易燦南副教授 胡 鴻副教授 劉美英副教授 張一夫 皮子坤

（湖南工學院 安全與環(huán)境工程學院，湖南 衡陽 421002）

0 引言

培養(yǎng)符合社會發(fā)展需求的安全工程人才是促進社會持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的基本保障，國家非常重視安全工程人才的培養(yǎng)，2011年3月8日，國務院學位委員會正式確立“安全科學與工程”為一級學科[1]。自工程教育專業(yè)認證在中國開展以來，安全工程專業(yè)迅速投入到專業(yè)認證工作中來，2007年，高等學校安全工程學科教學指導委員會研究制定了《安全工程專業(yè)本科教育認證標準》[2-3]，2008年安全工程專業(yè)被列為教育部10個認證專業(yè)范圍，在中國礦業(yè)大學（北京）開始了首次認證工作，全國已有34所高校安全工程專業(yè)通過了認證[4]。工程教育專業(yè)認證工作的執(zhí)行，使得各校安全工程專業(yè)人才培養(yǎng)體系更為完善，促進安全工程專業(yè)特色教育發(fā)展，滿足了安全工作的行業(yè)特征，為礦山、化工、建筑等行業(yè)培養(yǎng)了大量安全工程人才[5]。

2016年，教育部提出“新工科”建設目標，并于2017年形成了“復旦共識”、“天大行動”、“北京指南”，以“新工科”建設為主題的工程教育改革進入一個嶄新的階段，新工科建設與發(fā)展研究已經(jīng)成為我國教育研究重要課題[6]。新工科要求培養(yǎng)有過硬的專業(yè)知識，還要求具有全球視野、工程倫理意識、創(chuàng)新意識、合作意識、發(fā)展意識和服務意識，要培養(yǎng)具備跨界創(chuàng)新能力的創(chuàng)新型工程人才[7]。

課程教學改革是促進工程教育專業(yè)認證畢業(yè)要求達成的重要核心手段[8]，也是促進新工科人才培養(yǎng)的關鍵途徑[9]。CDIO(Conceive-Design-Implement-Operate) 強調(diào)以主動的、實踐的方式學習[10]，認為應經(jīng)過合理設計與安排，讓學生在工程實踐的真實環(huán)境中進行學習，參與從工程構思、工程設計、工程實現(xiàn)到工程運作的全過程[11]，其關于能力培養(yǎng)、全面實施以及檢驗測評的12條標準是培養(yǎng)符合社會發(fā)展需求人才的關鍵。CDIO是促進課程教學改革和能力培養(yǎng)的重要模式：采用CDIO工程教育模式，并通過其專業(yè)認證，是申請加入《華盛頓協(xié)議》的必要條件[12-13]；基于CDIO的工程教育改革是新工科人才培養(yǎng)常采用的有效方法[14-15]。因此，以能力培養(yǎng)為目標，基于CDIO教學模式，深入進行課堂教學改革，是實現(xiàn)新工科人才培養(yǎng)和工程教育國際化的重要手段。

基于此，為培養(yǎng)符合我國經(jīng)濟發(fā)展需求的安全工程人才，以《工業(yè)通風》為例，談談CDIO教學模式在安全工程課程教學改革中的應用。

1 《工業(yè)通風》課程特征

安全工程的主要研究對象是人類生產(chǎn)、生活活動中發(fā)生的各種事故，而由于工業(yè)場所環(huán)境污染問題，尤其是污染控制水平不達標而造成的空氣污染問題是我國企業(yè)職工職業(yè)病的重要原因之一，因此，了解并掌握工業(yè)場所職業(yè)危害控制是安全工程師的重要專業(yè)能力之一。雖然我國各高校由于其行業(yè)特色，在課程體系上存在很大差異[16]，但《工業(yè)通風》相關課程是全國所有安全工程專業(yè)均開設的專業(yè)核心課程：有些學校安全工程專業(yè)為礦山安全方向，開設《礦井通風工程》[17]，其他學校開設《通風安全學》[18]、《通風與除塵》[19]《通風工程》[20]或《工業(yè)通風》[21]，雖然這些學校課程名稱不一樣，其教學目的都是培養(yǎng)學生污染源辨識并設計通風系統(tǒng)以控制污染。

