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本文簡述了高校培養安全工程專業化工安全方向復合型人才的重要性,從教法、培養模式和多元化考核三方面深入探討了該方向的教學改革方案,以期為化工行業培養具有扎實工程基礎的安全工程專業復合型高級人才。
[關鍵詞]
安全工程;化工;教學;復合型人才
隨著新技術、新工藝的開發與運用,化工生產工藝流程變得越來越復雜,自動化程度也越來越高,生產過程正朝著綜合利用的方向發展。然而對于一個化工企業而言,安全生產是企業發展的根本保障,是在生產經營中需要貫徹的一個重要理念。[1]這就對安全生產相關人員提出了更高要求,尤其是安全工程專業技術人才。因此,掌握化工過程及安全技術相關知識是安全工程專業學生從事該行業生產與管理工作必不可少的職業技能。安全工程專業化工安全方向作為一門專業學科,具有內容涉及面廣、知識點多、實踐性強的特點。對于安全工程專業的教師而言,如何讓學生在有限的校園學習階段較好地掌握化工安全方向相關知識,[2]如何將安全工程專業特點融合到化工生產的教學中去,是教學的難點。本文以培養安全工程專業復合型人才為立足點,探討如何推進安全工程專業化工安全方向的教學問題。
一、教法探討
(一)教學觀念的改革
要提高教學效果,更新教師的教學觀念是根本。隨著科技的進步及社會經濟的發展,網絡已成為人們生產生活中密不可分的重要部分,這也給人們帶來了各方面的信息資源,教師已不再是學生獲得專業信息的唯一有效途徑。與幾年前相比,同一年齡層次學生的心智、儲備的信息量及獲取知識的途徑已遠遠超越以往的學生。以90后學生群為例,他們在課堂上更具活力和自主性,有很強的表現欲和求知欲,對于知識的前沿性和綜合性有更高期待。“教師講,學生聽”的常態上課模式已不能完全滿足學生的需求。學生的整體知識結構水平不斷提高,而教師依舊采用同樣的教學模式,這勢必使師生產生代溝。因此,教師應不斷更新教學理念,充分尊重學生的選擇權和自,樹立順應時展的教學理念,從以教師為主變成以學生為主,從灌輸式變為引導式,從以理論學習為主向實踐教學為主轉變,扮演好引導者、合作者的角色,讓學生在全新的教學模式下激發學習興趣。
(二)教學技能的提升
化工專業課程內容相對抽象,習題教學更是枯燥、乏味,且單憑文字和公式的闡述難以形象表達具體的科學過程,難以加深學生的理解。這就要求教師在教學方式和方法上進行創新,充分調動學生的學習興趣,發揮其自主性和能動性。以化工原理課程為例,它以化工過程中的單元操作為研究對象,是引導學生由純理論學習轉向實踐性和工程性學習的一門工程技術基礎課,包涵了大量的專業術語和計算公式。從以往的教學回訪來看,學生認為老師的講授太過抽象和枯燥,自己難以在短時間內理解和掌握相關概念和公式,學習的積極性受到了極大的影響。因此,筆者認為可從以下幾個方面提升教學質量。第一,重視緒論的講解,引領學生入門。緒論是一門學科的開篇,也是學生開啟學習興趣的一把鑰匙。教師需要在緒論課上多做功課,將化工原理這門課程與社會經濟發展的重要性、前沿性及化工工藝過程的危險性聯系起來,對學生熟知和比較關注的熱點案例進行歸納和講解,讓學生還沒開始相關內容的學習,便已產生濃厚的學習興趣。第二,精選教學內容,教與學相結合。對于少學時課程而言,課堂教學時給學生講得過多、過細會造成學生過分依賴教師的局面,學生的獨立思考與創新能力得不到發揮,克服困難與創新的精神也顯得不足。教師在教學過程中應重概念理解,抓理論本質;優化教學內容,針對重點內容開展有層次的教學;合理精簡理論內容,突出基本概念與共性規律,抓主線和重點,對非重點問題采用監督自學的形式,做到少而精。如教師將課堂提問的形式引入教學,針對關鍵內容、難懂內容及易犯錯的內容進行提問,注重讓學生用自己學過的知識來解決遇到的新問題,充分發揮學生的主觀能動性,激發其學習熱情,培養學生思考問題和解決問題的能力。第三,采用科學的教學方法。教師應從單純的書本知識灌輸轉變為多方位、多角度的教學,將知識的傳授過渡到培養學生的能力和素質上,讓學生在學習理論知識的基礎上樹立工程觀念,培養工程思維能力,用工程觀念分析和解決工程問題。[3]此外,教學工具也是非常重要的。多媒體和板書相結合、PPT中融入生動的flash及視頻等方式,[4]可有效地幫助學生理解知識,提高教學效果。開展課堂輔助案例教學、分組主題討論并結合學生自主講解,能夠讓課堂教學更立體、更直觀,同時能夠提升學生的學習興趣,鍛煉學生的表達能力。第四,加強與學生的互動。教師自身的文化素養和科學研究方法論意識是師生進行互動的重要基礎。教師要經常下企業接觸實際生產,豐富自身的化工領域知識體系,將安全工程專業與化工專業知識體系融合起來,及時更新課程內容,避免教學與實際生產部分脫節。教學過程中倡導師生合作、生生合作、共同探究創新的教學模式,鼓勵教師在求異創新中主動構建自己的知識體系。如教師課上可采取提問題、做游戲、小組討論的方式與學生進行互動,增強課程的趣味性與學生的自主性;課下多與學生溝通交流,征求學生意見,及時獲得教學反饋,掌握教學效果,以便根據學生的學習情況改進教學內容及方法。
二、培養模式
(一)漸進式課程群結構
處理化學工程問題常常要求把簡單問題做嚴格的數學處理,復雜問題進行簡單的數學處理。在教學過程中,我們應遵循此規律,激發學生的學習興趣。[5-6]由于化工知識體系龐大,非化工專業學生想要在短時間內掌握專業相關知識,難度很大。以我校安全工程專業為例,為了讓學生在掌握安全工程專業知識的同時,逐步消化和深入學習化工知識,我們從大一到大四遞進式安排了學生的化學化工相關教學課程(見表1)。化工安全方向以無機及分析化學為入門課程,以化工原理、流體力學與流體機械、化工安全工程三門主干課為基礎,以危險化學品管理、設備腐蝕與防護、燃燒與爆炸學等限選課為輔,結合實驗、課程設計和實習,以化工過程中的單元操作為研究對象,引導學生由純理論學習轉向實踐性和工程性學習,將安全工程管理與技術融合到化工知識的學習中。種遞進式的課程安排實現了由點到面的過渡,學生對化工知識掌握得較好,教學效果顯著。
(二)實踐教學
相對于理論教學,實踐教學更具直觀性、綜合性和創新性,更能激勵學生的好奇心和創造性,能使學生初步掌握科學研究的方法,是培養學生崗位工作能力的重要途徑,是理論聯系實際的一個重要環節,能為學生盡快適應工作崗位打下堅實基礎。[7]對于安全工程專業的學生而言,動手操作能力顯得尤為重要。我校安全工程專業化工安全方向的實踐教學環節包括基礎實驗、教學實習、仿真實訓、課程設計、工廠實習、創新性項目及畢業設計(論文)。基礎實驗是針對專業基礎理論課程的實踐教學。我們根據理論課程各章節的內容,有針對性地設計了多個系統性實驗。以化工安全工程基礎實驗為例,我們針對化工安全工程理論課程中的危險化學品安全管理、化工燃燒爆炸及控制措施和化工單元操作安全技術這三章重點內容,分別開設了物質自燃點的測定實驗、氣體/粉塵的爆炸特性參數測定、易燃建筑材料的燃燒性及危險性分析實驗及流化床干燥過程的安全技術分析實驗等。課程設計是學生學完課程后,綜合利用所學知識進行設計的實踐教學環節,由教師出題,學生在教師的指導下進行設計。通過課程設計,學生的工藝計算、繪圖等能力得到了真正提高,能夠把零散分布在各門課程中的知識有機結合起來,創造出有自己特色的設計成果。課程設計達到了綜合訓練的目的,提高了學生分析和解決化工實際問題的能力。[8]化工安全工程課程設計要求學生對某硫酸廠的廠區平面布置及特定工藝進行設計、計算和繪圖,并從安全管理、安全技術措施、事故應急管理等方面提出安全對策。在整個設計過程中,學生以安全學原理和技術指導硫酸化工廠的設計,在化工工藝流程的布置過程中進一步加深了對化工安全知識的理解。教學實習安排在理論課程結束后,學生到相關廠礦企業進行為期一周的教學參觀,例如參觀中糧可口可樂有限公司的生產車間,了解該公司的廠區布置及安全管理模式等。教學實習以參觀為主,專業工作人員帶領學生參觀,并進行演示和講解。該環節可調動學生的學習積極性,提高其感性認識,使其進一步將理論知識與實際生產應用聯系起來。仿真實訓是在計算機上直接操作,模擬化工生產過程。以精餾過程為例,學生可任意改變參數,主動引發生產事故,進行探索性試驗,但不會造成實際的損失。學生通過仿真實訓可汲取教訓,及時更正操作,強化安全意識。工廠實習是在專業主干課程之后開設的為期一個月的進廠跟班實習。工廠實習能加深學生對相關工藝技術流程的基本認識和理解。工廠實習不僅要求學生全面了解化工生產類別,熟悉工藝參數、單元操作、設備操作與管理,掌握化工的工藝流程,懂得分析和控制設備的原理,而且要求學生能夠辨識化工廠車間危險源并提出安全對策,強化自己對化工生產的認識,明白安全生產與管理對于企業生存的重要性。通過實習,學生能直觀地接觸化工生產過程,真正體會到安全生產、安全管理與技術在化工行業中的重要地位,實現理論與實際的進一步緊密銜接。
三、多元化考核
社會發展要求人才具有良好的動手能力、表達能力和創新能力。在教學過程中,我們注重智商和情商的共同發展及科學思維方法的培養。我們將考核形式多樣化,減少應試閉卷考核,引入論文寫作、動手操作、答辯等多種考核手段,使學生注重知識的探索與運用,并非單純為了考試才學習,從而與社會對人才的能力需求接軌。以化工實驗考核為例,根據前期實驗內容,老師擬定數個實驗考核項目,學生隨機抽取考核內容,進入考核現場獨立完成實驗,并離開現場。考核由現場實驗操作技能和實驗報告撰寫兩部分內容組成。操作技能包含實驗預習情況、實驗記錄、操作手法及實驗臺面整潔程度;實驗報告撰寫包含實驗步驟、實驗數據處理及結果分析和實驗報告的規范性。操作過程中教師還需對學生解決問題的能力、實驗室工作習慣等進行考核。這樣的考核方式使學生在前期實驗教學過程中由被動學習轉為主動學習,同時提升了學生實驗操作的獨立性,培養了學生嚴謹的工作作風,提高了學生的綜合素質。實習的考核也分為兩部分內容,一是當日主題答辯及當日工作總結,二是實習報告的撰寫。在石油化工企業實習過程中,老師根據工作性質,每天布置實習任務,采取“師傅引導制”,使學生在工人師傅的監督和指導下,完成工作任務;學生下班后撰寫當日工作總結并答辯。在答辯環節中,老師對學生遇到的問題和困惑進行正確引導,對于優秀的實習成果給予肯定和表揚,及時指出學生實習中存在的不足之處并分析原因。通過這種考核方式,學生在下廠工作和后期答辯過程中會注意對所發現的生產薄弱環節及存在的安全風險提出改進意見。這樣既提升了實習成效,也讓學生真正懂得了如何處理現場突況及提出安全防范對策等。通過將安全科學知識與化工生產過程融為一體,學生的綜合工程素質及工作競爭能力均得到了提升。
