安全工程专业本科实践教学方案改进研究

陈 娜副教授 李秀颖 钟 委副教授 张 兰教授

(郑州大学 力学与安全工程学院，河南 郑州 450001)

0 引言

“新工科建设”“卓越工程师教育培养计划2.0”等是当前工科类专业人才培养的重要方案，“实践”和“创新”是高校工科类专业人才培养工作的重点、热点和难点。实践教学在整个本科教育体系中具有重要地位，是人才培养的重要环节，更是创新型安全工程人才培养的重要驱动力。近年来，虽然全国高校不断创新安全专业教学体系，但在实践教学上仍存在许多薄弱环节，这在一定程度上制约着大学生的实践创新能力[1]。近年来，我国各高校安全工程专业蓬勃发展，2004年全国安全工程专业的毕业生总数约为1700名，到2020年，国内开设安全工程本科专业的高校有200余所，在校生规模达到5.6万人[2]。在激烈的就业压力下，实践和创新能力既是当代大学生综合素质的核心部分，又是未来立足的核心竞争力。

鉴于此，为强化实践教学，提高创新能力，笔者首先总结目前各高校安全工程专业实践教学各环节中存在的问题，然后对其进行全方位的改进和完善，从而强化实践教学环节，提高学生的实践和创新能力，提高安全专业毕业生的社会满意度，同时也为新工科背景下高校的安全工程学科建设提供参考，以培养出具有中国特色的卓越工程人才。

1 安全工程专业本科实践教学现状

近年来，各高校陆续采取多个教育改革措施提高实践教学力度，以使学生的实践动手能力、分析解决问题能力、创新能力等得到锻炼[3]。安全工程专业实践教学环节包括专业实验、课程设计、专业实习(金工实习、认识实习、生产实习、毕业实习)、毕业设计(论文)和学科竞赛创新项目等。由于种种原因，实践教学的质量距离理想预期还存在一定差距。

1.1 专业实验

专业实验主要分为基础实验课，专业特色实验课，综合性、设计性实验课等。安全工程专业不同的侧重方向使各高校实验教学内容有所不同，普遍存在问题有：

(1)课程设置不合理。部分高校实验教学培养方案、实验技术过时陈旧，难以适应本行业的发展需求；专业实验大多都是验证性和性能测定实验，自主开放性、创新、前沿类实验占比较小，不利于激发学生的创新能力。

(2)教学方法较陈旧。普遍的实验教学方式以课堂教学为主，实验教师以讲说、板书等方式教授学生实验内容、步骤等，学生往往按部就班、被动地完成实验任务，缺乏积极性、探索精神和创新意识[4]。

(3)考核体系不健全。传统实验课程的考核方式往往以理论考试为主，着重测试学生对实验步骤、实验结果的背记情况，难以反映学生的综合实验能力；对于操作性的实验，最终成绩以实验报告为主，不重视学生实验操作过程的表现，导致学生实验课时出现“混水摸鱼”、抄袭实验报告的现象。

1.2 课程设计

课程设计是连接基础知识和实际生产的桥梁和纽带，可以综合培养学生的专业技术、设计与思考能力[5]。目前国内各高校课程设计中存在的问题主要有：

(1)教学效果不理想。课程设计一般在相关理论课结束前后的2周内进行，此时学生正准备期末考试、四六级考试等，没有太多精力进行课程设计；对于小组合作的课程设计，存在小组内成员分工不明确，有相互依赖的现象；教学条件有限，不能通过实体设备进行演示教学，不能去生产现场实地参观调研，导致实践教学环节较为薄弱，教学效率不高，课程设计流于形式[6]。

(2)题目设置不科学。老师下发的题目来源较为单一，导致学生选择的题目大同小异；选题多沿用历年的题目，没有创新性；缺乏实地调研，课程设计内容不切实际，学生自行假定一些数据，课程设计的成果不适用于生产实际。

