微課在開放實驗室安全教育中的應用探索

陳 璐，莫德云，朱 偉

(1. 嶺南師范學院物理科學與技術學院，廣東湛江，524048；2. 嶺南師范學院機電工程學院，廣東湛江，524048)

一、引言

安全是從事各項生產活動的基石，在高校教學中，實驗是認識科學、學習科學的必經之路，而保證人員、場所、設備的安全是開展實驗研究的必要條件。2019年《關于進一步加強高校教學實驗室安全檢查工作的通知》中要求嚴查實驗室師生安全教育，提高教學的針對性和實效性。[1]安全教育已成為實驗室管理的重要環節，而充分利用信息化手段可提升教學效果。開放實驗室由于專業不同各有特點，一般開展綜合性、設計性的實驗項目，通過探討、體驗、實踐等過程訓練，培養學生創新思維。開放實驗項目對學生獨立操作能力要求較高，安全教育尤為重要。微課教學方式能夠提高學生的學習興趣、加深學習印象、增強其安全意識。

二、制作實驗室安全教育微課的必要性

近幾年，短視頻對大眾產生廣泛影響。在教育領域，微課也應運而生。微課是一種新型的課程資源，是教與學活動的有機組合。[2-3]微課主體為15分鐘以內的教學視頻影像設計，內容多為對一個具體主題的講解和挖掘，采用直播、動畫、錄像、剪輯等制作手法，通過常見的社交媒體傳播，實現線上線下混合式教學。將微課應用于實驗室安全教育有很多優點：生動、趣味化的風格能更快地吸引學生的注意力；短小精悍的內容不占用專業課程課時，學生利用碎片化時間可反復觀看[4]；社交網絡可以將微課更快更方便地分享給目標人群；實驗儀器的操作步驟、安全使用知識適用于針對性、可視化的講解方式，這正是微課所能提供的。

安全教育在常規教學中時有開展，但其內容形式較固定。比如，高校通過展板、演習宣傳消防知識，在實驗課堂中講解操作流程，利用講座、培訓、考試等方式進行通識類安全知識學習。為使安全意識深入人心，各高校逐步建立了符合專業特點的實驗室安全教育系統，開設了專門的課程并對傳統教學資源加以延伸，如清華大學于2004年開始設置實驗室安全學必修課[5]，中國科學技術大學開設國家級精品課程化學實驗室安全知識[6]，南昌大學開發了實驗室安全與防護課程[6]。

在教育部的部署下，高校對實驗室安全問題愈加重視，由此推動了線上教學、虛擬仿真平臺的有效發展。在實驗室安全教育課納入教學體系的同時，課程模式也須順應互聯網技術對人們生活的深刻影響，開發以視頻為媒介、移動終端為載體的安全知識微課成為趨勢。[7]

三、開放實驗室的安全教育現狀

(一)開放性實驗

科學技術的發展趨勢表明機械性工作逐漸會被人工智能代替，而獨特的、發散性的思維無法復制。為提高學生的創新實踐能力，滿足各行業對人才的現實需求，高校在教學中設置了開放性實驗環節。開放性實驗的主體由教師轉換為具有一定實踐經驗和技術的學生，要求操作者利用理論知識設計并實現從實驗目的到數據處理的整個過程。開放性實驗的時間和內容具有靈活性，所用到的儀器也不固定，有些項目涉及交叉學科，學生設想的步驟欠缺一定的理論支持，這在一定程度上埋下了安全隱患。一些高校制訂了實驗室安全風險分級管理辦法。[8]針對室內潛在的危險源情況進行分級，不僅便于場所和設備的有效管理，而且有利于實行對象不同、側重點不同的具有差異性的安全教育制度。

(二)實驗室安全教育體系

高校實驗室安全教育體系包括教學的內容、模式、資源、結構、評價等方面。[9]教學內容是安全教育的核心，大致可分為通識類、化學藥品類、應急處理類、實驗室廢物處理類、大型儀器使用類、特種設備使用類、輻射安全類、安全事故分析類等。[10]安全教育的分類較為明確，雖然有一定連貫性但更多表現為獨立的知識點，適用于分專題、模塊化學習。

