基于知識(shí)地圖的高校實(shí)驗(yàn)室安全教育微課體系構(gòu)建

謝 虎， 庫(kù)夭梅， 劉小波， 陳志民， 李 楠， 葉志嬋

（華南農(nóng)業(yè)大學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐訓(xùn)練中心，廣州 510642）

0 引 言

隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，移動(dòng)終端已成為人們不可或缺的工具，使學(xué)習(xí)方式發(fā)生了重大變革，突破了時(shí)間和空間的限制，碎片化學(xué)習(xí)成為常態(tài)。微課以其“短小精悍”［1］特點(diǎn)契合了碎片化學(xué)習(xí)的內(nèi)在規(guī)律要求，已在眾多課程教學(xué)中得到廣泛運(yùn)用。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外高校各類實(shí)驗(yàn)室安全事故時(shí)有發(fā)生，如2018 年12 月6 日，印度班加羅爾一實(shí)驗(yàn)室高壓氫氣瓶爆炸；2019 年2 月27 日，南京工業(yè)大學(xué)一實(shí)驗(yàn)室發(fā)生火災(zāi)；2021 年10 月24 日，南京航空航天大學(xué)一實(shí)驗(yàn)室發(fā)生爆燃。給國(guó)家、學(xué)校、家庭帶來(lái)重大損失，暴露出實(shí)驗(yàn)室安全教育與管理的漏洞。2021 年教育部辦公廳發(fā)布《關(guān)于開展加強(qiáng)高校實(shí)驗(yàn)室安全專項(xiàng)行動(dòng)的通知》，強(qiáng)調(diào)必須“強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)室安全教育體系建設(shè)”。實(shí)驗(yàn)室安全教育旨在使師生掌握安全知識(shí)、技能，具備相應(yīng)的安全素養(yǎng)，是杜絕安全事故的最前端保障，在信息化碎片化時(shí)代開展高質(zhì)量的安全教育，構(gòu)建視頻、動(dòng)畫、微課等符合認(rèn)知習(xí)慣的新資源，以圖、表、文字、音頻多通道輸出，滿足學(xué)習(xí)者新的需求，加強(qiáng)知識(shí)建構(gòu)，有效提升師生安全素養(yǎng)，從而掌握必需的安全知識(shí)與技能，對(duì)師生全面與可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

1 實(shí)驗(yàn)室安全教育現(xiàn)狀

通過(guò)對(duì)知網(wǎng)近5 年核心期刊中安全教育文獻(xiàn)的分析及國(guó)內(nèi)外知名高校的安全教育平臺(tái)的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)外高校普遍高度重視實(shí)驗(yàn)室安全教育，均設(shè)立了專門的機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)管理，如美國(guó)高校的EHS 管理部［2］、澳大利亞高校的職業(yè)健康與安全部［3］，我國(guó)高校的安全教育大多由資產(chǎn)與實(shí)驗(yàn)室管理處負(fù)責(zé)。國(guó)內(nèi)高校建立的實(shí)驗(yàn)室安全教育體系涵蓋安全教育的制度、師資隊(duì)伍、教育內(nèi)容、教育資源、教育形式、在線學(xué)習(xí)及考核等［4］，國(guó)外高校在安全教育法律法規(guī)涵蓋范圍及明細(xì)度、師資隊(duì)伍結(jié)構(gòu)、教育資源形式及豐富性等做法非常值得借鑒［5-6］。綜觀國(guó)內(nèi)外研究仍存在以下問題：①目前各高校的實(shí)驗(yàn)室安全教育線上資源多以文本材料為主，視頻、動(dòng)畫、微課類資源很少，不利于學(xué)習(xí)者的記憶存儲(chǔ)，已不符合當(dāng)前的碎片化學(xué)習(xí)新需求。②教育內(nèi)容仍沿用大片段組織方式，內(nèi)容顆粒度大，很難獲得學(xué)習(xí)者的持久關(guān)注，效果也不甚理想。③考核側(cè)重知識(shí)的獲取，忽視了知識(shí)的遷移與應(yīng)用，難以完成知識(shí)的建構(gòu)并最終內(nèi)化為安全素養(yǎng)，導(dǎo)致學(xué)生面對(duì)復(fù)雜或突發(fā)安全問題無(wú)法做到有效應(yīng)對(duì)，安全教育質(zhì)量有待提高。

