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摘要：安全工程涉及领域广、学科交叉性强，专业课程规定性和经验性知识较多，学生疲于记忆理论知识，难以进行实际应用，且学生缺乏针对性指导和有效的科研实践资源，实践能力得不到提升。针对上述问题，我校哈尔滨理工大学通过以学生为重心的翻转课堂教学模式，围绕黑龙江省大学生创新创业训练计划项目开设“安全工程创新实践”课程。在老师的启发性教授、针对性指导下，学生们自主讨论，研究了新型高层应急逃生速降器，解决了高层应急逃生的实际问题。同时激发了学生们的创新思维，锻炼了学生们的实践能力与动手能力，也为其他专业课程改革设计指明了方向。
关键词：翻转课堂；创新实践；课程设计；应急逃生；速降器
一、概述
近年来，安全生产事故频发造成了大量的人身伤亡和财产损失，引起了社会的广泛关注。为保障安全生产的稳定运行，满足各行各业对安全管理人才的需求，安全学科教育受到了国家高度重视。一方面，安全工程涵盖领域极广，具有综合性强、多学科交叉及行业贯穿范围大的特点[1]，是一个涉及面极广的综合交叉学科。安全工程具有很强的实践性、工程性和技术性，要求学生具备扎实的理论基础和一定的实践经验积累，并应用理论管理企业安全生产，解决人、机、物、环等复杂的实际问题。另一方面，“十三五”期间，新工艺、新装备、新材料、新技术广泛应用，新业态大量涌现，增加了事故成因的数量，复合型事故有所增多，对安全工程专业学生危险识别、评价、控制方面的能力提出了更高的要求[2]。因此，安全学科专业教学质量亟待提升，安全工程课程设计需要更多的创新与实践性。
二、安全工程专业课程现状分析
（一）专业课程拓展不足，内容设置较为单一
安全工程涉及领域广、学科交叉性强，专业课程规定性和经验性知识较多，内容设置较为单一，造成了课程基础概念多、理论学习杂的现象。因此，在有限的学时内，为满足专业课程的广度，导致课程拓展深度不足，学生疲于记忆理论知识，难以进行实际应用。
（二）教学方法匮乏，教学模式较为被动
目前，高校现有的教学方法仍是以讲授为主，“填鸭式”地向学生灌输理论知识，对重点内容进行讲解。大部分学生仍在机械被动地接收理论知识，难以完全发挥学生的主观能动性，参与学习的积极性差，直接影响了教学质量和教学效果。随着多媒体技术的发展，形成了多媒体课件与板书结合的传统教学模式。虽然多媒体技术在教学过程中的应用收到了一些教学效果，但是多媒体教学的翻页速度比较快，学生很难记住多媒体播放的知识点，对重点不能很好地把握，进而严重的影响了教学质量[3]。传统的教学模式有其长处，但教师和学生的互动效果比较弱，导致学生们思考的时间很少，学习的兴趣不高涨。
（三）学生实践能力不强，专业认知较为模糊
学生实践能力普遍不强，实验课程大多以敷衍的态度完成，缺乏思考，且多数按照老师设置好的实验步骤进行，或是根本没有亲自参与实验，实践能力得不到培养。安全工程涉及的行业较多，理论知识又很广泛，又受实习时间和地点的限制，导致学生在实际操作中存在不会、不敢的问题，独立工作能力差。由于越来越多的学生并不清楚安全工程专业的培养目标是什么，对于毕业以后的工作方向认知模糊，加之学生对于专业知识的了解程度还不够，导致学生对于安全工程专业容易出现认知不清、方向困惑、学习乏力等现象。
（四）科研与实践资源提供不足，学生缺乏针对性指导
各高校安全工程专业普遍设置有实验、课程设计、生产实习等实践性课程，但课程内容零散，相互联系不足，实际应用效果较差，导致学生对专业知识的理解依然不透彻。且在实验过程中，学生缺乏针对性指导，设计能力和动手能力难以得到提升。由于学校对科研活动的宣传不足，学生对学校可提供的科研资源认识不足，难以利用现有的实验设施、实践机会，导致大部分学生没有参与到科研活动中，理论知识难以得到验证。
三、翻转课堂模式下的课程改革设计
（一）总体设计方案
针对上述问题，我校哈尔滨理工大学以翻转课堂模式为基础，采用项目中心型教学模式，开设“安全工程创新实践”课程。将简单易懂的事实性知识和概念性知识的记忆、运用和分析翻转到课堂前[5]，并为学生提供多个科研实践项目，供学生自由选择、分组，在课堂前完成资料收集、项目设计、研发等工作。而课堂上老师将根据各组项目进展情况进行针对性指导和问题解答，与学生进行互动和探讨，启发学生创新性思维，增强学生实践能力。以科研项目为中心进行设计，着力模拟专业工程实践以期解决真实问题[6]，在培养学生专业能力、创新能力、实践能力的同时，推进科学研究，有效利用科研与实践资源。
（二）教学案例
1.教学目标
我校哈尔滨理工大学依托于黑龙江省大学生创新创业训练计划项目，在翻转课堂模式下的“安全工程创新实践”课程中，组织本科三年级的安全工程专业学生，利用安全系统工程、机械安全等专业知识解决高楼应急逃生的实际问题。
2.项目背景