(三)開放實驗室安全教育存在的問題

開放實驗室安全教育問題涵蓋三個方面。一是不同專業背景的學生安全知識的學習層次有參差。[11]教學內容應根據所屬學科有選擇地調整補充，避免內容過多重點太少。二是開放性實驗項目需經過形式、類型的審核，并按專業統籌規劃，對跨學科的項目，不同實驗室如何讓學生及時有效地學習本室的安全知識成為問題。三是安全教育由于專業間的壁壘，并沒有充分實施，往往有礙于知識背景和現實條件，對存在風險的儀器限制過多。

四、安全教育微課設計與制作

(一)教學內容的組織

實驗室安全教育的短期目標是指導學生掌握實驗知識和操作技術，通過獲得學分或考試順利完成課程目標，長期目標是培養人的安全意識和科學素養，因此，微課的設計需要涵蓋多層次的內容。根據教學對象不同，可將安全教育微課歸納為五個層次：通識類、物理電子類、工程訓練類、化學生物類、風險設備類。層次之間相對獨立，每層所包含的知識點由微課單元組成，層次的遞進表示實驗技能或實驗設備維護成本的升高和對專業背景包容程度的降低，如圖1所示。

所有師生都應學習實驗室通識類安全知識，在校生活必然涉及各類場所和設備，具備基本常識和行為素質是進行專業學習和研究的前提。不同專業學生，例如，物理師范類專業學生，應具備與其課程任務相關的物理電子類安全知識，但有些開放性實驗，需要使用激光切割、化學品、大型儀器等，系統地參照材料、機械或化學等學科的實驗課程又因專業差異而欠缺針對性，這時可以利用獨立的微課單元，按需索取實驗過程所涉及的安全知識內容。而對一些具有較強專業性和理論水平的開放性項目，如化學生物類，沒有專業背景的學生很難上手，為確保安全，教師應對申請的項目和團隊加以篩選并單獨培訓。

圖1 安全教育內容層次圖

(二)教學模式的構成

視頻是微課最主要的傳播媒介，根據教學內容不同，在構建實驗室安全教育微課教學模式時，應有所選擇地設計與應用，在此將視頻形式概括為五類，每類視頻的特點和適用范圍如下。

1.真實情景類

在互聯網和移動終端技術尚未成熟的時期，微課多為對課堂情景的實錄，這對教學的組織能力和拍攝技術要求較高，并且由于是對傳統課堂的錄像，在剪輯時，時間和知識點往往不能過分壓縮，以免造成教學環節不連貫。這類微課的特點是學習者能夠看見課堂全貌，對實驗理論、儀器、場所擁有直觀的、具體的印象，在進行安全教育時，容易理論聯系實際，加深理解。但因錄制時間長、現場的畫面和聲音效果不佳，經過改進，現在廣為使用的微課多采用經過后期制作的數字課堂。

2.數字課堂類

數字課堂是以視頻課程為出發點而設計的，一般只對主講教師和課件進行單機或雙機拍攝，后期經過剪輯、字幕、背景處理等手段制作的視頻。數字課堂的教學時間可以控制，但將一個完整的知識點在短時間內展示清晰，其結構和語言應經過反復推敲，特別是課件的制作，需要加入一些動畫、圖像、實景，使展現效果更豐富生動。

3.動畫類

動畫類微視頻是廣為流傳且受眾較為喜愛的一類模式。動畫類視頻通過幽默的風格、鮮明的圖像、夸張的音效吸引注意力，并將復雜不易展示的情況簡化為圖示，特別適用于危險情況的模擬、錯誤操作的示范等內容，能起到較好的預警教育作用。

