土木安全工程教学探索与改革

2019-10-10 版权声明 举报文章

土木安全工程教学探索与改革

我国高等教育安全工程专业人才的培养是20世纪50年代开始的,[1]至今已逐步形成和确立了学士、硕士研究生和博士研究生的递阶层次学位授予结构,尤其是近10年来的迅速发展使得安全工程学科体系和专业培养模式日渐成熟和完善,并已经具有了相当规模。长期以来,社会生产的许多重要领域较大、特别重大事故频繁发生,不但给人民的生命安全和健康造成严重威胁,而且干扰了社会经济长期持续健康发展。在这一背景下,我国高校纷纷创办了安全工程本科专业。2005年,在教育部备案开设安全工程专业的高校有79所,涉及军工、航空、化工、石油、矿业、土木、交通、能源、环境、经济等十几个行业。[2]

土木建筑施工领域是我国各行业中事故多发,因工致病、致残、致死较多的高危行业。国家安监总局统计数据分析显示,2009年,建筑施工坍塌坠落较大以上事故多发,因施救不当造成的重大、较大事故时有发生,包括非金属矿、尾矿库、隧道施工、铁路交通等行业较大涉险事故时有发生,安全生产形势不容乐观。可见,土木建筑施工安全技术与工程是目前需要重点研究和建设的重要方向。2002年,石家庄铁道大学(以下简称“我校”)在国内率先开设并确立了以土木施工安全技术为特色的土木安全工程专业发展方向,依托我校具有丰富的办学经验、雄厚的师资力量和良好的教学条件的国家特色专业——土木工程专业,为安全工程专业的建设和发展构筑了坚实的办学平台。

安全学科是理、工、文、法、管、医等学科的新兴、综合、交叉学科,土木工程也涵盖了建筑工程、交通土建、地下工程等近十个专业。因而,土木安全技术与工程要求学生应掌握的专业基础知识非常广泛,不但要求学生具备传统安全工程专业教学培养模式中最基本的“懂技术、会管理”,而且要求具备土木安全工程的实践技能,即综合性强、专业性强、实践性强的安全技术人才。由此可见,土木安全工程专业培养过程中实践的重要性,必须贯彻以实践教学为核心的办学理念。

伴随着现代化实践教学方法在高等院校专业教学领域中日渐广泛的运用,安全工程专业实践教学模式也开始萌生、发育与发展,并显示出强大的生命力,在土木安全工程人才培养方面发挥了不可替代的作用。

一、实践教学的特色办学理念

实践教学是指在整个教学过程中,学生通过参加一定的实践活动,把知识运用于实践的教学环节。通常,实践教学是为配合理论教学培养学生分析和解决问题的能力,加强专业训练和锻炼学生实践能力而设置的教学环节。

在高等教育强调重基础、淡专业、宽口径的培养模式下,安全工程的教学培养体系中,学生四年中大部分时间在学习公共基础课、人文社科类课程。同时,安全专业要求必须开设的安全类基础课和平台课也需要大量理论学时,由于受到本科教育年限和总学时的限制,特色专业技术类课程学时安排非常紧张,很多对于学生毕业后在实际工作中非常实用和现场特别紧缺的技术课程无法开设,课程设置困难,顾此失彼,课时捉襟见肘。

安全科学的交叉性造成了学生需要几乎所有科学的相关知识基础。在教学课时极为有限的条件下,专业课程设置受到限制,而且相应的专业基础、技术基础、实践环节、课程设计等内容无法跟上,违反了教学规律,学生学习后达不到希望的效果。[3]

为了解决这一问题,在土木安全工程培养模式中,确立了以实践教学为特色的办学理念。将实践教学模式贯穿课堂、专业课程实验、专业课程设计、实习环节、毕业论文以及课外活动之中。在教学中培养学生的实践能力,加大实践教学比重,抓基础、重实践,理论与实践相结合,以实践促进对理论的学习兴趣和学习效率。通过实践教学,在学习中对学生的科学思维方法、工程实践能力和创新意识进行实战性演习。

