微课在开放实验室安全教育中的应用探索

陈 璐，莫德云，朱 伟

(1. 岭南师范学院物理科学与技术学院，广东湛江，524048；2. 岭南师范学院机电工程学院，广东湛江，524048)

一、引言

安全是从事各项生产活动的基石，在高校教学中，实验是认识科学、学习科学的必经之路，而保证人员、场所、设备的安全是开展实验研究的必要条件。2019年《关于进一步加强高校教学实验室安全检查工作的通知》中要求严查实验室师生安全教育，提高教学的针对性和实效性。[1]安全教育已成为实验室管理的重要环节，而充分利用信息化手段可提升教学效果。开放实验室由于专业不同各有特点，一般开展综合性、设计性的实验项目，通过探讨、体验、实践等过程训练，培养学生创新思维。开放实验项目对学生独立操作能力要求较高，安全教育尤为重要。微课教学方式能够提高学生的学习兴趣、加深学习印象、增强其安全意识。

二、制作实验室安全教育微课的必要性

近几年，短视频对大众产生广泛影响。在教育领域，微课也应运而生。微课是一种新型的课程资源，是教与学活动的有机组合。[2-3]微课主体为15分钟以内的教学视频影像设计，内容多为对一个具体主题的讲解和挖掘，采用直播、动画、录像、剪辑等制作手法，通过常见的社交媒体传播，实现线上线下混合式教学。将微课应用于实验室安全教育有很多优点：生动、趣味化的风格能更快地吸引学生的注意力；短小精悍的内容不占用专业课程课时，学生利用碎片化时间可反复观看[4]；社交网络可以将微课更快更方便地分享给目标人群；实验仪器的操作步骤、安全使用知识适用于针对性、可视化的讲解方式，这正是微课所能提供的。

安全教育在常规教学中时有开展，但其内容形式较固定。比如，高校通过展板、演习宣传消防知识，在实验课堂中讲解操作流程，利用讲座、培训、考试等方式进行通识类安全知识学习。为使安全意识深入人心，各高校逐步建立了符合专业特点的实验室安全教育系统，开设了专门的课程并对传统教学资源加以延伸，如清华大学于2004年开始设置实验室安全学必修课[5]，中国科学技术大学开设国家级精品课程化学实验室安全知识[6]，南昌大学开发了实验室安全与防护课程[6]。

在教育部的部署下，高校对实验室安全问题愈加重视，由此推动了线上教学、虚拟仿真平台的有效发展。在实验室安全教育课纳入教学体系的同时，课程模式也须顺应互联网技术对人们生活的深刻影响，开发以视频为媒介、移动终端为载体的安全知识微课成为趋势。[7]

三、开放实验室的安全教育现状

(一)开放性实验

科学技术的发展趋势表明机械性工作逐渐会被人工智能代替，而独特的、发散性的思维无法复制。为提高学生的创新实践能力，满足各行业对人才的现实需求，高校在教学中设置了开放性实验环节。开放性实验的主体由教师转换为具有一定实践经验和技术的学生，要求操作者利用理论知识设计并实现从实验目的到数据处理的整个过程。开放性实验的时间和内容具有灵活性，所用到的仪器也不固定，有些项目涉及交叉学科，学生设想的步骤欠缺一定的理论支持，这在一定程度上埋下了安全隐患。一些高校制订了实验室安全风险分级管理办法。[8]针对室内潜在的危险源情况进行分级，不仅便于场所和设备的有效管理，而且有利于实行对象不同、侧重点不同的具有差异性的安全教育制度。

(二)实验室安全教育体系

高校实验室安全教育体系包括教学的内容、模式、资源、结构、评价等方面。[9]教学内容是安全教育的核心，大致可分为通识类、化学药品类、应急处理类、实验室废物处理类、大型仪器使用类、特种设备使用类、辐射安全类、安全事故分析类等。[10]安全教育的分类较为明确，虽然有一定连贯性但更多表现为独立的知识点，适用于分专题、模块化学习。

(三)开放实验室安全教育存在的问题

开放实验室安全教育问题涵盖三个方面。一是不同专业背景的学生安全知识的学习层次有参差。[11]教学内容应根据所属学科有选择地调整补充，避免内容过多重点太少。二是开放性实验项目需经过形式、类型的审核，并按专业统筹规划，对跨学科的项目，不同实验室如何让学生及时有效地学习本室的安全知识成为问题。三是安全教育由于专业间的壁垒，并没有充分实施，往往有碍于知识背景和现实条件，对存在风险的仪器限制过多。

四、安全教育微课设计与制作

(一)教学内容的组织

实验室安全教育的短期目标是指导学生掌握实验知识和操作技术，通过获得学分或考试顺利完成课程目标，长期目标是培养人的安全意识和科学素养，因此，微课的设计需要涵盖多层次的内容。根据教学对象不同，可将安全教育微课归纳为五个层次：通识类、物理电子类、工程训练类、化学生物类、风险设备类。层次之间相对独立，每层所包含的知识点由微课单元组成，层次的递进表示实验技能或实验设备维护成本的升高和对专业背景包容程度的降低，如图1所示。

所有师生都应学习实验室通识类安全知识，在校生活必然涉及各类场所和设备，具备基本常识和行为素质是进行专业学习和研究的前提。不同专业学生，例如，物理师范类专业学生，应具备与其课程任务相关的物理电子类安全知识，但有些开放性实验，需要使用激光切割、化学品、大型仪器等，系统地参照材料、机械或化学等学科的实验课程又因专业差异而欠缺针对性，这时可以利用独立的微课单元，按需索取实验过程所涉及的安全知识内容。而对一些具有较强专业性和理论水平的开放性项目，如化学生物类，没有专业背景的学生很难上手，为确保安全，教师应对申请的项目和团队加以筛选并单独培训。