2 相關(guān)概念界定

（1）知識(shí)地圖。知識(shí)地圖是一種新型可視化的學(xué)習(xí)工具，起初由情報(bào)學(xué)家布魯克斯提出，他認(rèn)為知識(shí)地圖是由一個(gè)個(gè)知識(shí)節(jié)點(diǎn)匯聚形成學(xué)科認(rèn)知圖示［7］；隨后Garrison D R、III Vail、Mansingh G 等指出知識(shí)地圖是一種知識(shí)展現(xiàn)方式［8］、知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系與導(dǎo)航［9］、知識(shí)可視化的表達(dá)工具［10］；國(guó)內(nèi)學(xué)者還有認(rèn)為知識(shí)地圖是一種信息查詢系統(tǒng)［11］。以上表明，知識(shí)地圖的主要功能是知識(shí)管理、知識(shí)導(dǎo)航、知識(shí)點(diǎn)間關(guān)系的可視化呈現(xiàn)等。從形態(tài)上知識(shí)地圖可分為層級(jí)知識(shí)地圖、網(wǎng)狀知識(shí)地圖兩種［12］。層級(jí)知識(shí)地圖類似于目錄，是按照層級(jí)結(jié)構(gòu)排列，見圖1，層級(jí)知識(shí)地圖知識(shí)點(diǎn)的層級(jí)關(guān)系很清晰，但知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)不能很好地呈現(xiàn)；網(wǎng)狀知識(shí)地圖是一種分析復(fù)雜問題的圖形化思考工具［13］，不同于層級(jí)知識(shí)地圖，網(wǎng)狀知識(shí)地圖存在反饋鏈路，見圖2。網(wǎng)狀知識(shí)地圖可清晰展現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)，但知識(shí)點(diǎn)過(guò)多時(shí)，關(guān)聯(lián)關(guān)系的表達(dá)形式很復(fù)雜，容易加重認(rèn)知負(fù)荷；二者結(jié)合既可看到知識(shí)結(jié)構(gòu)，也可看到知識(shí)關(guān)聯(lián)。

圖1 層級(jí)知識(shí)地圖

圖2 網(wǎng)狀知識(shí)地圖

（2）微課。現(xiàn)代意義的微課起源于1993 年美國(guó)北艾奧瓦大學(xué)羅伊·麥克格魯教授［14］提出的60 s課程。2012 年美國(guó)高等教育信息化協(xié)會(huì)給出微課的定義是：具有單一主題演講的音頻或者視頻，可以很容易融入課程使用。國(guó)內(nèi)微課概念最早由胡鐵生［15］提出，他認(rèn)為微課是針對(duì)某個(gè)知識(shí)點(diǎn)或教學(xué)環(huán)節(jié)開展教與學(xué)活動(dòng)的資源有機(jī)組合。焦建利［16］認(rèn)為微課是以闡釋知識(shí)點(diǎn)為目標(biāo)，以短小精悍的在線視頻為表現(xiàn)形式，以學(xué)習(xí)為目的的在線教學(xué)視頻。黎加厚［17］認(rèn)為微課程是指有明確教學(xué)目標(biāo)，時(shí)間在10 min以內(nèi)，內(nèi)容短小，集中說(shuō)明一個(gè)問題的小課程。綜上所述，微課是主題聚焦，時(shí)間短，容量小，便于在線傳播的視頻教學(xué)課程。

3 基本思路

針對(duì)安全教育存在的文本材料多、內(nèi)容顆粒大、重知識(shí)輕應(yīng)用的問題，擬以微課與知識(shí)地圖相結(jié)合解決上述問題。以微課的視頻、動(dòng)畫表現(xiàn)形式破解文本材料多的問題；以知識(shí)點(diǎn)化的內(nèi)容組織解決內(nèi)容顆粒大的問題；以問題導(dǎo)向促進(jìn)意義建構(gòu)解決重知識(shí)輕應(yīng)用的難題。微課的知識(shí)點(diǎn)組織方式雖便于理解但也造成了知識(shí)的碎片化，且當(dāng)微課數(shù)量多時(shí)容易造成信息迷航，引入知識(shí)地圖以其知識(shí)導(dǎo)航、知識(shí)管理、關(guān)聯(lián)可視化的功能破解微課知識(shí)點(diǎn)化組織存在問題，兩者結(jié)合可完美解決安全教育線上教學(xué)的不足，具有堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

以微課與知識(shí)地圖相結(jié)合的方式解決實(shí)驗(yàn)室安全教育中存在的問題，首先需要重構(gòu)安全教育的內(nèi)容體系，實(shí)現(xiàn)內(nèi)容的模塊化組織，然后創(chuàng)設(shè)導(dǎo)向問題連接各模塊及知識(shí)點(diǎn)，以此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)開發(fā)系列微課，構(gòu)建知識(shí)地圖，最后完成考核與評(píng)價(jià)，促進(jìn)安全知識(shí)、技能與素養(yǎng)的融合培養(yǎng)。具體思路如圖3 所示。

