高校虛實結合實驗室安全教育培訓的新模式探索

楊曉燕

在高校，實驗教學主要培養大學生的創新應用能力，所以實驗室也是應用型本科高校人才培養的最關鍵平臺。為此，許多高校已經建立了虛實結合、校企共建的實驗室平臺，其智能化創新水平較高，實驗室中各種教學與培訓機制以及實驗內容也在逐漸完善和豐富。目前，高校虛實結合實驗室在安全管理以及實驗室安全教育等方面還存在一些現實問題。為此，本文專門基于“大安全觀”及數字化和信息化探討了高校虛實結合實驗室在安全管理及實驗室安全教育工作中面臨的諸多現實問題，積極構建實驗室安全教育培訓課程新模式，豐富其內容，并加以簡單例證。

在“大安全觀”及數字化和信息化發展的引領下，許多高校建立了虛實結合的教學和科研實驗室。在實驗室中，主張“虛實結合”，簡言之就是利用現代信息化技術手段來實現教學方式方法優化，改革考核評價方法，尤其是不斷加強實驗室安全教育教學和培訓水平，在教學模式與情景化、案例化教學方法的呈現上顯示出良好的、直觀的教學效果，實驗教學質量得到明顯提升。從學生角度來講，提高學生在虛實結合實驗室中的安全操作能力是關鍵，久而久之學生形成實驗室操作安全習慣和安全意識，從而達到實驗室安全教育的目的。

1 高校虛實結合實驗室的基本概述

所謂高校虛實結合實驗室，其實際操作訓練內容豐富，比較貼近真實工作環境，指導學生在實訓場景中參與實際操作，完全契合當前企業發展需求來培養高素質專業人才。虛實結合實驗室主張“虛實結合、校企合作”，是校企共建的一種基于數字化和信息化的工業機器人實驗室。作為具有先進技術理念的高校虛實結合實驗室，它在開展實驗教學過程中也滿足了高校素質教育要求，為學生未來畢業創新創業提供優質平臺。

從實驗室建設內容層面來看，它完全依托于虛實結合思想展開建設，同時追求校企共建，即汲取學校以及企業中的工業機器人實驗室資源，形成一套完整的實驗室架構。所謂“虛”指代工業機器人虛擬仿真實驗室，而“實”指代智能制造創新實踐中心。在“虛實結合”大背景下，教師為學生傳授基礎知識內容，同時鍛煉學生技能操作能力，保證綜合技術應用層層遞進，結合高校與企業共同力量培養大學生人才實踐能力，最終培養未來智能制造產業優質人才。所以說，如此設計的實驗室是滿足了企業生產格局建設要求的，且也相當利于高校合理使用自身以及企業資源。

2 高校虛實結合實驗室的安全教育培訓面臨的問題

在高校中，虛實結合實驗室特別注重安全教育培訓工作，即通過創新實踐教學來培養實驗室優質人才，這里也是“雙一流”教育體系建設的最重要前沿平臺，直接與企業對接，尋求資源共享與共同發展。自21世紀以來，我國高等教育事業發展規模不斷擴大，基于校企共建模式下的高校虛實結合實驗室數量越來越多，實驗室本身的建設投入也在與日俱增。目前已經發展達到了前所未有的規模高度，切實提升了高校虛實結合實驗室的實驗教育能力與水平。

當然，高校虛實結合實驗室也存在大量危險源，且危險源種類相當復雜，再加之參與實驗室實驗的人員繁多，安全管理工作難度極大，安全事故發生頻率極高。就目前來看，許多高校都希望從根本上消除高校虛實結合實驗室安全事故問題，其在管理制度方面希望加以完善，同時更加入了該類實驗室的安全教育培訓課程內容。大學生在參與實驗室安全教育培訓課程中，他們的安全意識與實踐能力有所增強和提高，而教師所設計的安全教育實驗教學體系也相當科學規范，這也成為了高校虛實結合實驗室中大學生所必須完成的必修課程。與此同時，目前實驗室安全培訓教育課程正面臨改革，它所面臨的現實問題還依然很多。

