“消防工程学”课程实验教学改革与探索

阳富强，郭 进，施永乾，王金贵，杨 健

“消防工程学”课程实验教学改革与探索

阳富强，郭 进，施永乾，王金贵，杨 健

（福州大学 环境与资源学院，福建 福州 350116）

分析了“消防工程学”课程实验教学中存在的主要问题，将原有的验证性实验内容整合成多个综合性实验项目,构建了开放式实验教学环境，鼓励学生开展自主研究性实验，进一步强化了实验成绩考核及实验室安全管理。实践表明，新的实验教学模式极大提高了本专业实验设备的利用率，加深了学生对消防安全知识的理解，有效促进了学生创新及团队协作能力的培养。

安全工程；消防工程学；综合性实验；自主研究性实验

“消防工程学”是安全工程本科专业课程体系的重要组成部分，主要以消防燃烧学知识为理论基础，讲述不同建筑物及典型生产场所的火灾爆炸特点及一般防治技术[1]。近些年来，我国城市化建设不断加快，涌现出一大批高层建筑与地下空间，火灾安全形势十分严峻。据统计[2]，2018年全国共报道火灾事故23.7万起，造成1407人死亡、798人受伤，直接经济损失高达36.75亿元。由此可见，“消防工程学”在实现安全工程专业人才培养目标中发挥着重要作用。专业实验课程作为本科教学的重要环节，具有直观性、实践性的双重特点，主要引导学生运用所学理论知识，通过观察与操作来实现对书本内容的感性认识并深入发现某些现象及规律，由此培养学生分析与解决问题的能力[3]。

1 实验教学存在的主要问题

我校安全工程专业是福建省重点高校中唯一设置的本科专业，至今已为福建省及周边区域培养了大批安全技术及管理类专业人才，对实现地方经济安全稳定发展作出了重要贡献。“消防工程学”作为本校安全工程专业培养方案中的一门专业核心课程，主要培养学生具备从事消防安全管理与设计方面的能力，以弥补国内消防专业人才的不足。该课程实验教学旨在加深本专业学生对燃烧与爆炸理论知识的感性认识，熟悉火灾科学研究及消防检测相关仪器设备的工作原理，通过不同类型实验项目培养学生分析复杂消防工程问题、设计针对性的解决方案并开展火灾科学研究的能力。对照工程专业认证标准，消防工程学实验教学在内容设计、教学方法、实验考核、实验室管理等方面存在一系列问题。

（1）验证性实验内容偏多。大多数实验项目都是围绕“消防工程学”课程中的某个知识点进行设计，学生借助实验仪器验证课堂所学理论内容，由此加深对相关理论与知识点的理解[4]。例如，运用JF-3型氧指数仪测定某种建筑装饰材料的氧指数、采用 HYKS-2000型开口闪点测试仪观察汽油的闪燃现象并测定相应的闪点与燃点、运用哈特曼管测定面粉的最小点火能等。这类验证性实验仅能巩固学生对某些概念的理解，不能激发学生的创新思维。此外，本课程原有的实验项目之间相互独立，缺少一定的关联性，不利于学生对各个知识点的融会贯通。

（2）实验教学模式陈旧。消防工程学主要采取实验教师讲解实验目的、实验原理、操作步骤和注意事项，学生参照实验指导书的要求按部就班完成各项实验任务[5-6]。以萘的标准燃烧热测定实验为例，教师依次介绍了传热学理论、恒温式氧弹卡计的工作原理、实验操作流程、安全注意事项等内容后，学生依据下发的指导书操作实验仪器。整个实验过程中，学生很少向教师提问，只是机械式地动手操作仪器，缺少独立思考与分析问题的训练。

（3）实验设备利用率低。本专业先后投入中央地方共建、福建省高水平大学建设等项目经费用于建设消防工程实验教学平台，实验仪器种类、台套数均满足专业认证要求，但是，由于大部分仪器仅仅用于支撑某个知识点的验证或模拟演示，使得每学年只能用于1次教学活动中，造成教学资源的极大浪费。例如，针对建筑材料耐火等级这一知识点，消防工程学专门设计了测定塑料固体材料燃烧性能的实验项目，其中采用的水平垂直燃烧仪，每个学年只能用于2个课时，很少在其他实验项目中得到有效应用。

（4）实验考核主观性强。消防工程学的实验成绩评定没有专门的考核标准，主要依据学生最终提交的实验报告进行评分，不能客观反映学生的动手实践与创新能力。实验成绩未考虑学生开展实验全过程的综合表现，如实验前的准备状态、实验中的积极性、实验后的数据处理与分析问题的能力。由于部分实验项目以小组为单位分工协作，造成部分学生未真正参与具体的实验操作环节，还存在学生完全抄袭同组其他成员实验报告的现象。