(3)考核方式不合理。根据学生提交的课程设计报告评定最终成绩，没有将学生的平时表现考虑进去，且成绩具有一定主观性，不利于激发学生积极性和创造性[7]。

1.3 专业实习

专业实习包括金工实习、认识实习、生产实习和毕业实习。这些重要的实践教学活动旨在使学生在不同阶段从感性到理性对专业进行认识，最终获得运用所学知识和技能去独立分析和解决专业实际问题的能力[8]。

1.3.1 金工实习

金工实习是工科专业培养学生初步动手能力的一门公共基础实践课程，一般在第3学期初开设，为期1～2周，包括车工、铣工、刨工、焊接、数字线切割、数控车床等实践课程。传统的金工实习存在的问题有：

(1)教学设备不到位。多数院校金工实习基地的机械设备历年沿用，存在精度差、老化等现象，导致学生制作的工件达不到标准；学生多而设备少，需要分组或轮流操作，不能保证每个学生都有实操的机会。

(2)教学理念较传统。金工实习内容一般都是老师讲解步骤、提供图纸等，学生只需按部就班制作出工件，其仅仅培养了学生的劳动意识和基本的设备操作能力，达不到提高实践创新能力的教学目标[9]。

1.3.2 认识实习

认识实习一般在第4学期开展，每个班级由1-2名指导教师带队，组织学生到相关企业、工程现场或安全类展馆等场所，以现场讲解+学生参观的模式进行，最后上交实习报告给出实习成绩。集中实习的模式往往走马观花，实习教学效果一般，普遍存在的问题如下：

(1)机械式被动参观。学生忽视实践课程，对参加实践或科研活动不感兴趣；实习现场缺乏指导教材，学生在参观时对实习内容一片茫然；现场参观学生人数众多，且现场噪声较大，大部分学生听不到实习老师的讲解[8]；学生人员分散，不好管理，难以保证听课质量。

(2)成绩考核方式单一。传统考核方式为实习报告，分数具有较大的主观性，忽视对实习过程的评价，导致学生在实习中表现松懈；实习报告存在抄袭现象；实习报告缺少对企业实际问题的分析建议，无法体现学生在实习中的收获与思考；未设置答辩环节，很难判定某些学生是否真正参与其中[8]。

1.3.3 生产实习

生产实习于相关核心课程后进行，一般在大三下学期或大四上学期进行，以集中实习为主。学生需深入不同行业的一线单位，熟悉相关工艺流程和安全生产管理模式，辨识、分析潜在的危险及有害因素，并结合专业知识提出预防措施，最终实现课堂理论与生产实践的密切结合，具有很强的社会实践性[2]。普遍存在的问题如下：

(1)学习态度不端正。部分学生正忙于找工作或研究生入学考试，对生产实习不够重视；学生在实习前对实习内容不了解，连续参观现场、不断灌输知识的实习方式让学生没有足够时间理解和消化，达不到预期的实践效果；部分学生在实习中表现散漫，不服从工作人员的安排。

(2)实习投入和资源不足。生产实习中涉及师生往返交通、住宿、专家劳务费等，开销较大、经费紧张影响实习效果；实习可能会影响企业正常的生产活动，且考虑到师生的安全等因素，一些企业不愿接收学生来实习；由于新冠肺炎疫情而采取管控措施，某些单位的生产实习可能会延期或取消。

1.3.4 毕业实习

毕业实习是大四学生到实习单位参与一定工作，综合运用所学专业知识分析、思考和解决工程中的实际问题。高质量的毕业实习有利于大四学生提前了解社会、熟悉就业形势，为今后更好地适应社会和转变角色打下坚实的基础[10]。各高校结合自身情况采取集中实习或分散实习的形式，存在问题如下：

(1)实习效果不佳。毕业实习普遍在1个月左右，学生在如此短的时间内很难完全胜任实习岗位；集中实习的人力、财力花费较大，实习条件差等可能会引起学生不满；分散实习是学生根据自己的兴趣和特长自行联系实习单位，由于学生分散，很难对实习过程进行监控。