圖3 研究的基本思路

4 體系構(gòu)建

4.1 “通識(shí)—專業(yè)”模塊化體系內(nèi)容構(gòu)建

安全教育內(nèi)容的設(shè)置是整個(gè)安全教育的核心，決定了受教育者的知識(shí)面及知識(shí)結(jié)構(gòu)。研究參考各高校安全教育相關(guān)平臺(tái)、文獻(xiàn)及教材［18-19］，根據(jù)安全教育內(nèi)容涉及面的廣度及深度將內(nèi)容劃分為具有普適性的通識(shí)教育以及針對(duì)特定類別的專業(yè)教育，即建立“通識(shí)-專業(yè)”的安全教育內(nèi)容框架。通識(shí)教育包含消防安全、電氣安全、網(wǎng)絡(luò)安全；專業(yè)安全包含化學(xué)安全、生物安全、輻射安全、特種設(shè)備安全、機(jī)械安全。

針對(duì)目前安全教育單元內(nèi)容顆粒度大的問題，在按照專業(yè)類別分類的基礎(chǔ)上遵循“自上而下分解”與“自下而上驗(yàn)證”相結(jié)合的原則對(duì)安全教育內(nèi)容進(jìn)行模塊化、知識(shí)點(diǎn)化處理。“自上而下分解”指將各類安全教育內(nèi)容按照知識(shí)的系統(tǒng)性、結(jié)構(gòu)性分解為具體的模塊，再將模塊內(nèi)容重組為一個(gè)個(gè)相對(duì)獨(dú)立但邏輯上具有層次關(guān)聯(lián)的知識(shí)單元；“自下而上驗(yàn)證”指驗(yàn)證知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容是否完整、知識(shí)點(diǎn)組合是否完整闡釋相關(guān)模塊、是否有缺失或者重復(fù)的內(nèi)容。運(yùn)用德爾菲法經(jīng)過(guò)多輪論證得到相應(yīng)的模塊與知識(shí)點(diǎn)，以“消防安全”為例，其模塊與知識(shí)點(diǎn)（首次展現(xiàn)以全稱及縮寫表示，其后以縮寫表示）如圖4 所示。

圖4 安全教育內(nèi)容框架及消防安全模塊與知識(shí)點(diǎn)

4.2 導(dǎo)向問題的創(chuàng)設(shè)

問題的創(chuàng)設(shè)是本研究的重點(diǎn)及難點(diǎn)，可分為3 個(gè)步驟：

（1）模塊及知識(shí)點(diǎn)的再整理。將各模塊及知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行二次梳理，確定關(guān)聯(lián)度強(qiáng)的模塊及知識(shí)點(diǎn)并進(jìn)行分類匯總，建立相應(yīng)的組合。

（2）問題的創(chuàng)設(shè)?？墒紫雀鶕?jù)實(shí)際情況采用問卷、訪談、文獻(xiàn)調(diào)研等方法搜集盡可能多的相關(guān)問題，然后參照問題的真實(shí)情境性、問題涉及內(nèi)容的層次、問題的半開放性對(duì)問題進(jìn)行再加工，根據(jù)建立的模塊及知識(shí)點(diǎn)創(chuàng)設(shè)具體的安全問題。此處創(chuàng)設(shè)的安全問題有2 種類型：①順序類別，即按照模塊與知識(shí)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系創(chuàng)設(shè)導(dǎo)向問題；②交叉類別，即按照步驟（1）中建立的組合創(chuàng)設(shè)導(dǎo)向問題，此類問題的解決需要學(xué)習(xí)跨模塊的知識(shí)點(diǎn)。

（3）問題與模塊及知識(shí)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)。根據(jù)創(chuàng)設(shè)問題時(shí)對(duì)應(yīng)的模塊及知識(shí)點(diǎn)建立問題與模塊、知識(shí)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)。與創(chuàng)設(shè)問題的兩種類型相對(duì)應(yīng)，關(guān)聯(lián)模式亦有兩種：一是以知識(shí)結(jié)構(gòu)為主的非跨模塊聯(lián)結(jié)模式，此種模式知識(shí)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)僅在模塊內(nèi)；另一種是跨模塊聯(lián)結(jié)的模式。以“消防安全”為例，創(chuàng)設(shè)的問題及對(duì)應(yīng)的模塊與知識(shí)點(diǎn)如圖5 所示。

圖5 消防安全模塊及知識(shí)單元與導(dǎo)向問題聯(lián)結(jié)