四、結語
我們以教學方法、培養模式、考核方式為教改切入口,充分利用科技發展和教改帶來的機遇,加強安全工程和化學工程的結合,讓安全工程專業的學生在學習和實踐中感受化工過程理論指導實踐的重要地位,建立工程意識,樹立工程觀念,掌握化工安全方面的知識和技能,以期為國家培養更多敢于探索、勇于創新的安全工程專業化工安全方向的復合型人才,為有效促進化工行業的健康、穩定發展輸送力量。
作者:廖嬋娟 魏祥東 盧麗麗 蘇龍 蔣嬌蓮 楊冕 單位:湖南農業大學資源環境學院
參考文獻:
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1安全工程專業實驗教學中存在的問題
1.1實驗教材不足
(1)教材編寫難度大。安全工程學科是一個交叉型學科,安全問題具有高度的多樣性和復雜性[10],煤礦安全不僅涉及安全學科自身的理論,還涉及到井巷工程、瓦斯治理、火災防治等其他學科的相關理論和技術,編寫出高質量的安全工程實驗教材并不易。
(2)教材內容質量不高。國內高校正在使用的安全工程專業實驗教材大多為自行編寫的講義,難免存在一些問題[11]。
(3)對教材建設投入的經費和精力不夠。由于安全工程專業實驗教材適用面窄,而編寫教材需要參閱大量的文獻、花費大量精力,至今尚未引起充分的重視[2]。
1.2經費緊缺,設備不足
在一些高校,安全工程專業尚處于初建和發展期。有些高校安全實驗儀器設備配備和實驗經費不足,以致很多實驗難以開出,或只開設演示性實驗,從而影響實驗教學效果和學生動手能力的提高。
1.3驗證性實驗多,設計性實驗少
對于驗證性實驗,學生只要依據實驗指導書給出的步驟進行實驗就可以得到實驗結果,這對于培養學生的動手能力和創造性是不利的;而對于設計性實驗,學生需要自行設計實驗方案和進行數據處理,有利于培養學生的動手能力、自學能力以及創造性思維能力。然而,由學生自行編寫方案的設計性實驗較少。
1.4已有的設計性實驗效果不理想
盡管一些高校開設了設計性實驗,但缺少相關教學指導體系,以致實驗效果并不理想。這是因為,設計性實驗課穿插于理論教學課中,在時間上缺少彈性,甚至出現實驗與考試時間沖突的現象。
1.5實驗教學手段單一,教學體系不完善
有的高校還沒有安全工程實驗教學指導書、實驗教學大綱、實驗教學計劃、實驗考核、實驗報告書等一系列實驗教學文件,甚至有的還沒有實驗學分,安全工程實驗完全依附于專業基礎課和專業課。由于安全工程實驗課沒有獨立學分,實驗效果也不好。
1.6實驗室管理不正規
有的高校新建安全工程實驗室管理制度尚不完善,存在一些安全隱患。
2創新安全工程實驗教學理念
“大學生創新性實驗計劃”是教育部為推動高校的實驗教育改革以及創立新時期創新性人才培養模式而制訂的[13],該計劃指出:提高我國大學生綜合素質的一個重要途徑是創新實驗教學。在創新實驗教學的過程中,不僅要有新的教學思想,更要著重培養大學生利用已掌握的理論知識分析、解決問題的能力,著力培養大學生的創新能力、創新思維以及創新意識。創新性實驗教學的根本目的是利用實驗教學,培養和提高學生的創新能力[14]。對于教學工作來說,培養創新能力也需要用創新的教育理念和創新的教育方法完成教學和實驗工作,以實驗設備設施、實驗管理體制、實驗教學手段、實驗內容等方面作為切入點,形成專業特色顯著的創新型實驗教學模式。為此,在安全工程創新實驗教學的過程中要發揮學科特色,以培養創新型安全人才為目標,充分利用教育資源,形成嚴謹的、完整的、不斷發展的安全工程創新實驗教學體系。
3安全工程實驗教材改革
實驗教材是體現實驗教學目標、內容和方法的重要載體,是指導和規范實驗教學過程、提高實驗教學質量的保證[15]。作為實踐性和綜合性較強的安全工程,特別需要系統性強、科學規范的實驗教材。
3.1構建統一的課程體系
目前,我國安全工程專業的課程體系是以安全學原理、安全系統工程等安全工程專業的公共基礎課為核心,以具有相關工程背景的專業為依托和外延,這就要求強化基礎,按綜合學科的模式建設專業,建立由安全工程本科專業基礎課、必修課和選修課組成的課程體系。其中基礎課是為學習專業課服務的,包括安全學原理、安全系統工程、力學、電子電工技術、機械原理、大學物理等;必修課使學生掌握安全工程專業的基本原理、理論和知識,主要課程有安全人機工程、防火防爆技術、通風安全學、安全評價技術、壓力容器安全技術、危險源識別技術等;選修課則是安全工程與具體行業密切相關的課程,如礦業安全、化工安全、建筑安全等。
3.2凝練實驗教學內容
實驗教材應根據課程體系的要求進行設置,同時必須滿足以下3方面的要求:(1)在廣度上,要能夠覆蓋本專業主干課程的知識點;(2)在難度上,應該設置有不同層次和類型的實驗項目和題目;(3)在技能培養上,要通過安全工程實驗課程的教學,使學生深入理解、掌握并運用安全工程理論和技術,能夠分析和處理實際問題,有實驗動手能力。
3.3積極組織編寫實驗教材
學校和安全工程學科相關管理部門應組織在安全工程專業教學和科研一線的教師規劃實驗教材內容,認真編寫實驗教材,鼓勵教師把自己的科研成果提煉為實驗教學的題目。應組織相關教師對新編實驗教材進行評議、提交給多名專家審閱修改,確保教材高質量。
4安全工程專業實驗教學改革探索
安徽理工大學是國內較早創建安全工程專業的高校之一,于2007年入選第一批“國家級第二類特色專業建設點”。學校對于安全工程專業實驗教學改革進行了不斷的探索。
4.1新開設實驗課程的原則
新開設的安全工程專業實驗課應遵循以下原則:(1)在技術上必須是可行的,具有可操作性,適宜并具有一定的實際指導意義;(2)涉及到的知識點應為整個課程教學大綱的重點內容;(3)使用安全可靠的儀器設備,有嚴格的安全措施,避免人身傷害和中毒、火災、爆炸等事故發生;(4)在經濟上應合理,實驗設備的購置價格及使用和維護成本應在承受范圍內。
4.2完善實驗設備的管理
(1)管好、用好實驗儀器設備,實驗課教師不僅要熟悉實驗設備的性能,保證實驗設備的完好和可用,還要能夠進行實驗設備的簡單維修和保養,充分挖掘實驗設備的潛力。(2)建立實驗設備庫,完善實驗設備的管理制度,建立實驗設備使用、外借以及維修保養的檔案。(3)加強校際聯系,建立實驗設備資源共享平臺。
4.3改進實驗指導方式
(1)所編寫的實驗指導教材要突出實驗原理、操作步驟和操作注意事項,可為學生的課程實驗、開放性實驗、課程設計以及畢業設計提供全面指導。(2)充分利用多媒體實驗課件。實驗課前,實驗教師要完整地將實驗預做一次,并將實驗過程錄制成視頻課件供學生預習實驗,著重強調實驗步驟和操作注意事項。(3)在實驗課前做好準備工作,將儀器設備調整到最佳狀態。針對學生難以理解和掌握的內容,畫出原理圖并配以實驗流程,以方便對學生講解和推理。(4)將實驗教學的內容與實際應用緊密結合起來,告訴學生所做實驗的實用性以及現場操作方法。同時,教學內容和知識點的銜接合理,做到因勢利導、重點突出、難點解釋得當。(5)在實驗教學中,要求學生將實驗數據和發現的問題及時、詳細地記錄下來,帶著問題做實驗,掌握數據處理、分析實驗結果和減少實驗誤差的方法,教師在實驗后須對學生的實驗結果進行確認。(6)以學生為主體,以教師為主導。教師對學生進行跟蹤指導,指導要落實到每一個組、每一個人,要關注和督促學生完成實驗計劃。
4.4加強實驗教學管理
(1)基礎實驗是專業實驗的基礎,通過強化基礎實驗課為專業實驗(包括一般實驗、綜合性實驗和設計性實驗)奠定基礎。(2)引導、鼓勵和支持教師開發設計性和綜合性實驗,鼓勵和支持學生自己設計實驗。(3)提高教師的緊迫感和責任感,督促教師不斷提高進取意識、實驗教學水平和積極性。在課堂講授過程中,實驗教師予以配合;在實驗教學過程中,講課教師予以配合,每次實驗課至少有2名教師現場指導。(4)通過開展學科競賽等活動,提高學生的動手能力、創新意識和創新能力。例如我校能源與安全學院通過組織學生參加“挑戰杯”、“采礦學科大賽”、“節能減排大賽”等學科競賽活動,提高了學生的創新意識和創新能力。(5)實驗室和實驗教學儀器全面向本科生開放,科研儀器在教師的指導下向本科生開放,最大限度地提高實驗儀器的利用率。鼓勵學生自行設計實驗項目,包括研究性、綜合性及設計性實驗,模型、發明及制作類實驗,學科競賽類實驗等。鼓勵學生自己提出實驗題目,通過實驗解決煤礦企業生產中遇到的安全難題。(6)鼓勵學生申報科研項目或參加指導教師的科研項目,通過實驗和后續的數據處理,使學生的動手能力和分析、解決問題的能力得以提高。(7)把驗證性實驗和演示性實驗安排在大一、大二年級,減少此類實驗的數量,將此類實驗放到校園網上并提供多媒體課件和視頻錄像,供學生觀看和學習。(8)鼓勵教師根據煤礦安全生產遇到的實際問題研發新型實驗儀器設備。如我校安全工程實驗室自行研制的滲透率實驗儀、礦井通風仿真系統、瓦斯爆炸、煤塵爆炸、電氣安全、煤的低溫氧化等16套實驗儀器,這些實驗儀器填補了實驗空白,在實驗教學中發揮了重要作用。(9)將實驗課單獨設課并單獨分配學分,從原有的理論課中拆分出來。這樣做的好處是可以促使教師和學生重視實驗教學環節,促使學生更愿意動手做實驗。
4.5構建實驗教學網絡平臺
實驗教學網絡平臺集成了管理、信息、課件、視頻、交流和意見反饋等功能,為學生提供了豐富的課件、視頻等實驗教學資源以及實驗教學環節管理信息等,創造多維、信息化的實驗課程學習平臺,并方便學生間、學生和教師間的交流。主要功能有:(1)學生網上預約、網上選課功能,學生可以自選創新性、設計性或綜合性實驗教學項目;(2)實驗儀器設備的使用狀態,提供教學信息和實驗成績查詢;(3)實驗儀器設備的基本操作說明、音像資料、多媒體課件等;作為輔助材料,提供實驗過程中所需儀器或軟件的說明書、原理及參考文獻等信息,供學生使用;實驗教師可以根據實驗設備的變化及時修改和完善相關資料;(4)提供針對實驗儀器和實驗過程的網上交流和意見反饋,跟蹤實驗儀器的占用情況,使學生能更加合理地安排實驗時間,提高實驗儀器的利用率;(5)對于具有較大危險性的實驗,提供網上虛擬實驗,學生可以通過網站,在線完成虛擬實驗項目;(6)網上答疑。對于實驗過程中遇到的問題,學生可以在網上與教師交流。鼓勵學生積極表達、與同學分享個人的學習體會、學習經驗以及通過實驗所掌握的知識和技能,鼓勵學生對實驗中的問題提出建議。
