基于工程教育专业认证的课程教学改革探索——以“工业特种设备安全课程”为例

张术琳讲师 严 翔 鲁 义教授 施式亮教授 李 贺副教授

(湖南科技大学 资源环境与安全工程学院,湖南 湘潭 411201)

0 引言

工程教育专业认证是对工程教育专业的质量、标准和教学效果进行评估和认证的制度[1]。通过专业认证,可以评估和认定工程教育专业的质量和水平,提升学生的综合素质和竞争力。当下,社会对人才的需求日益增加,为增强学生的就业能力和社会认可度,专业认证也对学生培养提出更高的要求[2]。在工程教育专业认证的三大核心理念(学生中心、成果导向/基于产出/目标导向、持续改进)中,持续改进推崇在实践中不断改进,在改进中取得发展,提高人才培养质量。工业特种设备安全课程作为安全工程专业的核心课程,它的教学改革不仅关系到课程的教学质量,更关系到学生的职业素养培养。

湖南科技大学安全科学与工程学科是湖南省“双一流”建设学科、2次通过国际工程教育专业认证、获批国家级一流本科专业建设点。工业特种设备安全课程是湖南科技大学安全工程专业的专业基础课,具有很强的理论性和实践性。设置该课程是为了让学生了解工业特种设备安全的相关知识,提高学生的安全意识,培养学生的实践能力。但是,由于该课程内容涉及范围广、实践性强,采用传统的教学模式会导致教学质量低下,学生难以理解和掌握特种设备的相关知识。

为此,笔者结合自身教学经历对课程教学现状进行分析,找出教学过程中存在的问题,并从教学模式、实验实践教学、考核评价3方面进行改革,旨在提升教学质量,培养学生在工业特种设备安全管理和应急处置方面的能力,为今后学生从事相关工作打下基础,以期为工业特种设备安全课程的教学改革提供参考和借鉴。

1 教学现状及存在的问题

(1)与社会需求脱节。工业特种设备具有涉及领域广、专业性强、技术复杂等特点,对于从业人员的综合素质有着较高的要求。然而,当下许多特种设备使用及维护单位缺乏具备风险识别、隐患排查和危机处理方面能力的高水平应用型人才,从业人员普遍学历较低,综合素质不高。学生在日常学习和生活中很少接触工业特种设备,难以切身了解特种设备。同时,受各种条件限制,学校只能开展一些基础的室内验证性实验。这导致学生实践能力偏低,学生无法将基础理论知识和实际问题充分结合,与社会需求脱节,培养的学生无法满足社会对此类人才的需求。

(2)教学模式落后。传统的教学模式中,教学资源主要以教科书和教师课件为主,缺乏多样性的教学资源,难以满足不同学生的学习需求和学习习惯。在工业特种设备安全课程教学中,主要还是以填鸭式教学为主,这种教学模式多依赖于教材内容,学生被动接受知识,缺少对课堂上所讲内容的思考,课堂上缺少师生间的互动,难以激发学生的学习兴趣和主动性[3]。同时,工业特种设备安全是一门与工程实际密切相关的课程,填鸭式教学缺乏工程实践和安全管理等方面的教学内容,难以培养学生的实践能力,可能导致学生在未来实际工作中应对能力不足。

(3)实验教学效果欠佳。传统实验教学模式往往只注重基础理论知识的演示和验证,而忽视实际应用的重要性。学生只能在受限的实验室环境下,进行实验步骤的操作和实验结果的观察,缺乏对实验原理的深入理解,难以切实体验将所学知识应用于实际工作场景中。同时,大多数高校教师的职业生涯主要在教学和科研环境中度过,接触和参与实际工业特种设备操作和管理的经验较少,缺乏对实际场景和设备操作流程的了解,对学生专业实践能力及综合素养能力的培养往往力不从心。相对薄弱的实验教学环节,大大限制了教学效率的提升,并制约了学生实践能力的发展[4]。

(4)课程考核体系滞后。当前课程考核方式主要以传统的笔试为主,分数权重分配为平时成绩占30%、期末考试占70%。而期末考试的内容主要是课本的知识点,如名词解释、简答题等过于单一的考题形式,这仅仅考查学生对知识点的记忆程度,缺乏对学生案例分析、安全管理、实践操作等能力的考察。这种情况导致学生将考试视为重中之重,学生只需将知识点死记硬背就能通过考试并取得高分,而忽略对基础知识点的深入理解以及动手实践能力的培养。这种考核方式无法考查学生是否真正理解所学知识,是否具备将所学知识应用到实践的能力,无法全面考核学生的综合素质[5]。

