基于认知主义学习理论的《安全检测与监控》课程教学改革与实践

李阳　亢永　康健　代濠源

[摘要]针对当前《安全检测与监控》教材重理论轻实践、与应用型人才培养目标不匹配、教学手段较为单一学生被动式学习、理论与实践相脱节难以展示火灾、爆炸等真实场景、学习过程量化考核不足等问题，从教学内容、教学方式、评价方式等方面开展改革，满足复合型、创新型安全工程专业人才培养要求。

[关键词]安全检测与监控；认知主义学习理论；教学改革

[中图分类号]G40      [文献标识码]A

[DOI]：10.20122/j.cnki.2097-0536.2024.01.053

一、当前课程教学存在问题

《安全检测与监控》是安全工程专业开设的一门专业必修课，适用于安全工程专业大三学生。近年来，一些高校围绕各自办学特色，针对《安全检测与监控》课程做了部分教学改革。虽然是同一门课程，由于专业背景差异较大，人才培养侧重点有所不同，因此兄弟院校此课程的教学改革成果难以直接应用于本课程中[1-4]。目前我校本课程教学存在以下几方面问题，一是教学内容中理论推导较多，既晦涩难懂也与培养具备检测、评价等基本能力和素质的应用型人才培养目标不匹配；二是授课方式以课堂讲授为主，辅以简单的实验，教学手段稍显单一，互动性不够强，学生参与课堂不够；三是课程需要分析可燃、有毒、腐蚀等危险物质的温度、压力、气体浓度等参量，现有的演示性实验、视频展示和验证性实验难以达到良好的教学效果；四是缺乏对学习过程的量化考核，难以调动学生的积极性和主动性。

认知主义学习理论指出学习是主动的发现并形成认知结构的过程，通过发现学习而获得知识，通过有意义的学习将知识转换成构建认知的一部分，再通过学习评价完善认知的构建[5-6]，学生不应是被动、消极的知识接受者，而应该是主动、积极的知识探究者。这一理论与当前“以学生为中心”的现代教学理念不谋而合，是指导课程开展教学改革的有力理论支撑。针对当前《安全检测与监控》教学中存在的问题，围绕认知主义学习理论，对本课程教学内容、教学方式、评价方式进行改革，对激发学生学习动力、调动学生学习的主动性、积极性将非常有意义。

二、课程教学改革思路

一是整合教学内容。依据认知主义学习理论，调整现有教学内容，减少理论推导，更新涉及的法规与标准，进一步扩展应用层内容，体现学习过程中学生的主体作用，激发学生学习兴趣。

二是改进理论教学模式。在认知主义理论的指导下，将线上教学与线下教学相结合，选择合适的学习模式，适应学生的认知特点，引导学生自主理解并接受知识，实现“有意义的学习”。

三是改进实践教学模式。将VR技术引入实践教学环节，在认知主义学习理论的指导下，给学生提供具有交互功能且贴近实际的实践教学场景，加深学生现实体验感、加深对知识的理解。

四是完善课程考核方式。进一步加大过程性考核力度，借助“蓝墨云”平台，把学习过程通过量化的形式纳入考核范围，引导学生积极参与全过程的课程学习，实现“发现学习”。

三、课程教学改革措施

（一）整合教学内容

我校安全工程专业选用教育部高等学校安全工程学科教学指导委员会组织编写的《安全检测与监控》作为课程的教材，通过前期教学改革已将主要内容调整为绪论、过程参数检测与监控、气体检测与监控、工业噪声检测、无损检测技术、火灾信息检测与监控等6个章节。但是当前教材中大量篇幅介绍各类传感器的工作原理，涉及工程热力学、工程动力学、材料力学、电路等专业知识，内容晦涩难懂，且大部分基础知识与本课程目标不匹配，如果将此部分内容作为重点，将大大降低学生的学习兴趣。

认知主义学习理论认为，学生不是被动、消极的知识接受者，而是主动的、积极的知识探究者。为进一步体现学习过程中学生的主体作用，作者打破现有教材章节设置，围绕课程目标，重新选择并组织教学内容，淡化理论推导部分，并对现有教材中涉及的标准、规范等进行更新，基于认知主义学习理论，使学生通过发现学习获得知识，形成安全检测与监控的整体概念。如将第三章第六节“传感器设置与维护”中涉及的国家标准《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》（GB50493-2009）更新为《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计标准》（GB/T50493-2019），进一步明确了传感器安装要求，细化了安装准则。

（二）改进理论教学模式

在认知主义理论指导下，作者对本课程每一章节的知识点进行分解，通过“蓝墨云”平台选择合适的学习模式，适应学生的认知特点。在备课中将每一章节的知识点按难易程度分类，借助“蓝墨云”班课提前将本节课授课概要上传到“资源”中，通过课前测试使学生提前学习并掌握基本概念，借助问卷调查、投票、头脑风暴等，将关键知识点抛出，并引导学生主动思考，让学生“发现学习”；线下教学主要对难以理解的知识点和学生课前反映比较集中的问题进行有针对性的讲解，用实例吸引学生兴趣，引导学生自主理解并接受知识，实现“有意义的学习”；通过自我展示、小组讨论等方式充分表达自己的观点，存在的疑问也会通过二次学习与反复讨论之后解决，有助于加深学生理解，将知识真正纳入学生的认知构建中，同时采用课中测试、课后作业、易错内容回顾等方式进一步巩固学习成果。