2 消防工程学实验教学改革

根据消防工程学实验教学过程中存在的主要问题，从优化实验教学内容、开放实验教学环境、构建实验成绩考核标准、加强实验室安全管理等方面进行改革，整个流程如图1所示。基于该实验平台，指导学生运用消防工程理论知识进行火灾科学研究及消防工程实践，系统训练学生检索文献、设计实验、使用现代工具、分析与解释数据等方面的能力。

2.1 实验教学内容优化

我校作为福建省与教育部共建的地方性高校，坚持以“创业型东南强校”作为办学目标。为构建相适应的本科人才培养体系，学校要求各专业在最新的本科培养方案中增加实践性教学环节的比重。为了提高本课程的实践教学效果，将“消防工程学”课程的实验内容区分为演示性、综合性、自主研究性3大类[7]。

演示性实验项目主要是利用实验室现有的仪器设备专门拍摄阴燃、闪燃、轰燃、气体爆炸、粉尘爆炸等相关教学视频，结合对应的知识点在课堂上演示播放，不仅节约有限的实验课时，而且使学生能够更加直观地认识火灾演变过程中的特殊现象。

为了训练学生综合运用消防工程学主要知识点的能力，结合实验室现有条件，将之前相互独立的氧指数测定、最小点火能测试等一系列验证性实验项目整合成建筑材料燃烧性能评价、粉尘爆炸危险性判定、火灾自动报警系统设计、工作场所灭火器配置4个综合性实验。如表1所示，每个综合性实验项目涵盖了多个知识点，必须操作多台实验仪器才能完成教师布置的实验任务。学生通过自行组建实验小组，分工负责其中的某个实验内容，不仅能够保证人人动手参与具体实验活动，而且有利于培养学生团队协作、交流沟通方面的能力。

表1 本课程的综合性实验教学项目

国务院办公厅在近年发布的《关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》中明确指出，各高校要加快培养富有创新精神、勇于投身实践的创新创业人才队伍[8]。因此，支持本专业学生参加科技竞赛、创新训练计划项目等课外创新实践活动，不断鼓励学生结合自己的学习兴趣自主开展与“消防工程学”课程相关的研究性实验。同时，将本课程国内外最新的研究内容及教师在研课题植入实验教学中[9-10]，指导学生在阻燃材料研制、氢能安全利用、火灾风险评估等前沿领域，进行实验探索。学生依托这类实验项目，自主查阅文献资料、设计实验方案、操作贵重仪器、处理实验数据，还可以将获得的成果整理成学术论文、申请专利。由此激发学生的科研兴趣与创新意识[11]。

2.2 构建开放式实验教学环境

实验室全面开放是高校实验教学发展的必然，有利于提高实验资源的利用率，在培养创新型人才过程中发挥着重要作用[12]。本专业大力推行开放式实验教学方法，在时间、空间上向学生开放全部实验教学及科研资源，鼓励学生自主开展各项实验活动，由此强化学生的创新意识及创新思维[13-14]。本课程主要从明确实验教学目标、创造开放性实验环境、设计开放性实验内容[15]3方面，构建了“消防工程学”开放性实验教学模式。以跟踪消防工程研究前沿、提高本专业学生的创新能力为目标，学生在专业教师及实验技术人员的指导下操作扫描量热仪、锥形量热仪等贵重科研仪器，用于开展各类大学生创新训练计划项目、导师科研课题，以及多种形式的学科竞赛活动。

本专业已从学校下拨的“双一流学科”建设经费中专门预算了实施开放式实验教学的费用，主要用于学生购买实验耗材、研制实验模型、专利申请等。学生自行成立研究小组，结合“消防工程学”课程内容进行选题、设计实验方案、分析实验数据，系统训练科研能力。

2.3 建立实验考核标准

为了确保本课程实验成绩的客观性，期末考核充分考虑学生参与实验活动的全过程，综合考查学生实验前的准备工作、实验操作技能、实验报告、实验答辩等多个环节。新构建了考核标准，最终考核成绩由实验预习（20%）、实验操作（30%）、实验报告（30%）、实验答辩（20%）4部分构成；考核等级区分为优、良、中、及格、不及格5个级别。

实验预习主要考查学生的自学能力，督促学生认真做好实验前的各项准备工作，包括查阅文献以及自行了解实验目的、实验原理、实验仪器、实验安全注意事项。实验操作环节主要考查学生的实验方案设计是否合理、实验态度是否端正、是否严格按照实验规范及要求操作相关仪器、实验结果是否达到预期目标。实验报告主要训练学生的科研文字写作能力，要求内容完整、结构清晰，文字、图表、公式表述规范，数据分析合理。实验答辩主要判断学生是否真正动手参与整个实验操作，对实验目的、实验方案、仪器设备的熟悉程度。