2 教学改革探索与实践

2.1 教学模式改革

(1)网络教学。网络教学平台可以支持学生和教师之间的实时互动。学生可以通过慕课、知网、万方等平台进行自主学习并及时反馈学习进展及遇到的问题,教师可以充分利用手机APP,如QQ、微信、超星学习通等软件,进行网络在线答疑、布置课程作业等,以节省课堂时间,提高教学效率。除此之外,网络教学可以根据学生的时间和地点灵活安排学习,学生可以在自己的节奏下找到适合自己的学习方式。同时,网络教学还可以根据相关法规修订随时进行课程更新和修改,保证课程内容的及时性和有效性。因此,在工业特种设备安全课程中采用网络教学可以有效提高教学质量和效率。

(2)案例教学。将案例教学引入到课程中,通过分析和讨论真实的工业特种设备事故案例,帮助学生理解风险和隐患,并学习实际案例中的经验教训和应对策略[6]。这种教学模式将传统的以授课教师为中心转变为以学生为中心,不局限于书本知识,将书本知识通过案例分析应用到实际当中,达到学以致用、知行合一的效果[7]。案例教学主要分为3个阶段:首先,教师提前一周以任务驱动的方式将案例安排给学生,如湖北祥燃公司7.14压力容器爆炸事故、辽宁盘锦浩业化工1.15管道爆炸事故、广东阳春轧钢厂5.9起重伤害事故等特种设备事故案例,同时,教师提出一些引导性问题,引导学生进行思考;其次,学生以5人为一组在课下进行案例分析,并进行相关数据的整理和归纳;最后,每小组制作PPT并派代表在课堂上进行演示,讲解对案例的归纳和总结,梳理案例中的关键点和教训,提出小组的思考和感悟。教师可以对学生的总结进行点评和反馈,并与学生一起总结案例教学的主要收获和启示。

(3)双师型融合教学。当前工程教育类专业教师大部分是名校应届博士毕业生,其学科知识较扎实且具有较强的学术研究能力,但缺乏实际指导经验[2]。因此,通过将校内教师和校外专业人士(如工程师、行业专家)结合起来,形成双师型融合教学,更有利于全面培养学生。其中,校内教师负责专业知识的传授,保证教学内容的准确性和完整性;校外专业人士作为实践导师,分享他们的实践经验、行业洞察和最新发展动态,引导学生如何将理论知识应用到实际工作中。同时,学校还与校外企业建立合作关系,邀请行业专家参与教学、开展讲座等,并且组建教学团队。近几年,学校要求涉特种设备的老师考取特种设备作业人员资格证;同时,学校资源环境与安全工程学院和湘潭市特种设备检验检测研究院合作,邀请企业高级工程师和相关专家走进课堂,开展座谈会,将课堂内容与企业现场紧密相连[8],为学生提供珍贵的实践经验和行业洞察,帮助学生更好地理解特种设备安全管理工作。

2.2 实验实践教学改革

(1)开展虚拟仿真教学。由于工业特种设备的特殊性,学校实验室难以满足该课程实验的需求,并且在实际操作过程中存在一定风险,导致相关实验难以顺利开展。而虚拟仿真实验不仅可以避免这些风险,还可以模拟真实的场景和操作过程,为学生提供全面、便利、安全的实验平台[9]。学生主要通过国家虚拟仿真实验教学项目共享服务平台进行学习,例如,“爆炸冲击下特种车辆防护与乘员损伤力学虚拟仿真实验”“锅炉启动操作虚拟实验”“燃气、电厂、流化床锅炉虚拟仿真实验教学项目”等虚拟仿真实验,如图1。该实验平台可以让学生切实了解工业特种设备的生产过程和工作原理,提高实践教学质量,有助于培养学生成为统筹安全和生产的高水平应用型人才。同时,采用虚拟仿真教学平台还可以降低教学成本,提高教学效益[10]。因此,在工业特种设备安全课程中采用虚拟仿真教学可以在保证学生安全的前提下,提高教学质量和学生的实践能力。

图1 锅炉启动、燃烧虚拟仿真实验平台Fig.1 Boiler startup and combustion virtual simulation experiment platform

(2)推动实践教学。实践教学(实习基地)是让学生接触真实工业特种设备并现场操作的一种教学模式。学校依托地方优势,与多家企业签订专项实习基地协议,建立长期合作关系。在课堂授课结束后,组织学生前往相关企业进行实践参观,学生可以跟随专业人员进行实践操作,了解真实工作环境和操作方法,学生还可以与企业相关责任人进行交流,如图2。在实践过程中,学生可以提出问题并了解理论知识在实际场景中的应用,从而更直观和深入地认识和理解特种设备。实践教学旨在让学生深入了解特种设备的工艺过程、主要设备结构及用途、安全管理、企业的双重预防体系等方面的知识[2]。

