以学定教，定位一流的高校实验室安全课程建设

马 庆， 柯红岩， 金仁东

（北京科技大学a.资产管理处；b.新校区建设领导小组办公室，北京 100083）

0 引言

实验室安全课程是系统性、深入培养学生实验室安全意识、知识及操作技能的重要平台，更是安全教育“进教材，进课堂，落实学分”的必然趋势。但目前国内高校实验室安全课程设置比例低而且多数以选修课的形式设置，张敏等［1］在对全国116 所高校调查中发现仅22.4%的高校开设了实验室安全必修课，仅29.3%的高校开设了实验室安全选修课。此外，开设相关课程的高校中普遍存在重知识获取、轻能力发展［2］、课程学时不匹配、内容缺乏针对性、授课形式单一等问题，不能有效调动学生的学习积极性、主动性，课程评价总体偏低，课堂教学效益不高。如何有效设置实验室安全课程体系，打造高效安全课堂，是亟待解决的首要问题。

以学定教，是以学生为中心，引导学生自主学习并反馈，教师依据学情和学生的个体差异，结合认知规律，动态调整教学方式、教学方法，并基于学生的实际认知水平确定教学目标，教学难点和重点内容［3］。以学定教强调教学要以学生为中心，是一流课程［4］建设的内在要求，也是推进课程改革创新、构建更高水平人才培养体系的出发点。在此背景下，立足于学生群体，调查并分析学生对于实验室安全课程设置的需求及建议，同时结合学校实验室安全课程授课情况［5］，进一步研究并建设“以学生为中心”的一流实验室安全课程，课程要突出学生诉求，将学生实验室安全观念塑造、知识传授和能力培养融为一体，旨在打造一流的人才培养课程。

1 调查基本情况

为了提高问卷的回收率，同时确保答卷的实用性强、指向明确，此次问卷共分为两部分。第1 部分“实验室安全课程设置”，共设置11 道题目，范围涉及开课必要性、课堂形式、教学内容（知识点）、课程类型、课程学时、教材、授课形式、结课方式、实操课配套等方面。第2 部分“实验室安全课程评价”，共设置13 道题，范围涉及教师满意度、学时满意度、课程内容满意度、授课形式满意度等方面。第2 部分主要面向已开设实验室安全课程的学生发放，目的是找差距、补短板，进一步优化、完善实验室安全课程体系。

1.1 调查对象

本次问卷面向冶金工程、材料与化工、材料科学与工程、化学及化学工程与技术、生物学、力学、机械工程、物理等多个专业研究生与本科生随机发放，1850余人参与问卷调查，专业分布图见图1。第1 部分“实验室安全课程设置”共收回问卷1852 份，其中有效问卷1841 份，包括本科生问卷745 份、硕士研究生问卷1096 份，回收有效率为99.4%。第2 部分“实验室安全课程评价”共回收问卷1070，其中有效问卷1059份，包括本科生答卷共114 份，研究生945 份，回收有效率为98.97%。

图1 课程设置有效答卷专业分布

1.2 调查方法

问卷调查部分采取线上无记名调查形式，主要借助问卷星平台。数据分析部分主要使用SPSS 22.0 软件，将数据进行编码后导入程序（程序截图见图2）。单选题部分对数据进行描述性统计、交叉分析和相关分析；多选题部分，首先在完成数据编码的基础上，定义每个题项的多重响应集，变量编码采用二分法，其中“1”表示该选项被选，通过对多重响应集进行描述性统计与交叉表分析，得到被调查者在多选题题项中的作答结果数据反馈与分析。

2 结果和分析

通过数据分析，可以发现实验室安全课程“进课堂”不仅是国家现行政策法规及学校管理要求，更是学生“民意”所趋。回收的1841 份有效问卷中，1635人觉得有必要开设实验室安全课程，占比高达88.8%（见表1）。特别是对1059 名已开课的学生调查后发现，学生对实验室安全课程的认同度极高，绝大部分学生认为实验室安全课程对安全知识与操作技能的系统化提升有极大的帮助，通过课程的学习自身的安全意识及安全知识有了较大或极大的进步，占比高达96.4%（见表2）。综合两部分问卷的调查分析发现，未开课专业的学生以及已开课专业的学生在课堂形式、课程类型、学时、内容结构、教材、授课形式、结课方式等方面保持高度一致。

