安全工程专业“研究方法训练”课程创新与实践

杨轶芙 高玉坤 欧盛南

[摘 要] 安全工程涉及众多学科体系，是一门综合性、实践性较强的交叉科学。为了提高学生的创新能力与实践能力，形成安全科研思维，对“研究方法训练”课程内容进行了创新。通过建立“四位一体”的实验课程体系，包括基础实验、专业实验、软件模拟和创新实验，形成了安全工程专业实验教学特色，改革了传统的教学模式，创新了实验教法与学法，评价了学生的参与状态与创新意识。结合北京科技大学安全工程专业该课程的应用情况，采用“四位一体”的实验教学手法能够对学生的实践能力和创新能力的培养起到推动作用，具有很好的应用前景。

[关键词] 研究方法训练;安全工程;创新实验;实验教学

[基金项目] 2020年度中央高校基本科研业务费“城市地下空间环境与结构耐久性分析研究”（FRF-BD-20-01A）;2017年度北京科技大学教育教学改革与研究项目“安全工程‘四位一体’创新实验体系研究”（JG2017M02）;2020年度中央高校基本科研业务费“基于爆轰管道系统的实验教学开发研究”（FRF-DF-20-19）

[作者简介] 杨轶芙（1982—），女，内蒙古包头人，硕士，北京科技大学土木与资源工程学院工程师，主要从事安全工程专业实验、实验室安全管理研究;高玉坤（1983—），男，山东胶州人，博士，北京科技大学土木与资源工程学院高级工程师，主要从事安全工程的实验教学管理研究;欧盛南（1981—），男，湖南宜章人，博士，北京科技大学土木与资源工程学院高级工程师，主要从事企业安全、安全工程专业实验研究。

[中图分类号] X936 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2022）15-0049-04 [收稿日期] 2020-09-11

引言

安全工程是一门多学科交叉综合的新兴学科，要求学生学习掌握的知识点多，对学生动手能力、综合解决工程复杂问题能力的要求较高。北京科技大学安全工程专业在全国学科排名第四，学生深造率达75%，即大部分学生要具有很好的科研能力，研究方法训练显得尤为重要。在这种背景下只进行演示性和验证性试验，不利于提升学生的创新、创造和科研能力[1]。“研究方法训练”实验课是安全工程专业课程体系中的重要组成部分，是深化学习专业知识的重要途径，是学生开展科学研究的重要方法，也是培养学生实践能力和形成安全科研思维的重要手段。“研究方法训练”是一门实用性很强的实验课，实验设置的内容既是专业特色的体现[2]，也是专业培养方向的保证。因此，笔者通过“研究方法训练”课程的创新与实践，对课程体系、教学模式、实验教法与学法、考核评价方法等进行了探索，并对课程内容的创新性与先进性进行了缜密分析。

一、课程教学内容

（一）完善实验课程内容

“研究方法训练”课程设置了四个梯度：基础实验、专业实验、软件模拟和创新实验，涵盖燃烧、爆炸、无损探伤、产品检测、粉尘测定及数值模拟六大专业模块[3]。

1.基础实验。（1）水平垂直燃烧实验：了解水平垂直燃烧测定仪的基本工作原理;掌握水平垂直测定仪的使用方法;了解试样在水平和垂直方向小火焰点燃后的燃烧性能。（2）闪点和燃点的测定实验：掌握用克利夫兰开口杯测定闪点的方法;掌握使用开口闪点和燃点测试仪测定闪点的操作步骤及方法;测量不同燃料及油类的闪点，加深理解闪点概念，了解在使用、储存、运输油类燃料时避免发生闪燃的方法。（3）粉尘浓度测定与分析实验：掌握粉尘测定仪的原理、结构、使用方法及操作步骤;掌握利用滤膜重量法测定粉尘浓度的原理与方法;进行实际操作，测定粉尘浓度并进行计算与分析。（4）粉尘层最低着火温度的测定实验：掌握粉尘层最低着火温度的测定方法;掌握判别粉尘是否已经着火及确定其最低着火温度的方法;巩固和加深对粉尘危险特性的学习和理解。（5）Hartmann管式粉尘爆炸实验：掌握Hartmann管式粉尘爆炸测试仪的原理、结构、使用方法及操作步骤;了解粉尘爆炸过程、粉尘爆炸影响因素;理解掌握粉尘爆炸理论。（6）20升球型爆炸测试实验：掌握用20升球形爆炸测试系统;深刻理解燃烧与爆炸的原理與过程[4]。