(2)缺乏过程管理。师生之间交流讨论环节过少，老师无法及时掌握同学们的实习情况，难以对实习过程进行优化调整和针对性指导；特别是那些校外自主实习的同学，有一些自觉性较差，不按时和老师汇报情况，老师很难对实习过程进行跟进和指导[10]。

1.4 毕业设计(论文)

毕业设计(论文)是本科生4年教学计划中历时最长、学分最多、综合性最强的最后一个实践教学环节，是对所学知识的有机整合，是对专业实践和创新能力培养的主要过程[11]。毕业设计流程一般为：选题(第7学期)→下达任务书(第7学期末)→开题报告(第8学期初)→中期检查(第8学期)→初步验收(第8学期)→答辩归档(第8学期末)，整个毕设周期不少于16周。由于毕业设计(论文)时间跨度较长，各阶段暴露出的问题制约了毕业设计实践教学的效果。

1.4.1 选题阶段

(1)题目设置不科学。对于给定课题，学生对题目不太了解，选题存在盲目性；如果是学生自拟的课题，社会需要性和创新性不足。

(2)课题类型比重失衡。实验研究、创新设计类比重偏低，而理论研究类比重偏高。

(3)缺乏因材施教。学生比较被动，没有做到因材施教、个性化定制，无法将兴趣、就业兼顾起来。

1.4.2 设计阶段

(1)学习精力不足。此时学生正在找工作或备战考研、考公务员，不重视毕业设计。

(2)缺乏实验条件。没有实验器材的支撑，毕业设计的想法无法实现；普遍存在按部就班地套用设计过程和程序的情况[12]。

(3)老师学生双重压力。每个老师同时指导多个学生，老师的指导压力过大；学生科研基础薄弱，实验设计、数据处理等可能让学生感到困惑。

1.4.3 结束阶段

(1)机械性汇报。答辩汇报时，一般都是看着PPT机械性地汇报，而不是在PPT的指引下进行理解性汇报。

(2)问答环节不规范。学生答非所问、语无伦次的情况比较普遍。

(3)格式性错误。毕业论文格式性错误经常出现[11]。

1.4.4 考核评分

(1)成绩具有主观性。日常表现、毕业论文质量、答辩成绩中各个评分项目由老师打分，具有一定的主观性。

(2)指导教师未回避。有些高校毕业答辩时指导教师没有回避，参与答辩并给分，考核评分不能完全做到公平、公正、合理。

安全工程专业本科实践教学现状总结，如图1。

图1 安全工程专业本科实践教学现状

2 安全工程专业本科实践教学改进

针对以上实践教学现状，参考相关实践教学文献和资料[2，4，9，13-21]，结合自身对实践教学改进的思考，提出以下实践教学改进方案。

2.1 层次化的实践教学体系

构建实践教学体系不仅要从“顶层设计”的角度研究其总体组成，即专业实验、课程设计、专业实习、毕业设计(论文)和学科竞赛创新项目，还要研究其内在联系。各个实践教学环节形成有特色、有层次、递进化的实践教学体系[13]。根据理论课程循序渐进地设置对应的实践课程，使学生逐步形成分析、解决复杂工程安全问题的能力[14]。

(1)优化专业实验课程。摒弃应用性不强的实验，增加前沿类实验，引进先进的实验设备，让学生接触学科前沿；增加综合性、自主性的实验，留给学生自主设计实验的空间；增加学科交叉性的实验，促进相关专业推陈出新和协同发展；基于现有科研条件，将成熟科研成果设计成综合性实验[15]；增加工具软件的实践教学，如MATLAB、SPSS、Origin、Visio等，为以后的课程设计、毕业设计(论文)、就业或研究生就读打好基础。郑州大学力学与安全工程学院(以下简称“我院”)最新修订的安全工程专业人才培养方案从2019级开始实施，增加了一些专业课程的实验学时比例，并增加了新的实验项目。如专业核心(公共)课程“安全人机工程”“机械安全工程”，之前总课时均为48学时，实验各占8学时，新修订后为总课时各36学时，实验各占12学时；专业核心A(工程安全方向)“土木工程材料”之前总课时为64学时，且没有开设实验，新修订后总课时为50学时，实验占6学时；专业核心B(设备安全方向)“机械工程材料”新修订后实验学时增加2学时；专业拓展“燃烧与爆炸理论”的实验课时跟之前相比新增4学时，达到12学时；专业拓展“设备与结构安全分析”之前总课时48学时，实验占16学时，新修订后总课时为38学时，实验占18学时，等等。修订后的最新培养方案实验学时占比增加，更加注重学生实验能力的培养。