表1 您认为您所在的专业是否有必要开设实验室安全课程

表2 经过课程的学习后实验室安全意识和知识的提高情况

2.1 课堂形式

课堂形式包括线下课堂和网络课堂两种形式。回收的1841 份有效问卷中，1152 人选择线下课堂，占比62.6%；689 人选择网络课堂，占比37.4%。整体而言，大部分学生希望以“线下课堂”的形式进行授课。但同时，课堂形式的选择也受“专业”和“身份”因素影响。当加入“身份”自变量时，可以发现，超过71.6%的研究生倾向于采取“线下课堂”，而超过50.7%的本科生倾向于采取“网络课堂”。当加入“专业”自变量时，可以发现，冶金、材料、化学、生物等重点安防学科更倾向于采取“线下课堂”，占比超过70%；机械、力学、物理等以机电类实验室为主的学科更倾向于采取“网络课堂”，占比超过50%（见图3）。

图3 不同专业师生对课程形式的选择

2.2 课程类型

课程类型总体上分为必修和选修两种类型。回收的1841 份有效问卷中，1161 人选择必修课程，占比63.1%；534 人选择选修课程，占比29%；146 人选择无所谓，占比7.9%。由数据可见，大部分学生希望课程设置为必修课程。但同时，课程类型的选择也受“专业”和“身份”因素影响。当加入“身份”自变量时，可以发现，超过81.9%的研究生倾向于采取“必修课”，而超过50.2%的本科生更倾向于采取“选修课”。当加入“专业”自变量时，可以发现，冶金、材料、化学、生物等重点安防学科及物理专业更倾向于采取“必修课”，专业占比超过52.6%；机械、力学等以机电类实验室为主的学科更倾向于采取“选修课”，专业占比超过50%（见图4）。

图4 不同专业师生对课程类型选择

2.3 课程学时与内容结构

针对课程学时，回收的1841 份有效问卷中，1290人选择16 学时，占比70.1%；247 人选择24 学时，占比13.4%；201 人选择32 学时，占比10.9%；103 人选择更多学时，占比5.6%。且课程学时的选择受“专业”和“身份”因素影响不大。由数据可见，16 学时的实验室安全课程基本可以满足学生需求。

针对教学内容，授课知识点按学生需求度由高到低排序依次危险化学品安全、危险废物安全、气体气瓶安全、特种设备安全、应急处置、消防安全、辐射安全、设备设施安全、用电安全、生物安全、信息安全及其他相关知识。但当加入“专业”自变量时，发现不同专业对知识点需求度排序不相同（见表3）。因此设计教学内容时，知识点学时比重应按专业需求调整。

表3 专业*愿意在实验室安全课堂上了解和掌握的知识交叉表

2.4 教学方法

回收的1841 份有效问卷中，45.7%的学生选择案例法，希望教师通过案例复盘［6］形式讲解知识；39.7%的学生选择实践法，希望教师通过组织演练等实践活动讲解知识；14.4%的学生选择讲授法，希望教师通过简明、丰富的语言讲解知识。此外，部分学生建议在课堂教学应当增加课堂互通性，多做一些小组讨论，同时有指向性的穿插部分专家讲座（见表4）。

表4 教学方法的选择

2.5 教学手段

调研在目前多媒体课堂基础上是否有必要延伸至“实操性课堂”和“虚拟仿真课堂”。针对实操性课堂，回收的1841 份有效问卷中，83.5%的学生认为有必要设置实验室安全相关的实验操作课，将讲台由“传统教室”延伸至“实验室”，通过真实实验过程中的现场演示、动手操作等方式，加深对安全操作技术的学习和领会（见表5）。针对虚拟仿真［7］课堂，回收的1841份有效问卷中，77%的学生认为有必要开设实验室安全教育虚拟仿真平台。且学生的“身份”和“专业”因素对统计结果影响不大，即不同专业的本科生、研究生大部分均希望学校能够在课堂教学的基础上，提供虚拟仿真实验平台以进一步夯实实验室安全知识及技能（见表6）。

表5 您认为是否有必要开设实验室安全相关的实验操作课

表6 通过网络开设实验室安全教育虚拟仿真实验的必要性

2.6 课程资源及结课方式

针对课程资源，通常包括教材、案例、影视、图片、课件等教学材料。教材方面，回收的1841 份有效问卷中，939 人选择有必要配套专业教材，占比51.0%。特别是50.98%的已开课专业学生认为应当提供专业教材。其他资源方面，回收的1841 份有效问卷中，39.7%的学生希望在教学过程中可以增加微课［8］等教学视频。

针对结课方式，回收的1841 份有效问卷中，67%的学生希望采取开卷考试，17%的学生希望提交论文报告，14%的学生希望采取闭卷考试。且学生的“身份”和“专业”因素对统计结果影响不大。

