“实验室安全学”课程在线教育的设计与探索

何兰英, 马丽云, 王亚平

(清华大学 保卫处, 北京 100084)

“实验室安全学”课程在线教育的设计与探索

何兰英, 马丽云, 王亚平

(清华大学 保卫处, 北京 100084)

“实验室安全学”课程已经在清华大学开设有12年,该课程对于提高理工科研究生的实验安全有着显著效果。设计该课程融入在线教育的教学框架,冀望更多大学生通过在线观看,学习和掌握实验安全知识和技能,促进实验室和校园的安全。

在线教育； 设计构想； 实验室安全

由于MOOC模式的学习效果是跟踪式学习,“有组织、大批量、分学科”地提供在线课程,内容多来自名校,因此吸引了世界各地上百万学生报名注册。MOOC的出现,为在校学生和离校走上工作岗位的人提供了灵活、机动的学习机会,可以零距离感受、聆听名师的讲课,鼓励人们方便快捷地接受继续教育[1-3]。虽然在线教育有着巨大的市场潜力,但对在线教育模式的学习效果进行跟踪和深入研究后,发现学习效果远远没有达到课堂教学效果,主要表现在应用和综合能力方面[4-5]。针对我校已开设12年之久的“实验室安全学”,提出该课程进行在线教学的一些构想。

1 “实验室安全学”的开课背景

高校实验室安全内容涉及广泛,不仅实验室存在各种涉及水、电、气、高温、高压、低温、真空、强磁、辐射等危险因素的仪器设备,而且实验室经常需使用各种化学试剂、气瓶,有些试剂具有易燃易爆及有毒特性,而氧气瓶、氢气瓶、氮气瓶、乙炔瓶等贮存的压缩气体易燃、易爆,有的实验室还要在高温、高压、强磁、微波、辐射、病菌等特殊环境下进行实验，在人员、设施、管理上稍有疏忽大意的情况下,就有可能发生工伤、火灾、爆炸、中毒等安全事故。

材料实验研究中易发生的安全事故的原因,主要有7个方面(见图1)。

图1 材料实验研究中易发生安全事故的7个方面

由于在实验中要大量使用化学品、多种气体、分析测试仪器、机械加工设备、计算机等,另外经常要把实验样品在特殊环境中处理,稍有不慎,极易发生火灾、爆炸、中毒等安全事故[6]。我校材料系针对研究生进入实验室前缺少安全意识和安全技能,每年在实验室做实验时都有安全事故发生。2004年5月31日材料系系务会决定为研究生开设一门16学时、一个学分的“实验室安全学”必修课程。2004年6月底得到系学位委员会和学校研究生院的正式批准。

2 “实验室安全学”传统课程设置情况

2004年我校首次开设“实验室安全学”课程时,根据教学目的和要求,成立了由材料系副主任齐龙浩教授担任组长的教学小组,成员来自材料系和保卫处防火科工作人员。该教学组对课程内容进行了精心的安排和准备,并做了详细分工。每一位授课教师都根据教学大纲要求结合自己的实际经验,收集、整理资料,认真备课,相互观摩、交流学习。16个学时分8次课讲授,主要内容包括:燃烧、火灾与爆炸、灭火与逃生、消防演习；电器火灾原因与防范措施、化学品、放射性、气瓶与压力容器使用安全；安全规章制度等。

每年教学活动结束后,教学组都及时听取学生的意见和建议,组织讲课教师进行教学讨论和总结,形成了具有特色的教学内容和教学模式。

第一节:绪论(1学时),通过视频和讲课介绍部分国内外发生的重大火灾爆炸事故；通过多媒体介绍分析学校已经发生的实验室安全事故和实验室安全学的重要性。实验室电器安全(1学时),介绍安全用电常识和常见的实验室安全事故及防护。

第二节:燃烧、爆炸与灭火基本常识(1学时),室外进行灭火演习(1学时)。

第三节:化学品与放射性安全、压力容器安全等(2学时)。

第四节:逃生基本常识和常用逃生设备介绍(1学时),组织逃生演习(1学时):模拟火灾现场,在教室内发出火灾报警,学生按照逃生要求从紧急出口逃生；在楼外进行缓降器的使用与逃生体验。