(2)创新课程设计教学：教师在前期理论课程中提前布置课程设计任务，使学生边学习、边设计，减轻后期压力；多人或多地点指导课程设计，组织学生到相应的企业参观实习(一般与生产实习结合在一起进行)，即带着任务、问题去学习和实践；选题实际化、多样化，要求学生选的课程设计能够进行实地考察，或者结合生产实习进行课程设计，保证课程设计的真实性、实用性[16]。我院从2019级开始实施的最新修订的安全工程专业人才培养方案中，实践教学比例增加，更加注重学生实践应用能力的培养，新增各占24学时的“安全人机工程课程设计”“工业通风与除尘课程设计”，与在郑州和洛阳等地进行的金工实习、认识实习和生产实习相结合，保证课程设计的实践性和应用性。

(3)加强专业实习管理。构建“安全教育—基础实训—综合实习—拓展实习”的实习教学体系[9]；召开实习动员会议，端正学生实习态度；分批次安排，保证集中实习与某些课程中的分散实习相结合，保证理论教学和实践教学的衔接和配合；利用实习监督管理软件进行全过程控制，如校友邦软件，最终实现实习教学的系统化和规范化[17]；完善考核激励机制，考核成绩应综合反映学生在各个实习环节的表现，包括平时成绩、实习日记、实习报告、现场答辩等；划分考核等级，对优秀学生给予表彰。

(4)提高毕业设计(论文)质量。通过提前选题，为毕业设计(论文)打好基础，保证题目质量；对学生的文献综述、开题报告等开题过程进行检查与指导；通过“多对多”联合指导、加强督促力度等对论文中期进展进行把关；通过反复修改论文、加强毕业设计(论文)成绩考核、规范答辩过程、保存和归档资料等工作，加强后期管理。

(5)鼓励创新项目教学。鼓励学生跨专业、跨院系组队参加各类竞赛，使学科竞赛与课程教学相辅相成；鼓励学生提前加入教师的研究课题，通过申请专利、发表学术论文等方式，培养其科研和创新实践能力；建立学科竞赛创新学分制度，激发学生的参与积极性。我院每年组织学生参与大学生创新创业训练、创业实践项目，以及挑战杯中国大学生创业计划竞赛、中国大学生机械工程创新创意大赛、全国大学生结构设计信息技术大赛、中国机器人大赛等，以培养学生的创新实践能力，并鼓励其发表相应的学术论文、申请专利等。

层次化的实践教学体系总结，如图2。

图2 层次化的实践教学体系

2.2 专业化的实践教学平台

(1)实验教学中心。学校和学院要加大经费投入构建实验教学中心，包括理论基础实验的开放实验室、专业特色的专业实验室和虚拟仿真实验室，保证实践教学的硬件条件，提高专业知名度；加强实验室的管理工作，各环节规范化；保证实践教学的软件条件。

(2)实习教学基地。学校和学院需结合自己的办学特色建立一批稳定的实习基地；学校和学院可优先为基地单位推荐优秀毕业生就业；聘请企业专家为校外指导老师，参与学生的培养方案设置、实习指导等工作[2]。

(3)创新实践俱乐部。学校可以跨学校、跨院系、跨专业成立创新实践俱乐部，为学生提供创新竞赛、创新培训、专题讲座、成果展示和学习交流等服务，还可以为其提供技术交流和经费支持，扩大学生的知识面，将专业基础知识应用到实际中去，学生也利用专业知识开拓思路、进行创新性研究[13]。