二、实践教学模式的建设与应用

如何在利用好学校现有资源的基础上,加大对土木安全工程专业的实践教学的改革与实践,建立更为“接近土木施工现场安全”的实践教学培养模式,是摆在我校安全工程系面前的一个亟待解决的客观问题。而且只有改革实践教学环节,才能更好地适应国家高等教育体制改革,才能办出特色,专业才能得以更好地生存与发展。经过不断探索,总结出以实践为特色的土木安全工程教学模式的建立,需要重点抓好课堂教学实践、课程设计实践、实习环节实践和毕业设计实践四个关键模块。

1.课堂教学以实践为导向

贯彻实践教学特色理念,首先是把以实践教学为核心的办学思想融入课堂教学。安全工程通过生产活动中各种事故分析为途径,应用自然科学技术和管理科学知识,识别和预测生产生活中存在的不安全因素,分析事故发生的原因和机理,并采取有效控制措施防止事故发生,这一科学技术知识体系是一门实践性、经验性非常强的工程学科。

在教学中,结合安全工程专业“安全管理学”、“安全学原理”等部分较为抽象的课程,教师采用计算机辅助教学,运用多媒体电子课件、图文影像纪录片、事故案例分析教学、事故情境模拟等方式进行授课,引导学生通过对事故分析、企业安全管理方法学习和考察等实践性活动,加强对事故理论和现代安全管理思想理念的掌握,建立和运用实践教学思想,吸引学生将精力集中到课堂教学内容之中,有效克服安全工程专业理论教学枯燥脱离实际、泛泛空谈、学而无用的被动局面。此外,鼓励学生自导自演DV小品,加强安全意识和安全文化的宣传教育。

在“土木安全工程”、“安全事故分析与处理”、“爆炸安全技术”、“灾害防治理论与技术”等课程中,教师采取动画演示、网络互动视频教学、事故案例分析教学,增加学生对理论学习的感官刺激,培养学习兴趣,引导学生通过对事故分析的实践性活动,加强对土木施工和工程灾害发生的原因、规律和基本原理的消化理解,运用启发式教学,使学生主动式、自主式学习,强调教学的引导与互动,培养学生灵活运用理论知识去观察、分析、解决安全生产问题,从而提高教学效果。

2.课程设计以实践为检验

课程设计是工科学生完成某一课程理论学习之后进行的一次知识综合应用,是课堂学习的一种实践性延伸。在以实践教学为特色的土木安全工程专业培养模式中是一个最基本的集中实践环节。开设安全类及直接相关课程设计的课程包括“安全人机工程”、“安全系统工程”、“土木安全工程”、“应急结构工程”、“消防安全工程”等。

为了使课程设计形成体系,规范实践教学内容和过程,提高教学质量,课程设计大纲中拟定了指导性设计题目和设计方向。在课程设计过程中,学生可以依照自身的兴趣特长,运用所学的知识,自己动手,结合真实或虚拟、简化的生产现场实际,独立地展开设计工作。

“安全人机工程”课程设计让学生就土木工程现场简单施工机械工具和设备的安全可靠性进行分析,按照人机工程学要求对工具结构、尺寸、形状、不同工作环境下使用的安全性、便捷性、作业效率等进行改进和优化,设计、加装、改装安全保护设施、防止事故的报警装置等,培养了学生理论与实践相结合的开拓创新精神,动手能力有了很大提高。

“土木安全工程”课程设计结合路基、桥梁、隧道、轨道结构及施工技术进行,如进行高填深挖路基、深大基坑、岩质高边坡、桥梁加固、隧道支护结构等进行安全稳定分析、对施工提出安全专项方案,还可结合特殊不良地质、病害工程结构物、既有结构改扩建等进行设计。

“应急结构工程”课程设计以我校原铁道兵时期形成并保留下来的国防交通应急工程学科前沿为导向,结合战时铁路和桥梁抢修、抢建及军事交通保障设施、抢险救灾、重载运输、大件吊装、桥梁架设等急难险重工程中的部分简单构件和结构进行简单化、虚拟化、验证性课程设计。

“消防安全工程”课程设计主要对高层民用建筑、地铁、长达隧道等重要结构进行消防设计,包括消火栓、自动喷水灭火、高压给水、消防安全门、紧急电话等设施,提出设计方案及防火安全措施,使学生从设计实践中加深消防安全基础理论知识掌握,提升应用技能。