4.6實驗室安全管理
安全工程實驗室裝有甲烷、氧氣、氮氣等氣體的高壓容器,若操作不當則可能發生安全事故。應特別注意壓力容器的特點和危險性,加強安全管理工作。(1)完善高壓容器等具有危險性的實驗設備和儀器的安全管理制度,對于具有輻射性的實驗儀器(如氣相色譜儀),應嚴格遵守國家相關法規。在日常實驗、保養以及寒暑假等節假日都必須注意具有危險性的實驗設備和儀器的狀態,及時消除安全隱患。(2)加強安全教育,制訂事故應急預案,防止中毒、燒傷、機械傷害等意外事件發生。(3)學院成立安全隱患檢查治理小組,進行定期安全隱患檢查。落實實驗室安全工作的專人負責制,定期對實驗儀器進行保養維護,對發現的安全隱患應及時上報并立即進行整改。
5實驗考核體系
安全工程專業的實驗可以分為課堂型實驗和開放型實驗,開放型實驗又包括設計性實驗、綜合性實驗及創新性實驗。對于課堂型實驗,實驗教師可利用多種教學手段,使學生更好地掌握實驗原理、方法、流程、數據處理及工程應用;而對于開放型實驗,學生可以在教師的指導下充分發揮自己的創新性思維參與實驗研究。需要對傳統的安全工程實驗考核體系進行以下調整:(1)對于實驗基礎知識和基本概念的考核,主要包括平時表現、實驗出勤率、實驗回答問題等,占總成績的30%;(2)實驗報告占總成績的50%,實驗報告中應包括詳細的實驗原理、實驗細節、實驗數據、數據分析以及可能的改進方案等;(3)創新性、設計性的實驗占總成績的20%。設計性實驗需要根據課堂理論教學的需求設置,學生可以根據自己的特長選擇和設計相應的實驗方法及實驗內容,以提高動手能力和分析、解決問題的能力。通過實驗教學考核體系的調整,有助于學生發揮主觀能動性,促進實驗教學改革,提高實驗教學質量,學生對于這樣的考核體系反映較好。
6結束語
[關鍵詞]煤礦地質學 課程改革 實踐教學
[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437(2014)07-0119-02
《煤礦地質學》是普通高等學校采礦工程、安全工程、測量工程、建井工程等非地質專業的一門重要的專業基礎課程,是集地質研究、生產實踐于一體,并與煤礦生產緊密結合的實用地質學。近年來,為了滿足煤炭工業的發展和我國煤炭科學技術進步對煤炭工程技術人員的要求,對原有煤礦地質學課程進行了課時壓縮和較大規模的內容精簡。這給該門課程在教學過程中帶來了相應的問題。根據該專業課程綜合性和實踐性很強的特點,如何利用給定的學時傳授教學內容并提高學生的創新與實際動手能力,對提高學生的職業適應能力和滿足社會的人才需求有著重要意義。為此,筆者針對《煤礦地質學》課程教學存在的問題與解決方法進行了一些探索。
一、“煤礦地質學”課程特點
(一)教材內容豐富,但學時較少
“煤礦地質學”是一門礦井地質知識與煤炭生產實踐緊密結合的自然科學,主要研究礦井建設開始至開采結束全過程中的所有地質現象,認識地質規律,提出解決煤礦建設、煤礦生產過程中出現的各種地質問題,為煤礦生產建設提供必要的地質依據。課程內容包括地質作用、礦物和巖石、古生物與地層、地質構造、煤地質學基礎、煤礦開采及安全地質條件、礦井水文地質與水害防治、煤礦地質勘查、煤炭資源儲量計算與管理、礦井原始地質編錄等。但是,由于專業的培養目標、要求的限制及學習目的與側重點的不同,該課程學時往往較少,如我校采礦工程專業總學時壓縮至48學時,其中40學時為課堂講授,8學時為實驗課;安全工程專業總學時壓縮至40學時,其中32學時為課堂講授,8學時為實驗課。考慮到教學內容多、學科特點及學時限制,教學內容一般側重于地層、礦物巖石、地質構造及煤礦開采及安全地質條件、礦井水文地質與水害防治等解決礦井各種地質問題的應用地質工程技術部分,重點培養學生在實際工作中運用理論知識解決各種地質現象與問題的能力。
(二)綜合性、特色性、實用性強
“煤礦地質學”課程涉及礦物學、巖石學、古生物與地層學、構造地質學、煤地質學等較多地質學科,因此,綜合性較強。在課程講授過程中,要求教師要有寬廣及雄厚的專業知識背景,且要對講授內容靈活把握,堅持有所為有所不為的原則。該門課程與煤炭生產緊密相關,具有極強的煤礦特色。學習本門課程的最終目的是為煤礦安全、高效、潔凈生產培養專業高級人才,課程強調礦井地質知識與煤炭生產之間的緊密聯系,地質問題圍繞礦井地質災害防治、煤炭及其伴生礦床開發利用等方面。在知識傳授過程中,不僅要傳授學生礦物巖石、古生物地層、構造等地質基本理論,還要教會學生運用所學知識解決實踐地質問題和實際工作的能力,如對井下斷層的認識與識別、巖石產狀觀察、地質圖件讀取與制作等,因此具有較強的實用性。
二、“煤礦地質學”課程教學存在的主要問題
(一)教學內容涉及面廣,總學時數偏少
煤礦地質學課程涉及地質學科的主要學科,內容較廣。但各專業對總學時的要求不一致,總體表現為總學時數偏少,老師對教學內容把握難度大。如我校采礦工程專業開設課時為48學時,安全工程專業開設課時為40學時。而對于教學要求,各專業又都希望盡可能地覆蓋普通地質學、礦物巖石學、構造地質學、古生物地層學及相關應用地質工程技術部分。同時,采礦工程專業煤礦地質學課程開設于大學二年級第一學期,安全工程該課程開設于大學三年級第一學期,在開設該課程之前,并沒有地質類、采礦類基礎課程學習基礎,進一步加深了學生對該類課程學習的難度。由于各專業人才培養計劃中課程設置基本都是全盤考慮學院、專業而自行決定的,學院與學院之間、專業與專業之間、教師之間對課程開設缺乏有效的溝通,進而導致教學內容的大致相同而課時不同、課時量大幅度壓縮的現象。顯然,較少的理論課教學課時與實驗課時,使得任課教師很難制訂統一、全面的“煤礦地質學”課程教學大綱和教學內容,增加了教師把握教學內容的難度。由于沒有統一制訂的教學任務與學時安排,導致了不同任課教師可以根據自己的教學經驗安排課程內容的傳授,不同任課教師的教學內容與教學重點不一致,使不同年級、不同學科的學生的學習內容產生不連貫。
(二)實驗與野外實踐教學課時壓縮
按照教學大綱的要求,必須安排一定的課時開展驗證性實驗課(三大類巖石的鑒定、煤的觀測等)對所學地質理論進行驗證;開設三天的野外地質認知實習課,提高學生對地質現象的綜合分析能力和實踐能力。但我校實驗課學時僅為8學時,野外地質認知實驗課也被砍掉。從課程內容看,與煤礦生產建設相關的野外地質基本工作方法與技能、采掘地質圖件編制、井下地質編錄等內容的掌握均得不到有力保證。而這些內容僅僅依靠課堂講授比較抽象,理解相當困難,難以實現學生實際應用能力的培養;同時,課時量的限制也無法保證充裕的講授時間,制約了學生動手能力、理論聯系實際能力的培養與提高。
三、相關對策探討
(一)改革教學與實踐教學課時分配,強化實踐環節
為了解決上述教學過程中存在的問題,建議增加課程學時數為64學時,其中46學時為課堂講授,8學時為實驗課,10學時為課程設計課,同時仍然恢復原大綱要求的3天外地質認知實習。同時,建議在開設“煤礦地質學”課程開設之前,應首先或同時開設“采煤概論”等基本課程,并將開設時間統一調整至大學三年級下半學期。通過教學課時調整,能夠將煤礦生產運用到的基本地質知識通過實驗驗證進行強化;通過課程設計獲得煤礦采掘地質圖件的編制方法等。在課堂講授過程中,要著重關注課程內容體系的合理安排,對于地球基本知識應少講或不講,而著重講授礦物巖石、地質構造、地層等方面的內容;對于應用地質工程技術部分的地質勘探、煤礦環境地質等方面課時也應壓縮,主講影響煤礦生產的主要地質因素、礦井水防治、地質圖件、地質編錄、儲量管理等內容。通過8學時的實驗課,可讓同學們掌握三大類巖石的鑒定特征,達到認知、熟悉的目的。通過10個學時的課程設計課,可以讓同學們自己動手制作煤礦采掘工程圖件,達到掌握各種常用采掘地質圖件的編制方法與提高識圖讀圖的能力,進一步鞏固課堂上基礎理論知識和提高學生的實際工作能力。
(二)靈活采用教學方法,提升課堂教學水平
“煤礦地質學”課程具有基本概念多、跨學科知識多等特點,為避免學生產生枯燥感,降低教學效果,針對授課對象為非地質專業學生的特點,教師不僅要注重書本內容的傳授,還要靈活采用教學方法,提升課堂教學水平。近年來許多高校提出了許多創新性的教學方法,在教學中取得了良好的效果。如在講解煤層厚度變化及其影響因素時,可采用“討論式”教學方法,調動學生的想象力和注意力,激發學習興趣;在講解地質構造對煤礦生產的影響時,教師可以將自身參與的科研內容融于其中,以科研過程中存在的典型地質構造問題進行詳細講解,抓住學生的注意力,增強教學內容的實效性和教學效果。在講解礦井水文地質及防治水這一部分內容時,可以我國近年煤礦發生的透水事故為實例,以設疑式教學法引導學生對透水事故發生的來源、通道條件、透水預兆與防治方法等進行深入思考。總之,教師只有綜合與靈活運用多種教學方法,并以多媒體教學為手段,多從案例入手,才能增加學生學習興趣,調動學生聽課與學習的積極性,提升課堂教學效果與教學質量。同時,在授課中要做到語言深入淺出,多與學生互動,針對課程重點內容和難點內容多作講解。
(三)突出應用地質工程技術部分知識實用性教學
“煤礦地質學”是一門與煤炭生產實踐和礦井地質研究緊密相結合的實用課程,應注重培養學生在實際工作中運用理論知識解決現場問題的能力。[3]為使煤礦主體專業學生在這方面得到必要的知識和訓練,必須突出應用地質工程技術部分知識的教學。針對課程基礎理論部分的教學,要做到有所側重,如地球概況及其性質、古生物等章節的內容可以點到為止。而對于應用地質工程技術部分內容的教學,如煤礦安全生產地質因素、礦井儲量管理、地質編錄等則是重點內容。總之,只有通過將各種專業知識結合,并協調運用多種教學手段,并以課程實驗和課程設計為輔助,才能更深層次地加強“煤礦地質學”地質工程技術部分知識學習的效果,培養與鍛煉學生的現場工作能力,為學生畢業后到煤礦生產單位工作打下基礎。
[ 參 考 文 獻 ]
[1] 楊孟達,劉新華,王瑛.煤礦地質學[M].北京:煤炭工業出版社,2000.