图2 实习基地实习展示Fig.2 Internship display at the internship bases

2.3 考核方式改革

为更全面地评价学生的综合素质,需采取多样的考核方式。工业特种设备安全课程期末考试中减少记忆性的考试内容,加入工程实际问题、案例分析、实验实践等相关知识。课程考核的平时成绩分为课堂考勤、作业讨论、实验实践考核3部分,评分占比分别为20%、20%、60%。课程目标成绩评定包含:课程目标一,工业特种设备的基础知识、安全管理、安全装置、安全技术、检测检验、常见事故原因及控制措施,以及典型事故案例分析;课程目标二,锅炉、压力容器的强度设计;课程目标三,工业特种设备相关的法律、法规、规章、标准等。考核成绩根据不同课程目标占比而不同,具体课程考核评分细则,见表1。

表1 课程考核评分细则Tab.1 Course assessment and scoring rules

调研中国矿业大学(北京)该课程考核情况可知,该校考核总成绩为期末考试(占70%)和平时成绩(占30%,随堂测试与考勤、平时作业、实验各占1/3)的和。其中,该校的实验部分是考核学生对金属材料硬度和厚度的测试原理与操作方法,成绩采用百分制,根据实验完成情况评分。借鉴此考核方法,本专业在实验考核部分新增动手技能达成度的考核,同样采取百分制,如本专业实验安排了磁粉探伤仪实验操作,其评分细则,见表2。通过这项考核,可以确保学生在实践中具备必要的技能和能力,为其未来从事特征设备相关的工作提供坚实的基础。

表2 实验操作考核细则Tab.2 Experimental operation assessment rules

2.4 改革效果评价

学校在工程教育专业认证背景下对工业特种设备安全课程进行教学改革探索,在教学模式中,增加网络教学、案例教学、双师型融合教学等教学环节;在实验实践教学中,建立虚拟仿真教学、推动实践教学(实践基地);在考核评价中,增加了案例、实践考核等考试内容,以及实验动手技能达成度的实践考核内容。通过改革探索,活跃了课堂气氛,调动了学生的学习热情,实现了将理论教学与实践应用相结合,使得工业特种设备安全课程的教学效果得到有效提升。

以2018、2019级学生为例,对比改革前后学生的学习成绩,包括考试成绩、作业成绩、实验成绩和实践情况,毕业生就业、考研情况,改革后学习成绩具有不同程度的提升。考试平均分由80.56分提升至84.15分;作业成绩和实验成绩中,优、良的评级也得到明显增加。改革后,学生积极参加创新竞赛,如学生研制的“光学一体双模式智能甲烷检测仪”在第八届挑战杯湖南省大学生课外学术科技作品竞赛中获得特等奖;学生参与研发的“一种用于隧道除尘的可移动湿式除尘车”获得第十五届全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛三等奖。同时,多项校级科研训练项目获得立项,如学生主持的“二氧化碳气瓶重量监测报警装置”等获得湖南科技大学校级大学生创新创业训练计划项目立项。利用网络平台、教学APP发布调查问卷、学生自评等进行学生满意度调查,学生反映改革后的教学模式能更好地帮助自己掌握理论知识与实践技能,实现理论与实践相结合,学生对改革后教学模式的满意度极高。通过追踪学生毕业后的就业情况和就业反馈,学生从事特种设备相关领域工作的人数得到提升;通过一些企业的反馈,学生实践能力突出,安全意识强,能很快适应企业的安全生产工作。

3 结论

工程教育专业认证注重学生的综合素质和能力培养,通过评估学生的知识水平、实践创新能力和综合素质等方面,增强其就业能力和社会认可度。在工程教育专业认证的背景下,提高工业特种设备安全课程的教学质量对学生的综合素质和能力培养具有重要意义。为此,笔者通过从教学模式、实验实践教学、课程考核3个方面进行改革探索,获得如下结论:

(1)网络教学可以增加师生的实时互动,有效提高教学质量和效率;案例教学可以调动学生的主动性,提高学生的逻辑思维和分析能力;双师型融合教学可以保证教学内容的准确性和完整性,同时还可以了解实践经验、行业洞察和最新发展动态。

(2)通过虚拟仿真实验教学模拟真实的场景和操作过程,解决工业特种设备安全课程实验的局限性;建立实习基地,让学生亲身接触工业特种设备并现场操作,使学生深入了解理论知识在实际场景中的应用,从而更直观地认识和理解特种设备。

(3)工业特种设备安全课程期末考试题中减少记忆性的考试内容,加入工程实际问题、案例分析、实验实践等相关知识,提升学生对知识的理解度;增加动手技能达成度的考核,确保学生在实践中具备必要的技能和能力,为其未来从事特征设备相关的工作提供坚实的基础。

(4)在工业特种设备安全课程教学改革探索中,对课程现状及教学过程存在的问题进行分析,通过丰富教学模式、完善实验实践教学、优化课程考核评价方式,有效地提升教学质量,帮助学生更好地掌握工业特种设备的基本知识,并能够将其有效应用于实践中解决复杂的工程问题。通过不断地改进和完善教学形式,使课程达到工程教育认证发展要求的目标。