2.1 實驗室安全管理制度設置不到位

高校虛實結合實驗室在安全管理制度設置上存在不到位問題，這說明實驗室本身在安全管理體制建設上缺乏內容，特別是部分高校的新建實驗室明顯存在權責不清晰、獎懲制度不明確等等問題。這些都映射到實驗室各個工作崗位上，導致其崗位安全培訓教育內容不充分，更缺乏各種安全應急預案。目前國內還有相當一部分的高校實驗室未能建立相對嚴格的實驗室準入制度，對于學生的實驗室安全教育相對匱乏，其導致的結果就是實驗室中學生操作缺乏嚴謹性，主要是因為他們的安全知識與技能掌握有所欠缺，進而導致操作失誤行為出現，可能造成不同程度的實驗室風險后果，不容忽視。

2.2 實驗教材建設機制不完善

實驗教材建設機制不夠完善，這說明某些高校未能做到重視實驗教材載體建設，他們所采用的實驗教材依然是傳統教材，其中的安全教育知識內容不夠充分，而是更多注重新技術的加入，例如納米技術、基因技術等等。雖然說學生在學習教材過程中掌握了大量先進科學技術，但是對于安全教育實踐內容卻知之甚少，所掌握的安全標準規則并不多。而從教師方面來講，他們也未能在教材建設過程中對現代數字技術和信息技術進行有效利用，所以他們為學生所建立的虛擬仿真試驗平臺并不完整，教學平臺中的安全教育內容布置也無法達到要求，且安全教育考核系統配套建設更是匱乏。就整體來講，高校各類實驗室所采用的實驗教材的建設機制缺乏完善性，亟待改善。

2.3 實驗室教學課程體系建設不健全

高校虛實結合實驗室在課程體系建設方面不夠健全，甚至未能開設專門的實驗室安全教育課程。即便是某些高校已經開設了相關課程，但依然存在課程體系系統建設不健全情況，其中的教學形式比較單一，多強調理論灌輸，卻嚴重缺乏具有針對性的實驗教育內容。與此同時，課程體系中的學科交叉內容遠遠無法滿足學生學習要求，在不同學科實驗室的安全教育內容方面也相對匱乏，存在教育融合問題不到位情況。

2.4 實驗室安全教育教學手段過分單一

高校虛實結合實驗室安全教育中確實存在教學手段內容過分單一情況，例如許多高校多采用專題培訓、大課宣講等等形式介紹實驗室安全教育內容，一方面，有些高校雖然也開設了實驗室安全教育的相關課程，但也是限于上網課、聽理論，這導致學生學習過程中產生厭倦甚至逆反心理。從另一方面來講，教師未能在虛實結合實驗室教學過程中充分利用現代信息化技術也成為其教學手段過分單一的又一大原因，對于學生實驗室操作過程中可能存在的安全問題考慮不周全，特別是未能設計諸如風險體驗、模擬演練等等教學板塊。上述問題都導致了實驗室中教學效果偏差，而學生對于可能發生的未知安全風險隱患問題毫不知情，學習實驗感知與體驗效果急轉直下。

3 高校虛實結合實驗室的安全教育培訓的全新模式建設要點探索

目前，高校虛實結合實驗室在開展教育教學活動中必須將安全教育工作放在首位，針對大學生展開安全教育培訓，形成全新教學模式。在深入探索建設這一全新模式過程中，就需要探索培養大學生良好的創新意識與能力，形成豐富多元的創新教育教學手段。進一步來講，教師需要在課程體系結構與教學方式、手段上尋求突破，專門圍繞“大安全觀”指導思想來提出各類教育教學問題，思考組織安全問題內容，保證學生學習科學理論與方法內容。而在“大安全觀”指導思想背景下，其教育本質就是追求綜合、創新以及實踐操作，鼓勵學生邊學邊做，在理論學習與實踐應用中潛移默化形成安全意識能力，如此所創建的安全教育管理工作體系更為自然，更能吸引學生參與進來付諸實踐，即運用現代信息技術情景化內容與案例化實驗教學等等來展開教育教學工作。從某種程度來講，教師需要在高校虛實結合實驗室中構建多學科的、交叉融合的實驗室課程體系，加強培養大學生的實驗室安全知識技能。

