以學定教，定位一流的高校實驗室安全課程建設

馬 慶， 柯紅巖， 金仁東

（北京科技大學a.資產管理處；b.新校區建設領導小組辦公室，北京 100083）

0 引言

實驗室安全課程是系統性、深入培養學生實驗室安全意識、知識及操作技能的重要平臺，更是安全教育“進教材，進課堂，落實學分”的必然趨勢。但目前國內高校實驗室安全課程設置比例低而且多數以選修課的形式設置，張敏等［1］在對全國116 所高校調查中發現僅22.4%的高校開設了實驗室安全必修課，僅29.3%的高校開設了實驗室安全選修課。此外，開設相關課程的高校中普遍存在重知識獲取、輕能力發展［2］、課程學時不匹配、內容缺乏針對性、授課形式單一等問題，不能有效調動學生的學習積極性、主動性，課程評價總體偏低，課堂教學效益不高。如何有效設置實驗室安全課程體系，打造高效安全課堂，是亟待解決的首要問題。

以學定教，是以學生為中心，引導學生自主學習并反饋，教師依據學情和學生的個體差異，結合認知規律，動態調整教學方式、教學方法，并基于學生的實際認知水平確定教學目標，教學難點和重點內容［3］。以學定教強調教學要以學生為中心，是一流課程［4］建設的內在要求，也是推進課程改革創新、構建更高水平人才培養體系的出發點。在此背景下，立足于學生群體，調查并分析學生對于實驗室安全課程設置的需求及建議，同時結合學校實驗室安全課程授課情況［5］，進一步研究并建設“以學生為中心”的一流實驗室安全課程，課程要突出學生訴求，將學生實驗室安全觀念塑造、知識傳授和能力培養融為一體，旨在打造一流的人才培養課程。

1 調查基本情況

為了提高問卷的回收率，同時確保答卷的實用性強、指向明確，此次問卷共分為兩部分。第1 部分“實驗室安全課程設置”，共設置11 道題目，范圍涉及開課必要性、課堂形式、教學內容（知識點）、課程類型、課程學時、教材、授課形式、結課方式、實操課配套等方面。第2 部分“實驗室安全課程評價”，共設置13 道題，范圍涉及教師滿意度、學時滿意度、課程內容滿意度、授課形式滿意度等方面。第2 部分主要面向已開設實驗室安全課程的學生發放，目的是找差距、補短板，進一步優化、完善實驗室安全課程體系。

1.1 調查對象

本次問卷面向冶金工程、材料與化工、材料科學與工程、化學及化學工程與技術、生物學、力學、機械工程、物理等多個專業研究生與本科生隨機發放，1850余人參與問卷調查，專業分布圖見圖1。第1 部分“實驗室安全課程設置”共收回問卷1852 份，其中有效問卷1841 份，包括本科生問卷745 份、碩士研究生問卷1096 份，回收有效率為99.4%。第2 部分“實驗室安全課程評價”共回收問卷1070，其中有效問卷1059份，包括本科生答卷共114 份，研究生945 份，回收有效率為98.97%。

圖1 課程設置有效答卷專業分布

1.2 調查方法

問卷調查部分采取線上無記名調查形式，主要借助問卷星平臺。數據分析部分主要使用SPSS 22.0 軟件，將數據進行編碼后導入程序（程序截圖見圖2）。單選題部分對數據進行描述性統計、交叉分析和相關分析；多選題部分，首先在完成數據編碼的基礎上，定義每個題項的多重響應集，變量編碼采用二分法，其中“1”表示該選項被選，通過對多重響應集進行描述性統計與交叉表分析，得到被調查者在多選題題項中的作答結果數據反饋與分析。

2 結果和分析

通過數據分析，可以發現實驗室安全課程“進課堂”不僅是國家現行政策法規及學校管理要求，更是學生“民意”所趨。回收的1841 份有效問卷中，1635人覺得有必要開設實驗室安全課程，占比高達88.8%（見表1）。特別是對1059 名已開課的學生調查后發現，學生對實驗室安全課程的認同度極高，絕大部分學生認為實驗室安全課程對安全知識與操作技能的系統化提升有極大的幫助，通過課程的學習自身的安全意識及安全知識有了較大或極大的進步，占比高達96.4%（見表2）。綜合兩部分問卷的調查分析發現，未開課專業的學生以及已開課專業的學生在課堂形式、課程類型、學時、內容結構、教材、授課形式、結課方式等方面保持高度一致。