關鍵詞:高職院校;安全技術管理專業;課程體系建設研究
中圖分類號:G64 文獻標識碼:A 文章編號:1007-3973(2010)010-171-02
高職院校由于學制短,時間緊,在培養人才的過程中往往急功近利,沒有明確的培養目標。許多高職院校尚無完善,成熟的培養計劃和課程設置體系。高職院校大多緊跟勞動力市場變化,重理工,這種培養模式使得高職院校提供的教育與人本身的發展和社會的需要發生嚴重偏離。
根據安全技術管理專業的工作特點,校企合作進行職業核心能力和素養的分析,開發與工學結合人才培養模式相適應的安全技術管理專業的課程體系。在核心能力分析的基礎上建立基于生產安全的“崗位核心能力”課程體系。積極推行以職業活動導向的理論實踐一體化教學的內容、方法和手段改革,建設生產安全網絡教學資源平臺。
(1)打破傳統的基礎課、專業基礎課、專業課的課程設置模式,構建以安全職業能力為模塊的課程體系。
(2)制定按職業能力和素養來培養學生的人才培養方案。
(3)突破了傳統的課程結構,實現了案例引導、任務驅動的教學模式。
(4)要求對主要專業課程,貫徹以工學結合的理念,加強課程設計與開發。
(5)實行理論實踐一體化、達到“教、學、做”一體的效果,并全方位培養了學生的職業能力。
1、課程體系設計理論依據
為優化安全技術管理專業課程體系,首先明確安全崗位職業能力。本專業技能分為二個層次,第一層次為核心能力,包括基本操作能力及安全管理能力;第二層次為行業能力,主要包括:土建安全技術、交通安全技術管理、化工安全技術、礦山安全技術及消防工程等五個方面的能力。
安全管理能力強調的是處理安全問題的思維和方法論,其所對應的安全理論知識體系也是安全科學與技術的核心部分。這兩部分構成了安全技術管理專業的核心能力平臺,可以和不同的行業能力進行任意組合,從而形成以核心能力平臺為基礎、具有不同行業特色的安全技能。每種行業能力由3-4門安全技術與行業技術相結合的特色專業課程支撐,改革形成了以核心能力培養為基礎、以行業能力為支撐、根據社會需求靈活調整支撐點、具有本專業特色的課程體系。
基本操作技能強調的是動手能力,主要由一些有特色的實訓課程《安全檢測與監控實訓》來實現。
2、安全技術管理專業課程體系
本專業教學計劃中包括下列四類課程體系:公共必修課程體系,專業必須課程體系(包括:專業基礎課程+核心能力課程+行業能力課程),專業選修課程體系和實踐課。
2.1 公共必修課程體系
公共必修課程體系主要包括政治理論課程和英語、數學、計算機等基礎課程,主要圍繞培養綜合素質和專業先導課程學習兩大目標,以必須和夠用為原則。
2.2 專業必須課程體系
(1)專業基礎課程
主要包括無機分析化學、工程力學、工程制圖及AUTO-CAD、機械基礎、電子電工技術等課程,是專業能力的先導課程。
(2)核心安全能力課程
安全理論知識體系和安全科學與技術的核心部分,
(3)行業安全能力課程
各校可根據自身辦學特色及市場需求情況自行設置行業安全能力課程內容、確定課程名稱。
2.3 專業選修課程體系
各校可根據自身優勢和所屬行業特點,在滿足學分與課程基本要求的條件調整課程的設置與內容,辦出特色。
2.4 實踐課
(1)課內實踐(實驗)
主要為加深和鞏固對理論知識的理解,培養學生掌握一些基本技能。其中重要實訓可采用理論和實踐教學一體化模式。
(2)綜合性實踐(一)
對于“工學結合”的核心課程,課程結束后,安排綜合性強化訓練,理論教學與實踐教學一體化,做到真實體驗。
(3)綜合性實踐(二)
對于綜合性較強的課程,可以開展校內的課程設計,加強校內生產性實訓環節。
(4)校外實習
主要包括安全認識實習、危險辨識和評價實習、企業安全管理實習及部分行業安全能力課程的實習。
(5)畢業實習
畢業實習要求學生以企事業單位員工的身份頂崗實習來實施,通過企業兼職教師指導、企業崗位考評,以及學校教師的監督考評綜合評定學生的畢業實習成績。
3、主要課程
3.1 專業基礎必修課
(1)《工程制圖與CAD》
主要學習國家標準《工程制圖》、《機械制圖》的有關規定,點、線、面的投影及基本幾何體,機件常用的表達方法:學習Auto CAD的基礎知識,平面圖形的繪制與編輯。
(2)《安全工程化學基礎》
通過本課程的學習,使學生系統的掌握易燃、易爆物質的特征。有毒有害物質的危害。理解和掌握易燃易爆物品的特性、燃燒和爆炸的基本理論知識,了解有毒有害物質對人體和環境的危害。
(3)《采礦方法》
通過本課程的學習使學生掌握使學生了解和掌握礦山建設、生產過程和開采設計的基本知識。具備指導礦山基建施工和采礦的能力:具備礦山采掘工程管理的能力;基本具備礦山安全管理的能力。
3.2 專業技術必修課
(1)《工業防火防爆》
通過本課程主要了解火災和爆炸的基本知識,掌握這類事故的一般規律,具備火災與爆炸事故管理和火災與爆炸事故的現場處置能力,具有完整的理論體系和較強的可操作性。
(2)《安全系統工程》
本課程主要學習系統工程學的原理和勞動安全科學管理方法,能夠對系統或生產中的安全問題進行定性和定量分析、評價及預測,并采取綜合性安全措施予以控制,使系統發生事故的可能性減少到最低限度。
(3)《企業管理與安全管理》
該課程在于使學生具備安全生產管理的基礎理論知識,具有一定的技術操作與實踐動手能力,安全評價,具備編制安全技術措施計劃等能力。要求學生具備事故統計與分析能力,熟悉相關的安全生產法規與安全管理制度,掌握事故預防與控制的基本技術方法,具有一定解決實際問題的技能和團隊協作能力。
(4)《工程爆破》
熟悉爆破基本理論、爆破器材及管理辦法,掌握爆破起爆方法,能夠組織實施露天、地下一般爆破、深孔爆破、控制爆破、拆除爆破,熟練掌握爆破安全技術、爆破參數計算等能力。
(5)《工程施工安全管理》
本課程以單元工作任務基本學習情景,以重點、難點工作過程的情景變化作為學習的內容展開。單元工作的任務是由結構相對完整的工作過程來完成,并由相近的工作對象、施工
工藝、材料、機具和專業工種構成的。
(6)《電工技術與機電安全技術》
通過本課程的學習使學生具備工業企業供電與安全用電、電工測量能力等。具備電氣安全、機械安全,掌握金屬冷加工、機械安全技術和重大危險機械安全技術等知識。
(7)《礦井通風與安全》
本門課程介紹礦井通風與安全的基本概念和基本原理,掌握礦井通風設計方法、礦井安全管理及治理措施。具備從事地下開采通風管理的能力。
(8)《安全檢測與監控技術》
本課程介紹安全檢測的原理及方法,介紹安全檢測測量儀器的正確使用,噪聲與震動的測定、有毒有害氣體的檢測與監測。
(9)《礦山安全技術》
具備傷亡事故統計分析的能力;具備系統安全分析與評價的能力;具備礦山環境評價的能力;掌握礦內空氣中有毒、有害、噪聲監測的能力:掌握編制安全技術措施計劃的方法與運用的能力;具備組織開展科學研究、總結、推廣安全生產科研成果和先進經驗的能力。
3.3 專業限選課
(1)《安全生產法規》
學生通過本課程的學習,提高對法學基礎知識及安全生產相關法律法規的認識;提高安生生產法律意識;掌握相關法學理論及原則。
(2)《OHSMS認證與安全評價》
通過本課程主要學習使學生能夠比較常用評價方法的優缺點和適用范圍,并進行綜合運用:具備進行安全評價的能力,并能撰寫安全評價報告。
(3)《職業衛生》
具備保護好勞動者在生產活動中的安全與健康的能力。
3.4 實踐課
(1)《機械加工工藝安全實習》
具有初步的實踐動手能力,會操作主要的設備和工具加工簡單零件:對簡單零件具有選擇加工方法及制定工藝過程。進行工藝分析的初步能力:初步培養撰寫技術報告的能力。
(2)《安全生產技術實習》
通過生產實習使學生掌握將理論知識應用于生產實踐的方法和過程,提高學生分析問題解決問題的能力,從而促進學生專業知識水平的提高。
(3)《安全檢測技術實訓》
掌握測量儀器的正確使用,掌握大氣參數的測定、噪聲與震動的測定、粉塵的收集與測定、有毒有害氣體的檢測與監測,
(4)《安全技術課程設計》
了解礦山生產的工藝特點、掌握露天礦山和井下礦山的開采方法、使學生具備礦山安全生產的技術管理和管理能力、能夠獨立進行專業課題的設計。
(5)《畢業實習》
通過畢業實習,要求學生理論聯系實際,把所學的專業知識應用到實際的工作當中,對生產單位的資料收集,學生對所學課程加深理解,并培養獨立工作能力,檢驗學生綜合能力。
4、課程設置與學分結構
在上述課程體系中著重強調了生產工藝等這些基礎學科的重要性,這是因為基于生產過程安全的設備安全運行和事故的分析,都離不開上述的基礎知識。為了增強學生職業能力的發展,開設了安全評價、相關的安全生產技術等課程為職業的繼續教育儲備相應的知識。
高職教育的培養目標不能僅限于高技能人才,還必須培養技術型人才。為了實現這一人才培養目標,在課程體系的設置上,除了上述的理論課程和相應的實驗之外,還專門開設了相應的實訓,以增強學生的感性認識和綜合應用所學理論知識的能力,為學生畢業后能盡快適應工作崗位創造條件。
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[關鍵詞]安全投入; 經濟效益;生產可能性邊界;隸屬度
中圖分類號:X936 文獻標識碼:A 文章編號:1009-914X(2014)44-0160-03
Study on production possibilities frontier model based method of safety investment optimization
Cheng yue1 Song Shouxin2
(School of Economics and Management, Beijing Jiaotong University)
[Abstract] Safety is productivity. Such problems as the proportion of safety investment, inadequate or excessive amount of safety investment, will affect the economic benefits of safety investment and the normal production operation in the whole enterprise. This paper mainly studies how the production possibility frontier works in the optimization of the safety investment. The paper will study on the quantitative analysis of an engineering project. Safety costs will be divided into two major categories include security equipment cost and safety prevention cost, then build a coordinate system through the safety input distribution fitting boundary curve and the actual economic conditions. And, the Security Investment Possibility Frontier Model will be build. A membership functions will be founded through MATLAB according to the actual economic situation of the enterprise and operation mode, the membership degree are introduced to verify the rationality of safety investment decision-making, to make sure the enterprise safety investment decision was optimized.