3.1 實驗室安全教育培訓課程內容體系的構建

高校虛實結合實驗室中課程內容體系復雜，構建難度較大，因此在許多高校中，他們完全依托于學科專業內容來建立與安全教育知識之間的融合發展機制，打造通識模塊，配合專業模塊就形成了高校虛實結合實驗室課程內容體系。這一課程內容體系中，通識模塊所涵蓋的教育內容主要圍繞安全意識、基本常識知識、基本技能等等展開，而專業模塊則強調專業優化選擇課程內容，其核心內容就囊括了各個學科專門類實驗室知識內容，主要圍繞安全教育基本知識與技能來打造虛實結合實驗室，鼓勵學生參與進來學習課程知識內容。舉例來說，某些高校就建立了“8+8”實驗室課程教學模式，兩個“8”分別代表了8個小時的通識模塊教學內容，8個小時的專業模塊教學內容。對于高校不同專業不同學科學生而言，他們可以選擇自身專業或學科所對應的專業模塊，但通識模塊教學內容則基本相同。基于不同專業模塊的專業安全標準化專業課程而言，它所創建的安全教育培訓課程案例也有所不同，它主要為實驗室注入安全標準內容，希望借此契機推動安全技術、標準優化，確保安全教育培訓模塊甚至其產品都能順利進入高校校園中，滲透到虛實結合實驗室中來引導學生正確操作實驗技術內容，學習實驗課程知識。如此一來，在虛實結合實驗室中大學生就積累了大量的實驗實踐經驗，同時學習了安全教育培訓內容，成為了具有安全標準化意識與能力的優秀專業人才。

3.2 實驗室安全教育培訓方式方法的改革完善

在虛實結合實驗室中，高校大學生需要參與到安全教育培訓活動中，而教師也要通過最為直觀、綜合性與創造性較強的實驗教學來做到理論與實踐一體化結合，同時滲透大量安全教育培訓內容，形成完善的教學方式方法，這是對實驗室安全教育培訓模塊的有機改革過程。這一改革過程中，教師也遵循基礎性改良，同時引入開放性教學內容，鼓勵學生自主學習，進而提高他們的專業綜合素養，培養他們在工業工程實踐中不但掌握大量科研技術內容，也能掌握最基本的安全保護知識。如此看來，安全教育培訓方式的改革完善是頗有必要的。

現如今，某些高校也嘗試在安全教育培訓模塊中融入現代信息化技術手段，例如虛擬現實（virtual reality，VR）技術等前沿教學方式和手段，實驗室安全教育課程中采取“虛實結合”的情景化和案例化的教學模式，將理論知識和實踐實訓教育相結合，且其教育資源內容結合得相當巧妙。比如說在通識模塊課程教學體系中，它專門與實驗室專業模塊課程融為一體，二者都采用了情景式、案例式教學、實驗室現場教學模式，專門針對典型、易發生事故問題建立案例數據庫。同時，在結合現代信息技術建立虛擬現實VR教學體系過程中，安全教育培訓模塊知識內容也通過虛擬、增強現實形式滲透到教學環境中。當然，在高校虛實結合實驗室中也強調結合現場教學等特殊教學方式，專門解決某些特殊安全教育問題。例如針對突發安全事故所構建的安全事故案例數據庫就采用到了大數據技術內容，配合虛實結合中的云數據資源，通過虛擬現實技術來完全呈現數據內容。由教師指導學生進行增強現實AR技術操作，立體分析其中的安全教育培訓技能內容，并成功熟練掌握這些技能內容。