第五节:参观北京市海淀公共安全展览馆(2个学时),了解更多的灾难预防知识,增加应对灾难的自救常识和感性认识。

第六节:安全管理与规章制度(1学时),介绍安全管理的法律法规,将学生分为几个小组由教师和安全员带队，分组检查材料系实验室的安全情况并做记录,最后每组派一个代表汇报检查中发现的实验室安全问题,由教师做总结。

我校“实验室安全学”这门课已开设了12年,该课程显著提高了学生的安全意识和安全技能,提高了学生素质教育,促进了平安校园的建设。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参加了此门课程的学习。

3 “实验室安全学”在线课程设计与构想

作为普及性知识较多的“实验室安全学”这门课程,“在其进入实验室前就要进行安全教育,让学生熟悉实验室的环境,了解实验操作规程、实验流程,掌握所接触的化学药品、实验设备的性质和性能。定期进行消防演习、演练,请专业人员讲解消防知识、灭火常识和各类灭火器的应用场合和使用方法”[7]。由于所学的知识没有太多应用和探索性内容,主要以普及性知识和实际操练为主,只要学生认真听讲、全程参加学习和实操部分,就能较容易地理解学习,而认真完成作业,就能学习和掌握一定的安全知识和技能。基于此,该门课程尝试采用传统基础教育与在线教育相融合的混合式教学办法,取得不错的效果[8-9]。

在混合式教学中,教师不再是单纯的课程主导者,而是课程的发起人和协调人,在课堂上不需要单调重复知识,教学重心转移到与学生的交流互动当中,更加侧重于问题的解决和方法的指导[10]。教师创建或选择教学视频,学生在课外观看视频,学习和完成作业,课堂上师生面对面进行交流和研讨。知识传授通过信息技术的辅助在课后完成,教师最重要的作用是充分调动学生的自主性、积极性,引导学生探究、分析问题以及辅导课内作业,实现深度学习的翻转式课堂[11]。这样,通过学习者巩固、内化过程,实现知识迁移,并通过教师在讨论课堂的引导,掌握和应用所学知识。基于此,课程设计和安排如下:

第一节:绪论(1学时)。采用在线教育,通过国内外发生的典型重大火灾事故和实验室安全事故视频案例,以强烈的视觉冲击给学习者留下深刻印象。详细分析典型安全事故产生的原因,最后以亲历者的简短告白阐明实验室安全的重要性,提醒大家在进入实验室前,学习和掌握一定的安全知识和技能非常重要,能最大限度地保证自身和他人的安全。课件播放时间以1 h为宜。要求学习者完成课后作业。

第二节:化学品安全(1学时)。采用在线教育,任课教师以在线授课的形式介绍化学品安全知识。对理工科类实验中化学品使用的品种,有针对性地详细介绍实验室常用有毒、易燃、易爆化学品的特性,以及使用注意事项。要求学习者完成课后作业。

第三节:实验室电器安全及其他安全(1学时)。采用在线教育,介绍安全用电常识和常见的实验室用电安全事故,以及放射性安全、压力容器安全等内容。要求学习者完成课后作业。

第四节:线下讨论课(2学时)。采用线下讨论课程,上课的学生和教师就典型案例,分析安全事故案例的原因，并讨论如何有效减少和避免安全事故的发生。

第五节:灭火演练(1学时)。采用线下课程,授课教师演示灭火器的使用方法，讲解使用灭火器应该注意的事项,每个学习者都要实际操作使用。

第六讲:逃生基本常识和常用逃生设备介绍(1学时)。采用在线教育,介绍逃生方法和技巧,以及常用逃生设备的使用方法。要求学习者完成课后作业。

第七节:线下讨论课(2学时)。采用线下讨论课程,上课的学生和教师一起针对火灾的扑救方法、如何正确逃生开展讨论。

第八节:组织逃生演习和安全隐患检查(2学时)。采用线下课程,模拟火灾现场,在教室内发出火灾报警,学习者按照逃生要求从紧急出口逃生；在楼外进行缓降器的使用与逃生体验。演习结束后,由安全员分组带领学生进入实验室进行分组检查,检查完毕再回到课堂进行检查情况总结,并对发现的问题开展讨论,教师做最后总结。