（三）将VR技术引入实践教学

本课程所授内容主要为生产过程参数检测与监控方法，如正常生产过程中温度、压力、流量、物位、气体浓度等的检测与监控以及泄漏追踪检测等。考虑安全性，难以带领学生到企业一线参观或动手实验，当前开展的演示性实验和验证性实验均与实际存在较大差距。认知主义学习理论认为良性的外部刺激有助于激发学生学习兴趣，更好的开展“发现学习”。根据上述理论，本课程将VR技术（虚拟现实技术）引入教学环节中，对教材中的内容进行提炼，在认知主义学习理论的指导下，开发了木制家具厂打磨车间、喷漆车间、典型市政有限空间、饲料厂粉碎工段等场景，可对场景隐患排查中涉及的法律法规、标准规范、检查方法、安全生产现场隐患辨识、排查等知识进行学习；同时运用三维建模、特效动画展示的方式，可对有毒有害气体检测仪的工作原理、结构组成等内容进行VR教学。

（四）完善考核方式

认知主义学习理论主张要查明学习者的学习心理基础，通过激励学生提高自己才能的欲求，从而提高学习的效率；同时还要分析学习者，对学生的学习效果加以评价，以便确定如何设计教学才能够达到最佳效果。《安全检测与监控》最初采用平时成绩50%、考试成绩50%的方式进行考核，其中平时成绩中考勤5%、实验20%、课后作业5%、课堂贡献20%；调整后采用平时成绩（课堂表现、随堂测验、课后作业、课程报告）、期末考试相结合的考核方式。其中平时成绩=课堂表现（20%）+随堂测验（5%）+课后作业（5%）+课程报告（实验）（20%）。学生整个学习过程中的状态直接决定了课程知识点掌握情况，与课程成绩正相关，是课程学习效果较为客观的重要判断依据。为较好的对学生学习过程开展评价，增加了“随堂测试”比重，借助“蓝墨云”平台将授课过程中阶段性测试结果纳入考核，作为学生知识掌握程度的过程化量化指标，欲通过此种考核方式使学生注重平时知识的理解和掌握、有效避免考前突击的现象。

“蓝墨云”经验值较高的学生，绝大部分总评成绩较高。“蓝墨云”经验值与学生主动参与课堂讨论、认真学习教学材料、按时完成课后作业、高质量完成随堂测试等紧密相关，是学生日常学习态度的直观表现，也客观反映了学生日常知识点掌握的情况。通过分析对比，直接验证了学生平时成绩与总评成绩正相关的设想，改进后的考核方式初步实现了学习过程化考核的目的。

教学改革前后两个教学班总评成绩分布（如图1所示），通过对比可明显看出，完善考核方式后，由于进一步注重学生平时学习效果的累积，成绩更为客观；与去年教学班成绩分布相比，更符合正态分布。

四、结语

按照复合型、创新型安全工程专业人才培养及安全工程专业认证的要求，根据专业培养方案，开展基于认知主义学习理论的《安全检测与监控》课程教学改革与实践探索；通过整合优化现有授课内容，将线上课堂与线下课堂相结合，把VR技术引入实践教学环节，加大过程性考核力度等方式，使课程实现既注重基础又突出实用的目的；令学生能真正掌握安全检测与监控的方法，能够运用仪器设备正确有效的收集安全状况信息，掌握现场设备运行状态，具备一定安全检测监控系统设计能力；有助于培养具有高度社会责任感和良好科学、文化素养，系统掌握安全工程专业基础理论、专业知识，富有创新意识和工程实践能力，德智体美劳全面发展的高素质应用型人才。

参考文献：

[1]王凯，蒋曙光，吴征艳.安全监测监控课堂教学实训演练的教学改革[J].黑龙江教育（高教研究与评估），2018（4）：17-19.

[2]王凯，蒋曙光，吴征艳，等.煤矿安全监测监控课程教学改革及效果分析[J].当代教育理论与实践，2015，7（2）：42-44.

[3]阮毅，光磊.《安全检测与监控》课程改革思路探讨[J].化工管理，2018（34）：14-15.

[4]曹礼梅，杨骥，丁雷，等.凸显“化工－环境”特色的安全检测与监控本科课程建设探索[J].化工高等教育，2018，35（6）：55-59.

[5]谢婧.认知主义学习理论概述[J].文教资料，2016（28）：101-102.

[6]于晓娜.行为主义、认知主义、建构主义理论指导下的英语词汇教学理论探究[J].林区教学，2014（8）：60-61.

基金项目：本文系2020年北京市石油化工学院教育教学改革与研究重点项目，项目名称：基于认知主义学习理论的安全检测与监控课程教学改革与实践（项目编号：ZD20201003）

作者简介：

李阳（1984.4-），女，汉族，北京人，博士，讲师，研究方向：安全生产信息化技术；

亢永（1978.12-），女，汉族，安徽宿州人，博士，讲师，研究方向：公共安全管理；

康健（1984.2-），女，汉族，吉林辽源人，博士，副教授，研究方向：安全工程范式教学；

代濠源（1989.9-），男，汉族，河南淮阳人，博士，讲师，研究方向：安全工程范式教学。