“實驗室安全學”課程在線教育的設計與探索

何蘭英, 馬麗云, 王亞平

(清華大學 保衛處, 北京 100084)

“實驗室安全學”課程在線教育的設計與探索

何蘭英, 馬麗云, 王亞平

(清華大學 保衛處, 北京 100084)

“實驗室安全學”課程已經在清華大學開設有12年,該課程對于提高理工科研究生的實驗安全有著顯著效果。設計該課程融入在線教育的教學框架,冀望更多大學生通過在線觀看,學習和掌握實驗安全知識和技能,促進實驗室和校園的安全。

在線教育； 設計構想； 實驗室安全

由于MOOC模式的學習效果是跟蹤式學習,“有組織、大批量、分學科”地提供在線課程,內容多來自名校,因此吸引了世界各地上百萬學生報名注冊。MOOC的出現,為在校學生和離校走上工作崗位的人提供了靈活、機動的學習機會,可以零距離感受、聆聽名師的講課,鼓勵人們方便快捷地接受繼續教育[1-3]。雖然在線教育有著巨大的市場潛力,但對在線教育模式的學習效果進行跟蹤和深入研究后,發現學習效果遠遠沒有達到課堂教學效果,主要表現在應用和綜合能力方面[4-5]。針對我校已開設12年之久的“實驗室安全學”,提出該課程進行在線教學的一些構想。

1 “實驗室安全學”的開課背景

高校實驗室安全內容涉及廣泛,不僅實驗室存在各種涉及水、電、氣、高溫、高壓、低溫、真空、強磁、輻射等危險因素的儀器設備,而且實驗室經常需使用各種化學試劑、氣瓶,有些試劑具有易燃易爆及有毒特性,而氧氣瓶、氫氣瓶、氮氣瓶、乙炔瓶等貯存的壓縮氣體易燃、易爆,有的實驗室還要在高溫、高壓、強磁、微波、輻射、病菌等特殊環境下進行實驗，在人員、設施、管理上稍有疏忽大意的情況下,就有可能發生工傷、火災、爆炸、中毒等安全事故。

材料實驗研究中易發生的安全事故的原因,主要有7個方面(見圖1)。

圖1 材料實驗研究中易發生安全事故的7個方面

由于在實驗中要大量使用化學品、多種氣體、分析測試儀器、機械加工設備、計算機等,另外經常要把實驗樣品在特殊環境中處理,稍有不慎,極易發生火災、爆炸、中毒等安全事故[6]。我校材料系針對研究生進入實驗室前缺少安全意識和安全技能,每年在實驗室做實驗時都有安全事故發生。2004年5月31日材料系系務會決定為研究生開設一門16學時、一個學分的“實驗室安全學”必修課程。2004年6月底得到系學位委員會和學校研究生院的正式批準。

2 “實驗室安全學”傳統課程設置情況

2004年我校首次開設“實驗室安全學”課程時,根據教學目的和要求,成立了由材料系副主任齊龍浩教授擔任組長的教學小組,成員來自材料系和保衛處防火科工作人員。該教學組對課程內容進行了精心的安排和準備,并做了詳細分工。每一位授課教師都根據教學大綱要求結合自己的實際經驗,收集、整理資料,認真備課,相互觀摩、交流學習。16個學時分8次課講授,主要內容包括:燃燒、火災與爆炸、滅火與逃生、消防演習；電器火災原因與防范措施、化學品、放射性、氣瓶與壓力容器使用安全；安全規章制度等。

每年教學活動結束后,教學組都及時聽取學生的意見和建議,組織講課教師進行教學討論和總結,形成了具有特色的教學內容和教學模式。

第一節:緒論(1學時),通過視頻和講課介紹部分國內外發生的重大火災爆炸事故；通過多媒體介紹分析學校已經發生的實驗室安全事故和實驗室安全學的重要性。實驗室電器安全(1學時),介紹安全用電常識和常見的實驗室安全事故及防護。

第二節:燃燒、爆炸與滅火基本常識(1學時),室外進行滅火演習(1學時)。

第三節:化學品與放射性安全、壓力容器安全等(2學時)。

第四節:逃生基本常識和常用逃生設備介紹(1學時),組織逃生演習(1學時):模擬火災現場,在教室內發出火災報警,學生按照逃生要求從緊急出口逃生；在樓外進行緩降器的使用與逃生體驗。

第五節:參觀北京市海淀公共安全展覽館(2個學時),了解更多的災難預防知識,增加應對災難的自救常識和感性認識。

第六節:安全管理與規章制度(1學時),介紹安全管理的法律法規,將學生分為幾個小組由教師和安全員帶隊，分組檢查材料系實驗室的安全情況并做記錄,最后每組派一個代表匯報檢查中發現的實驗室安全問題,由教師做總結。