图1 安全教育内容层次图

(二)教学模式的构成

视频是微课最主要的传播媒介，根据教学内容不同，在构建实验室安全教育微课教学模式时，应有所选择地设计与应用，在此将视频形式概括为五类，每类视频的特点和适用范围如下。

1.真实情景类

在互联网和移动终端技术尚未成熟的时期，微课多为对课堂情景的实录，这对教学的组织能力和拍摄技术要求较高，并且由于是对传统课堂的录像，在剪辑时，时间和知识点往往不能过分压缩，以免造成教学环节不连贯。这类微课的特点是学习者能够看见课堂全貌，对实验理论、仪器、场所拥有直观的、具体的印象，在进行安全教育时，容易理论联系实际，加深理解。但因录制时间长、现场的画面和声音效果不佳，经过改进，现在广为使用的微课多采用经过后期制作的数字课堂。

2.数字课堂类

数字课堂是以视频课程为出发点而设计的，一般只对主讲教师和课件进行单机或双机拍摄，后期经过剪辑、字幕、背景处理等手段制作的视频。数字课堂的教学时间可以控制，但将一个完整的知识点在短时间内展示清晰，其结构和语言应经过反复推敲，特别是课件的制作，需要加入一些动画、图像、实景，使展现效果更丰富生动。

3.动画类

动画类微视频是广为流传且受众较为喜爱的一类模式。动画类视频通过幽默的风格、鲜明的图像、夸张的音效吸引注意力，并将复杂不易展示的情况简化为图示，特别适用于危险情况的模拟、错误操作的示范等内容，能起到较好的预警教育作用。

4.直播类

借助平台实施以语言或操作界面为主要表达形式的视频内容，因其气氛放松，口语化的特点，具有当面交流的真实性和即时性。而对界面、软件操作步骤的演示，采用直播、录屏等手段较为简明方便。

随着视频制作技术的日新月异，信息化、数字化微课已成为时下师生欢迎的教学方式，但并不意味着所有的内容都适合采取新兴的视频处理方法，像实操类、探究类知识，应完整地呈现操作现场和装置细节。设计微课的另一个重点是根据不同层次的实验室安全教育单元构建相应的微课模式，在保证教学任务的基础上凸显课程组成的内涵。比如，对实验仪器的安全操作演示便可应用真实情景类微课视频，而对危险事故的发生原因和所联系的实验原理可使用数字课堂，讲解清晰且不枯燥。对通识类安全知识，考虑到是对大一新生开展，而学生刚入校普遍缺乏专业背景，采用动画类介绍法律法规、实验室事故分析等内容加深印象，能够重点灌输安全意识。直播类视频具有较强的代入感，参观实验室、常规设备的介绍时具有身临其境的效果，也适用于初步了解一些不宜广泛接触的特种设备、大型设备等。每类视频形式的特点、适应内容和微课主题单元如表1所示。

表1 微课视频类型特征表

综上所述，安全教育微课构建是以维护人身和财产的安全为准则，为取得更好的教学效果而扩展的教学形式，不论是采取一种还是多种模式混合的资源，首先都应具有较好的视听效果，因此，对视频拍摄和制作方法需要进一步探讨。

(三)教学视频的制作

微课视频的前期准备首先需要确定课程的框架，继而编写内容脚本、语言脚本、镜头脚本等。[12]在前期准备阶段，视频制作者必须明确拍摄的意图和流程，既要保持课程的知识性，又要注意景象、逻辑的合理性。受经费和规则的限制，不是所有微课团队都具备较专业的视频录制能力，以下为四种简单可行的实验室安全教育视频制作方法。

1.实景拍摄

实景拍摄适用于对某一仪器操作步骤的演示，拍摄者一般利用市面上常见的三脚架、手持自拍杆固定摄像机或手机，采用全景和近镜头特写交错拍摄，后期配以声音和字幕。常见的剪辑软件均可实现视频的后期编辑和制作。

2.幻灯片录屏

视频制作者使用幻灯片播放软件自带的录屏功能，录制通识知识、实验原则等讲解类内容，应将课件的制作作为重点，采取美观、动态的效果以集中注意力，避免过多叙述。

3.动画制作

视频制作者利用幻灯片软件制作一般性的动态图像较为方便，但其功能对复杂的示意图和人物的动作效果制作有所限制，可使用After Effects、Flash等专门的视频处理软件[13]，或基于此开发的商业软件，在预制程序下创建场景和角色，达到动作转换和特效控制。

4.虚拟实验平台

虚拟实验平台的搭建需要信息化、数字化技术和实验教学的深度融合，以虚拟实验作为安全教育环节，在满足操作要求的同时锻炼创新技能，能很好地应用在大型设备、化学仪器基础操作、电路设计连接等实验中。虚拟实验有一些常用平台，如电路仿真软件、中学理化实验平台、大学物理或化学虚拟实验室等。

五、结语

高校是培养创新人才的重要阵地，在校生的创新实践主要在各类实验场所展开，为师生提供安全保障一直是实验室管理的首要任务。短视频的兴起让实验室安全教育资源得以拓展，作为线下理论课程的补充、延伸甚至替代，信息时代的迈进借安全教育微课快速发展的契机，在教学内容的构建、视频模式的选择、拍摄手段的更新等方面，还有许多值得探索和讨论的空间，教学效果的提升将使实验安全从认识源头上落到实处。