3 “以学生为中心”的实验室安全课程的重点建设内容

结合问卷调查分析可知，实验室安全课程的受众主要是有重点安全防范需求的理工科中即将进入实验室的学生群体，同时满足2 个条件：①重点安全防范学科的学生，主要是化学、生物、材料、冶金、环境、热能、机械等专业。②即将进入实验室的学生，研究生一般应在研一第一学期开设，本科生需要结合专业特点及本科生进实验室时间点确定开课时间，以北京科技大学为例，冶金专业本科生实验室安全课程开设在大三第一学期，化学专业开设在大一第一学期。③以用电安全为主的理工学科（例如计算机、自动化等）的学生更多的可以通过大学生安全教育课程［9］或线上实验室安全课程获取相关安全知识。

建设“学生为中心”的实验室安全课程，应在做好学情分析的基础上，根据受众诉求，从课程规划、内容结构、教学方式、教学条件、考核评价等要素进行整体设计。重点包括以下方面。

3.1 突出“3 个维度”，做好课程总体规划

课程总体规划包括教学目标的确立、课程类型的选择以及课堂形式的配套。

（1）教学目标突出“3 个维度”。课程的总目标是培养具有专业实验室安全素质的学生，为学生将来从事实验、实习及科学研究等工作打下扎实的安全知识与技能。具体而言，即要在整个教学过程中突出“3 个维度”：维度1，知识与技能，即传授实验室安全基础知识和操作技能，使学生学懂、能应用；维度2，过程与方法，即让学生掌握获取相关知识与技能的途径与方法，使学生能在课外源源不断的补充安全知识与技能；维度3，价值观，即培养学生安全意识与价值观，使学生能将“安全”内化于心、外化于行。3 个维度相辅相成、相互渗透。

（2）课程类型确定为“必修课”。实验室安全课程是学生树立实验室安全意识、掌握安全知识与操作技能、提高避险自救能力的重要平台，因此纳入培养方案中的“必修环节”更能保证教学实施效果，但是否与“学分”挂钩可根据培养方案调整，类型可确定为“学科平台课”“学科基础课”或“必修考查课”等。我校本科生的实验室安全课程类型为“必修考查课”、无学分，未通过者不能进入毕业设计环节；硕士研究生的实验室安全课程为“学科基础课”、1 个学分，未通过者不能获取该学分。

（3）课堂形式采取“重点安防学科线下+其他学科线上”双轨并行模式。鉴于化学、生物、材料、冶金等重点安全防范学科对实验室安全知识及技能的高需求度，开设线下课堂尤为重要，可以充分发挥线下课堂学习氛围浓郁、教师因材施教主导性强、交流互动及时畅通等优势，有针对地引导学生学习，帮助学生更高效的掌握教学重点及难点。针对其他理工科的学生，可以开设线上实验室安全公共课（例如，慕课［10］），学生按规定自主安排时间登录学校MOOC 平台进行学习，能够充分满足个性化需求，更有利于开展针对性的学习。

3.2 “通识”“专识”融合，合理构建教学内容

实验室安全课的教学内容可以划分为3 部分，即通识部分、专识部分和实践部分，每部分的知识模块、教学要点及学时分配详见表7，内容的设计要充分体现“加强基础、注重应用、增强素质、培养能力”的教育原则。

表7 实验室安全课程教学内容（以16 学时为例）

（1）通识部分。不区分学科、专业，所有学生必须掌握。内容包括实验室安全知识概述、实验室危险源辨识、实验室安全法律规范和安全防护与事故应急处置四个模块，其中安全防护与事故应急处置可融合在专识部分进行讲授。

（2）专识部分。聚焦专业特点及需求，根据受众学生专业设计不同的教学内容。专识包括危险化学品安全、气体气瓶安全、危险废物安全、生物安全、设备设施安全（包含特种设备安全）、辐射安全、消防安全等知识模块。专识部分的知识模块比重、教学要点确定及学时分配根据开课专业实验室危险源情况和学生诉求确定，分配依据可参考2.3 的调研结果。此外每个模块的教学要点需涵盖相关的安全防护要求与事故应急处置内容。