为了体现土木安全工程实践教学体系中“加强基础,拓宽专业,注重实际,提高素质”的总体思路,加大安全专业学生接触土木工程基础理论知识的深度,除了开设安全工程专业课程外,将土木工程与安全工程部分专业基础课程模块实行交叉,土木工程专业方向的专业基础课程开设给安全工程专业,一方面体现淡化专业方向,使学生的专业适应能力更强,专业口径更宽;另一方面也利用土木工程实践性、综合性、专业性的特点和办学优势条件锻炼强化学生的实践能力,使学生更快掌握和了解土木施工现场最新技术,更好的结合安全专业特点真刀真枪实干,开阔视野、活跃思维,挖掘创造力。

3.实习环节以实践为主线

土木安全工程的实习环节由专业认识实习、生产实习、毕业实习构成,尤其是生产实习和毕业实习对于安全工程专业来说是非常关键的实践训练环节,是学生面向土木施工现场的集中训练和全方位锻炼。目前不少高校由于学生扩招等多方面原因,联系实习单位较为困难,使实习流于形式,严重影响到学生实践能力的培养,然而土木安全工程专业学生由于采取小班招生培养,加上我校与中铁建、中交、中航、等大型企业紧密联系的优势,管理制度上建立了严格的实习环节质量监控措施,学生认识实习、生产实习和毕业实习质量能够得到扎实开展,取得显著的实习效果。

专业认识实习借助石家庄周边条件和工、矿企业建立长期合作的实习基地,内容包括危化、矿山、土木、铁路、电力、消防等方面,使学生对本专业性质、内容及其重要地位有所认识。如深入河北卫星化工厂雷管生产车间,学习参观危险化学品、爆炸器材生产、重大危险源监控、危险有害因素,炸药雷管等火工品库的主要防雷和防静电措施等;参观井陉、元氏等周边矿山企业,了解矿山开采、危险有害因素,通风系统、排水系统、供电系统、提升运输系统的危险有害因素的辨识,以及各种安全管理措施、各种安全规章制度。结合石太、京石、石武等周边项目参观土木施工现场,初步使学生了解土木施工安全技术、文化、管理制度、职业卫生等土木安全的有关知识,了解土木施工工地存在的主要危险有害因素、防护措施等。

土木安全工程专业生产实习是在修完专业技术基础课与大部分主干专业课的基础上进行的,是安全技术理论与实际相结合,巩固、加深所学知识,提高生产安全技术应用技能和管理能力的重要环节,实习过程中学生吃住在施工现场,跟班生产实践。为了挖掘学生用脑思维、用眼观察、动手操作的潜力,我们提出目标-调研-发现-讨论-论证“1+4”实践教学模式。

由于施工现场安全是复杂的系统,人员、机械、设备、作业场所等均处于不断流动变化中,交叉作业多,临时工程多,安全隐患多,包括生产和施工技术安全、加工机具安全、供配电及临时用电安全,施工现场布置和材料加工堆放安全、企业安全生产管理组织结构和管理制度、企业安全文化宣传和职工安全教育培训、环境与职业安全健康管理体系及工伤保险等,为了提高实习针对性和深入程度,参加实习的学生自愿报名,按照特点和兴趣划分实习小组,划定生产实习中主要考察、学习、研究的主要方向,帮助施工单位发现问题、分析原因,提出切实可行的安全生产解决方案建议。

“1+4”实践教学模式的“1”即是指实习指导教师在生产实习开始提出实习目标,“4”即结合选定方向深入项目部和施工现场展开调研,针对发现的安全隐患和问题进行小组讨论。实习结束前,在教师指导下进行小组答辩,实习学生对问题和解决方案的可行性展开论证。这种实习模式在实际应用中取得了学生和单位的一致认可,能够以具体的实战演练代替抽象的理论说教,学生普遍感到安全专业知识实用性强,改变了以往那种对安全专业内容空洞乏味、泛泛空谈的偏见和错误看法,同时也受到了施工企业的普遍欢迎,收到了良好的实践效果和社会效益。

