-8]，优选国务院对重特大事故有定论的案例，结合公布的事故调查报告进行讲解，比如讲到燃烧基础理论时，可以选取8.12天津港爆炸，在教师引导下，请学生结合教材中讲过的知识点，自己阐述天津港爆炸过程，分析火灾爆炸的直接与间接原因，讨论灭火方式的选择是否科学合理，针对该问题发掘学生能够提出哪些预防控制措施，之后教师予以启发补充，其流程，如图2。

图2 互动式案例教学

通过教师引导、学生主动参与的互动式案例教学，可加深学生对重要知识点的理解，也有利于拓展学生的思维模式，激发学生学习的兴趣与动力，更重要的是培养学生的专业应用和实践能力。作者最近几年一直都在积累典型的火灾爆炸事故，并对各个案例根据教学内容进行分类，细化到各个章节的教学中。

3.3 创新实验教学体系

工业防火与防爆的课程实践性很强，单纯依靠理论授课，学生难以完全理解各行各业防火防爆的原理及方法，为此课程设置了4个学时实验，目的是为学生熟悉理论课程中的知识点。为充分利用有限的实验学时，提出建立创新实验教学体系[9]，该体系基于学院强大的科研学术平台，利用大学生自主创新平台，将学院优秀的教学成果引入本科教学，以科研与实践促进教学，构建与课程体系相对应的演示性实验、综合设计实验和前沿创新实验，如图3，建议综合设计实验和前沿创新实验比重不低于50%[10]。

根据教学任务的不同，将创新性实验教学体系分为认识、理解、分析、综合、评判、研究几个层次。第一层次注重培养学生的通识概念，训练基本技能，激发学生的学习热情，教学任务以让学生认识、理解为主，该层次的实验项目有煤自燃程序升温实验、火旋风演示实验、多组分细水雾灭火实验；第二层次注重培养学生发现问题、分析问题和解决问题能力，在教师的指导下，根据实验目的自己设计实验方案，选择实验方法和装置，拟定操作程序，并对结果进行数据处理和分析，该层次的实验项目有瓦斯爆炸爆燃实验、火灾信号探测报警响应与自动喷淋控制系统、安全疏散人员心理及行为实验；第三层次是通过让学生参与教师课题、自主立项或竞赛，研究最新科技成果，评判相关技术的先进性，掌握技术发展方向，该层次的实验项目有凝胶泡沫灭火实验、可燃粉尘阻隔爆新技术及煤自燃主动电磁探测实验。

图3 工业防火与防爆课程创新性实验教学体系

3.4 多样化课程设计

课程设计以专业课为基点，是工科类专业课程体系中的重要实践环节，可以帮助学生深入理解和灵活运用所学专业知识，通过具体的工程案例的分析和设计，使学生更好地熟悉和理解防火防爆安全技术的基本理论，了解生产过程中引起火灾爆炸的原因和基本规律，掌握相关规范对典型行业的规定及要求。

根据课程体系要求，本课程设计内容分为石油化工行业防火与防爆设计、烟花爆炸企业防火与防爆设计和加油站防火与防爆设计等，具体包括厂址的选择、建筑物危险等级划分、工厂区布置与总平面布置、建筑结构的防火与防爆措施、工房的安全疏散措施、爆炸品生产发生燃烧爆炸事故的原因及预防措施，每名学生自愿选择一个有火灾爆炸危险单位（企业）进行设计，设计内容及形式不固定，尽量体现出多样性。

4 结论

（1）工业防火与防爆课程具有多学科交叉、多行业交融的特点，目前课程设置体系性不强，知识点重复性高，教材知识更新慢，知识点涵盖不全，教师的观点与学生的想法没有形成共鸣，实践教学效果较差，且受制于本身的工程经验，很多教师讲授的实际性差，课堂教学效率低。

（2）提出将课程体系优化为燃烧与爆炸基础理论、防火防爆基本方法及典型场合火灾爆炸预防控制三大模块，通过教师引导、学生主动参与的互动式案例教学，加深学生对重要知识点的理解，拓展学生的思维模式，激发学生学习的兴趣与动力，创新实验教学体系改变了教师为主的教学模式和方法，充分发挥学生的自主性，培养学生的创新性，激发学生的学习热情，采用多样化课程设计，提高学生的实践能力，培养学生的团队协作能力。