2.4 实验安全管理保障

“消防工程学”课程涵盖的实验内容具有多样化的特点，涉及高压气瓶、易燃易爆性物品、大功率用电设备、贵重仪器，一旦实验操作不当、麻痹大意，极易导致火灾爆炸、机械伤害、中毒窒息、触电等不同类型事故。在开放的实验环境条件下，学生开展各项实验活动的时间相对自由，实验结果具有不确定性，加上学生所学专业知识有限，因此实验室安全管理工作显得尤为重要。为了保证本课程的各项实验教学活动安全有序进行，将“5S”法用于实验室日常安全管理中[16]，成立了专门的实验室管理组织，配置了相应的管理人员，明确安全管理目标，制定了具体的实施办法，不断加强实验室安全教育。迄今为止，各项实验教学工作开展顺利，从未出现过实验室安全事故。

3 实验教学效果

通过对本课程的实验教学进行改革，改变了学生以往参照实验说明书、按部就班操作仪器的传统教学模式，充分调动了学生参与实验活动的主动性。他们通过组建实验项目小组、收集资料、设计实验方案、分工合作，不仅系统训练了自身的科研创新能力，而且有助于提高团队协作能力。再者，本课程理论知识点多、计划学时受限，导致许多内容无法在课堂中讲授，由此借助该实验教学平台培养学生自主学习的能力，要求学生在开展各项实验活动之前，自行查阅消防工程学相关的标准规范、实验原理、科技文献，自学Origin等数据处理和绘图软件。

在对该实验教学平台采取开放式管理以后，学生经常主动与相关专业教师交流并预约各类仪器使用，大大提高了实验设备的利用率。依托“消防工程学”课程的实验教学平台，安全工程专业学生积极参与各类创新实践活动。主持各类大学生创新创业训练计划10项，其中国家级2项、省级2项、校级6项。部分学生参与了专业教师承担的阻燃材料、氢能安全利用等火灾爆炸领域的国家级、省部级科研项目，并研制出“家庭火灾预警远程控制系统”“家庭燃气泄漏报警系统”“车窗自动爆破装置”“防止地下煤堆自燃的节能型加料装置”等模型作品，代表学校参加全国高校安全工程专业大学生实践与创新作品大赛等课外创新实践活动，共获得12项奖励，其中获国家级一等奖2项、二等奖2项、三等奖8项。在该实验平台的支持下，本专业学生近5年已在《消防科学与技术》等学术期刊发表论文8篇、授权专利6项、获我校优秀毕业设计（论文）5篇，连续为中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室输送13名本科生免试攻读硕士研究生。

4 结语

“消防工程学”课程具有理论性强、概念知识点多、与工程实践联系紧密等特点，在培养消防安全专业人才中发挥着重要作用。为了提高本课程的实践教学效果，从实验教学内容、开放实验教学环境、实验成绩考核、实验室安全管理等方面对相应的实验教学体系进行改革。将演示性实验内容调至课堂教学中，加深了学生对本课程理论知识点的理解；整合了原有的一系列独立的验证性实验内容，设计出多个综合性实验项目，实现不同实验内容之间的融会贯通。鼓励本专业学生积极开展消防工程领域的研究性实验活动，系统训练他们从事科学研究与探索方面的能力。在对本课程的实验教学平台进行改进之后，极大提高了本专业学生的创新实践能力，在各类科研创新活动中取得了很好的成绩。

[1] 阳富强，陈伯辉，黄萍，等.安全工程专业工业防火防爆核心课程的建设探讨[J].化工高等教育，2017(1): 31–35, 40.

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Reform and exploration of experimental teaching system of Fire Engineering course

YANG Fuqiang, GUO Jin, SHI Yongqian, WANG Jingui, YANG Jian

(College of Environment and Resources, Fuzhou University, Fuzhou 350116, China)

The main problems existing in present experimental teaching of Fire Engineering Course are analyzed. Some verified experiments are integrated into several comprehensive experimental programs, and the opening experimental teaching environment is established to encourage students to carry out independent research-oriented experiments; the course evaluation criteria and experimental safety management are also reformed. It is proved that the utilization rate of experimental equipment is heightened; it makes for students’ understanding to the theoretical knowledge about fire safety, and promotes the cultivation of students’ research innovation capacities and team spirit.

safety engineering; fire engineering course; comprehensive experiment; research-oriented experiment

X932；G642.0

A

1002-4956(2019)10-0229-04

2019-02-21

国家自然科学基金项目（51874100）；福建省本科高校教育教学改革研究项目（FBJG20170020）；福州大学一流本科教学改革建设项目（00369805）

阳富强（1982—），男，湖南耒阳，博士，副教授，主要从事安全科学与工程教学与科研。E-mail: ouyangfq@163.com