安全一流学科多层次创新能力培养实验教学体系的构建与实践

裴晓东 仲晓星 刘晓斐

［摘 要］基于更好培养学生创新精神和实践能力的需要，有效支撑安全“双一流”学科建设，文章构建了“基础+选修+研究+拓展”融合的安全一流学科多层次创新能力培养的实验教学体系。采取个性化、研讨式实验教学的培养模式，采用案例实战教学和竞赛引导式教学法，实现了分层次阶梯培养和一流学科科研反哺教学；注重学生个性发展，培养学生自主学习和实践创新能力。实践证明，该创新实验教学体系明确了学生在实验教学中的主体地位，显著发挥了学科交叉优势，并在教学方式方法的改革及创新型人才培养模式的形成与发展中起到了促进作用。近年来，实验实践教学取得了良好的成效。

［关键词］安全一流学科；创新型；开放式；实验教学体系；教学效果

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 2095-3437（2023）09-0009-04

根据国家有关部委关于推进教育现代化、教育强国工程等指导思想和实施方案的相关要求[1-2]，科学的教育发展观的核心是提高质量，先进的教育质量观的核心是全面发展，并强调要努力把提高学生的学习、实验、实践和创新能力的培养放在十分重要的位置。新工科建设的内涵指出，创新人才的培养需要学生掌握应对变化、塑造未来的能力，需要通过有效的继承创新、交叉融合和共享，成为具有多元能力和创新型的卓越工程人才[3]。高等院校实验实践课程是培养学生实践动手能力，开发学生创新意识、创新思维的主阵地[4-5]。目前，国内外越来越多的高校将实验课程体系化，并大力开展全天候、开放式教学模式的改革与实践，如哈尔滨工业大学、南京邮电大学、中山大学等高校专门设立了相关实验课程开放式教学实践改革试点[4-7]，并取得了非常有益的效果，大大促进了实验优质资源共享，鼓励本科生积极走入实验室开展实践创新活动，学生的实践和创新能力得到全面提高。

中国矿业大学近年来在学校层面出台了一系列关于提高本科教育教学质量和开放式实验教学的相关文件，旨在切实推进实验室开放共享和开放式实验教学模式的改革和实践[8-10]。但总体来说，目前相关的工作还处于发展建设阶段，需要进一步紧密结合教育方针政策，在教育部门的引导支持、广大教师的积极参与下，逐步深入开展多层次创新能力培养的实验教学体系创新改革和建设，以期为学生创造良好的创新实验教学环境，满足创新教育、全面教育、新工科要求以及“双一流”学科建设要求。同时，初步实践智能化教学时代下的创新实验教学理念、教学范式及管理模式的变革[11]。

一、安全工程省级实验教学示范中心概况

中国矿业大学安全科学与工程是国家首批和新一轮“双一流”建设学科，安全工程实验中心依托安全科学与工程一级学科建设，最早的通风安全实验室始建于1954年的北京礦业学院，1982年在徐州建成通风实验室，2011年经江苏省教育厅遴选成为省级实验教学示范中心建设点，2015年通过江苏省教育厅验收，同时是矿业工程国家级实验教学示范中心（安全分中心）。经过几十年的不断建设，该示范中心在硬件设施、师资队伍建设、实验教学与科学研究等方面获得了长足的进步和发展。安全工程实验中心在建设发展中始终以培养高素质复合型安全工程创新人才为己任，逐步形成了以综合能力培养为核心，以实验实践教学为抓手，以科研创新为导向的先进教育教学理念，并在本科生培养、实验教学改革、科研和对外交流方面均取得了显著的成绩。在本科生培养方面，该示范中心开创性地将各门专业课的实验内容集中在一起独立授课，通过对整个实验教学体系和教学内容的优化整合，逐步探索和建立了一个体系化、创新型、开放式的安全一流学科多层次创新能力培养的实验教学体系。

二、多层次创新能力培养的实验教学体系探索和建立

考虑到安全学科不同实验课程类型、项目性质和来源的不同，以及学生基础的个性差异等，同时为了更好地集聚教学和科研资源，更大限度地发挥“双一流”学科优势，优化整合了各专业特色内容，调整不同类型实验课时，提升综合性、探索性、设计性，构建了“基础+选修+研究+拓展”融合的安全一流学科多层次创新能力培养的实验教学体系（见图1）。

该实验教学体系具有如下三个特点。

（一）融合“三条主线，四个层次”