[Key words] safety investment; economic benefits; production possibility frontier;
membership degree
引言
長久以來,以人為本都是我國科學發展觀的本質和核心,隨著我國國民經濟的不斷發展和人民生活水平不斷提高,公民的安全理念發生了變化,對安全生產的關注開始提高,追求人、社會、經濟可持續發展成為社會的首要目標,也是共同目標。
我國近年每年職業事故死亡約1.5萬人,以第二產業為主的從業人員的10萬人死亡率約為8.1,是發達國家的數倍;職業危害也十分嚴重,每年新發職業病例數均在萬例以上,且逐年上升;各類事故造成巨大的經濟損失,每年因各類事故造成的經濟損失在2000億元以上。中國安全生產的形勢十分嚴峻,不僅造成了巨大的經濟損失,而且在一定程度上影響了社會的穩定發展。
研究表明,我國的企業大量存在著生產事故的嚴重性與安全生產資源保障、安全投入的顯著矛盾,安全投入嚴重不足,且缺乏科學性。隨著國家及社會對安全生產的重視度越來越高,研究企業的安全投入產出規律及安全投入決策方法開始受到各界人士的關注。
1.安全經濟學相關理論
1.1 基本概念
安全投入是指一國或企業用于與安全有關的費用總和,安全投入包括安全措施經費投入、個人防護用品投入、職業病預防費用等等[1]。
安全成本是指實現安全所消耗的人力、物力和財力的總和。它是衡量安全活動消耗的重要尺度。安全成本包括實現某一安全功能所能支付的直接和間接的費用。
總的來說,安全投入和安全成本具有密不可分的聯系。安全投入是從安全產出的角度來表征安全經濟活動,安全成本是從消耗的角度來表征安全經濟活動。理論上,企業的任何資源都可以貨幣化,在實際運作過程中二者的數量關系是相等的。其目的都是為了保證企業的安全生產,本文中安全投入和安全成本并不嚴格區分。
1.2 安全產出
企業安全產出包括兩個方面,減損產出和增值產出,表現在企業安全運營中即為生產責任事故的減少量,以及企業社會形象的提高帶來的經濟效益。
根據安全投入與產出的關系,安全投入的經濟效益有兩種具體表現形式,一是用“利益”的概念來表示安全的經濟效益,(即“比值法”,安全投資經濟效益 = 安全產出量/安全投入量);二是用“利潤”的概念來表達安全的經濟效益,(即“差值法”,安全投資經濟效益 = 安全產出量 ― 安全投入量)。
此外,可以用來近似的表示安全產出的還有效率、安全投入經濟效率和效果。
對企業而言,效率是指生產要素的投入與產品的質量和數量之比,即勞動消耗與成果之比。企業管理的目的是以一定的投入獲得最大的產出,或以較小投入取得一定的產出。效率的計算公式為:效率=(產出量/投入量)×100%。效率反映了企業或社會資源的投入收益率。[2]
經濟效率是指經濟系統輸出與輸入的經濟總量之比較。經濟效率的計量一般是貨幣為計量單位。通常用“投入產出比”、“所得與所費之比”或“效果與勞動消耗之比”等來衡量經濟效率。
效果是指投入資源的實際產出與期望或應有的產出之間的比較,它反映實際效果相對于計劃目標的實現程度,效果=(實際產出量/應有產出量)×100%。
2.企業安全經濟效益分析
2.1 安全的經濟效益
安全經濟學學科中提出了兩種安全經濟效益分析的方法:
(1)安全投入和產出的差值;
(2)安全投入和產出的比值;
二者都是用安全投入和安全產出來綜合反應。
2.2 安全成本分類
1.2節中提到,安全成本是一種企業在實際生產運作過程中的各種資源的消耗。我們認為,安全成本可以貨幣化,以資金的形式表達。
企業安全成本包括一系列費用支出,根據廣義安全成本的定義,我們把安全成本分為保證性安全成本和損失性安全成本。保證性安全成本是指為保證和提高安全生產水平而支出的費用,它包括安全設備費用和安全預防費用;損失性安全成本是指因安全問題影響生產而產生的損失,它包括企業內部損失和企業外部損失。
保證性安全成本包括:
①安全設備費用:安全設備費用是指為了購置安全工程、設施以及監測設備、儀表等支出的費用,其目的就是為了實現一定的安全生產水平而提供基礎設施。
②安全預防費用;安全預防費用是指為運營安全工程的設施,進行安全管理和監督,安全培訓和教育而支出的費用,其目的是為了防止安全問題的產生,使保證性安全措施發揮應有的效能。
損失性安全成本包括企業內部損失和企業外部損失。其中企業內部損失是指由于安全問題使企業內部引起的停工損失和安全事故本身造成的人員及財產損失;企業外部損失是指因安全問題引起的發生在企業外部的損失和影響。
保證性安全成本和損失性安全成本有著內部聯系,即保證性安全成本越高,安全工程、措施、管理防范越完善,安全問題越少,損失性安全成本就會越低;反之,損失性安全成本相應會越高。
3.基于生產可能性邊界模型的安全投入方法優化
3.1 生產可能性邊界模型
生產可能性邊界(production―possibility frontier),下文均簡稱PPF,用來表示經濟社會在既定資源和技術條件下所能生產的各種商品最大數量的組合,反映了資源稀缺性與選擇性的經濟學特征[3]。常見經濟學教材中的生產可能性邊界是向上彎曲的,即凸函數,而不是一條直線或凹函數,這是因為通常情況下邊際成本遞增。企業安全投入的經濟規律也符合邊際成本遞增的規律,因此,可構建安全投入PPF模型。
企業安全投入方法的主體是企業管理者,因此,模型中只涉及前期保證性安全投入,不包含后期損失性安全投入,把保證性安全投入分為兩大類,即安全預防費用和安全設備費用,可建立坐標系,如下圖3-1。
假設在有限的安全投入下,企業可選擇的進行安全投入的方法有很多,可以以任意比例和數額進行安全投資,即出現在曲線周圍的不同的數量點,每個區域代表不同的安全投入策略帶來的經濟效益。因此,安全投入優化方法研究的核心,即采取一定的措施調整安全預防投入和安全設備費用的投入量及二者的投入比例,使得企業安全投入取得的經濟效益最大。
3.2 樣本的選擇
企業安全投入方法的優化,是建立在對往年安全投入資金數量和比例研究的基礎之上的,因此構建對企業安全投入有實時指導意義的模型,首先要選擇合適的樣本進行模型的模擬。
我們按季度將中交第四公路工程局有限公司于2010-2011年在某項目中投入的安全生產費用進行整理歸類,提出與安全生產直接相關的前期保證性安全成本,(表3-1)。其中,把完善、改造和維護安全防護、檢測、探測設備、設施支出,以及配備應急救援器材、設備和現場作業人員安全防護物品支出歸類為安全投入中的安全設備費用,其余與安全檢查、安全評價及人員培訓相關的項目歸類為安全預防費用(表3-2)。
由表3-2可生該項目安全投入費用分布圖(左下圖3-2),我們可以看出,該公司除了少數幾個季度在安全投入方面總數額較高,其余時間段的安全投入數額總數相差無幾,安全設備費用在項目開展中后期每個季度基本持平。但在安全預防方面的費用總體呈現上升趨勢,隱患排查及人員安全培訓等逐步受到重視,安全費用季度總額在減少,經后期總結,損失性安全成本在降低,經濟效益在增加。
3.3 企業安全投入可能性模型
企業安全投入可能性模型的構建,需要以企業目前的經濟實力及安全投資計劃或意愿為基準,模型的構建對象可以是企業整體,也可以是針對企業的某一個具體的生產項目。其中,模型中的各個參數都是可控的,我們還是以中交第四公路工程局有限公司的這一項目為例,構建其安全投入可能性模型。
由圖3-1企業安全投入PPF模型的構建思路,首先要明確企業安全投入在坐標系中的大致區域,也就是邊界曲線的確定。邊界曲線的確定主要受到企業資源的限制,即該企業每個季度能投入的安全費用數額上限,以及每一項費用的最大投入量,我們由該項目在2010-2011年度的安全費用分布圖可以首先確定大致區域。
不同企業對安全投入效益或效果的評定標準不一,因此,在模擬邊界曲線時,應根據實際需求選取適當的樣本數據點。在本文中,很容易看出坐標中的個別散點是無效的,要刪去。例如2011年第一個季度中,安全預防費用過低,導致第二個季度要增加費用來保證安全生產。由此,我們可以模擬出企業在該項目中安全投入的PPF模型右上圖(圖3-3)。
3.4 企業安全投入的隸屬度
企業安全投入可能性邊界模型對企業進行安全投入決策的優化,可以借助隸屬度函數來實現。
隸屬度是指某個元素X或者(X, Y)屬于集合ε的測度或程度,在本文中,集合ε即為模型中PPF邊界曲線與坐標軸構成的區域,任意一種組合的安全投入決策都可視為一個元素,其測度即可表示該決策的合理性。在綜合考慮企業可用于安全投入資源的前提下,確定其最合理的安全投入效益可能性曲線,那么,構造合適的隸屬度函數,就可以分析出新一輪的安全投入決策對于相對最優投入的隸屬度。
在MATLAB軟件中建立模糊推理系統,由Fuzzy()函數打開模糊推理系統的程序,編輯相應語句構造模糊推理系統原型,根據實際情況選擇合適的參數,即可輸出變量隸屬度函數,求得安全投入決策的隸屬度,對企業進行安全投入具有指導和優化意義。
4. 總結
1)本文主要研究了經濟學中的生產可能性邊界在安全投入方法的優化中的應用。文章以中交第四公路工程局有限公司的一個工程項目為案例為依托,整理項目費用明細,將安全費用分為安全設備費用和安全預防費用兩大類來構建坐標系,最終構建安全投入可能性邊界模型。最后,以期根據企業的實際經濟情況與運作模式,構建合適的隸屬度函數,引入隸屬度來驗證安全投入決策的合理性,優化安全投入決策。
2)由于文章研究內容以構建模型為主體,構建隸屬度函數部分的描述相對薄弱。
3)因筆者專業知識、以及可查閱的資料有限,文章在研究的廣度和深度方面都還存在很多的不足,懇請指正。
致 謝
衷心地感謝在論文寫作過程中給予我幫助的老師和同學,特別是在我提出想法的時候給予鼓勵的安全經濟學任課老師!