4.直播類

借助平臺實施以語言或操作界面為主要表達形式的視頻內容，因其氣氛放松，口語化的特點，具有當面交流的真實性和即時性。而對界面、軟件操作步驟的演示，采用直播、錄屏等手段較為簡明方便。

隨著視頻制作技術的日新月異，信息化、數字化微課已成為時下師生歡迎的教學方式，但并不意味著所有的內容都適合采取新興的視頻處理方法，像實操類、探究類知識，應完整地呈現操作現場和裝置細節。設計微課的另一個重點是根據不同層次的實驗室安全教育單元構建相應的微課模式，在保證教學任務的基礎上凸顯課程組成的內涵。比如，對實驗儀器的安全操作演示便可應用真實情景類微課視頻，而對危險事故的發生原因和所聯系的實驗原理可使用數字課堂，講解清晰且不枯燥。對通識類安全知識，考慮到是對大一新生開展，而學生剛入校普遍缺乏專業背景，采用動畫類介紹法律法規、實驗室事故分析等內容加深印象，能夠重點灌輸安全意識。直播類視頻具有較強的代入感，參觀實驗室、常規設備的介紹時具有身臨其境的效果，也適用于初步了解一些不宜廣泛接觸的特種設備、大型設備等。每類視頻形式的特點、適應內容和微課主題單元如表1所示。

表1 微課視頻類型特征表

綜上所述，安全教育微課構建是以維護人身和財產的安全為準則，為取得更好的教學效果而擴展的教學形式，不論是采取一種還是多種模式混合的資源，首先都應具有較好的視聽效果，因此，對視頻拍攝和制作方法需要進一步探討。

(三)教學視頻的制作

微課視頻的前期準備首先需要確定課程的框架，繼而編寫內容腳本、語言腳本、鏡頭腳本等。[12]在前期準備階段，視頻制作者必須明確拍攝的意圖和流程，既要保持課程的知識性，又要注意景象、邏輯的合理性。受經費和規則的限制，不是所有微課團隊都具備較專業的視頻錄制能力，以下為四種簡單可行的實驗室安全教育視頻制作方法。

1.實景拍攝

實景拍攝適用于對某一儀器操作步驟的演示，拍攝者一般利用市面上常見的三腳架、手持自拍桿固定攝像機或手機，采用全景和近鏡頭特寫交錯拍攝，后期配以聲音和字幕。常見的剪輯軟件均可實現視頻的后期編輯和制作。

2.幻燈片錄屏

視頻制作者使用幻燈片播放軟件自帶的錄屏功能，錄制通識知識、實驗原則等講解類內容，應將課件的制作作為重點，采取美觀、動態的效果以集中注意力，避免過多敘述。

3.動畫制作

視頻制作者利用幻燈片軟件制作一般性的動態圖像較為方便，但其功能對復雜的示意圖和人物的動作效果制作有所限制，可使用After Effects、Flash等專門的視頻處理軟件[13]，或基于此開發的商業軟件，在預制程序下創建場景和角色，達到動作轉換和特效控制。

4.虛擬實驗平臺

虛擬實驗平臺的搭建需要信息化、數字化技術和實驗教學的深度融合，以虛擬實驗作為安全教育環節，在滿足操作要求的同時鍛煉創新技能，能很好地應用在大型設備、化學儀器基礎操作、電路設計連接等實驗中。虛擬實驗有一些常用平臺，如電路仿真軟件、中學理化實驗平臺、大學物理或化學虛擬實驗室等。

五、結語

高校是培養創新人才的重要陣地，在校生的創新實踐主要在各類實驗場所展開，為師生提供安全保障一直是實驗室管理的首要任務。短視頻的興起讓實驗室安全教育資源得以拓展，作為線下理論課程的補充、延伸甚至替代，信息時代的邁進借安全教育微課快速發展的契機，在教學內容的構建、視頻模式的選擇、拍攝手段的更新等方面，還有許多值得探索和討論的空間，教學效果的提升將使實驗安全從認識源頭上落到實處。