三条主线即安全工程专业方向、消防工程专业方向和职业卫生工程专业方向；四个层次即基础型实验、专业选修型实验、专业研究型实验和科研拓展型实验。

（1）本科生在完成前4个学期的通识基础课程学习后，首先以学科方向的基本物理、化学量测量和基本实验技能的训练为目的开展学科基础型实验，安全工程、消防工程和职业卫生工程专业不分方向，共同开展，为第一层次的“安全基础实验”[12]。

（2）分别开设“安全工程专业实验（1）”[13]、“消防工程专业实验（1）”和“职业卫生工程专业实验（1）”选修实验，这是多层次创新能力培养的实验教学体系中的第二个层次。这些实验以综合知识应用为目的，结合专业课程主要开设一些综合性、设计性的实验项目，通过实验加深对专业课程的理解并掌握与专业课程相关的实验技能和设备。

（3）开设“安全工程专业实验（2）”[14]、“消防工程专业实验（2）”和“职业卫生工程专业实验（2）”研究型实验。这些实验以提高学生综合能力为目的，运用开放性思维综合分析和解决问题。开设的实验项目具有一定研究性，以与学科有关科研课题相结合的形式进行更深层次的研究，并掌握其实验方法和实验思维。

（4）科研拓展型实验是面对全体本科生，并结合国家级、省级和校级大学生创新训练计划及“互联网+”“挑战杯”等高水平学科竞赛的要求，以项目驱动为载体，鼓励支持本科生早参与、高质量参与科学研究和技术开发、社会实践等创新实验实践活动，更好地提高学生的创新精神和实践能力。

（二）确定学生主体地位

（1）实行多层次开放式实验教学，让学生可以根据自身特点，在完成基础实验的前提下，自主选修不同的实验项目，重在启发实验思维能力和自主创新能力的培养。

（2）在传统实验教学方式的基础上，采用自主、开放、虚实结合、线上线下混合式等教学新方式，建立由实验教学课件流媒体资源、实验教学设备虚实平台资源、实验教学全天候开放共享平台等构成的实验实践平台，供学生自主学习、翻转课堂学习等。

（三）发挥学科交叉优势

将安全工程、消防工程和职业卫生工程三个专业的优势资源集聚在一起，为学生创造一个融合安全领域、消防领域和职业卫生防治领域的多维交叉实验实践创新学习环境。学生可以根据不同的专业方向和兴趣自主选择相关实验内容，激发学生自主学习的积极性及创新思维。同时，交叉融合的创新实验环境也能更好地满足实验教学实行分层次教学的需求，既确保了学生掌握基本实验技能、锻炼和培养实践能力的需要，又可以集中开展高层次、前沿性的科研创新活动，培养学生的创新能力。

三、教学方式方法的改革

为了配合建立安全一流学科多层次创新能力培养的实验教学体系，提高实验教育教学的质量，转变传统的实验教学模式，采用以学生为主体、教师引导辅助的教育教学方法，为学生创造自主学习、开放创新的新型实验教学模式（见图2）。主要包括以下3种教学方式方法改革尝试。

（一）个性化、研讨式实验教学培养模式

实行开放、弹性实验机制，在基础型实验完成后，鼓励学生个性化选择实验项目，通过查阅资料、提出问题、组成研讨小组、教师参与点拨和引导，形成安全、可行的实验方案，开展创新个性化自主实验。

（二）采用案例实战教学法

以案例的形式导入知识点，抓住学生的好奇心，引导学生自主实验，夯实基本技能，为学生提供质疑、探究讨论和自由表达的机会。

（三）采用竞赛引导式教学法

将竞赛模式贯穿实验课程考核的每一个环节，以赛促教、以赛促学，提升学生的学习兴趣，挖掘拔尖人才，积极组织学生参与各项创新实验实践赛事。

四、人才培养模式的确立

安全一流学科多层次创新能力培养的实验教学体系的建立和实践，进一步促进了安全科学与工程一流学科创新型人才培养模式与机制的形成和发展，主要体现在以下4个方面：

（一）执行分层次阶梯培养模式

“基础+选修+科研+拓展”融合的多层次创新能力培养实验教学模式，可以更好地结合学生的个性化差异，系统地、渐进地安排各阶段实验课程及实践操作，在保证全体学生学习任务完成的前提下，为优秀学生的成长提供自主开展实验的条件。

（二）开展提高人才培养质量的教学研讨模式

教师在教学中应紧密结合科研实践中的科技问题和重大需求与学生进行研讨，通过教、学互动，学、创结合，开展教学研讨，这既有利于促进解决科学研究中的问题，又培养了学生的创新能力，提高了人才培养的质量。