2 基于CDIO的《工業(yè)通風》課程能力訓練項目模塊

CDIO倡導通過工程項目設計培養(yǎng)工程能力，《工業(yè)通風》課程具有很強的理論性也具有很強的實踐性，可通過項目設計將整個課程知識體系有機結合。依據(jù)《工業(yè)通風》人才培養(yǎng)目標及其內(nèi)容體系，按照工程項目設計基本思路，將該課程劃分為7個教學模塊，如圖1。圖中主支路上包含7個教學模塊，這些模塊存在內(nèi)在邏輯關系，按照該圖順序進行教學有利于學生掌握課程內(nèi)容體系；每個教學模塊對應一個能力訓練項目，通過該模塊訓練，要求達到如圖所示能力要求；7個教學模塊所引出箭頭兩側的小支路引出每個知識模塊應該了解、理解或掌握的重點知識內(nèi)容體系，是能力訓練項目需要達成的基本目標，基本能力訓練項目1-6為工程設計各教學模塊教學任務完成之后展開，能力訓練項目7為綜合性訓練，在課程設計環(huán)節(jié)開展。

（1）能力訓練項目1。此項目主要訓練學生根據(jù)生產(chǎn)工藝特征、明確污染源及危害途徑并制定綜合控制措施的能力，主要在緒論教學環(huán)節(jié)開展。教學過程中結合學生生活、實習經(jīng)歷或者通過多媒體展示具體生產(chǎn)工藝場所，辨識污染源及危害途徑，并引導學生從人、機、環(huán)、管4個方面制定綜合污染控制措施。此環(huán)節(jié)理論教學完成后，要求學生辨識不同生產(chǎn)場所（如拋光車間、電鍍車間以及電焊車間等）污染源及其傳播途徑并嘗試提出綜合控制措施。

（2）能力訓練項目2。此項目主要訓練學生綜合工藝、建筑結構特征及環(huán)境要求確定合適的通風方案的能力，主要在通風方案教學環(huán)節(jié)開展。教學過程中通過教室、工廠等情景展示，引導學生思考不同環(huán)境以及生產(chǎn)工藝對通風的要求，并確定具體的通風方案。此環(huán)節(jié)理論教學完成后，要求學生綜合考慮不同生產(chǎn)工藝、建筑結構特征及環(huán)境要求，確定不同生產(chǎn)場所的通風方案，此環(huán)節(jié)可延續(xù)能力訓練項目1中的課題進行訓練。

（3）能力訓練項目3。此項目主要訓練學生根據(jù)污染物特征及控制要求設計合理的局部排風罩/送排風口的能力，設計結構尺寸并確定風量，主要在局部排風罩/送排風口設計教學環(huán)節(jié)開展。教學過程中一方面應明確每種局部排風罩/送排風口的工作原理、優(yōu)缺點，重點講解其風量計算的基本物理含義，并且引導學生思考不同污染發(fā)生源下可采用的送排風形式及優(yōu)缺點；另一方面結合學生生活、實習等經(jīng)歷，引導學生思考應該選擇何種排風罩或確定送排風口位置。在此部分理論教學完成后，延續(xù)能力訓練項目1和2集中設計不同生產(chǎn)場所污染源控制題目，要求學生選擇合適的局部排風罩/送排風口并計算風量。

（4）能力訓練項目4。此項目主要訓練學生根據(jù)污染物特征及處理要求確定合適凈化裝置的能力，主要在凈化裝置確定教學環(huán)節(jié)開展。教學過程中一方面重點講解凈化裝置的凈化原理、優(yōu)缺點及適用范圍，引導學生思考并總結各種凈化裝置的適用對象；另一方面以學生生活、實習等經(jīng)歷為基礎，通過情景設定引導學生思考如何根據(jù)污染物特征及凈化要求選擇合適的凈化裝置。此部分理論教學完成后，延續(xù)能力訓練項目1-3課題，要求學生確定不同生產(chǎn)場合下合適的凈化裝置。

（5）能力訓練項目5。此項目主要訓練學生綜合通風、建筑及環(huán)境要求來設計通風管網(wǎng)的能力，主要在管網(wǎng)設計教學環(huán)節(jié)開展。教學過程中需要引導學生思考通風管網(wǎng)設計中需要注意的問題，如阻力平衡問題、管道傾斜角度以及敷設等，再以教室或者實際工廠場景為例，要求學生設計最優(yōu)管網(wǎng)。此部分理論教學完成后，延續(xù)能力訓練1-4課題，確定不同生產(chǎn)場合下的通風管網(wǎng)形式。

（6）能力訓練項目6。此項目主要訓練學生根據(jù)系統(tǒng)排風量要求及管網(wǎng)布置情況進行水力計算并選擇合適風機的能力，主要在水力計算并選擇風機教學環(huán)節(jié)開展。明確水力計算的基本計算過程以及風機運行特性曲線，引導學生思考如何選擇風機才可以滿足污染控制要求。此部分理論教學完成后，延續(xù)能力訓練1-5中所設計的能力訓練項目，進行此項訓練。