2.专业实验。（1）磁粉探伤实验：了解无损检测（磁粉探伤检测）的基本原理;掌握磁粉检测的方法、检测步骤。（2）超声波探伤实验：了解超声波探伤的基本原理;掌握超声波探伤仪、探头和标准试块的作用;掌握超声波检测仪的使用方法、检测步骤;掌握操作使用垂直探头和斜探头探测试件内部缺陷的方法。（3）机械振动破坏实验：掌握机械振动破坏实验系统的工作原理、使用方法及操作步骤;了解激振器、加速度传感器、电荷放大器的工作原理;掌握激振和测振设备的操作和使用方法;掌握通过测电压值求被测物体加速度的计算方法。（4）高低温交变湿热实验：掌握步入高低温老化检测仪的使用方法;了解高低温交变湿热实验方法。（5）塑料/橡胶拉伸性能测试实验：掌握拉伸强度的测试原理和测试方法，掌握多功能电子拉力机的工作原理和使用方法;掌握测试塑料/橡胶的应力-应变曲线的操作步骤;掌握通过应力-应变曲线评价塑料/橡胶的初始模量、拉伸强度、断裂伸长率等力学性能参数;了解塑料/橡胶拉伸性能测试结果的影响因素;熟悉塑料/橡胶拉伸性能测试标准条件。（6）悬臂梁冲击试验：熟悉材料冲击性能测试的方法、操作及实验结果的处理;了解影响冲击试验的因素有哪些;了解测试条件对测试结果的影响。

3.软件模拟。（1）FDS基础及应用：了解FDS软件的适应范围;熟练应用FDS软件;根据不同场景进行室内火灾模拟。（2）Fluent基础及应用：掌握Fluent软件的建模过程;熟练应用Fluent软件;根据不同场景进行管道内流体流动模拟。（3）AnyLogic建模与仿真：掌握AnyLogic软件的建模过程;熟练应用AnyLogic软件;根据不同场景进行地铁烟雾模拟。

4.创新实验。在前期实验教学的基础上，由教师和学生共同探讨安全专业相关重点和热点内容，综合应用基础知识、专业实验，确立实验内容，对学生进行分组，由学生自己讨论设计实验方案，在教师的指导下完成综合实验内容[5]。

实验内容由基础到综合，由简单到复杂，由验证到创新，构建了“四位一体”实验课程内容体系。

（二）改革实验教学模式

在重视学生基本技能训练的基础上，加强创新实验的内容，提高专业实验和计算机模拟实验的能力，引导优秀本科生参与实际课题的研究，在专业教师的指导下，依托教师的项目，组成实验小组，开展实验;为学生提供信息、资料，积极参与实验的每一个环节，让学生能够从实际操作演练的环境中，获得理论联系实际的机会，增强对专业知识的理解，提高专业实践创新能力[6]。

（三）实施创新性实验教学

在“研究方法训练”实验教学过程中实施创新性实验，由学生结合典型案例自主选题，经过师生共同研讨，提炼出最终的实验内容，确定实验方案。由学生自主设计实验方法，选择实验装置，设计实验步骤及制定计划进度等，在实验教师或专业教师的指导下进行实验，自行获取实验数据，并对数据进行深度处理分析[7]。通过实施创新性实验教学，充分发挥学生的自主学习主动性，培养学生的自学能力、创新能力、研究分析解决问题的能力、动手操作能力、交流协作能力。

（四）建立成绩考核体系

以往的实验课成绩考核时，仅仅基于学生的最终实验报告来评判。本实验课改革了实验考核方式，建立了新的成绩考核体系。新的成绩考核体系除了考勤及实验报告的评判外，还将实验过程中学生的主观能动性、自身能力的培养情况、自主创新能力的综合表现等纳入考核体系中，加强学生动手操作能力、探索创新能力、综合分析能力的成绩考核，编制了“研究方法训练”成绩考核表。

二、课程内容的先进性与创新性

（一）建立了“四位一体”的实验课程体系

通过“研究方法训练”课程的创新与实践，建立了“四位一体”的实验课程体系。将实验课程内容分为基础实验、专业实验、软件模拟和創新实验四个梯度：通过基础实验、专业实验让学生理解实验原理、熟悉仪器操作、掌握实验方法;软件模拟开设了模拟软件学习的实验平台，丰富了学生解决问题的方法;创新实验重视自身思考问题的能力，为学生提供了学科融合、知识面广、探索设计及自主开发的实验平台，鼓励学生发散性思维及自主创新能力的发挥。

构建的“四位一体”实验课程体系，形成了安全工程专业实验教学的特色，激发了学生对本专业知识的学习兴趣，提高了学生动手实践解决问题的能力，也丰富了实验教学的教学内容与方式。

（二）改革了传统教学模式

通过“研究方法训练”课程的创新与实践，对传统实验课的教学模式进行了改革。教学过程中，由过去的以验证性实验和演示性实验为主的教学模式，向创新性实验为主的教学模式转变[8]。创新性实验平台需要学生独立设计实验，综合运用多种研究方法，加强实际联系，在教师的指导下完成创新实验，让学生能够从实际操作演练的环境中，获得理论联系实际的机会，提高了学生的创新思维，锻炼了学生的动手实践能力。