（三）实施科研反哺教学的模式，培养学生的创新意识

实验授课教师在教学过程中注意教学内容的更新，要求教师充分结合各自的最新科研成果，积极转化为科研拓展实验资源，保证“双一流”学科实验资源的前沿化，促进培养学生的创新意识。

（四）注重学生的个性发展，培养学生的自主学习、实践创新能力

好的实验教学体系及模式应满足学生的求知欲和个性发展，激发学生独立思考的精神，培养获取信息资源的能力，从而达到全面培养高素质人才的目的。

五、实验实践教学的初步成效

自开展安全科学与工程一流学科创新实验教学体系的探索与实践以来，在实验教学改革和创新人才培养方面取得了丰硕的成果。近年来，该中心获江苏省教学成果奖一等奖、二等奖各1项，中国煤炭教育协会教学成果奖10余项等。据不完全统计，持续建成国家级精品视频公开课1门、首批省级一流课程3门，获全国煤炭高等教育优秀教材一等奖1项，省部级科技进步奖二等奖以上科研奖25项，立项教学改革项目42项，发表高水平教学及实验研究论文87篇，出版或立项教材30余部。该中心持续或拓新建设产学研协同育人基地50余个（含美国、澳大利亚、波兰等海外实习基地5个，国家级工程实践教育中心2个）。组织引导本科生申报承担省级以上创新创业项目58项，获“创青春”“挑战杯”等国家级、省级赛事奖项21项。同时，通过全国高校安全科学与工程专业年会、江苏省安全工程专业联盟以及实验空间、教育部安全工程专业虚拟教研室等教学资源与共享平台，向全国进行了展示和推广，在安全学科专业建设和人才培养方面发挥了一定的引领示范作用。

六、结语

安全科学与工程一流学科多层次创新能力培养的实验教学体系的构建和实践有利于充分发挥实验实践教学在培养学生的创新精神和实践能力中的积极作用，形成实验实践教学与理论教学协同培养高素质创新人才的良好氛围，帮助学生获得更加全面的发展，这也践行了新形势下的教育发展观和教育质量观的要求。同时，在国内同类专业建设和教学中具有一定的推广和应用价值。

［ 参 考 文 献 ］

[1］ 国家发展改革委，教育部，人力资源社会保障部.关于印发《“十四五”时期教育强国推进工程实施方案》的通知（发改社会〔2021〕671号）[EB/OL].（2021-09-30）[2022-12-20]. http：//www.moe.gov.cn/jyb_xxgk/moe_1777/moe_1779/202109/t2021093

0_568460.html.

[2］ 中国人民共和国教育部.教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见（教高〔2012〕4号）[EB/OL].（2012-03-16）[2022-12-20].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/201203/t20120316_14667

3.html.

[3］ 钟登华.新工科建设的内涵与行动[J]. 高等工程教育研究，2017（3）：1-6.

[4］ 白泽朴，张继延.实验教学在创新人才培养中的作用及其实现[J]. 实验技术与管理，2019，36（7）：5-7.

[5］ 张爱然，姚有利，彭英健.以专业认证为导向的安全工程专业实践教学创新研究[J].安全与环境工程，2019，26（4）：161-164.

[6］ 陈省平，宁曦，韩墨香，等.多层次、多学科海洋科学实验教学体系的实践与探索[J]. 实验室研究与探索，2015，34（12）：185-188.

[7］ 王向荣，段军山，苏国强. 金融学“三级实践教学体系”的探索和实践[J]. 实验室研究与探索，2015，34（12）：189-192.

[8］ 夏有为.实验室功能：发现知识传播知识（一）  访中国矿业大学葛世荣校长[J]. 实验室研究与探索，2017，36（7）：1-3.

[9］ 夏有为.实验室功能：发现知识传播知识（二）  访中国矿业大学葛世荣校长[J]. 实验室研究与探索，2017，36（8）：1-4.

[10］ 夏有為.实验室功能：发现知识传播知识（三）  访中国矿业大学葛世荣校长[J]. 实验室研究与探索，2017，36（9）：1-4.

[11］ 裴晓东.身体回归：智能时代教学的内在逻辑与重塑理路[J]. 教育理论与实践，2022，42（1）：59-63.

[12］ 裴晓东，王亮，秦波涛.安全基础实验[M].徐州：中国矿业大学出版社， 2018.

[13］ 李增华，裴晓东，仲晓星.安全专业实验.1[M].徐州：中国矿业大学出版社， 2016.

[14] 裴晓东，朱建云，陈树亮.安全专业实验.2[M].徐州：中国矿业大学出版社， 2019.

［责任编辑：黄紧德］