安全工程專業(yè)力學課程教學內(nèi)容探討
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［摘要］本文對國內(nèi)外高校安全工程專業(yè)的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀進行了分析，指出我國安全工程專業(yè)應具有較強的工科背景，以滿足國家工業(yè)生產(chǎn)及建設的需要。同時，力學作為工科專業(yè)的基礎，在相關課程設置中應受到重視。為構建科學的安全工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式，本文針對目前一些院校安全工程專業(yè)力學課程教學中存在的問題，提出了一些參考建議。
［關鍵詞］安全工程；力學課程；課程改革
一、安全工程專業(yè)發(fā)展歷程及現(xiàn)狀
第一次工業(yè)革命后，蒸汽機的發(fā)明使勞動者從繁重的體力勞動中解脫出來，生產(chǎn)效率提高，但隨之而來的由機械引發(fā)的事故導致勞動者生命及財產(chǎn)安全受到損害。生產(chǎn)技術改革帶來的損失促使人們尋求科學的安全技術來保證生產(chǎn)的順利進行，于是安全工程專業(yè)順勢而生。由于各國國情不同，對安全工程專業(yè)的人才需求也不同，因此各國在安全工程專業(yè)教育方面有較大不同，下面對國內(nèi)外安全工程專業(yè)高等教育現(xiàn)狀進行分析。
（一）國外安全工程專業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
［1－2］美國安全工程學科高等教育歷史悠久，早在17世紀末，某些高校就設置了衛(wèi)生工程、安全管理等方面的碩士和博士學位。如今美國開設安全工程相關專業(yè)的高校有50多所，主要涉及職業(yè)安全、健康和安全管理等領域，如科羅拉多州立大學的職業(yè)病治療專業(yè)、愛達荷州立大學的應急管理專業(yè)和印第安納大學伯明頓分校的安全管理專業(yè)等。在英國，安全工程專業(yè)作為公共健康學科領域的一個分支，主要研究生產(chǎn)過程中的職業(yè)健康、事故財產(chǎn)損失等問題。相關畢業(yè)生主要就職于安全健康顧問公司、安全評估公司和公共服務組織等。澳大利亞有十余所大學開設了安全工程相關專業(yè)，其安全工程高等教育的重點是職業(yè)健康及安全衛(wèi)生領域，如埃迪斯科文大學的職業(yè)安全健康系、新南威爾士大學的安全系、莫納什大學的職業(yè)安全健康與環(huán)境系等。在國外安全工程專業(yè)的課程設置中，方法論、統(tǒng)計學、管理學、流行病學和心理學等理學及管理學課程的占比較大，工程技術方面的課程較少，學生畢業(yè)后被授予理學學位。
（二）國內(nèi)安全工程專業(yè)發(fā)展歷程及現(xiàn)狀
我國的安全工程教育起步相對較晚［3－7］，1957年西安礦業(yè)學院（今西安科技大學）最早開設了“礦山通風與安全”專業(yè)；1958年北京勞動學院（今首都經(jīng)濟貿(mào)易大學）開設了“工業(yè)安全技術”與“工業(yè)衛(wèi)生技術”專業(yè)。1984年，國家教育委員會頒布《高等學校工科本科專業(yè)目錄》，整合了工業(yè)安全技術、工業(yè)衛(wèi)生技術、衛(wèi)生工程學等專業(yè)名稱，統(tǒng)一稱作“安全工程”，并于1993年設立安全科學技術一級學科。進入21世紀后，國家對安全專業(yè)人才培養(yǎng)更加重視。2011年3月，國務院學位委員會及教育部聯(lián)合印發(fā)的《學位授予和人才培養(yǎng)學科目錄》中新增了“安全科學與工程”一級學科（學科代碼0837），屬于工學大類。2010年，我國開設安全工程專業(yè)的高校已有127所。為滿足國家安全專業(yè)人才的需求，國內(nèi)大多數(shù)院校開設安全工程專業(yè)時都側重于工科類課程的設置［8－9］。如中國礦業(yè)大學安全工程專業(yè)主要側重于礦業(yè)安全，設置了工程熱物理、工程流體力學、工程熱力學與傳熱學、燃燒學、火災動力學等課程；北京理工大學安全工程專業(yè)主要側重于兵工及爆炸安全，設置了工程力學、應用力學、機械設計基礎、燃燒與爆轟等課程。在國內(nèi)，安全工程專業(yè)屬于工學大類，從開設之初就具有較強的工科背景，學生畢業(yè)后被授予工學學位。力學課程作為工科專業(yè)的基礎，是安全工程專業(yè)課程設置的重點。
二、安全工程專業(yè)加強力學課程教學的必要性