（3）实践部分。结合授课情况及学生诉求，可以组织学生实地参观实验室、模拟实验室安全现场检查、参与突发事故应急演习等实践活动，以更熟练的应用理论知识。

3.3 “4 个平台”联动，针对性设计教学过程

“4 个平台”主要包括“多媒体教学课堂”“网络平台”“实验室平台”“实践活动平台”。主平台是“多媒体教学平台”，即指传统的线下多媒体教学课堂，侧重于对理论知识的讲解。其余3 个平台均为辅助平台，侧重于对学生实操技能的培养，是“多媒体平台”的延伸与补充。其中“网络平台”包括实验室安全虚拟仿真平台、实验室安全教育与考试系统［11］等；“实践活动平台”包括学校组织的各类与实验室安全相关的活动，如应急演练、知识竞赛、安全检查等；“实验室平台”是指在实验室中设置模拟场景开展模拟教学［12］，使学生在实践中深化理论知识、提高应变能力，北京科技大学也尝试探索搭建专用于安全教育培训的实验室，但在实际操作中存在困难和阻力。

实验室安全课程教学过程设计可重点采取翻转式教学模式［13］，覆盖学习全程，注重资源整合，有针对性开展（见图5）。即将学习阶段分为课前预习、课堂学习和课后复习3 个阶段。其中，课前预习阶段，教师提前布置预习内容，学生登录“实验室安全教育与考试系统”，通过观看视频、电子课件、电子教材等资料自主学习，提出问题并反馈给教师。课堂学习阶段，教师重点讲解学生预习过程中的难点、疑点及盲点，授课方式可采取“案例导入+小组讨论／头脑风暴+知识讲授”，也可根据教学内容进行调整，以压力气瓶安全为例，先介绍事故，学生分小组讨论事故原因、存在问题及避免事故可采取的措施，教师总结并讲解气瓶采购、使用、存储及事故应急要点。课后复习阶段，重点是锻炼学生安全操作技能和动手能力，可以通过“实验室安全虚拟仿真平台”、实践活动、实验室参观等形式实现，注重知识的应用。

图5 基于翻转式教学模式的实验室安全课程教学过程设计

3.4 配套教材体系，实施动态考核

教材是高校开展实验室安全教育的有效载体，对于提高教育效果具有十分重要的作用［14］，也是学生对课程建设的重要诉求之一。结合调研结果，建设一流的实验室安全课程关键点之一是选择合适的教材，我校经过多年授课经验编写“高校实验室安全基础”作为课程教材，目前在课堂中使用效果良好。在纸质教材、新型活页教材［15］、参考书和辅助教材的基础上，成熟的课程还需依托互联网和多媒体技术，建成集电子教材、电子教案、新闻案例等微视频、微课、慕课、虚拟仿真实验操作、试题库等元素构成的一流立体化教材体系。

实验室安全课程考核包括两部分。第一部分，对教师教学过程的评价，需设计“考核评价表”，评价要素涵盖课堂教学内容设计合理性、知识点专业性、教学方法与手段、教学环境匹配等各方面。方式采取随堂、随机发放，教师可根据评价结果动态调整、持续改进课程内容及教学过程，最终实现教学效果最大化。第二部分，对学生学习效果的评价，为了更好地评价学生对安全知识和操作技能的掌握情况，可从4 个方面进行考核：①课堂出勤及作业完成情况，该部分成绩占总成绩的20%；②安全操作技能情掌握况，依托“实验室安全虚拟仿真平台”发布虚拟实验项目安全操作考核任务，系统根据学生在线操作情况进行评分，该部分成绩占总成绩的20%；③结课报告，题目设置为“实验室危险源辨识报告”，旨在综合考查学生对课程知识的掌握及实际运用熟练度，学生可自行选择某一实验室，进行实地调查、编写报告并于课程结束后提交，报告内容包括识别实验室涉及的危险源、存在的安全隐患问题及风险及可采取的风险控制措施，该部分成绩占总成绩的30%；④结课考试，以开卷考试方式进行，依托“实验室安全教育与考试系统”进行，该部分成绩占总成绩的30%。

4 结语

实验室安全教育课程是高等学校教学体系中的重要组成部分［16］，也是教育的核心，没有课程就谈不上教育［17］。以学定教，建设一流的实验室安全课程，对系统培养学生实验室安全知识和安全操作技能、实现安全价值观内化有着至关重要的作用，也是培养具有终身安全观高素质人才的有效途径。一流的实验室安全课程建设不能一蹴而就，学校开设实验室安全课程至今，在授课过程中一直紧密契合学生诉求，不断进行动态调整、改进，最终形成了比较完善、成熟的课程系统，培养出一大批具有扎实理论知识的学生，为校园安全稳定提供了有力保障，也为进一步深入研究实验室安全课程、培训、准入、文化活动协同育人机制创造了可行性，更为建立健全分级分层实验室安全教育培训体系［18］、形成实验室安全教育长效机制打下了结实的基础。