4.3 微課的設(shè)計(jì)與開發(fā)

微課的設(shè)計(jì)需緊密結(jié)合上述的導(dǎo)向問題，以對(duì)應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容為素材，通過(guò)“導(dǎo)入情境設(shè)計(jì)—內(nèi)容組織方式設(shè)計(jì)—內(nèi)容呈現(xiàn)方式設(shè)計(jì)—腳本編寫—視頻拍攝—微課開發(fā)”來(lái)完成。導(dǎo)入情境需與創(chuàng)設(shè)的導(dǎo)向問題緊密聯(lián)系，設(shè)置真實(shí)的問題背景，貼合學(xué)習(xí)者的日常生活學(xué)習(xí)；內(nèi)容組織方式設(shè)計(jì)主要是對(duì)每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的內(nèi)容進(jìn)行凝練，將知識(shí)點(diǎn)的內(nèi)容簡(jiǎn)化為具有邏輯關(guān)系的幾點(diǎn)；內(nèi)容呈現(xiàn)方式設(shè)計(jì)指將各知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容以圖形式的方式表達(dá)；腳本編寫是對(duì)包括情境導(dǎo)入的方式、呈現(xiàn)內(nèi)容、呈現(xiàn)方式以及各步驟相應(yīng)的時(shí)間長(zhǎng)度等進(jìn)行全過(guò)程設(shè)計(jì)，編寫完整的腳本；視頻拍攝主要指根據(jù)腳本內(nèi)容進(jìn)行相關(guān)視頻拍攝，并進(jìn)行相應(yīng)的剪輯；微課開發(fā)指根據(jù)腳本選擇合適的方式進(jìn)行微課的開發(fā)，常見的工具有Premiere、會(huì)聲會(huì)影、Final cut pro、iMovie、VUE、PPT等。

4.4 知識(shí)地圖的構(gòu)建

知識(shí)地圖的構(gòu)建可分為4 個(gè)部分，包括知識(shí)地圖的表現(xiàn)方式設(shè)計(jì)、學(xué)習(xí)路徑的設(shè)計(jì)、不同表現(xiàn)方式聯(lián)動(dòng)機(jī)制設(shè)計(jì)和知識(shí)地圖的開發(fā)。

（1）知識(shí)地圖的表現(xiàn)方式設(shè)計(jì)。本研究采用層級(jí)與網(wǎng)狀相結(jié)合的方式，首先從層級(jí)知識(shí)地圖入手，根據(jù)安全教育的內(nèi)容分類及模塊、知識(shí)點(diǎn)關(guān)系編制樹狀知識(shí)地圖，以清晰展示整體知識(shí)結(jié)構(gòu)；接著以導(dǎo)向問題為中心，根據(jù)其關(guān)聯(lián)的模塊及知識(shí)點(diǎn)編制網(wǎng)狀知識(shí)地圖，網(wǎng)狀地圖以球狀、矢量圖的形式呈現(xiàn)，可放大縮小的屬性賦予其可添加大量的知識(shí)關(guān)聯(lián)，同一關(guān)聯(lián)主體以相同顏色呈現(xiàn)，以不同顏色區(qū)分不同主體，提供兩種關(guān)聯(lián)顯示方式（只顯示當(dāng)前問題的關(guān)聯(lián)、顯示全部問題關(guān)聯(lián)），默認(rèn)顯示當(dāng)前問題的關(guān)聯(lián)情況，其他關(guān)聯(lián)則以熱點(diǎn)形式展現(xiàn)。

（2）學(xué)習(xí)路徑設(shè)計(jì)。實(shí)時(shí)顯示用戶當(dāng)前需解決的問題及關(guān)聯(lián)模塊、知識(shí)點(diǎn)，用不同顏色標(biāo)識(shí)用戶已學(xué)習(xí)、未學(xué)習(xí)以及正在學(xué)習(xí)的模塊及知識(shí)點(diǎn)。用戶只需在網(wǎng)狀知識(shí)地圖或?qū)W習(xí)路徑上點(diǎn)擊相關(guān)知識(shí)點(diǎn)即可學(xué)習(xí)相關(guān)內(nèi)容。

（3）不同表現(xiàn)方式聯(lián)動(dòng)機(jī)制設(shè)計(jì)。建立層級(jí)知識(shí)地圖與網(wǎng)狀知識(shí)地圖同步機(jī)制，即用戶在不同知識(shí)地圖上查看模塊或知識(shí)點(diǎn)另一知識(shí)地圖跟隨變動(dòng)的機(jī)制。網(wǎng)狀知識(shí)地圖上實(shí)時(shí)顯示整個(gè)安全教育用戶的學(xué)習(xí)軌跡，以不同顏色標(biāo)識(shí)區(qū)分不同的學(xué)習(xí)狀態(tài)。