毕业实习在毕业设计(论文)的阶段,收集、调研与毕业设计有关的现场数据资料,为毕业设计顺利进行做好基础性准备工作。主要是结合具体指导教师的毕业设计(论文)方向安排,多数结合教师科研项目。如隧道施工安全监测、施工安全评价,土石方工程爆破振动控制测试与监控等进行安排。

4.毕业设计以实践为核心

毕业设计是高等教育培养计划方案中最后一个重要的实践教学环节。在实践教学体系中,我们将毕业设计的选题贴近土木施工安全生产工作实际,学生通过自己的分析、思辨、实践,在走向工作岗位之前进行一次安全工程专业知识的综合应用与业务能力的全面凝练提升。

毕业设计题目设置要求每位指导教师尽可能结合科研课题、合作项目以及技术服务项目进行题目申报,教学虚拟题目必须由具有原型依托的企事业单位安排毕业实习,由系主任和学院对题目进行审批和把关,侧重以实践为核心。毕业设计环节已经连续完成4届,每年更新毕业设计题目,基本方向涵盖了土石方工程爆破安全设计、高速铁路路基施工危险源辨识与监测、预应力混凝土连续梁桥施工安全设计与风险管理、隧道施工安全监控、深基坑工程施工风险分析、施工现场安全管理、职业安全卫生体系、人工神经网络与模糊综合安全评价、特殊地质隧道施工安全技术、地铁盾构隧道施工安全与质量控制、病害隧道安全状态评估与整治、高层建筑消防安全设计、施工现场应急响应与救援等方面。

在每届毕业生开始毕业设计的前一学期,通过讲座方式,组织每一位指导教师向学生介绍所指导的毕业设计题目、选题要求和特色,让学生做好正式选题前的准备工作。所有题目网上申报,网上选题系统可以实现学生和指导教师的双向选择,有利于充分发挥每个学生的个性特征和兴趣爱好,同时也鼓励土木工程专业学生跨专业选报,以实现学生知识结构体系的优势互补。

毕业设计过程中,学生在指导教师安排下,协调实习企业单位展开毕业设计工作。如将隧道施工安全分析小组的学生派驻天衡山隧道工程现场,对在建隧道进行施工过程跟踪和安全监测,现场调研施工危险源并提出解决措施和对策。机电设备安全管理分析小组的学生走进英科特(宁波)机电设备有限公司进行驻厂考察,对企业生产工艺、危险化学品和安全管理进行现状评价等。

以实践为核心,校企联合的新型指导模式是土木安全工程实践教学的大胆改革与创新。新举措推行的过程中,我们意识到培养土木安全工程领域高级应用型人才,必须强调与工程一线和生产一线的实际相结合,促使指导教师真正在指导学生毕业设计上下工夫,炼内功。无形中给每位指导教师施加了压力,增强了责任,提升了毕业设计质量,锻炼了学生扎实的实践技能。

三、实践教学软环境

实践教学的软环境,包括实践教学理念、教学方法和手段、实践教学管理制度改革、教材建设、课程建设、教学与科研等,是保障实践教学模式顺利推进实施的基本切入点。

安全工程系将实验课程教学作为人才培养过程中十分重要的实践教学环节,以“工程教育回归工程”的教育理念,构建了突出安全工程技术技能培养的完善实践教学体系。高度重视实验教学的地位,将狠抓实践教学、提高人才培养质量列入专业发展规划。

在实践教学中加大投入,通过引进现代化的实验手段和实验技术,实现实验手段的现代化。建立网络教学平台,实现实验教学的网络化。全面开放实验室,建立以学生为中心的开放式实验教学模式和以自主式、合作式、研究式为主的学习模式。对开设的实验课程进行整合,对整合后的实验教学修订教学计划,制定新的教学大纲,理论教学与实验教学统筹协调,建立与理论教学有机结合,以能力培养为核心,规划合理、适用性强,效果良好的实验教学新体系。改革实验考试考核的方法,充分发挥实验考试考核对教学质量的双向调控作用,提高学生自主实验的能力。

