基于“互联网+”的化工安全课程建设与实践

朱 睿, 刘艳霖, 方建宁

(1. 深圳信息职业技术学院 交通与环境学院, 广东 深圳 518000; 2. 深圳信息职业技术学院 数字媒体学院, 广东 深圳 518000)

化工生产具有较大的危险性。伴随着石油工业的发展,现代化工生产装置日益大型化、连续化和自动化,危险化学品越发多样[1-2]。因此,安全管理在化工生产过程中非常重要,而是否能安全生产又取决于安全教育是否到位[3-4]。作为培养化工行业人才的高职院校,化工安全课程必不可少。然而,化工安全课程涉及知识点多而教学课时有限,难以保证教学效果,十分必要创新教学手段和教学方法。

2016年,国务院安全生产委员会办公室印发了《标本兼治遏制重特大事故工作指南》,提出积极推进“互联网+安全培训建设”[5]。在这样的背景下,高职院校应创新教学思路,探索利用信息技术提高化工安全教育的效果。深圳信息职业技术学院在化工安全教育实践中,基于“互联网+”技术手段,结合教学方法创新,建设了一套化工安全教育课程。

1 基于“互联网+”的化工安全课程建设框架

按照化工安全生产流程,以生产岗位职责为导向,从原料入厂、工艺流程、设备检修过程中的安全管理流程设计课程内容；以微课导入、理论知识学习、案例情景学习、虚拟仿真实验为教学板块，采用多媒体、情景动画、3D仿真、VR仿真等信息技术手段,以理论讲授、案例教学、翻转课堂、实践教学等教学策略,提高安全教育课堂教学效果。化工安全课程建设框架如图1所示。

图1 基于“互联网+”的化工安全课程建设框架

2 基于“互联网+”的化工安全课程实践

2.1 微课导入

建设“化工安全微课堂”,分为化工安全基础篇、防火防爆篇、防尘防毒篇、防触电篇、机械及容器篇5个模块,含56个教学内容,每个单元时长5～6 min,内容少而精,重点突出、内容丰富,涵盖化工安全教学课程的大部分内容,适合用作课前导入和自主学习(见表1)。

在学习化工安全课程前,教师制订课前学习任务单并发给学生,学生则通过手机客户端或电脑客户端进行“化工安全微课堂”线上学习。“化工安全微课堂”采用视频、动画等多媒体课件,提升学生的学习兴趣。部分单元的教学内容穿插生产现场实景,取得了良好的教学效果。

表1 “化工安全微课堂”课程内容

2.2 理论知识教学

化工安全理论知识学习是化工安全教育的基本环节,分为基础安全理论和重点安全理论。基础安全理论教育以基本、必须、适度为原则[6],安排“化工安全基本技能培训”和“职业危害与防护培训”两个课程模块。重点安全理论则安排“压力容器安全生产培训”和“危险化学品安全培训”两个课程模块(见表2)。

表2 理论知识学习课程内容

理论知识教学以教师讲授为主,采用文字、动画、视频、图片等多媒体教学手段[7-8]；对于比较抽象和实操性较强的课程内容则采用案例认知的教学方法。例如职业危害与防护事故的课程内容,通过动画形式再现尘肺事故、放射源丢失事故、硫化氢中毒事故、防护服事故(见图2)等事故案例；个人防护器材及其使用方法方面的教学内容,通过动画案例嵌入教学环境,使学生能直观的理解教学内容,提升教学效果。

图2 职业危害与防护事故案例展示

2.3 案例情景教学

案例情景教学是化工安全教育的重要环节,由“危险作业安全管理及案例分析”“典型违章行为案例分析”“典型事故案例分析”3个课程模块组成(见表3)。3个课程模块分别由多个学习情境组成,学习情境以动画、录像、图片等形式展示危险化学品作业中常见的违章行为和事故生成情景,形成教学案例(见图3)。

表3 案例情景学习课程内容

图3 案例情景学习教学案例展示

在案例情景教学中,采用案例教学+翻转课堂的教学策略,引导学生进行自主学习,提高学习能动性。教学中,以化工安全典型案例为引入点,按照提出问题、分析讨论、教师引导和总结4个阶段开展讨论式教学[9-10]。以“典型事故案例分析”课程模块为例,首先教师在课堂导入碱液采样、干燥器切换等各类操作过程中的违规行为和事故发生过程,以此提出问题；然后学生分小组在微课资源和互联网资源中收集资料并讨论、归纳违规和不安全的行为,进行小组汇报；最后教师根据学生的汇报进行总结和补充,提出建议,巩固和加深学习成果。

