【摘要】對(duì)安全專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在兩個(gè)主要矛盾。結(jié)合瓦斯放散初速度測(cè)定實(shí)驗(yàn)，提出了針對(duì)性改進(jìn)措施。即從教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器的可視化改造和翻轉(zhuǎn)課堂思維的教學(xué)模式兩個(gè)方面著手，為推動(dòng)高校安全工程專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果和培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，為煤礦工業(yè)的安全、和諧發(fā)展提供教育和高水平人才支持。

【關(guān)鍵詞】實(shí)驗(yàn) ?教學(xué)儀器 ?教學(xué)模式 ?翻轉(zhuǎn)課堂

【基金項(xiàng)目】中國(guó)礦業(yè)大學(xué)課程建設(shè)與教學(xué)改革項(xiàng)目青年項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)： 2016QN44）;江蘇高校品牌專業(yè)建設(shè)工程資助項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)： PPZY2015a055）。

【中圖分類號(hào)】G64 ?【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2019）27-0237-02

為了培養(yǎng)具備煤礦安全理論與技術(shù)知識(shí)的高水平人才，為有效治理煤礦瓦斯災(zāi)害、實(shí)現(xiàn)煤礦安全、高效生產(chǎn)提供人力支持，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)和其他原煤炭系統(tǒng)的高校在安全與采礦相關(guān)專業(yè)的教學(xué)過(guò)程中，開(kāi)設(shè)了各種安全及災(zāi)害防治類的專業(yè)課，并將實(shí)驗(yàn)課程包含其中。這些課程是人們?cè)谂c礦井自然災(zāi)害作斗爭(zhēng)的過(guò)程中，不斷積累經(jīng)驗(yàn)、吸取教訓(xùn)、總結(jié)規(guī)律、建立理論、完善措施而逐漸形成的一門門課程，是礦業(yè)安全工程方向的核心內(nèi)容，在專業(yè)的教學(xué)活動(dòng)中具有十分重要的地位和作用。

隨著高校對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的日益重視和學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的推進(jìn)，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)于2012年在煤炭院校中率先開(kāi)設(shè)了《安全工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)》課程，用于各種實(shí)驗(yàn)的講授和操作，加深了同學(xué)們對(duì)理論與技術(shù)學(xué)習(xí)的認(rèn)識(shí)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)、提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力具有非常重要的意義。但是，在使用過(guò)程中也出現(xiàn)了一些問(wèn)題。本文就將針對(duì)安全專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題進(jìn)行分析和討論，以期為安全工程及其他專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)質(zhì)量的提高提供參考。

1.安全工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)目的

安全工程實(shí)驗(yàn)包括安全工程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和安全工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)兩部分。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的是使學(xué)生掌握安全科學(xué)與工程的基本實(shí)驗(yàn)方法，熟悉與安全、消防有關(guān)的各類檢測(cè)儀器、儀表和裝備的性能、原理、構(gòu)造和使用方法，參數(shù)測(cè)定的操作步驟和儀器的實(shí)驗(yàn)室校正方法。通過(guò)實(shí)驗(yàn)使學(xué)生鞏固和加深對(duì)所學(xué)安全基礎(chǔ)課程的理論知識(shí)理解，強(qiáng)化學(xué)生動(dòng)手能力和分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力，加強(qiáng)學(xué)生實(shí)事求是、嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)作風(fēng)的培養(yǎng)，為學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課打下良好的基礎(chǔ)。

從上述實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的來(lái)看，其基本涵蓋了本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)所需要達(dá)到的所有目標(biāo)。針對(duì)安全工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目標(biāo)，學(xué)校建立了非常完善的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，購(gòu)置了大量先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)儀器，成立了優(yōu)秀的實(shí)驗(yàn)教學(xué)團(tuán)隊(duì)，出版了專門的實(shí)驗(yàn)課程教材和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書。

2.實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題

由前文的分析可知，當(dāng)前安全專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)相對(duì)以前已經(jīng)得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步和發(fā)展，并取得了較好的效果，但同時(shí)也暴露出了一些問(wèn)題，具體如下：