（4）知識(shí)地圖開發(fā)。支持PC、移動(dòng)端，采用基于HTML+CSS+Javascript 技術(shù)開發(fā)知識(shí)地圖布局和功能，實(shí)現(xiàn)層級(jí)和網(wǎng)狀方式展示，用HTML 定義知識(shí)地圖內(nèi)容，用CSS設(shè)計(jì)知識(shí)地圖外觀，用JavaScript 來(lái)定義交互行為，用Canvas來(lái)顯示知識(shí)的地圖畫面。

根據(jù)頁(yè)面功能所需，在HTML中放3 個(gè)div 元素、2 個(gè)canvas元素，2 個(gè)h1 元素及2 個(gè)按鈕即可。其中canvas用來(lái)顯示層級(jí)和網(wǎng)狀頁(yè)面對(duì)應(yīng)的畫面。通過(guò)上述元素的width、height、background、border-radius 和margin屬性設(shè)置元素的寬度、高度、背景顏色、圓角效果及外邊距。通過(guò)button：hover 和button：focus 來(lái)設(shè)置鼠標(biāo)經(jīng)過(guò)按鈕和點(diǎn)擊按鈕時(shí)的按鈕視覺效果。知識(shí)地圖初步設(shè)計(jì)界面效果圖如圖6 所示。在微課與知識(shí)地圖設(shè)計(jì)開發(fā)完成的基礎(chǔ)上，設(shè)置知識(shí)地圖、學(xué)習(xí)路徑與微課的鏈接。

圖6 消防安全教育知識(shí)地圖

4.5 考核與評(píng)價(jià)機(jī)制構(gòu)建

考核是檢驗(yàn)知識(shí)掌握情況的重要組成部分，目前的安全教育考核仍以選擇題及判斷題等客觀題測(cè)試為主，難以評(píng)估學(xué)生的知識(shí)遷移能力。本研究設(shè)置“客觀題+隱患排查+情境推理”3 種形式組合的方式考核學(xué)生安全知識(shí)掌握情況，三部分權(quán)重為5∶3∶2，通過(guò)安全教育平臺(tái)進(jìn)行測(cè)試。客觀題來(lái)源于題庫(kù)，主要考察常見知識(shí)掌握情況；隱患排查指學(xué)習(xí)者根據(jù)展示的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境找出安全隱患所在；情境推理指模擬一種實(shí)驗(yàn)室安全事故環(huán)境，學(xué)習(xí)者當(dāng)時(shí)應(yīng)如何處理。隱患排查與情境推理更注重考查學(xué)生“為什么”“怎么辦”的知識(shí)遷移能力，注重學(xué)生的安全知識(shí)建構(gòu)情況。

評(píng)價(jià)指學(xué)習(xí)者對(duì)于安全教育微課體系的反饋意見，通過(guò)構(gòu)建的成熟度模型及配套的問卷評(píng)估當(dāng)前安全教育微課體系所處的成熟度等級(jí)，并根據(jù)對(duì)應(yīng)指標(biāo)持續(xù)改進(jìn)。

4.6 實(shí)施成效

研究實(shí)施2 年來(lái)，共計(jì)1.7 萬(wàn)名學(xué)生通過(guò)了實(shí)驗(yàn)室安全教育測(cè)試，優(yōu)秀等級(jí)占比91%，學(xué)生滿意度達(dá)89%，實(shí)驗(yàn)老師普遍反饋學(xué)生能及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患，兩年來(lái)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室零安全事故，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)做好了充分的安全保障。

5 結(jié) 語(yǔ)

知識(shí)地圖與微課的結(jié)合具有堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，適合當(dāng)前主流的碎片化學(xué)習(xí)方式。本研究在安全教育中率先引入兩者結(jié)合的方式，使得安全教育內(nèi)容組織由順序單元式向問題導(dǎo)向、模塊化、知識(shí)點(diǎn)化轉(zhuǎn)變，知識(shí)地圖為學(xué)習(xí)者個(gè)性化學(xué)習(xí)提供重要支撐，促進(jìn)安全教育效果由獲得安全知識(shí)的短時(shí)記憶向安全知識(shí)、安全技能、安全素養(yǎng)相融合的知識(shí)建構(gòu)轉(zhuǎn)變，取得了良好的成效，為實(shí)驗(yàn)室安全教育提供了理論支撐與方法參考。