2.4 虚拟仿真实验

虚拟仿真实验是化工安全教育的体验环节，由“常见事故应急处置”和“典型事故案例分析”两个课程模块构成,是课程中最具交互性和吸引力的模块(见表4)。两个课程模块以国内石化企业真实发生的典型安全事故案例(见图4)为素材,利用3D技术、多媒体技术和影像资料重现事故背景,事故的发生、发展和灾难性后果。事故背景以2D动画形式讲解事故发生原因、过程、补救措施等知识；事故经过以3D动画演示事故发生的全过程,在3D场景中,通过场景旋转、移动、参数变化等再现事故的发生、发展和严重后果。事故背景及事故场景均有现场声音、配音和字幕解说,以强化学习记忆效果。

表4 虚拟仿真实验课程内容

图4 虚拟仿真实验教学案例展示

虚拟仿真实验课程采用案例+实践的教学策略,以3D仿真和VR技术为教学手段,展现逼真的三维虚拟场景和事故案例,并以事故案例为基线,构建安全事故的试错和纠错学习探究空间[11]。

在虚拟仿真实验教学中,教师需根据事故的起因设置教学任务,提供事故背景；学生则通过电脑或VR设备,以第一人称的视角体验事故过程和进行应急处理,掌握事故的相关知识和预防措施。例如关于火灾事故的教学内容,教师首先通过3D动画演示火灾的形成过程和应急处理方法,然后安排学生分别体验工人宿舍、油库、配电箱、办公室等火灾事故场景,学习使用干粉、泡沫灭火器等消防器材灭火。学生分成若干小组,根据教师提供的事故背景和所学的安全知识进行讨论、分析和总结,选择特定场景的灭火器材、制订火灾应急处理预案。最后,由小组代表进行虚拟灭火操作,其他成员观看(见图5)。以上虚拟仿真实验结束后,再次进行讨论并完善应急预案[12]。

这种案例+实践的教学策略有效提升了学生的学习主动性、安全意识和安全事故应急处置能力。

图5 灭火的操作VR体验展示

3 基于“互联网+”的化工安全课程建设成效

“互联网+”化工安全课程在深圳信息职业技术学院的环境工程、室内环境检测两个专业开设。通过对学生学习兴趣、学习效果进行调查回访,收集了多位听课教师的意见,形成了对课程建设成效的评价:学生课堂出勤率达到96%以上,期末考核平均及格率达到92%以上,教学方法生动、互动性强,学生的创新能力和解决实际问题的能力得到培养。教师认为课程学习资源丰富、学习手段新颖,能加深学生对化工安全知识的理解。

3.1 利用“互联网+”加强化工安全教学资源建设

化工安全课程内容丰富,有多达171个教学单元。为此,建设了包括3D场景、微课、课件、文本材料、音频、视频等化工安全学习资源库,构建了化工安全课程体系。学生可根据安全课程学习进度,选择合适的资源进行线上和线下学习,达到预习、资料检索、仿真实验等自主学习的目的,提高了学习能动性。

3.2 注重学习兴趣和学习体验感,保障学习安全

基于“互联网+”的化工安全课程开发了一系列有关化工安全的基本知识和安全技术的多媒体培训课件。这些课件具有丰富的表现力和良好的交互性,将抽象的安全知识与技术形象化、具体化,有效地增强了学生的学习兴趣、提高了学习效果。课程的虚拟仿真实验模块将3D虚拟现实仿真软件与VR硬件设备相结合,大大提高了学生身临其境的感觉。此外,模拟危险性操作的演示实验,能切实体会因操作不当而出现的危险情况。

3.3 教学组织有策略,教学效果有保障

翻转课堂、案例教学等教学策略在激发学生学习兴趣、提高学习成绩和提升教师工作满意度等方面起到很好的作用。基于“互联网+”的化工安全课程教学摒弃了灌输式教学方法[13],代之以案例教学、翻转课堂、实践教学等教学新方法,建立起学生主动学习的教学模式。案例教学为构建课程学习背景提供了丰富而生动的教学素材；翻转课堂则拆解知识传授的单向流程,转变成学生与教师互动的能动性学习场景；实践教学将安全理论知识、操作实践具象化,给学习带来体验感,使知识转化为技能。

4 结语

基于“互联网+”的化工安全课程有效激发了学生学习的兴趣,提高了化工类专业学生安全知识学习和安全技能培训的教学效果。当然,化工安全课程不仅是一个课程,更是培养学生树立安全价值观、提高安全素养、营造校园安全文化等系统工程的重要组成部分。随着工业4.0时代的来临,化工行业的生产技术必将革新换代,新的化工安全问题也随之出现。因此，化工安全教育课程要不断更新教学理念、丰富教学内容、创新教学手段,积极探索教学新模式。