2.1缺乏專門的教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器

專業(yè)實(shí)驗(yàn)不像大多數(shù)基礎(chǔ)課程的實(shí)驗(yàn)?zāi)菢泳哂型晟频膶?shí)驗(yàn)教學(xué)體系，尤其是在實(shí)驗(yàn)設(shè)備上存在巨大的差異。如大學(xué)物理和電工等傳統(tǒng)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程都具有非常成熟的實(shí)驗(yàn)形式和設(shè)備，相關(guān)的實(shí)驗(yàn)教具和儀器配套廠家也較多。而部分專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程，尤其是對(duì)煤礦安全類專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程來(lái)說(shuō)，課程建設(shè)所需要的相關(guān)實(shí)驗(yàn)儀器沒(méi)有相應(yīng)的配套廠家，課程中使用的實(shí)驗(yàn)儀器都是購(gòu)買而來(lái)，大多為煤礦現(xiàn)場(chǎng)或者科研院所中使用的一些儀器和設(shè)備。這些儀器和設(shè)備在解決煤礦安全問(wèn)題上起到了巨大的作用，它們高度的自動(dòng)化，甚至非常先進(jìn)。但這也帶來(lái)了一個(gè)矛盾，即先進(jìn)的、全自動(dòng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備與學(xué)生清楚掌握實(shí)驗(yàn)原理，完成細(xì)節(jié)操作之間的矛盾。

以中國(guó)礦業(yè)大學(xué)《安全工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)》課程在瓦斯放散初速度△P的測(cè)定實(shí)驗(yàn)為例，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心購(gòu)置了沈陽(yáng)煤炭科學(xué)研究院研制的WT-1型全自動(dòng)瓦斯擴(kuò)散速度測(cè)定儀。該儀器完全由金屬外殼封閉，從外觀上看只能夠看到6個(gè)小的煤樣罐。而實(shí)驗(yàn)過(guò)程中涉及到的抽真空、充氣以及煤樣中氣體的向外擴(kuò)散等過(guò)程均無(wú)法進(jìn)行直接的觀察。對(duì)于學(xué)生，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中能做的僅僅是將煤樣篩分后放到煤樣罐，然后固定在儀器上，剩余工作全部由計(jì)算機(jī)控制并自動(dòng)完成。這對(duì)于煤礦現(xiàn)場(chǎng)或科研院所日常的實(shí)驗(yàn)測(cè)定工作具有較大的幫助，但用于高校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，其效果就不盡如人意了。因?yàn)閷W(xué)生無(wú)法“參與”到實(shí)驗(yàn)中去，對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程會(huì)感覺(jué)比較抽象，無(wú)法完全理解實(shí)驗(yàn)的原理。

從對(duì)學(xué)生進(jìn)行調(diào)查的情況來(lái)看，盡管通過(guò)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)加深了對(duì)課堂知識(shí)的了解，掌握了有關(guān)煤礦通風(fēng)瓦斯方面的參數(shù)測(cè)定方法。但由于受各種條件的限制，同學(xué)們對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)工程問(wèn)題的認(rèn)識(shí)和解決問(wèn)題的能力卻沒(méi)有得到應(yīng)有的鍛煉和提高。這就是對(duì)問(wèn)題的本質(zhì)和原理沒(méi)有很好的掌握的結(jié)果。

針對(duì)這樣一種情況，如何在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中直觀、形象的將實(shí)驗(yàn)過(guò)程和原理展示給學(xué)生，如何讓學(xué)生結(jié)合所學(xué)專業(yè)知識(shí)去分析考慮實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的各種現(xiàn)象，如何培養(yǎng)學(xué)生探索未知的興趣，這對(duì)高等院校傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和手段提出了挑戰(zhàn)，同時(shí)如何對(duì)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行可視化設(shè)計(jì)和實(shí)踐需要我們進(jìn)行摸索研究。

2.2“套餐式”教學(xué)模式

實(shí)驗(yàn)教學(xué)分為演示實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)等幾種類型，它們隨學(xué)生的參與度和主觀能動(dòng)性的提高而層層深入。但目前的教學(xué)模式相對(duì)僵化，例如現(xiàn)有的安全專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程大綱的設(shè)計(jì)及教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)大多是以固定的模式進(jìn)行，不管是哪一種類型的實(shí)驗(yàn)，基本都是按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書按固定模式進(jìn)行，即詳細(xì)介紹實(shí)驗(yàn)原理、儀器、方法與步驟，然后再按部就班的進(jìn)行。我們可以稱之為套餐試教學(xué)。不同類型的實(shí)驗(yàn)所表現(xiàn)出來(lái)的僅僅是“套餐”不同而已。這樣的教學(xué)模式不利于培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，與本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)的培養(yǎng)目標(biāo)相違背。