（三）创新了实验教法与学法

通过“研究方法训练”课程的创新与实践，创新了实验教学的教法与学法。建立“四位一体”的实验课程体系，根据基础实验、专业实验、软件模拟和创新实验四个梯度设计实验教学内容，采用不同的实验教学方法，建立了“你问我答、你讲我听”的启发式教学模式，运用启发式教学，能够调动学生的主观能动性;同时，有选择地运用探究式教学、讨论式教学、发现式教学、案例教学、问题式教学、合作教学、情境式教学等多种不同的教学方法。学生的学习方法也从以往的观摩式、重复操作式的单调中解脱出来，根据自己对本专业的学习兴趣主动去探究问题、思考解决方式、设计解决方案，以及与老师和同学交流自己的实验想法、学会如何申请自拟创新实验、通过自拟创新实验验证专业知识等一系列的问题，通过学习方法的改变，大大提高学生对实验课的学习兴趣，充分调动学生学习的积极性、主动性，充分发挥学生的创新实践能力。

（四）评价了学生的参与状态与创新意识

通过“研究方法训练”课程的创新与实践，建立成绩考核体系，评价了学生的参与状态与创新意识。成绩的考核更加注重学生是否积极主动地投入实验;在实验过程中是否具有自我探索、师生交流与同学合作的意识[9]。通过实验，记录学生是否能够自主依据专业知识探索创新实验，是否能够发现实验过程中的疑难问题，并通过自主学习交流提出解决问题的办法，是否能够具有灵活多样、新颖独特的探讨解决问题的策略，以此为依据评价学生的创新意识。

三、课程应用情况

（一）实施效果及评价

安全工程“研究方法训练”课程创新与实践开展实施以来，完成了2018—2019、2019—2020两个学年的教学过程。在实验教学时，提倡学生主动参与、探索发现、沟通交流，鼓励学生利用文献资料、计算机软件等提高自身综合运用本专业知识解决实际问题的能力，注重培养学生的注意力、理解力、记忆力、推理力、观察力等初级思维能力的同时，还注重学生创新思维、洞察思维、内省思维、创造思维等高级思维能力的培养[10]。通过开展创新性实验，学生自主能力得到提高，了解了科学研究的过程，从发现问题开始，逐步搜集资料，分析问题并解决问题，提出有创新性的思路，培养创新型人才，全面提高了学生的合作交流能力、综合创新能力、科研素质等[11]。

“研究方法训练”课程创新与实践，促进了安全工程本科生开展科技创新项目的积极性，提高了学生的动手能力和综合素质。近几年来，学生积极参加大学生科技创新计划（SRTP），参加了全国安全科学与工程大学生实践与创新作品大赛、全国大学生“挑战杯”课外学术科技作品竞赛、全国高等学校安全工程学生实践作品大赛、高校环保科技创意设计大赛、全国高等学校建筑材料研究生论坛、节能减排社会实践与科技创新竞赛、北京市大学生建筑结构设计竞赛等科技创新实践活动，共获得国赛一等奖4项、二等奖3项、三等奖3项，全面推动了安全专业大学生创新能力的培养。

（二）推广应用前景

通过调研发现，传统的实验教学均存在以下弊端：实验课程所占课时比例小，无法让学生完全投入实验中，只是初步熟悉实验器材的操作，对实验原理等并不能完全掌握;实验教学模式单一，学生以模仿为主，验证性和演示性的实验过多，缺乏学科交叉、知识面广、探索性强、具有开发性的实验;成绩评定方法局限性大，成绩考核只以最终实验报告为依据，没有考虑到实验中学生相关能力的培养情况，限制了学生发散思维、创新能力的提高与培养[12]。安全工程专业“研究方法训练”课程创新与实践，有效地改革了传统实验教学中存在的问题，为实验教学提出了新的思路与模式，在应用与工程类相关专业实验教学的改革过程中，具有极大的推广应用前景。

结语

本文对“研究方法训练”进行创新，设置了基础实验、专业实验、软件模拟和创新实验四个梯度来完善实验课程内容，构建了“四位一体”的实验课程体系，形成了安全工程专业实验教学的特色。通过改革实验教学模式，创新实验教法与学法，开展创新性实验教学，建立完整的成绩考核体系来更好地提高学生的动手实践能力，提高了学生的创新思维，在专业实验教学方面具有极大的应用前景。

参考文献

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Innovation and Practice of “Research Method Training” in the Major of Safety Engineering

YANG Yi-fu， GAO Yu-kun， OU Sheng-nan

（School of Civil and Resource Engineering， Beijing Key Laboratory of Urban Underground Space Engineering， University of Science and Technology Beijing， Beijing 100083， China）

Abstract： Safety engineering covers a wide range of disciplinary system， which is a strongly comprehensive and practical cross-science. In order to cultivate students’ practical ability， innovation ability and the thought of scientific research， the teaching content of Research Method Training should be innovated. Through the establishment of a four-in-one experimental curriculum system， including basic experiments， professional experiments， software simulation and innovative experiments， we have reformed the traditional teaching mode， innovated the experimental teaching method， and evaluated the students’ participation and innovative consciousness. Combined with the application of safety engineering major in University of Science and Technology Beijing， we adopt the four-in-one experimental teaching method， which can promote the cultivation of students’ practical ability and innovative ability and also has a good application prospect.

Key words： Research Method Training; safety engineering; innovative experiment; experiment teaching