考试：采取网上考试的办法,有选择题和问答题2部分,要求在规定的时间内完成。

4 展望

为了让更多的学习者能通过在线课程学习和掌握一定的实验室安全相关知识和技能,还可以把线下实操课程,如灭火演练和逃生演习以及安全隐患检查等改为网络虚拟仿真实验课,设计高仿真网上操作,身临其境地学习灭火器的使用方法,以及发生火灾时如何进行逃生自救、如何选择正确逃生方法、如何发现安全隐患。虚拟现实(virtual reality, VR)是近年来出现的新技术,虚拟现实最大的特点就是画面的设计与强大的后期特效的紧密结合,再加上视角的不同与转换,可以使体验者有身临其境的视觉感受,使学习者更容易接受,学习的效果更好[12]。

3D游戏利用VR技术,可以让使用者有视觉、听觉、触觉以及嗅觉等感官体会,虽然是虚拟的,却能使人如同进入真实场景[13]。3D游戏设计可以把培训中所需要的场景、角色以及火灾等效果进行高仿真模拟,学习者可通过互动的形式进行演练。例如安全隐患检查这一节,可以设计出实验室较常出现的隐患和问题,使用者通过电脑进入高仿真场景,查找、发现实验室安全隐患,以查找的是否正确算出最后得分。在教学活动中,将线下课程的培训通过线上虚拟现实的方式进行讲授,同时也可通过动画互动的方式进行测验并记入成绩。灭火器实操和逃生自救等实践环节,也完全可以通过VR技术实现交互式沉浸性的学习效果,实现不是现实胜似现实的效果。另外,在教学中可以适时穿插一些生动有趣的消防知识动画短片,引导学习者进行主动的交互学习,使学习形式不再单一和被动,达到更好的学习效果。动画短片表现形式丰富,在情节上通常以小见大,角色、场景的设计辨识度高,可以使学习者印象深刻,内容上也更加容易理解。动画展示过程中的学习交互互动,能够在讲解培训内容的同时对学习者进行测试,做到边学边练,记忆深刻。

通过网络技术手段,能够实现实践部分的在线网上学习。通过网上课程的学习,理工科类学生能在进入实验室前有一个比较完整系统的实验室安全知识和技能的学习,能较快学习和掌握一定的消防知识和技能,有效提高学生的安全意识和处置突发事件的技能,减少实验室安全事故的发生。

5 结语

在线教育方兴未艾,越来越多的高校都积极参与到这场教育变革实践中,我校已经陆续推出了一系列的在线精品课程,取得了不错的收视效果。我们期待通过不断的努力和改进,实现该课程的教学变革。在教学实践基础上不断改进,努力成为在线精品课,吸引更多大学生在线学习,提高他们的安全素质和安全技能,有效减少高校实验室安全事故的发生,促进和谐校园的建设。

References)

[1] 潘雪峰,张宇晴,毛敏,等.在线教育产业发展现状及产品设计研究[J].科技与产业,2013(8):13-15.

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[3] 管佳,李奇涛.中国在线教育发展现、趋势及经验借鉴[J].远程教育与网络教育,2014(8):62-66.

[4] 朱永海,韩锡斌,杨娟,等.高等教育借助在线教育发展已成不可逆转的趋势[J].清华大学教育研究,2014(8):92-100.

[5] 杜恩龙,杜川.关于在线教育若干问题的思考[J].出版广角,2016(18):18-20.

[6] 姜忠良,齐龙浩,马丽云,等.实验室安全基础[M].北京:清华大学出版社,2009.

[7] 徐静年,郭奋.新时期高校实验室安全管理的分析与思考[J].中国安全科学学报,2005(4):38-40.

[8] 吴博.探索适合中国国情和高等教育教学需要的“中国大学MOOC”[J].中国高等教育,2015(12):13-15.

[9] 吴玫.基础教育与在线教育融合的策略初探[J].天津市教科院学报,2014(6):76-79.

[10] 吴剑平，赵可.论大规模在线教育的政策选择[J].清华大学教育研究,2013，34(4):1-5.

[11] 张国荣.基于深度学习的翻转课堂教学模式实践[J].高教探索,2016(3):87-92.

[12] 张力.应用虚拟现实技术提高网络教学质量的研究[J].电化教育研究,2003(6):56-60.

[13] 任飞.虚拟现实技术在3D游戏中的应用[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

何兰英(1967—),女,浙江义乌,本科,六级职员,从事安全管理工作.

E-mail：hely@tsinghua.edu.cn

G642.0

B

1002-4956(2017)2-0151-03