近年來隨著我國國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，應用于動力工程、石油化工、航空航天、交通、輕工、食品等領域的過程裝備向大型化、高速化方向發(fā)展。改革開放以來，建筑工程業(yè)取得了舉世矚目的輝煌成就，我國的高層建筑占世界高層建筑的70％以上。橋梁工程、隧道工程、高鐵里程世界第一，地鐵建設是世界上規(guī)模最大的。工業(yè)建筑（如三峽大壩）、發(fā)電廠、核電站、西氣東輸工程等設備和結構工程的設計都與力學專業(yè)知識密切相關。力學專業(yè)知識對這些設備和工程的安全運行、失效分析和壽命預估至關重要。過程設備和結構工程所受載荷有壓力載荷、溫度載荷、機械載荷、重力載荷、風載荷、雪載荷、地震載荷等，按載荷性質又可分為靜載荷、動載荷、交變載荷等。各種載荷在設備和工程結構的部件及零件內(nèi)產(chǎn)生的應力可分為拉、壓、彎曲和切應力。在設備和工程結構運行過程中，結構因素、應力分析及強度設計因素、應變分析及剛度設計因素或使用過程中的工況變化因素均會致使結構失效，造成的失效事故損失、傷亡和環(huán)境傷害將給國家?guī)砭薮蟮慕?jīng)濟損失。如廣東九江大橋垮塌是由于運行工況突變，碰撞斷裂導致的；湖南鳳凰縣大橋的垮塌是由結構共振引起的。在過程設備中，換熱設備應用廣泛。在運行過程中，流體誘導振動會引發(fā)換熱器失效，致使工廠停工停產(chǎn)。如核電站的蒸汽發(fā)生器U形傳熱管工作于輻射、高溫、高壓、氣液兩相流環(huán)境，其動態(tài)特性受到很多因素影響。多年的研究成果表明，流體誘導振動是導致核電站主要設備蒸汽發(fā)生器U形傳熱管損傷及失效的關鍵性因素之一。無論是強烈還是微弱的管束流致振動，都會引發(fā)U形管和支撐之間的撞擊磨損，只是撞擊力和磨損率大小不同［10］。為了避免和預測流體誘導振動給蒸汽發(fā)生器U形傳熱管帶來的機械損傷，我們需要掌握蒸汽發(fā)生器U形傳熱管在運行態(tài)和起停機過渡狀態(tài)下的動態(tài)特性，這就需要力學基礎知識?！ 榱嗽O備的安全運行，力學知識至關重要，所以安全工程專業(yè)加強力學課程教學是非常必要的。
三、安全工程專業(yè)力學課程教學中存在的問題
以工程安全為主的安全工程領域專業(yè)人才應該具備較好的力學基礎及分析計算、數(shù)值模擬等理論基礎。目前，我國高校安全工程專業(yè)的基礎力學課程絕大多數(shù)為工程力學，只涵蓋了理論力學的靜力學部分和材料力學部分內(nèi)容，這會導致學生對運動學、動力學等內(nèi)容缺乏深入了解。學校應該單獨開設材料力學和理論力學課程。理論力學主要研究物體機械運動的一般規(guī)律，是所有力學課程的基礎，內(nèi)容包括靜力學（研究物體受力及平衡）、運動學（從幾何角度研究物體運動，不涉及受力）和動力學（研究物體受力和運動之間的關系）。理論力學主要研究力對物體的外部效應，材料力學主要研究力對物體的內(nèi)效應，即變形及失效規(guī)律。以鄭州大學安全工程專業(yè)為例［11］，其培養(yǎng)目標是“培養(yǎng)德、智、體、美全面發(fā)展，具有扎實的力學基礎理論、安全科學理論知識和安全工程專業(yè)知識，具備工程結構與設備方面的專業(yè)技術知識，能在機械、材料、土木、交通等工程領域從事安全技術、安全管理、工程安全設計、事故預防與評價等工作的具有創(chuàng)新能力的高級工程技術人才”。以此培養(yǎng)目標為基準，我們對全國安全工程專業(yè)的教學方案進行了總結，發(fā)現(xiàn)安全工程專業(yè)開設的力學課程存在以下不足：1．教學方式陳舊，主要是教師講授課程內(nèi)容，學生參與度較少，這樣既降低了學生的學習積極性，又不利于學生深入理解所學理論；2．偏重理論教學，與工程實際結合較少，缺乏將工程問題轉化為適當力學模型的能力的培養(yǎng)；3．考核評價方法單一，以考試為主，缺乏對學生綜合能力的考核；4．課時設置較少，而且課程以概論性質為主，學生在力學方面學習得不夠深入。
四、安全工程專業(yè)力學課程改革建議
針對目前各院校安全工程專業(yè)力學課程教學中存在的不足，我們提出以下建議［12－15］：1．鞏固學生的基礎理論，加強學生的工程實踐能力；2．同時開設基礎力學部分和應用力學部分，設置理論力學、材料力學、流體力學等課程，并針對相關院校各自的側重點開設結構力學、振動力學、結構疲勞與斷裂等；3．增加力學課程學時，使學生深入了解力學相關知識，提高學生的邏輯思維能力，訓練學生從科學、理性的角度分析工程中的安全問題；4．建設自主、高效的課堂學習模式，營造和諧、寬松的學習氛圍，提高學生的學習自主性和收集資料、處理信息的能力；5．考核方式多樣化，增加報告、實驗等在考核中所占比例，綜合評價學生能力，提高學生自我培養(yǎng)多元化能力的積極性；6．開設有限元基礎課，培養(yǎng)學生將實際問題抽象成力學模型的能力；7．開設實驗力學課程，提高學生的實踐能力，培養(yǎng)其利用所學知識解決工程實際問題的能力。
五、結語
我國安全工程專業(yè)起步較晚，為滿足國家建設需要，各院校培養(yǎng)的安全類人才都需要具有較強的工科背景。力學作為工科基礎課程，其改革優(yōu)化是安全工程專業(yè)的重點，各院校在相關課程設置時要針對自身特點發(fā)揮自身優(yōu)勢，致力于構建更加科學的安全工程人才培養(yǎng)模式。
作者：王珂 譚國鋒 趙書培 單位：鄭州大學力學與工程科學學院