還是以瓦斯放散初速度的測(cè)定實(shí)驗(yàn)為例，按照現(xiàn)有的教學(xué)模式和實(shí)驗(yàn)儀器，學(xué)生只是實(shí)驗(yàn)儀器的操作者，所能做的僅僅就是按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書進(jìn)行制樣、裝煤、啟動(dòng)程序最后記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在這個(gè)過(guò)程中，對(duì)參數(shù)的影響因素及控制機(jī)制等無(wú)法進(jìn)行自由探索。

3.應(yīng)對(duì)措施

為了提高《安全工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)》課程的教學(xué)水平和教學(xué)效果，幫助學(xué)生更好地理解安全工程專業(yè)中的基本理論知識(shí)，創(chuàng)造條件讓學(xué)生積極參與教學(xué)活動(dòng)，需要針對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)和實(shí)際操作過(guò)程中的理解和認(rèn)識(shí)過(guò)程，進(jìn)行有針對(duì)性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器的開(kāi)發(fā)，對(duì)教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行可視化設(shè)計(jì)和實(shí)踐。并在上述過(guò)程中加入創(chuàng)新設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，促使學(xué)生自發(fā)的進(jìn)行自由探索，擺脫傳統(tǒng)“套餐式”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的弊端。這里還是以瓦斯放散初速度△P的測(cè)定實(shí)驗(yàn)為例來(lái)進(jìn)行探討和說(shuō)明。

針對(duì)現(xiàn)階段安全工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的上述問(wèn)題，尤其是當(dāng)前瓦斯放散初速度△P的測(cè)定實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀，可以嘗試進(jìn)行以下改進(jìn)：

首先，對(duì)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行可視化改造，讓學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程有直觀的認(rèn)識(shí)，使其易于為學(xué)生所接受。具體思路可將實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為全透明，同時(shí)使用有色氣體（臭氧或其他氣體）代替甲烷，便于學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)過(guò)程中抽真空、充氣、氣體吸附、解吸和富集這五個(gè)主要過(guò)程中氣體濃度和壓力的變化。將所有的自動(dòng)控制環(huán)節(jié)改為手動(dòng)，讓學(xué)生能夠深入了解瓦斯放散初速度這一參數(shù)作為煤與瓦斯突出預(yù)測(cè)指標(biāo)的測(cè)定原理，并將其與煤與瓦斯突出發(fā)生的條件聯(lián)系起來(lái)。

其次，在進(jìn)行上述可視化改造的基礎(chǔ)上，給學(xué)生提供充分的條件來(lái)進(jìn)行自由探索，讓實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)不僅限于課堂。應(yīng)該借鑒翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)思想，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室實(shí)際操作之前，學(xué)生需要做大量的功課對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行預(yù)習(xí)和設(shè)計(jì)。讓他們?cè)趯氋F的課堂學(xué)期期間，對(duì)自己的想法和設(shè)計(jì)進(jìn)行大膽的嘗試。而作為實(shí)驗(yàn)課指導(dǎo)老師，在這個(gè)過(guò)程中的主要工作則是在學(xué)生進(jìn)行課外的預(yù)習(xí)和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)與學(xué)生進(jìn)行必要引導(dǎo)和討論，保證實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案在大的方向上的可行性。

4.主要結(jié)論

煤礦安全類的實(shí)驗(yàn)教學(xué)相對(duì)其他基礎(chǔ)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)來(lái)說(shuō)具有很多先天的劣勢(shì)，主要體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器的配套較差，缺乏專門的實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器，再加上傳統(tǒng)的教學(xué)模式的僵硬，帶來(lái)了以下兩個(gè)矛盾。即先進(jìn)的、全自動(dòng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備與學(xué)生清楚掌握實(shí)驗(yàn)原理、完成細(xì)節(jié)操作之間的矛盾;固定的“套餐式”教學(xué)模式與學(xué)生自由探索和研究的矛盾。針對(duì)這兩個(gè)主要矛盾，提出了針對(duì)性的措施。包括增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)儀器配套建設(shè)，對(duì)現(xiàn)有的教學(xué)儀器進(jìn)行可視化改造，并利用翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)思想，打破僵硬的“套餐式”教學(xué)模式。

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作者簡(jiǎn)介：

陳裕佳，男，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)安全工程學(xué)院副教授，博士，主要從事礦井瓦斯防治研究。