我校“實驗室安全學”這門課已開設了12年,該課程顯著提高了學生的安全意識和安全技能,提高了學生素質教育,促進了平安校園的建設。目前物理系研究生、化工系部分研究生、核研究院部分研究生也參加了此門課程的學習。

3 “實驗室安全學”在線課程設計與構想

作為普及性知識較多的“實驗室安全學”這門課程,“在其進入實驗室前就要進行安全教育,讓學生熟悉實驗室的環境,了解實驗操作規程、實驗流程,掌握所接觸的化學藥品、實驗設備的性質和性能。定期進行消防演習、演練,請專業人員講解消防知識、滅火常識和各類滅火器的應用場合和使用方法”[7]。由于所學的知識沒有太多應用和探索性內容,主要以普及性知識和實際操練為主,只要學生認真聽講、全程參加學習和實操部分,就能較容易地理解學習,而認真完成作業,就能學習和掌握一定的安全知識和技能。基于此,該門課程嘗試采用傳統基礎教育與在線教育相融合的混合式教學辦法,取得不錯的效果[8-9]。

在混合式教學中,教師不再是單純的課程主導者,而是課程的發起人和協調人,在課堂上不需要單調重復知識,教學重心轉移到與學生的交流互動當中,更加側重于問題的解決和方法的指導[10]。教師創建或選擇教學視頻,學生在課外觀看視頻,學習和完成作業,課堂上師生面對面進行交流和研討。知識傳授通過信息技術的輔助在課后完成,教師最重要的作用是充分調動學生的自主性、積極性,引導學生探究、分析問題以及輔導課內作業,實現深度學習的翻轉式課堂[11]。這樣,通過學習者鞏固、內化過程,實現知識遷移,并通過教師在討論課堂的引導,掌握和應用所學知識。基于此,課程設計和安排如下:

第一節:緒論(1學時)。采用在線教育,通過國內外發生的典型重大火災事故和實驗室安全事故視頻案例,以強烈的視覺沖擊給學習者留下深刻印象。詳細分析典型安全事故產生的原因,最后以親歷者的簡短告白闡明實驗室安全的重要性,提醒大家在進入實驗室前,學習和掌握一定的安全知識和技能非常重要,能最大限度地保證自身和他人的安全。課件播放時間以1 h為宜。要求學習者完成課后作業。

第二節:化學品安全(1學時)。采用在線教育,任課教師以在線授課的形式介紹化學品安全知識。對理工科類實驗中化學品使用的品種,有針對性地詳細介紹實驗室常用有毒、易燃、易爆化學品的特性,以及使用注意事項。要求學習者完成課后作業。

第三節:實驗室電器安全及其他安全(1學時)。采用在線教育,介紹安全用電常識和常見的實驗室用電安全事故,以及放射性安全、壓力容器安全等內容。要求學習者完成課后作業。

第四節:線下討論課(2學時)。采用線下討論課程,上課的學生和教師就典型案例,分析安全事故案例的原因，并討論如何有效減少和避免安全事故的發生。

第五節:滅火演練(1學時)。采用線下課程,授課教師演示滅火器的使用方法，講解使用滅火器應該注意的事項,每個學習者都要實際操作使用。

第六講:逃生基本常識和常用逃生設備介紹(1學時)。采用在線教育,介紹逃生方法和技巧,以及常用逃生設備的使用方法。要求學習者完成課后作業。

第七節:線下討論課(2學時)。采用線下討論課程,上課的學生和教師一起針對火災的撲救方法、如何正確逃生開展討論。

第八節:組織逃生演習和安全隱患檢查(2學時)。采用線下課程,模擬火災現場,在教室內發出火災報警,學習者按照逃生要求從緊急出口逃生；在樓外進行緩降器的使用與逃生體驗。演習結束后,由安全員分組帶領學生進入實驗室進行分組檢查,檢查完畢再回到課堂進行檢查情況總結,并對發現的問題開展討論,教師做最后總結。

考試：采取網上考試的辦法,有選擇題和問答題2部分,要求在規定的時間內完成。

4 展望

為了讓更多的學習者能通過在線課程學習和掌握一定的實驗室安全相關知識和技能,還可以把線下實操課程,如滅火演練和逃生演習以及安全隱患檢查等改為網絡虛擬仿真實驗課,設計高仿真網上操作,身臨其境地學習滅火器的使用方法,以及發生火災時如何進行逃生自救、如何選擇正確逃生方法、如何發現安全隱患。虛擬現實(virtual reality, VR)是近年來出現的新技術,虛擬現實最大的特點就是畫面的設計與強大的后期特效的緊密結合,再加上視角的不同與轉換,可以使體驗者有身臨其境的視覺感受,使學習者更容易接受,學習的效果更好[12]。

