[出处] 教育教学论坛_2022年第15期

杨轶芙 高玉坤 欧盛南

[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。