表1 您認為您所在的專業是否有必要開設實驗室安全課程

表2 經過課程的學習后實驗室安全意識和知識的提高情況

2.1 課堂形式

課堂形式包括線下課堂和網絡課堂兩種形式。回收的1841 份有效問卷中，1152 人選擇線下課堂，占比62.6%；689 人選擇網絡課堂，占比37.4%。整體而言，大部分學生希望以“線下課堂”的形式進行授課。但同時，課堂形式的選擇也受“專業”和“身份”因素影響。當加入“身份”自變量時，可以發現，超過71.6%的研究生傾向于采取“線下課堂”，而超過50.7%的本科生傾向于采取“網絡課堂”。當加入“專業”自變量時，可以發現，冶金、材料、化學、生物等重點安防學科更傾向于采取“線下課堂”，占比超過70%；機械、力學、物理等以機電類實驗室為主的學科更傾向于采取“網絡課堂”，占比超過50%（見圖3）。

圖3 不同專業師生對課程形式的選擇

2.2 課程類型

課程類型總體上分為必修和選修兩種類型。回收的1841 份有效問卷中，1161 人選擇必修課程，占比63.1%；534 人選擇選修課程，占比29%；146 人選擇無所謂，占比7.9%。由數據可見，大部分學生希望課程設置為必修課程。但同時，課程類型的選擇也受“專業”和“身份”因素影響。當加入“身份”自變量時，可以發現，超過81.9%的研究生傾向于采取“必修課”，而超過50.2%的本科生更傾向于采取“選修課”。當加入“專業”自變量時，可以發現，冶金、材料、化學、生物等重點安防學科及物理專業更傾向于采取“必修課”，專業占比超過52.6%；機械、力學等以機電類實驗室為主的學科更傾向于采取“選修課”，專業占比超過50%（見圖4）。

圖4 不同專業師生對課程類型選擇

2.3 課程學時與內容結構

針對課程學時，回收的1841 份有效問卷中，1290人選擇16 學時，占比70.1%；247 人選擇24 學時，占比13.4%；201 人選擇32 學時，占比10.9%；103 人選擇更多學時，占比5.6%。且課程學時的選擇受“專業”和“身份”因素影響不大。由數據可見，16 學時的實驗室安全課程基本可以滿足學生需求。

針對教學內容，授課知識點按學生需求度由高到低排序依次危險化學品安全、危險廢物安全、氣體氣瓶安全、特種設備安全、應急處置、消防安全、輻射安全、設備設施安全、用電安全、生物安全、信息安全及其他相關知識。但當加入“專業”自變量時，發現不同專業對知識點需求度排序不相同（見表3）。因此設計教學內容時，知識點學時比重應按專業需求調整。

表3 專業*愿意在實驗室安全課堂上了解和掌握的知識交叉表

2.4 教學方法

回收的1841 份有效問卷中，45.7%的學生選擇案例法，希望教師通過案例復盤［6］形式講解知識；39.7%的學生選擇實踐法，希望教師通過組織演練等實踐活動講解知識；14.4%的學生選擇講授法，希望教師通過簡明、豐富的語言講解知識。此外，部分學生建議在課堂教學應當增加課堂互通性，多做一些小組討論，同時有指向性的穿插部分專家講座（見表4）。

表4 教學方法的選擇

2.5 教學手段

調研在目前多媒體課堂基礎上是否有必要延伸至“實操性課堂”和“虛擬仿真課堂”。針對實操性課堂，回收的1841 份有效問卷中，83.5%的學生認為有必要設置實驗室安全相關的實驗操作課，將講臺由“傳統教室”延伸至“實驗室”，通過真實實驗過程中的現場演示、動手操作等方式，加深對安全操作技術的學習和領會（見表5）。針對虛擬仿真［7］課堂，回收的1841份有效問卷中，77%的學生認為有必要開設實驗室安全教育虛擬仿真平臺。且學生的“身份”和“專業”因素對統計結果影響不大，即不同專業的本科生、研究生大部分均希望學校能夠在課堂教學的基礎上，提供虛擬仿真實驗平臺以進一步夯實實驗室安全知識及技能（見表6）。

表5 您認為是否有必要開設實驗室安全相關的實驗操作課

表6 通過網絡開設實驗室安全教育虛擬仿真實驗的必要性

2.6 課程資源及結課方式

針對課程資源，通常包括教材、案例、影視、圖片、課件等教學材料。教材方面，回收的1841 份有效問卷中，939 人選擇有必要配套專業教材，占比51.0%。特別是50.98%的已開課專業學生認為應當提供專業教材。其他資源方面，回收的1841 份有效問卷中，39.7%的學生希望在教學過程中可以增加微課［8］等教學視頻。

針對結課方式，回收的1841 份有效問卷中，67%的學生希望采取開卷考試，17%的學生希望提交論文報告，14%的學生希望采取閉卷考試。且學生的“身份”和“專業”因素對統計結果影響不大。