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關鍵詞:高安全性;安全工程;監管信息系統;系統研究;系統開發
1信息系統安全技術分析
1.1信息安全與信息系統的基本概念
信息系統的最高位是信息管理者,分別對信息源、信息處理器和信息用戶進行有效管理,保證信息源經過信息處理器的收集、加工、分析,準確、及時傳遞到信息用戶手上。利用信息系統開展對自身或者外界的業務數據收集工作,進一步將收集的數據信息進行合理的匯總、分析、處理和交換,相關工作人員可以根據數據信息的結果支持和改善組織的日常運作,在一定程度上對當前存在的問題進行合理決策。信息系統中有不同的管理層次和不同的部門,每一個不同的管理層次和不同的部門的相關工作人員的工作重點與關注內容完全不同,所以不同的管理層次和不同的部門存在著自身獨立的信息系統。在工程開展過程中,任何一個單一的信息系統都不能有效地為組織提供所有的全部有效信息。實際中,可以將某一個組織有效分為操作層、知識層、管理層和戰略層4個層次。開展信息安全分析工作的時候,不同層運行不同的信息系統。通常,戰略層主要執行(支持)系統運行,管理層主要支持管理信息系統和決策支持系統的日常運行,知識層主要支持辦公自動化系統和知識工作系統日常運行,操作層主要支持事務處理系統日常運行。
1.2信息安全屬性的內容
物理安全主要是指為了避免出現蓄意和意外的威脅,有效對資源進行物理保護。數據機密可以有效保證信息不被泄露給非授權的實體(個人或進程),同時也不能被沒有權限的用戶直接使用。數據完整首先需要保證信息數據的真實性和有效性,盡可能避免信息數據遭到篡改,杜絕出現信息丟失和信息遺漏的現象。數據可控體現在得到正式授權的用戶可以對部分數據信息進行有效修改。數據可用體現在用戶可以在對應的時間段內有效利用數據信息。身份鑒別可以準確判斷用戶是否擁有權限進行數據信息的使用,避免冒充的行為。數據鑒別可以有效保證數據的來源準確性和真實性,從而保證高度安全性。審計與監測的主要功能是在設定的某范圍內,能夠對用戶的行為進行有效審計與監測,保證能夠對未來有很大概率出現的網絡安全隱患提供有效的調查依據和調查方法。常見破壞計算機信息系統安全性的主要方式有系統弱密碼入侵、利用CG/IS漏洞入侵、DOS/DDOS攻擊、IPSpoof入侵、網絡監聽、E_mail炸彈、通過E_mail傳播病毒以及木馬等[1]。
2高安全性工程建立信息系統的設計
2.1系統的加密系統設計
相關工作人員將信息系統在SSLVPN的環境下運行,更好地實現安全性保障。使用過程中,人員需要有效引入“獨立一次性口令”機制,更好地實時驗證客戶端,保證信息系統的安全性。然而,實際使用過程中,用戶在文件上傳的過程中存在很大的系統安全隱患。例如,在信息傳輸過程中,不法分子直接截獲,再加工后可以有效獲得原文資料。因此,相關工作人員需要盡可能優化文件上傳環節,提高信息系統的加密性。加密系統中,相關工作人員通過有效使用RSA算法進行系統優化,一定程度上保證了上傳的文件的安全。使用RSA算法可以有效提高加密的強度,保證信息系統的安全性。但是,使用RSA算法過程會導致文件上傳速度很慢,用戶在使用系統進行文件上傳操作時,不得不經過一個漫長的等待文件加密的時間。為了更好地保證信息系統安全性,提高上傳文件的速度,相關工作人員將RSA與3DES有效結合,提高了方案的可行性。在實際使用過程中,信息系統通過3DES算法對不同用戶上傳的文件進行安全性加密,縮短了文件加密所需要的時間[2]。密鑰有效運用RSA算法的實際作用,對已經使用3DES密鑰的文件進行再次加密,并且一起打包進行有效傳輸,直到最后的加密文件包傳輸到用戶所選定的目標服務器,完成文件的加密上傳。目標服務器在很短時間內收到多次加密的文件包,就可以反向使用加密程序,對多次加密的文件包逐一進行解密,直到最終獲得原文件。
2.2數據庫設計
相關工作人員在進行數據庫設計的時候,選擇“邏輯數據庫設計”和“物理數據庫設計”為前提基礎的方法思路,盡可以保證物理數據庫大體框架的正確,然后相關工作人員再有效地優化設計數據庫其他細節問題以及適應度[3]。設計人員在進行高安全性工程監理信息系統的邏輯數據庫設計時,首先需要盡可能全面掌握使用高安全性工程監理信息系統的不同用戶的不同要求,然后根據用戶的實際使用需求情況提煉數據庫管理系統的一系列設計要求和使用特點,有效結合實際情況,基于數據庫設計理論,優化每個用戶的局部邏輯結構,設計數據庫的全局邏輯結構。不同的設計方法有不同的設計步驟,但是主要的設計階段可以分為數據庫物理設計階段、概念結構設計階段、數據庫實施階段、邏輯結構設計階段、需求分析階段及數據庫運行和維護階段。
2.3系統的總體設計
在對高安全性工程監理信息系統進行總體設計時,需要總結系統的實際功能。相關工作人員根據自身周密的數據庫設計和詳細的分析過程,將整體的信息系統劃分為公司經營管理模塊、工程監理資料管理模塊、項目部管理模塊、工程檢測資料管理模塊、系統管理等模塊、工程監理項目合同管理模塊、工程造價管理模塊、工程檢測管理模塊以及工程監理投標管理模塊等[4],然后通過對不同模塊的有效操作,實現對一系列數據信息的修改、查詢、添加、刪除、打印、統計以及輸出等。工程造價管理模塊的實際功能設計過程中,需要注重信息模塊滿足實現文件管理的具體要求,盡可能依照設計工作流程完成審批操作。同時,工程造價管理模塊還需要盡可能為相關工作人員有效提供統計一覽表。工程監理項目合同管理模塊的實際功能設計過程中,相關工作人員需要注重模塊有足夠的操作,以有效滿足工程監理項目合同的一系列管理工作要求,主要包括錄入、編輯以及有權限的用戶隨時對文件合同進行權限內的有效查詢。工程檢測管理模塊主要實現對工程檢測管理模塊的錄入、查詢、編輯。項目部管理模塊的實際功能設計過程中,相關工作人員需要注重模塊有足夠的操作,以有效滿足項目的建立和項目審批的相關工作。系統管理模塊的實際功能設計過程中,相關工作人員需要注重模塊有足夠的操作,以實現對整體高安全性工程監理信息系統的管理和維護。工程檢測資料管理模塊的實際功能設計過程中,相關工作人員需要注重模塊有足夠的操作,以實現對工程檢測資料管理數據信息的一系列管理工作,主要包括錄入、編輯以及有權限的用戶隨時對文件合同進行權限內的有效查詢。公司信息的查詢模塊主要實現對公司信息的錄入、瀏覽。
3高安全性工程監理信息系統的開發
高安全性工程監理信息系統開發過程中,客戶端經過服務器SSL握手后,立馬自動建立加密傳輸文件的線程pThreadLisen。線程的工作目的是監聽客戶端的文件發送線程的實際情況[5]。高安全性工程監理信息系統具體的開發步驟:(1)用戶上傳文件的同時建立pThreadSendEncFile線程;(2)信息系統隨機生成DES密鑰;(3)3DES密鑰生成加密文件并傳輸;(4)RSA算法對3DES密鑰再次加密;(5)信息系統有效傳輸,并且刪除本地信息和操作痕跡;(6)服務器端用戶在很短的時間內接收文件信息,加工處理后得到多次加工之后的文件信息;(7)服務器使用RSA算法解密3DES密鑰;(8)服務器端獲得原文件后立即刪除處理痕跡以及解密過程中的一系列臨時文件[6]。具體來說,高安全性工程監理信息系統開發過程中,選擇使用平臺無關性的獨立一次性口令機制,有效與SSL協議兼容,在滿足SSLVPN系統設計的同時,盡可能實現對用戶身份的鑒別。使用獨立一次性口令機制,僅僅只是需在當前信息系統鑒別服務器上進行用戶信息表的修改,不會導致信息系統的使用成本的增加,減少管理維護相關工作人員的工作內容和工作難度,盡可能保證人力資源使用的有效化,控制不必要的人力資源成本。在文件傳輸過程中,可以有效使用獨立一次性隨機口令機制,保證客戶端用戶在使用之前取得了頒發的一次性口令,從而可以在沒有時間、沒有地點限制的前提條件下直接登錄SSLVPN系統。
【關鍵詞】電路與電子技術 教學改革 教學內容 教學方法 考核方式
【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-4810(2013)14-0039-02
“電路與電子技術”課程是中國計量學院現代科技學院本科非電專業有關電工學知識的一門重要學科基礎課。該課程內容多,知識涉及面廣、更新快、實用性強。目前,電工電子技術的應用發展迅速,并且日益滲透到其他學科領域,21世紀不同領域科學技術的發展都將和電工電子技術的發展有機地融合在一起。
隨著現代科學技術的迅猛發展,各門學科都在發生著日新月異的變化,知識更新、知識爆炸勢不可擋,為了適應時代的發展變化,各個高校給學生開設了更多的課程,致使電路與電子技術課程的學時在減少。有的學校總學時可占到150~160學時,這么多的學時可以把電工知識各部分的內容講解得非常系統、縝密,重基礎、重系統、重應用,學生通過這門課程的學習可以打下較堅實的電工電子知識基礎。但現在我們電路與電子技術課程的學時少,再加上高校擴招使得學生素質差異較大,這些都給教學帶來了嚴峻挑戰。