3D游戲利用VR技術,可以讓使用者有視覺、聽覺、觸覺以及嗅覺等感官體會,雖然是虛擬的,卻能使人如同進入真實場景[13]。3D游戲設計可以把培訓中所需要的場景、角色以及火災等效果進行高仿真模擬,學習者可通過互動的形式進行演練。例如安全隱患檢查這一節,可以設計出實驗室較常出現的隱患和問題,使用者通過電腦進入高仿真場景,查找、發現實驗室安全隱患,以查找的是否正確算出最后得分。在教學活動中,將線下課程的培訓通過線上虛擬現實的方式進行講授,同時也可通過動畫互動的方式進行測驗并記入成績。滅火器實操和逃生自救等實踐環節,也完全可以通過VR技術實現交互式沉浸性的學習效果,實現不是現實勝似現實的效果。另外,在教學中可以適時穿插一些生動有趣的消防知識動畫短片,引導學習者進行主動的交互學習,使學習形式不再單一和被動,達到更好的學習效果。動畫短片表現形式豐富,在情節上通常以小見大,角色、場景的設計辨識度高,可以使學習者印象深刻,內容上也更加容易理解。動畫展示過程中的學習交互互動,能夠在講解培訓內容的同時對學習者進行測試,做到邊學邊練,記憶深刻。

通過網絡技術手段,能夠實現實踐部分的在線網上學習。通過網上課程的學習,理工科類學生能在進入實驗室前有一個比較完整系統的實驗室安全知識和技能的學習,能較快學習和掌握一定的消防知識和技能,有效提高學生的安全意識和處置突發事件的技能,減少實驗室安全事故的發生。

5 結語

在線教育方興未艾,越來越多的高校都積極參與到這場教育變革實踐中,我校已經陸續推出了一系列的在線精品課程,取得了不錯的收視效果。我們期待通過不斷的努力和改進,實現該課程的教學變革。在教學實踐基礎上不斷改進,努力成為在線精品課,吸引更多大學生在線學習,提高他們的安全素質和安全技能,有效減少高校實驗室安全事故的發生,促進和諧校園的建設。

References)

[1] 潘雪峰,張宇晴,毛敏,等.在線教育產業發展現狀及產品設計研究[J].科技與產業,2013(8):13-15.

[2] 黎靜.在線教育來潮:教師的困境與出路[J].高教探索,2013(5):151-155.

[3] 管佳,李奇濤.中國在線教育發展現、趨勢及經驗借鑒[J].遠程教育與網絡教育,2014(8):62-66.

[4] 朱永海,韓錫斌,楊娟,等.高等教育借助在線教育發展已成不可逆轉的趨勢[J].清華大學教育研究,2014(8):92-100.

[5] 杜恩龍,杜川.關于在線教育若干問題的思考[J].出版廣角,2016(18):18-20.

[6] 姜忠良,齊龍浩,馬麗云,等.實驗室安全基礎[M].北京:清華大學出版社,2009.

[7] 徐靜年,郭奮.新時期高校實驗室安全管理的分析與思考[J].中國安全科學學報,2005(4):38-40.

[8] 吳博.探索適合中國國情和高等教育教學需要的“中國大學MOOC”[J].中國高等教育,2015(12):13-15.

[9] 吳玫.基礎教育與在線教育融合的策略初探[J].天津市教科院學報,2014(6):76-79.

[10] 吳劍平，趙可.論大規模在線教育的政策選擇[J].清華大學教育研究,2013，34(4):1-5.

[11] 張國榮.基于深度學習的翻轉課堂教學模式實踐[J].高教探索,2016(3):87-92.

[12] 張力.應用虛擬現實技術提高網絡教學質量的研究[J].電化教育研究,2003(6):56-60.

[13] 任飛.虛擬現實技術在3D游戲中的應用[J].商, 2016(14):207.

Exploration and design on online education of Laboratory Safety course

He Lanying, Ma Liyun,Wang Yaping

(Security Department, Tsinghua University, Beijing 100084, China)

Laboratory Safety course has been offered at Tsinghua University for more than ten years, and has resulted in a significant improvement in the safety of science and engineering students in the laboratory. By incorporating this course into an online education framework, more students can study and master information and techniques from Laboratory Safety through online videos, and thereby promote the overall safety in the laboratory and on campus.

online education; design ideas; laboratory safety

10.16791/j.cnki.sjg.2017.02.039

2016-09-18

何蘭英(1967—),女,浙江義烏,本科,六級職員,從事安全管理工作.

E-mail：hely@tsinghua.edu.cn

G642.0

B

1002-4956(2017)2-0151-03