3 “以學生為中心”的實驗室安全課程的重點建設內容

結合問卷調查分析可知，實驗室安全課程的受眾主要是有重點安全防范需求的理工科中即將進入實驗室的學生群體，同時滿足2 個條件：①重點安全防范學科的學生，主要是化學、生物、材料、冶金、環境、熱能、機械等專業。②即將進入實驗室的學生，研究生一般應在研一第一學期開設，本科生需要結合專業特點及本科生進實驗室時間點確定開課時間，以北京科技大學為例，冶金專業本科生實驗室安全課程開設在大三第一學期，化學專業開設在大一第一學期。③以用電安全為主的理工學科（例如計算機、自動化等）的學生更多的可以通過大學生安全教育課程［9］或線上實驗室安全課程獲取相關安全知識。

建設“學生為中心”的實驗室安全課程，應在做好學情分析的基礎上，根據受眾訴求，從課程規劃、內容結構、教學方式、教學條件、考核評價等要素進行整體設計。重點包括以下方面。

3.1 突出“3 個維度”，做好課程總體規劃

課程總體規劃包括教學目標的確立、課程類型的選擇以及課堂形式的配套。

（1）教學目標突出“3 個維度”。課程的總目標是培養具有專業實驗室安全素質的學生，為學生將來從事實驗、實習及科學研究等工作打下扎實的安全知識與技能。具體而言，即要在整個教學過程中突出“3 個維度”：維度1，知識與技能，即傳授實驗室安全基礎知識和操作技能，使學生學懂、能應用；維度2，過程與方法，即讓學生掌握獲取相關知識與技能的途徑與方法，使學生能在課外源源不斷的補充安全知識與技能；維度3，價值觀，即培養學生安全意識與價值觀，使學生能將“安全”內化于心、外化于行。3 個維度相輔相成、相互滲透。

（2）課程類型確定為“必修課”。實驗室安全課程是學生樹立實驗室安全意識、掌握安全知識與操作技能、提高避險自救能力的重要平臺，因此納入培養方案中的“必修環節”更能保證教學實施效果，但是否與“學分”掛鉤可根據培養方案調整，類型可確定為“學科平臺課”“學科基礎課”或“必修考查課”等。我校本科生的實驗室安全課程類型為“必修考查課”、無學分，未通過者不能進入畢業設計環節；碩士研究生的實驗室安全課程為“學科基礎課”、1 個學分，未通過者不能獲取該學分。

（3）課堂形式采取“重點安防學科線下+其他學科線上”雙軌并行模式。鑒于化學、生物、材料、冶金等重點安全防范學科對實驗室安全知識及技能的高需求度，開設線下課堂尤為重要，可以充分發揮線下課堂學習氛圍濃郁、教師因材施教主導性強、交流互動及時暢通等優勢，有針對地引導學生學習，幫助學生更高效的掌握教學重點及難點。針對其他理工科的學生，可以開設線上實驗室安全公共課（例如，慕課［10］），學生按規定自主安排時間登錄學校MOOC 平臺進行學習，能夠充分滿足個性化需求，更有利于開展針對性的學習。

3.2 “通識”“專識”融合，合理構建教學內容

實驗室安全課的教學內容可以劃分為3 部分，即通識部分、專識部分和實踐部分，每部分的知識模塊、教學要點及學時分配詳見表7，內容的設計要充分體現“加強基礎、注重應用、增強素質、培養能力”的教育原則。

表7 實驗室安全課程教學內容（以16 學時為例）

（1）通識部分。不區分學科、專業，所有學生必須掌握。內容包括實驗室安全知識概述、實驗室危險源辨識、實驗室安全法律規范和安全防護與事故應急處置四個模塊，其中安全防護與事故應急處置可融合在專識部分進行講授。

（2）專識部分。聚焦專業特點及需求，根據受眾學生專業設計不同的教學內容。專識包括危險化學品安全、氣體氣瓶安全、危險廢物安全、生物安全、設備設施安全（包含特種設備安全）、輻射安全、消防安全等知識模塊。專識部分的知識模塊比重、教學要點確定及學時分配根據開課專業實驗室危險源情況和學生訴求確定，分配依據可參考2.3 的調研結果。此外每個模塊的教學要點需涵蓋相關的安全防護要求與事故應急處置內容。