（7）能力訓練項目7。此項目主要訓練學生局部排風/全面通風系統(tǒng)設計的能力，在《工業(yè)通風》理論教學完成后進行，以生產(chǎn)實際為依據(jù)，設計不同生產(chǎn)線污染控制課題，綜合訓練學生通風方案選擇并設計的能力。

因此，圖1描述了安全工程專業(yè)《工業(yè)通風》課程基于CDIO的課程教學體系改革模式，以專業(yè)能力培養(yǎng)為核心，通過模塊式教學過程組織，并注意每個模塊之間的相互關聯(lián)性，通過6個基本能力訓練項目和1個以課程設計為載體的綜合能力訓練項目，是培養(yǎng)符合新工科人才能力要求以及工程教育專業(yè)認證要求的安全工程畢業(yè)生的有效途徑。

3 基于CDIO的教學方法改革

《工業(yè)通風》傳統(tǒng)教學一般按照通風系統(tǒng)設計思路而展開，并在課程結束后進行課程設計以訓練學生的設計能力。如果按照傳統(tǒng)教學方法，難以實現(xiàn)圖1所示能力訓練目標?；贑DIO理念，提出層次教學法：第一層次為基本教學內(nèi)容講解，圍繞圖1中7個教學模塊展開，其目的是實現(xiàn)圖1中教學目標，在此層次，主要由教師運用案例、探究式等方法進行課堂講授，讓學生理解和掌握每個模塊核心知識內(nèi)容；第二層次為6個基本能力訓練項目，需要教師圍繞其設計相關能力訓練題目，實現(xiàn)學生綜合運用所學知識去解決實際問題的能力。在此環(huán)節(jié)，可根據(jù)訓練題目的難度，由學生單獨或者分組組隊的方式完成；第三層次為綜合能力訓練項目7，也就是課程設計環(huán)節(jié)，合理設計課程設計題目，以實現(xiàn)學生綜合利用所學知識提出某場所污染控制的通風方案并設計合適的通風系統(tǒng)，并繪制相關圖紙。經(jīng)過3個層次的課程教學，促使學生全面掌握工業(yè)通風系統(tǒng)設計相關方法。

4 課程考核方法改革

促進基于CDIO的能力訓練項目開展的關鍵在于加重能力訓練項目成績在課程考核體系中所占的比例?！豆I(yè)通風》課程教學一般包括3個方面：理論教學，實驗教學以及課程設計?？己朔绞揭话惆▋深悾喊碚撝R考核、實驗教學過程考核、出勤以及作業(yè)等的《工業(yè)通風》課程考核；針對通風系統(tǒng)設計能力的《工業(yè)通風課程設計》考核。雖然綜合能力訓練項目在課程設計環(huán)節(jié)開展，但6個基本能力訓練項目在理論教學環(huán)節(jié)開展，因此，應加重該6個項目的參與度以及成果的評價。由于6個基本能力訓練項目均采取學生課外自行查閱相關文獻與資料來完成的方式來進行，并需要形成PPT文檔進行匯報，可不再安排其他作業(yè)。6個訓練模塊中，能力訓練項目1和2主要訓練學生污染識別、控制并提出通風方案的能力，建議獨立完成，能力訓練項目3-6相對較復雜，需要對比不同排風罩、凈化裝置、管網(wǎng)等對污染控制效果的差異，建立以2-3人為一小組的形式完成。由于能力訓練項目難度較大，能力訓練項目在課程考核中所占比重設置為50%（6個能力項目依次占比5%、5%、10%、10%、10%和10%），實驗、出勤和期末考試成績分別占比10%、5%和35%。同時，對于需要分工合作完成的能力訓練項目而言，需強化小組內(nèi)每個成員的參與度與貢獻，因此將采取小組成員互評、教師評價的多方評價方式，以實現(xiàn)客觀評價。

5 結論

（1）基于通風系統(tǒng)設計基本過程以及CDIO教學模式，提出《工業(yè)通風》課程的7大教學模塊以及相對應的7大能力訓練項目，為學生整體把握課程內(nèi)容體系并培養(yǎng)其通風系統(tǒng)設計能力奠定基礎。

（2）基于《工業(yè)通風》課程培養(yǎng)目標，提出了基于3個層次的教學方法改革：基礎理論知識教學、6個基本能力訓練項目教學以及1個綜合能力訓練項目教學。有利于夯實通風基礎知識，并通過基本項目能力訓練實現(xiàn)綜合能力培養(yǎng)。

（3）為促進學生積極主動參與能力訓練項目，可加重對其參與程度的考核，將其考核比重設置為 50%。