3.3 實驗室安全教育培訓考核方法的改革優化

在高校虛實結合實驗室中，安全教育培訓考核方法需要追求改革優化，在實驗室中專門加入安全準入制度，為不同專業的不同實驗室構建具有針對性的安全教育培訓考核方法測試系統。通常情況下，實驗室安全教育課程是會正常納入到常規教學體系中的，且也要在考試考核范圍內建立安全知識測試系統，保證通識類安全課程內容與知識技能都能傳遞給學生，體現安全教育培訓專業性。在這一安全教育培訓考核方法改革優化進程中，學生就能通過模塊系統學習理解安全知識，參與安全教育考核活動。在測試系統中，學生要首先經過安全知識測試系統考核，等待測試合格后才能正常進入實驗室參加實驗活動。當然，安全知識系統考試同時也劃定了紅線標準，希望借此契機滿足針對學生的考核要求，專門考查某些不具備安全素養與操作技能的學生，展開反復的安全培訓與安全考核過程，直到學生考核達標，才能正常進入實驗室。

4 高校虛實結合實驗室的安全教育培訓全新模式案例簡析

在某高校虛實結合實驗室中，其核心教學知識內容主要圍繞液壓機實驗展開，教師專門采用虛實結合教法，希望為專業學生構建多學科之間交叉融合的課程體系。在這一課程體系中，教師需要圍繞液壓機知識內容再為學生展開安全教育培訓，形成全新教學模式，其主要內容就包括了液壓機電氣系統的相關知識，并建立安全防護裝置。

具體來講，液壓機實驗室安全教育培訓課程內容主要包含了三大部分：第一部分就是教師通過現場展開教學，幫助學生了解并掌握液壓機實驗室的具體安全知識；第二部分進行虛擬現實風險體驗與模擬操作演練；第三部分進行實際操作與液壓機實驗室安全知識考核，如果實際操作與考試系統知識考核都合格，學生方可進入實驗室進行獨立操作實驗。

在虛擬環境下，教師運用DVS的3D虛擬現實軟件來建立實驗室與外部的交互機制，確保外部交互設備中的3D效果的LED大屏幕以及高精度光學位置追蹤系統被有效運用。在虛實結合實驗室安全培訓模塊中，學生是能夠通過3D虛擬場景中結合外部交互設備進行沉浸式虛擬環境學習的，其環境中就包括了自主漫游、危險識別、風險體驗、虛擬作業等操作內容。而在學習液壓機安全操作知識內容過程中，教師指導學生專門利用液壓傳動技術對坯件施加強大壓力加工成零件，對與之接觸的人體可能產生擠壓、剪切、沖擊和碰撞等嚴重傷害的風險，液壓機實驗室安全教學課程涉及的安全標準主要包括危險識別、安全標識、安全距離、安全防護裝置以及安全繼電器等。

整體而言，教師在實驗室教學過程中都采用了“虛實結合”的教學方法。現場教學主要包括了解安全標識、學習安全防護信息。安全標識包括當心擠壓、佩戴護目鏡等。安全防護裝置包括急停按鈕、雙手操縱裝置等。學生通過虛擬現實技術在虛擬環境進行危險識別、風險體驗和安全防護裝置設計，提升安全意識。即圍繞液壓機實驗室安全教學的現實場景和虛擬場景來設計教學內容，確保學生的安全教育培訓到位。