通過該課程的學習,使學生掌握電路分析基礎、模擬電子技術和數字電子技術方面的基本理論、知識和分析方法,初步具備對簡單電子系統進行分析、設計和實驗研究的能力,其學習效果將直接影響后續其他專業基礎課程的學習。我院根據不同專業設置和對該課程知識點的不同需求,把該課程分為“電路與電子技術A”和“電路與電子技術B”兩大類,其中“電路與電子技術A”開設在機械設計制造及其自動化和測量儀器與控制專業,共計96學時;“電路與電子技術B”開設在安全工程、產品質量工程和工業工程專業,共計80學時。
電路與電子技術課程的特點是概念多、抽象、實踐性強,而課時相對較少,再加上我院授課對象是三本的非電類專業學生,學生基礎較為薄弱,對電類課程重視不夠,就形成了學生學習積極性不高,導致教學效果不理想的狀況,多年來學生不及格率偏高。鑒于此,我們對電路與電子技術課程進行了一些改革探索,并取得了一定的效果。
一 優化教學內容,突出應用性
電路與電子技術課程教學涉及不同專業,因不同專業對該課程知識點要求不同,教學內容應有選擇性,不應面面俱到,注意與學生的專業方向相聯系,這樣才能激發學生的學習興趣,取得較好的教學效果。如三相電路只在機械設計制造及其自動化專業才講。加強各知識點的連貫性,在很多教材中,對電路與電子技術中所涉及的電阻元件、電感元件、電容元件等內容都集中在第一章講,等學生學到正弦交流電路時,電感元件和電容元件的特性已經忘記了,所以我們在上課時要把元件內容分到相應章節介紹,這樣有利于學生掌握。
對于非電類專業的學生,該課程的教學目的是使學生掌握基本概念與方法,能對相關知識進行應用,所以可略去一些復雜的公式推導,只講原理的應用。如電路部分的疊加定理和戴維南定理等,電子技術部分則重點介紹集成元件應用,如降低模擬電路部分放大電路的難度,數字電路部分則不介紹分立元件電路。
我們還制作了一些與實際應用相結合的電子課件,在教學相關內容時演示給學生,這樣學生對該知識點就能有感性的認識,有利于對知識點的掌握理解。
二 優化教學方法和教學手段,完善考核機制
由于非電專業學生基礎相對較薄弱,對所學內容較難掌握理解,所以學院教師應在教學方法和手段方面不斷進行探索,采用多媒體教學與板書相結合,同時學生課后還可以借助BB(Blackboard Backpack)網絡教學平臺進行學習,BB平臺上有所有教學內容的課件、錄像和自我測試題,可以幫助學生復習和鞏固學過的知識并引入后續的內容。課堂上進行提問也可調動學生的積極性。根據內容分階段測試,讓學生能系統地掌握各知識點。
課程的考核方式是閉卷考試,成績由平時成績和期末成績兩部分組成,平時成績包括考勤、作業、課堂表現及平時測試等,這種方式有利于調動學生的學習積極性和主動性,提高教學質量。
三 改革實驗教學方法,提高學生動手能力
電路與電子技術是一門實踐性很強的課程,通過實驗不但能培養學生的動手能力,還能使學生對所學的知識有感性的認識,掌握一些常用電子儀器、設備的使用方法。電路與電子技術實驗具有基礎性、設計性和綜合性。實驗前要求學生做好預習,寫預習報告,實驗時教師只講解注意事項和儀器使用方法,學生獨立自主完成實驗。每次實驗時所有學生做同一個實驗,不能兼顧不同層次學生的要求,有些學生因為理論知識掌握不好而不敢動手,而有些學生的能力卻得不到很好的發揮,所以我院對一些實驗進行分層,每個實驗都分為A、B、C三層,C為最基礎的實驗,三層次的實驗得分不同,學生可根據自己的情況進行選擇,這樣做到所有學生都能真正動手,提高實踐能力,同時也能激發學生的學習興趣。
通過各種有效方式提高學生學習的積極性和主動性,我院電路與電子技術課程的教學得到了學生的肯定,取得了較好的改革效果。當然,課程的教學改革是一個不斷探索實踐的過程,我們會繼續尋求更切實可行的方法,使電路與電子技術課程的教學效果更好。
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關鍵詞:建筑物;條帶式;煤礦開采;地表移動;地表變形
中圖分類號:TD823 文獻標識碼:A 文章編號:1009-2374(2012)28-0126-02
1 概述
我國煤礦資源豐富、分布廣泛,由于地質條件和開采區的建筑物分布以及煤層埋藏深淺等因素的影響,不同的開采條件所采用的開采方式也各不相同。本文主要針對開采區上方有建筑物分布的采掘區,研究采用條帶開采的方法可行性,在保證煤礦開采作業安全性和產量的同時,有效保證礦井地面建筑物的安全,保證整個礦區可持續發展。
2 煤礦條帶式開采的相關理論
2.1 煤礦條帶式開采的基本概念
條帶式煤礦開采方法是煤礦部分開采法的一種,主要原則是將開采區域內的礦層從橫向上人為的劃分為較為規則的條帶形狀,逐條帶地對煤層進行開采,采一條,留一條,使留下的條帶煤柱足以支
撐上覆巖層的重量,而地表只產生較小的移動和變形。條帶式開采方法是“三下一上”礦床主要防水開采方法之一,該方法的主要優點是能夠有效地控制煤層上方覆巖層和地表沉陷,保護地表建(構)筑物和生態環境,是煤礦綠色開采技術之一,其缺點主要表現工作面頻繁的移動調整變化、大型機械化作業
難度加大,開采效率受到一定程度的影響。
2.2 條帶式開采的主要適用條件
條帶式是開采中常規的開采方式,與長壁式開采、綜采法等相比,其主要優點是開采煤柱穩定、開采區圍巖受力均勻、變形小、巖層上方的建筑物沉陷小。該方法主要適用于礦區上方建筑物密集且建筑物分布結構復雜,礦區分布著橋梁、鐵路干線、文物保護單位重要建筑,難以搬遷的村莊,湖泊、河流、水庫等永久水體,煤層埋藏深度在400~500m以內,單一煤層,厚度比較穩定的開采區。
2.3 煤礦條帶式開采的分類
目前,按照條帶開采的走向設計和布置方式,可分為走向條帶、傾斜條帶、偽斜條帶三類。走向條帶的條帶設計方案沿著煤層的走向方式布置,該方案主要使用于煤層水平或緩傾斜分布的礦區,主要優勢是可減少工作面的移動次數,保證了開采的效率,不適用傾斜度大的煤層;傾斜條帶開采的條帶長軸方向沿煤層傾斜方向布置,該方案主要適用于煤層傾斜分布的礦區,采用該方式開采可有效保證煤柱的穩定性,應用最為廣泛,主要缺點是效率低,工作面經常搬遷移動;偽斜條帶主要適用于傾角大于35°的煤層,條帶設計與煤層的分布走向斜交。
3 建筑物下方煤礦條帶式開采設計研究
3.1 條帶式開采需遵循的基本原則
煤礦開采的首要也是最重要的前提是保證開采工作的安全以及開采區的建筑物、人民群眾的生命財產安全。加強開采區域的環境保護和地質環境的監測與控制,在此前提條件下,采用合理的開采方式和手段,最大限度地提高煤炭資源回收率。但安全和回收率是一對矛盾的綜合體,開采條帶設計寬,資源回收率高,則留設煤柱相應變小,不利于礦區穩定和上方建筑物的安全;條帶過窄可保證安全,但出煤率低,資源浪費嚴重,所以必須綜合考慮多種因素,詳細設計條帶的寬度和開采的進度,條帶式開采需要遵循一定的原則:首先,煤柱穩定性原則,一切設計和開采工作的前提是煤柱的穩定安全;其次地表允許變形原則,條帶開采以穩定安全為前提,但并非不允許變形,只需保證地面沉降和建筑物變形在允許范圍內即可;再次是回采率原則,在保證安全穩定和變形在運行范圍內的情況下,最大限度地設計條帶的寬度,保證回采率;最后是縮短變形時間原則,一般而言,條帶開采設計地面和建筑物變形時間一般為長壁式開采變形持續時間的一半。
3.2 條帶式開采地表移動和變形預計方法
條帶式煤礦開采的主要優點是能夠有效避免地面建(構)筑物的過度變形,影響其安全性,因此,在開采前需要采用相關理論和模擬算法對條帶式開采引起的地表移動和變形進行預計和分析。目前,常用的預計方法是通過實驗獲取全采與條帶開采地表移動預計參數關系經驗公式的經驗系數,對地表移動和變形規律進行模擬。常用的經驗公式主要包括以剖面函數法和典型曲線法為代表的經驗方法(Empirical Method)、波蘭學者Budryk和Knothe提出的基于正態分布型的影響函數、連續介質力學方法、數值模擬方法、三維層狀介質理論、概率密度函數法等。目前,我國主要采用的地表移動和變形預測方法是基于正態分布型的影響函數,該方法與長壁開采相同,參數的選取相對容易,使用方便,適應性強,預計精度高。
3.3 建筑物下方煤礦條帶式開采設計開采流程
針對分布于建筑物下方的開采區,采用條帶式開采方法需要遵循一定的開采程序,由于大部分礦區的建筑密度相對密集,建筑的結構、年代、質量、類型千差萬別,同時受地質條件、巖層厚度、煤層厚度等因素影響,因此在開采前需要針對性地設計開采施工方案,按照一定的流程組織開采作業,以保證開采后地表建筑物安全可靠,不會引起變形破壞發生。
3.3.1 在開采前需要對開采區上方的所有建筑物進行調查研究,對開采區內的建筑物類型、建筑年代、結構特點、建筑質量等進行統計,采集礦區內地質鉆孔土壤樣本,實驗分析巖層的厚度、受力狀況以及分布情況,詳細掌握開采區地質條件,同時,需要分析礦區地下水的走向、分布深度等信息,為條帶軸向和開采深度提供技術支持。
3.3.2 分析調查采集的建筑物分布、地質條件和地下水等資料,采用相關理論對煤柱的穩定性以及地表建筑的位移和變形進行預測,確定合理的力學參數針對不同留寬和采寬度對地表變形進行數值模擬計算,確定具體可行的開采方案。