加快土木安全工程系列教材建设,从安全工程专业特色出发,开发适合我校特色的专业课程教材或讲义,制定了五年发展规划,编写了《土木施工安全技术》、《爆炸安全技术》、《隧道施工安全技术与评价》、《安全检测控制原理及应用》、《工程结构安全检测实验指导》等教材,满足了理论和实验教学的需要,下一步重点抓好修订和出版工作。

在课程建设中,借助申报《土木安全工程》省精品课的契机,以评促建,巩固加强实践特色模式在课堂教学的导向作用,同时抓好“两个结合”,即实践教学与工程实际应用紧密结合,实验教学与学生创新创业活动紧密结合:部分实验教学项目选题来源于科研工程实践活动,指导教师也利用实验教学平台,提升教学科研能力。学生通过实践活动从事创业研究、其中1人研究成果已获得专利,实践效果显著,成绩突出。

四、实践教学设施和基地建设

自专业筹建之初,针对如何强化学生的能力培养,如何构建一个完整、科学、合理的实践教学体系就成为重点考虑的问题。通过多方面调研,确立了“建设层次系统化、工程化、开放化实践教学体系”的指导思想。我校安全工程专业的建设目标是培养满足社会需求,能解决土木工程现场实际安全技术问题的人才。因此,实验室建设也围绕如何通过实验教学,使学生进一步加深对理论知识的理解,了解实际工程中可能存在的具体问题,并学会如何将所学的理论灵活应用于工程实践,逐渐培养自己解决实际问题的能力等。

近几年,我校为了夯实实践特色教学的基础,重点进行了实验室、校内、校外实习基地的建设。在隧道与岩土工程研究所、桥隧施工地质技术研究所、岩土与环境工程研究所、岩土与结构实验中心(省重点实验室)基础上,于2001年~2005年专门筹建爆破实验室、安全工程实验室,实验面积达到200平方米,设备经费为250万元,直接服务安全工程系本科实践教学。此外,学校还建立了仿真实验室,满足了开展安全事故模拟与仿真等课程实践教学的需要。目前,分院正继续努力发展和完善安全实验室的设备投入,加强实验室管理力度,力争使60%以上的专业课程开出相关实验,开出率达到90%以上。

为了拓宽学生接触学科前沿,开阔视野,参与工程技术实践,指导学生充分利用我校拥有的道路与铁道工程安全保障实验室、交通环境与安全工程研究所、大型结构健康诊断与控制研究所、振动与噪声控制实验室等的资源优势,为安全工程专业本科和研究生实践教学服务,形成了递阶层次系统化的实验教学平台。

在实习基地建设上,我们就学校周边条件建立认识实习点,包括石家庄市内高架桥、地道桥等市政建设工地、元氏煤矿、邢台煤矿、井陉矿区、市桥东污水处理厂、河北卫星化工厂、朔黄铁路、京广铁路、石家庄编组站、上安电厂等,生产实习和毕业实习紧跟国家大型基础设施建设,在北京地铁、天津地铁、京石客专、石武客专、石太客专等项目工地与北京城市轨道交通有限公司、中铁隧道局、中铁十二局、中铁十四局、中铁二十局等多家单位建立了实习场所,与房山桥梁厂、河北金安、河北英博等企业公司建立了良好的长期合作关系。保证了我校安全工程专业学生具有充足、优质的校外生产实习与毕业实习场所,为土木安全工程实践特色教学奠定了坚实的基础。

五、结论

土木安全工程教学培养目标是基础理论扎实、工程实践能力强的应用型、创新型高级安全工程技术人才,在建立土木安全工程实践教学体系的过程中,我们注重安全科学基础理论体系、结构和科学内涵,以行业为依托,重点发展土木施工安全技术方向,并合理设置各方向的课程,加强安全工程专业的实践环节,让学生通过课堂实践、课程设计实践、实习环节实践、毕业设计实践以及参与科研课题等,在实践中学习理论、在实践中培养动手和创新能力。

经过多年的建设和努力,土木安全工程专业实践特色教学探索与改革取得了明显成效,使该专业已经发展成为教学理念鲜明、办学思想独特,教学思路新颖、教学管理规范、学生实战能力强、社会影响力大的特色专业。

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