由于高层建筑自身特点，当一些如火灾等危急情况发生时，人员疏散及救援难度极大。自2008年至2016年底仅中国大陆高层火灾事故共发生1652起，死亡6758人，直接损失人民币235亿元。然而目前我国应急救援装备能力与高层建筑的快速发展严重失衡，不能满足现场实际救援需要。目前的高楼逃生装置主要是救生式缓降器，使用速度慢，救援效率低，对人员保护较少，不能在短时间内撤离较多人员。因此，为满足高层应急逃生需要，需要学生在老师的指导下，寻找解决方案。
3.研究路线
经过学生收集大量国内外标准、研究现状、行业需求等资料，小组交流分析后提出研究路线。组内同学决定发明设计出一套新型高层应急逃生速降器，需要满足操作简单、逃生速度快、具备过速保护、碰撞保护、着地缓冲等要求。
4.师生互动
确定了研究路线之后，学生们需要确定速降原理。通过收集资料得知，国内研究的缓降器主要有摩擦阻尼型缓降器、液压阻尼型缓降器、螺杆式缓降器、滚筒式缓降器几种类型。考虑到装置的可靠性和体积大小，学生们决定在摩擦阻尼型或滚筒式上进行改进，但对于最终选择哪一种产生异议。在课堂上，经过老师询问每一位同学的意见，基于学生们的解决方案，老师进行了针对性的指导，并提出自己的建议供学生参考。通过启发学生的创新性思维，来帮助学生继续研究。最终学生们确定了以摩擦阻尼型作为速降的基本原理，并结合滚筒式缓降器的结构特点进行新型高层应急逃生速降器的研究与制作。
5.教学成果
通过以学生为重心的翻转课堂教学模式，围绕黑龙江省大学生创新创业训练计划项目，在老师的启发性教授、针对性指导下，学生们自主讨论，研究了新型高层应急逃生速降器，以解决高层应急逃生的实际问题。
（1）新型高层应急逃生速降器
学生组在汲取国内外速降器使用及设计经验的基础上，针对高楼速降的空缺及传统速降器的不足之处，使用TRIZ理论进行思考改进，结合了实际需要，全新设计一款高楼速降器。其分为速度控制部分，特殊速降绳，安全带板，过速保护部分和紧急制动部分。
（2）速度控制部分
利用特殊速降绳通过减速口时的摩擦力实现速降器的速度控制。设计一种特殊的速降绳，中间部分是高强度钢丝，外面裹胶，通过不同段的裹胶厚度来调整其直径。通过直径大小不同，使挤压力不同，从而控制摩擦力大小不同，以实现先加速后减速的方式，增加平均速度，减少落地时间。考虑到当重量不同的人使用时，需要不同大小的摩擦力，所以还需要一个预调装置，来预调减速口的大小。
（3）速降保护板
为防止下降过程中人与墙体碰撞造成伤害与着陆过程中造成二次伤害，采用在板的底部安装弹簧减震的设计来减少着落冲击力，在板的侧面安装导轮的设计来减少与墙体的碰撞伤害。在速降保护板的连接绳上设计有安全带锁扣，使用人员可以将安全带挂扣在锁扣上。速降保护板结构如图5所示。
（4）与传统缓降器对比
经计算，使用新型高层应急逃生速降器从各楼层逃生时的平均速度。传统缓降器为匀速下降，其缓降速度为0.16m/s至1.5m/s。由图6可知，新型高层应急逃生速降器的平均速度比传统缓降器高，在5层以上使用效果更加明显。取传统缓降器最大缓降速度1.5m/s，将两种装置进行对比，得出两种装置在不同使用楼层的逃生时间。
四、教学成果反馈
通过收集学生的反馈意见，本课程得到了学生们的一致好评。在老师针对性指导下，激发了学生们的创新思维，锻炼了学生们的实践能力与动手能力，加强了学生们对专业的认知，夯实了专业知识基础。除此之外，该项目也完成了科技成果转化，成功申请了两项国家实用新型专利。“安全工程创新实践”课程改革的成功，也为我校其他专业课程改革设计指明了方向。
五、结束语
通过“安全工程创新实践”课程的开设，我校安全工程专业学生在翻转课堂模式下，以科研项目为中心，自主讨论、研发、完成了科研项目，解决了高层应急逃生的实际问题。将学生们的理论知识与实践相结合，培养学生的创新与实践能力，更好地激发学生学习的积极性与自主性，促进科技成果转化的同时，为其他专业课程的教学改革设计指明了方向，也为社会输送了大量的安全工程专业复合应用型人才。
参考文献：
[1]刘秀玉，张浩，朱庆明.多学科交叉的安全工程专业实践教学体系构建[J].安徽工业大学学报，2012，29（6）：134-137.
[2]邓洪波，王林元，刘显斌，等.多元综合教学方法在“安全系统工程”课程教学改革中的探索[J].西部素质教育，2018，4（24）：117-118+121.
[3]孟光伟.建筑学专业《城市规划原理》课程教学改革的探讨[J].教改创新，2013（4）：58-59.
[4]余修武，叶勇军，蒋复量，等.“科教融合、校企合作”双翼模式下的人才培养初探———以安全工程为例[J].高教学刊，2018（01）：10-12.
[5]蒋璐，崔晓军.基于多元化反馈机制的翻转课堂优化与实践[J].河南广播电视大学学报，2019（01）：99-104.
[6]夏国萍.基于工程实践能力培养的工程教育课程改革———以昆士兰大学项目中心型课程为例[J].北京航空航天大学学报（社会科学版）：1-8.
作者:姚立超 蒋永清 徐子涵 姜雪 戴俊岩 田士强 单位:哈尔滨理工大学