3.3.3 采用相似性模擬實驗的方法分析煤柱的穩定性,模擬覆巖變形、地表移動變形對礦區上方建筑物的影響,優化論證設計方案可行性。
3.3.4 通過影響函數方法計算分析,論證設計方案的安全、合理、可靠性,確保地表移動變形對地表建筑物的影響在可控制范圍內。
4 結語
我國是世界上的產煤大國,年產煤量十幾億噸。煤炭資源的開采導致環境污染和地質環境災害問題日益突出,影響煤炭資源開采效率和開采量的同時,嚴重危及村莊、河流、城市、道路的安全和穩定性。因此,煤礦資源的開采安全性關系到人民群眾的生命和財產安全,需要在保證開采區上方建筑物安全前提下開展煤礦開采作業。本文在分析條帶式煤礦開采的基本概念、使用條件和主要類型等基本理論的情況下,對煤礦上方分布建筑物的礦區開采,針對性地研究采用條帶式開采的方法的可行性,分析條帶式開采需遵循的基本原則、地表移動和變形預計方法以及建筑物下方煤礦條帶式開采設計開采一般流程,其結果對指導建筑物下方煤礦條帶式開采作業具有重要的理論和現實意義。
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關鍵詞 工程熱力學與傳熱學;輪機工程專業;網絡課程
中圖分類號:TK122 文獻標識碼:B 文章編號:1671-489X(2012)33-0095-02
工程熱力學與傳熱學課程主要包括工程熱力學和傳熱學兩部分內容,主要向學生介紹熱功相互轉換規律及熱傳遞規律的基本概念、基本原理以及在熱能工程問題上的應用,是輪機工程專業的基礎課程,也是后續專業課程學習的基礎平臺。一般說來,工程熱力學和傳熱學是能源動力類的主要專業基礎課,兩門課程單獨開設,教學課時較多。而整合成工程熱力學與傳熱學課程之后,兩部分內容仍是以獨立的篇幅出現,學時卻大大縮減。
對于輪機工程專業的學生來說,長期以來因概念抽象、難點多、計算關聯式多,且學生缺乏相應的工程概念和工程背景,而使這門課程一直被認為既難教也難學,學過之后又很難將學到的理論知識和相關的工程實際結合起來,初次接觸該課的學生往往較難入門,對該課程的學習產生畏懼心理。針對如何使該課程化繁為簡,化難為易,化抽象為具體,本文結合輪機工程專業工程熱力學與傳熱學課程的教學實踐進行初步探討。
1 根據專業特點調整課程教學體系,提倡教學內容彈性化
由于輪機工程專業開設的專業課程較多,因此將工程熱力學和傳熱學兩門課的課時數適當刪減,合并為一門68學時的工程熱力學與傳熱學。但是由于教學內容并未減少,這就造成課程進度快,章節小結和習題課的課時壓縮量大,處理不好反而使學生產生畏難心理,感覺本課程很難學。
針對這一問題,在實際的授課過程中提倡教學內容彈性化,該措施可以給學生創造自由發展的更大空間,提高學生掌握知識和解決工程實際問題的能力。教師要靈活駕馭教材,科學設計教學內容,在學生認知規律的基礎上,刪去或從略處理學生通過自學就可以了解的內容,盡量突出最主要、最本質的教學內容。該門課中含有大量的數學推導內容,教師在講解時可以刪去,或者僅在課堂上點一下,詳細的推導或其他細節則留給學生課后自學[1-2]。教學內容彈性化一定程度上可能會給學生增加課外的壓力,但是對培養學生獨立工作的能力大有好處。
在教學實踐中發現,輪機專業的學生由于尚未接觸專業知識,因此對船上的有關機械等內容充滿好奇。為調動學生學習的積極性,為以后的專業學習做鋪墊,盡可能地在每章節的講解中聯系船舶工程實例。比如在講到氣體和蒸汽流動時,可以將噴管和擴壓管在柴油機渦輪增壓系統中的實際應用作為例子,將原本抽象的概念具體化。通過加強工程熱力學與傳熱學及后續專業課的聯系,來激發學生的學習熱情,從而增強教學效果。另外,時代的發展使得教材內容有所滯后,所以在教學中需要補充豐富的具有時代氣息的學習材料來激發學生學習的積極性,尤其是跟輪機工程專業有聯系的工程應用實例[3]。將許多來源于大量熱工技術的知識融于教材,使學生能用工程熱力學與傳熱學的知識分析和專業相關的實際問題。突出這些知識在輪機工程專業中的應用,有助于培養學生理解和分析問題、解決問題的能力。
2 采用啟發式教學、師生互動,營造寬松愉悅的學習環境
結合以往的教學經驗,針對以往學生反映的工程熱力學與傳熱學知識抽象和難理解的情況,教師在講解各章節時,應盡量聯系生活和工程中遇到的熱力現象,合理設置問題情景,啟發學生積極思維,使抽象的理論具體化,可以大大增強教學效果[4]。
在講授章節新內容時,教師可以先通過日常生活或工程實際中的典型事例引出,學生會覺得這些事例就在自己身邊或非常實用,這樣就能一下子抓住他們的注意力。比如在講解肋片的穩態導熱這一章節內容時,首先以一杯熱騰騰的咖啡圖片吸引學生注意,然后拋出問題:“同學們在喝咖啡時要接觸杯子的哪部分把咖啡端起?杯身還是杯把手?為什么?”經過一系列的問答,通常可以調動學生的熱情,學生感到熱工學就在自己身邊,工程熱力學與傳熱學理論并不是深不可測的,一定程度上消除畏難心理。但是值得注意的是,在設計問題時教師要注意問題的難易程度,問題太難或過于簡單,都會使學生失去學習的興趣。
授課后注意提出有一定深度的問題讓學生思考。比如在講解完肋片穩態導熱這一部分內容后,可以設置“如何提高熱電偶測溫的精度?套管材料用銅還是鋼”以及“從傳熱學角度解釋為什么耳朵大的人冬天更容易生凍瘡”這兩個問題,讓學生利用本節課剛學過的知識內容進行分析,不僅可以鞏固課堂上所學知識,還可激發學生的思維能力,同時可以作為本堂課的教學反饋環節,了解學生知識掌握的程度如何。
3 傳統教學與圖像、文字、動畫并茂的多媒體技術結合,增強教學效果
現代信息技術的發展為改進和豐富教學手段提供了有力的保證。但在多年的工程熱力學與傳熱學教學中,多媒體教學也暴露出諸多不足之處。目前,課程組主要采取傳統教學手段和多媒體教學相結合的方式,充分發揮二者的優勢,將課堂教學提高到新的層次上,促進學生學習的積極性,從而增強課堂教學效果。
在課堂講授中,通常將純理論推導的部分以傳統講授(板書)方式為主,使公式推導條理化,通過教師邊板書邊講解的過程,學生掌握較容易,在記筆記的同時加深印象[5-6]。同時,本著將知識以易于接受的最佳方式傳授給學生的原則,輔以多媒體課件,多媒體以生動、活潑的語言將抽象的東西具體化,通過引進國內工程熱力學和傳熱學國家精品課程的課件、教學錄像以及動畫等素材,把抽象的概念和熱力裝置的工作原理、熱力過程形象、生動、直觀地呈現出來,并將鮮活的科研和工程實例引入課堂,將文字、圖形、圖像、視頻、動畫等多種媒體信息在不同的界面上進行有機的整合,來豐富完善現有的多媒體教學課件,使抽象的教學內容變得直觀、形象和生動,一方面降低授課難度,另一方面增加知識的信息量,可以激發學生的學習興趣。
4 利用網絡技術手段,建立互動式網絡課堂,引導學生自主學習
在教學實踐過程中,課題組建立工程熱力學與傳熱學課程網站,實現教學資料的上網。網絡課堂改變了傳統的教師單一授課的教學方式,實現了以學生為主體的現代教學模式。網絡課堂的開設,使得學生可以不受時間、地點的限制,按照學生自身的條件安排課程的學習,也可以根據個人的掌握情況選擇自己的學習內容,直到掌握為主。同時充分利用校園網絡優勢,開發網上答疑系統,實現全天候答疑,方便教師和學生隨時互動地教與學。使學生通過視、聽手段增加學習興趣,及時地了解自己的知識欠缺部分,并且可以按要求不斷調整學習,極大地提高學習效率。同時不定期地公布最新教學動態,更新網絡課程,反映最新學術動態。
在網絡課堂模塊中增設思維導圖模塊。由于這門課程概念太多,學生較難了解課程的整體框架,理不清各章之間、各節之間以及章節內部知識點的關系。因此,將思維導圖引入工程熱力學與傳熱學教學中,思維導圖加強了教學的條理性、邏輯性。思維導圖將整門課的條理脈絡給學生列出來,讓學生在學習之前就對這門課有一個整體的把握。比如從工程熱力學的幾個定義拓展開來,讓學生認識整個工程熱力學研究的內容。另外,要在條理性的基礎上進一步強調各個項目的邏輯關聯,促使學生從整體上把握知識,避免平鋪直敘,使學習效果達到知識點由點及線到面的程度。
另外增設網絡測驗模塊,評價形式不僅包括客觀題和問題簡答型的主觀題,同時增加基于案例的題目,考查學生分析和解決實際問題的能力。網絡測驗鞏固了課堂知識,增強了學生的綜合分析能力,使課堂講授達到比較好的教學效果。
5 結論
工程熱力學與傳熱學是一門應用性極強的專業基礎課程,與各工程領域、各專業關系密切,通過上述教學實踐活動探討,使教學過程趨于完善,一定程度上提高了教學質量,使學生奠定了堅實的理論基礎。同時,工程熱力學與傳熱學課的講授中也將傳統教學與多媒體技術相結合,形象化地闡釋理論和描述熱力設備的工作過程,豐富了教學內容。另外提供網絡課程、網絡討論、網絡測驗等,不定期地公布最新教學動態,安排網上輔導答疑,方便教師和學生隨時互動地教與學。
參考文獻
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