2.3 多元化的“协同育人”机制

(1)校企联合。学校和学院建立一批稳定的实习基地，签订长期合作协议；企业深度参与专业实习，为学生提供实习条件，学生也深度参与到实际的生产项目中去；企业深度参与课程设计，根据实际需求，为学生选题、课题内容提供指导；学校与实习单位一起讨论并制定培养方案、实习计划和实习内容[18]。

(2)校校联合。兄弟院校之间进行合作办学，充分发挥各自的办学特色和教育优势；定期开展交流会，交流教学现状，协商制定培养方案；互换教师资源，老师定期去合作院校进行讲课；互换学生资源，选拔优秀学生联合培养，成立学分互认机制；互换实践资源，如实验室和实习基地等；联合组织开展学科竞赛、夏令营等实践创新项目，构建“协同育人共同体”。

(3)国际合作。加强同国外高水平大学、顶尖科研机构的校际学生交流互换活动，促进中外优质教学模式的互学互鉴；通过本科生联合培养、拔尖人才国际班、夏令营等多种形式，培养学生的国际化视野；采用教师交流访问、联合授课机制，促进教学内容和方法的优化；联合举办国际本科生赛事，为国际合作提供平台；共同制作专业在线课程使师生受益，提升本学科的国际影响力[19]。比如我院的香港理工大学创新人才培养访学计划、德累斯顿工业大学暑期课堂项目等。

2.4 混合式的实践教学“金课”

(1)高水平的“金师”团队。教学名师、任课教师和实验老师共同组成实验教学团队，定期开展教学研讨，改进实验教学手段和方法[4]；组建专业实习教学团队，包括专业负责人、专业教师、企业技术人员在内，在职称、工程实践经历等方面形成梯队[20]；组建毕业设计(论文)教学团队，成员包括本院指导教师、跨专业指导教师、相关领域专家、外校指导教师、企业工程师等。我院在学生本科毕设答辩时，邀请企业安全领域专家进行现场打分和专业指导，以提高毕业设计(论文)质量。

(2)多元化的“金讲”课堂。利用新型多媒体、虚拟现实(VR)平台、翻转课堂、情景教学法、直观演示法等新型教学手段[21]，使课堂“活”起来；通过专业实验课与教师课题相结合，生产实习为课程设计提供数据，毕业实习指导毕业设计(论文)等，实现产、学、研、用的互动相长；充分利用线上教学平台，应对疫情时的“停课不停教、停课不停学”，形成“线上交互学习、线下高效课堂”的弹性制教学。我院根据疫情情况及时调整教学方案，与“中国大学MOOC”“郑州大学厚山学堂”“学习通”“长江雨课堂”“超星直播”“腾讯会议”等多种线上教学平台相结合，以保证学生能够随时随地上课，稳步推进教学进度。

(3)专业化的“金材”指导。根据最新教育战略计划，结合行业发展前沿，修改实践课程大纲等指导性文件；编写专业实验教材，以让学生提前预习，避免学生做实验时不知所云；编写课程设计教材，包括设计的要求、内容和步骤，结合案例解读课程设计的各个环节，严格规范撰写和格式要求，以方便教师辅导和学生自学[15]；编写专业实习教材，将实习计划、实习内容、成绩评定方法等打印成册，为指导本专业师生有序开展专业实习提供参考。

安全工程专业本科实践教学改进方案，如图3。

图3 安全工程专业本科实践教学改进方案

3 结论

(1)各高校安全工程专业本科实践教学(专业实验、课程设计、专业实习、毕业设计)的各个环节、多个方面存在着诸多薄弱环节，与新时代背景下对安全工程专业实践和创新能力的高要求还有一定差距。

(2)可通过构建层次化的实践教学体系、建立专业化的实践教学平台、制定多元化的协同育人机制、打造混合式的实践教学金课，逐步培养学生的实践创新能力，提高安全工程专业本科实践教学效果。

(3)文中提出的实践教学改进方案具有综合性、系统性、全面性等特点，有助于各高校对安全工程专业的本科实践教学进行多维度、高质量的改革和创新，从而提高学生的创新实践能力和高校的实践教学水平。