5 高校虛實結合實驗室的安全教育培訓模式的優勢研究

綜上所述，本文認為高校虛實結合實驗室的安全教育培訓模式具有較多優勢，下文簡單分析五點：

第一，建設共同研發模式，這一模式中學生自主學習能動性得到提升，模式項目中的服務對象是學生、教師，而項目研發主體則是企業。在高校虛實結合實驗室中，安全教育培訓模式不但包括了情景再現模式，也包括了腳本撰寫、案例庫建設等工作內容，這些均由學生主體完成。這一研發模式的優勢之處就在于大幅度提高了學生的學習主動性，對教學內驅動力優化也有極大好處。

第二，高校虛實結合實驗室在設計形式上呈現出多樣化發展態勢，其教學手段是相當豐富的，在結合真情實景再現某些虛擬操作、游戲闖關環節中知識點依托載體形式呈現出多樣化變化，在學習途徑方面也得以拓展。本文認為，學生的學習興趣在這一過程中被有效激發，學習效率大幅度提高。而教師方面，教學方式與手段也逐漸豐富化。

第三，高校虛實結合實驗室的考評體系呈現多元化發展態勢，在全面靈活測評考評體系過程中，某些虛擬操作考核評分手段被豐富。例如教師在實驗室中就加入了安全小助手、試題庫等等，結合項目線上操作與線下討論教學模式，確保學生在虛擬操作中逐漸熟練，無論是考評方式與知識點都被大幅度豐富化。在對學生學習過程展開分析評價過程中，形成性成績與最終成績相互結合，所呈現的學習效果更為理想。它充分體現了學生學習主觀能動性，更做到了對于學生學習情況的全面評價。

第四，高校虛實結合實驗室在虛擬化方面彌補了傳統教學安全教育實踐教學中的某些短板，因為虛擬仿真技術對于實驗室中事故場景的模擬非常到位。在教學活動中，教師主要從案例庫切入展開教學，吸引學生主動思考。在虛擬場景中，學生能夠學習更多安全知識，確保學生在學習過程中能夠直面“危險”，并尋找消除事故發生的正確方法，鍛煉安全技能。就這一點來講，傳統中以教師為主、學生為輔的傳統“填鴨式”教學模式，采用以學生自主學習為主、教師引導為輔的開放式教學模式，充分發揮學生學習內在驅動力。

第五，高校虛實結合實驗室真正突破了時域、空域、地域限制，使安全教育與管理更為開放的網絡、電腦等設備聯系起來。在實驗室中，學生可以隨時、隨地根據需要進行學習，反復演練、鞏固，循序漸進地掌握實驗室安全知識。教師可以在線分析學生學情，及時調整教學內容及教學模式，多角度、多層次地開展教學。同時，實驗室管理應用智能化技術，管理人可以打破時空限制，實現線上智能化管理與培訓，簡化管理的同時提高管理質量與效率。

客觀講，虛實結合實驗室中的安全教育培訓模式真正做到了虛實相互結合，確保線下教學與線上教學有效結合起來，體現教學開放式優勢，形成更多混合教學模式體系。在這一過程中，它也最大限度激發了學生的學習好奇心以及探究興趣。所以說，虛實結合實驗室是目前高校安全教育培訓模塊中的核心點，它所呈現的教育指導輔助作用非常巨大。

6 總結

當前，高校校企共建、虛實結合實驗室中安全教育培訓模塊建立頗為必要，應當成為實驗室教育教學活動開展的主要課題。為此，教師應該基于“大安全觀”思想指導，充分運用數字化和信息化手段，引導學生參與到實驗安全標準制訂規劃中，由教師為學生構建具有學科交叉融合屬性的實驗室安全教育培訓課程體系，真正實現“虛實結合”情景化、案例化教學模式。即在“虛擬實踐”安全教學過程中不斷增強各專業各學科學生的實驗室安全意識，并在此基礎上能夠具備更強的專業知識理論與技能，增強學生實踐操作能力，從而成為各專業和各學科的優秀人才。

本文系教育部產學合作協同育人項目2022年第一批立項項目《基于VR技術的高校實驗室安全基地建設研究》，項目編號：220606090102535。

（作者單位：寧夏大學）