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(jīng)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?guī)熒踩逃?，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(huán)節(jié)，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(yè)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(yǎng)學生創(chuàng)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(xiàn)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(yōu)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(yè)課程課時，學生利用碎片化時間可反復觀看[4]；社交網(wǎng)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(guī)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(yè)特點的實驗室安全教育系統(tǒng)，開設了專門的課程并對傳統(tǒng)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(fā)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(fā)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(lián)網(wǎng)技術對人們生活的深刻影響，開發(fā)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(xiàn)狀

(一)開放性實驗

科學技術的發(fā)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(fā)散性的思維無法復制。為提高學生的創(chuàng)新實踐能力，滿足各行業(yè)對人才的現(xiàn)實需求，高校在教學中設置了開放性實驗環(huán)節(jié)。開放性實驗的主體由教師轉換為具有一定實踐經(jīng)驗和技術的學生，要求操作者利用理論知識設計并實現(xiàn)從實驗目的到數(shù)據(jù)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(xiàn)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(yè)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(jù)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(jīng)過形式、類型的審核，并按專業(yè)統(tǒng)籌規(guī)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(yè)間的壁壘，并沒有充分實施，往往有礙于知識背景和現(xiàn)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(yǎng)人的安全意識和科學素養(yǎng)，因此，微課的設計需要涵蓋多層次的內容。根據(jù)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(yè)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(yè)學習和研究的前提。不同專業(yè)學生，例如，物理師范類專業(yè)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(tǒng)地參照材料、機械或化學等學科的實驗課程又因專業(yè)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(yè)性和理論水平的開放性項目，如化學生物類，沒有專業(yè)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(jù)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(lián)網(wǎng)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(tǒng)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(huán)節(jié)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(lián)系實際，加深理解。但因錄制時間長、現(xiàn)場的畫面和聲音效果不佳，經(jīng)過改進，現(xiàn)在廣為使用的微課多采用經(jīng)過后期制作的數(shù)字課堂。

2.數(shù)字課堂類

數(shù)字課堂是以視頻課程為出發(fā)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(jīng)過剪輯、字幕、背景處理等手段制作的視頻。數(shù)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(jīng)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(xiàn)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(shù)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(xiàn)操作現(xiàn)場和裝置細節(jié)。設計微課的另一個重點是根據(jù)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(fā)生原因和所聯(lián)系的實驗原理可使用數(shù)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(yè)背景，采用動畫類介紹法律法規(guī)、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(guī)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(jīng)費和規(guī)則的限制，不是所有微課團隊都具備較專業(yè)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(xiàn)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(tài)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(tài)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(fā)的商業(yè)軟件，在預制程序下創(chuàng)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(shù)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(huán)節(jié)，在滿足操作要求的同時鍛煉創(chuàng)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(yǎng)創(chuàng)新人才的重要陣地，在校生的創(chuàng)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(fā)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。