（3）實踐部分。結合授課情況及學生訴求，可以組織學生實地參觀實驗室、模擬實驗室安全現場檢查、參與突發事故應急演習等實踐活動，以更熟練的應用理論知識。

3.3 “4 個平臺”聯動，針對性設計教學過程

“4 個平臺”主要包括“多媒體教學課堂”“網絡平臺”“實驗室平臺”“實踐活動平臺”。主平臺是“多媒體教學平臺”，即指傳統的線下多媒體教學課堂，側重于對理論知識的講解。其余3 個平臺均為輔助平臺，側重于對學生實操技能的培養，是“多媒體平臺”的延伸與補充。其中“網絡平臺”包括實驗室安全虛擬仿真平臺、實驗室安全教育與考試系統［11］等；“實踐活動平臺”包括學校組織的各類與實驗室安全相關的活動，如應急演練、知識競賽、安全檢查等；“實驗室平臺”是指在實驗室中設置模擬場景開展模擬教學［12］，使學生在實踐中深化理論知識、提高應變能力，北京科技大學也嘗試探索搭建專用于安全教育培訓的實驗室，但在實際操作中存在困難和阻力。

實驗室安全課程教學過程設計可重點采取翻轉式教學模式［13］，覆蓋學習全程，注重資源整合，有針對性開展（見圖5）。即將學習階段分為課前預習、課堂學習和課后復習3 個階段。其中，課前預習階段，教師提前布置預習內容，學生登錄“實驗室安全教育與考試系統”，通過觀看視頻、電子課件、電子教材等資料自主學習，提出問題并反饋給教師。課堂學習階段，教師重點講解學生預習過程中的難點、疑點及盲點，授課方式可采取“案例導入+小組討論／頭腦風暴+知識講授”，也可根據教學內容進行調整，以壓力氣瓶安全為例，先介紹事故，學生分小組討論事故原因、存在問題及避免事故可采取的措施，教師總結并講解氣瓶采購、使用、存儲及事故應急要點。課后復習階段，重點是鍛煉學生安全操作技能和動手能力，可以通過“實驗室安全虛擬仿真平臺”、實踐活動、實驗室參觀等形式實現，注重知識的應用。

圖5 基于翻轉式教學模式的實驗室安全課程教學過程設計

3.4 配套教材體系，實施動態考核

教材是高校開展實驗室安全教育的有效載體，對于提高教育效果具有十分重要的作用［14］，也是學生對課程建設的重要訴求之一。結合調研結果，建設一流的實驗室安全課程關鍵點之一是選擇合適的教材，我校經過多年授課經驗編寫“高校實驗室安全基礎”作為課程教材，目前在課堂中使用效果良好。在紙質教材、新型活頁教材［15］、參考書和輔助教材的基礎上，成熟的課程還需依托互聯網和多媒體技術，建成集電子教材、電子教案、新聞案例等微視頻、微課、慕課、虛擬仿真實驗操作、試題庫等元素構成的一流立體化教材體系。

實驗室安全課程考核包括兩部分。第一部分，對教師教學過程的評價，需設計“考核評價表”，評價要素涵蓋課堂教學內容設計合理性、知識點專業性、教學方法與手段、教學環境匹配等各方面。方式采取隨堂、隨機發放，教師可根據評價結果動態調整、持續改進課程內容及教學過程，最終實現教學效果最大化。第二部分，對學生學習效果的評價，為了更好地評價學生對安全知識和操作技能的掌握情況，可從4 個方面進行考核：①課堂出勤及作業完成情況，該部分成績占總成績的20%；②安全操作技能情掌握況，依托“實驗室安全虛擬仿真平臺”發布虛擬實驗項目安全操作考核任務，系統根據學生在線操作情況進行評分，該部分成績占總成績的20%；③結課報告，題目設置為“實驗室危險源辨識報告”，旨在綜合考查學生對課程知識的掌握及實際運用熟練度，學生可自行選擇某一實驗室，進行實地調查、編寫報告并于課程結束后提交，報告內容包括識別實驗室涉及的危險源、存在的安全隱患問題及風險及可采取的風險控制措施，該部分成績占總成績的30%；④結課考試，以開卷考試方式進行，依托“實驗室安全教育與考試系統”進行，該部分成績占總成績的30%。

4 結語

實驗室安全教育課程是高等學校教學體系中的重要組成部分［16］，也是教育的核心，沒有課程就談不上教育［17］。以學定教，建設一流的實驗室安全課程，對系統培養學生實驗室安全知識和安全操作技能、實現安全價值觀內化有著至關重要的作用，也是培養具有終身安全觀高素質人才的有效途徑。一流的實驗室安全課程建設不能一蹴而就，學校開設實驗室安全課程至今，在授課過程中一直緊密契合學生訴求，不斷進行動態調整、改進，最終形成了比較完善、成熟的課程系統，培養出一大批具有扎實理論知識的學生，為校園安全穩定提供了有力保障，也為進一步深入研究實驗室安全課程、培訓、準入、文化活動協同育人機制創造了可行性，更為建立健全分級分層實驗室安全教育培訓體系［18］、形成實驗室安全教育長效機制打下了結實的基礎。