高校学科交叉实验室安全课程体系构建与实施_李冰洋.pdf
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1、 实 验 技 术 与 管 理 第 40 卷 第 11 期 2023 年 11 月 Experimental Technology and Management Vol.40 No.11 Nov.2023 收稿日期:2023-09-27 修改日期:2023-10-23 基金项目:中国高等教育学会“实验室管理研究”专项重点课题(21SYZD01)作者简介:李冰洋(1988),女,河北承德,博士,工程师,主要研究方向为实验室安全教育与管理、化学与气体安全技术,。共同第一作者:毕大强(1973),男,河北滦县,博士,正高级工程师,主要研究方向为微电网技术、电磁兼容、电气工程实验教学,。通信作者:于歆杰
2、(1973),男,北京,博士,教授,主要研究方向为脉冲电源,。共同通信作者:王玉军(1973),男,河北正定,博士,教授,主要研究方向为实验室安全,。引文格式:李冰洋,毕大强,艾德生,等.高校学科交叉实验室安全课程体系构建与实施J.实验技术与管理,2023,40(11):7-14.Cite this article:LI B Y,BI D Q,AI D S,et al.Construction and implementation of safety curriculum system for cross-disciplinary laboratories in colleges and un
3、iversitiesJ.Experimental Technology and Management,2023,40(11):7-14.(in Chinese)ISSN 1002-4956 CN11-2034/T DOI:10.16791/ki.sjg.2023.11.002 高校学科交叉实验室安全课程体系构建与实施 李冰洋1,毕大强2,艾德生1,于歆杰2,吴文传2,朱桂萍2,李 晖1,王玉军1(1.清华大学 实验室管理处,北京 100084;2.清华大学 电机工程与应用电子技术系,北京 100084)摘 要:随着科研的深化和学科交叉的日益增加,实验室安全教育面临着人员学科背景多样化及基础水平
4、不统一、课程设置待优化、教学实施的专业性和系统性待加强等问题。该文提出了适应学科交叉发展需求的实验室安全课程体系的构建与实施方案:首先,从理论和实践角度剖析适应学科交叉发展的实验室安全课程体系的建设理念和关键内容,包括教育理念、教学目标、课程设置、组织实施、效果评价等;然后,以某高校实验室安全教育实践为例,分析构建适应电气与化学、生物等多学科交叉需求的实验室安全慕课的具体方法;最后,结合学生发展需求和人才培养计划,讨论实验室安全教育准入实施策略。通过探索实验室安全教育理论和实践,以期为提升高校的实验室安全教育水平与实效提供新的思路和策略。关键词:实验室安全;安全教育;学科交叉;课程体系;慕课
5、中图分类号:G40-057;X952;G642.4 文献标识码:A 文章编号:1002-4956(2023)11-0007-08 Construction and implementation of safety curriculum system for cross-disciplinary laboratories in colleges and universities LI Bingyang1,BI Daqiang2,AI Desheng1,YU Xinjie2,WU Wenchuan2,ZHU Guiping2,LI Hui1,WANG Yujun1(1.Office of Labo
6、ratory Management,Tsinghua University,Beijing 100084,China;2.Department of Electrical Engineering,Tsinghua University,Beijing 100084,China)Abstract:With the deepening of scientific research and the increasing of interdisciplinary crossover,laboratory safety education faces many problems such as dive
7、rsified personnel disciplinary backgrounds,inconsistent basic level,curriculum to be optimized,and professionalism and systematicity of teaching implementation to be strengthened.This paper proposes the construction and implementation of a set of laboratory safety curriculum system that adapts to th
8、e needs of interdisciplinary development.Firstly,from the theoretical and practical perspectives,the construction concept and key contents of the laboratory safety course system adapted to the development of cross-disciplinary development are analyzed in depth,including the educational concept,teach
9、ing objectives,curriculum,organization and implementation,and evaluation of the effect of various aspects.Then,taking the practice of laboratory safety education in a university as an example to analyze the specific method of constructing the laboratory safety MOOC that adapts to the cross-disciplin
10、ary needs of electrical and chemical,8 实 验 技 术 与 管 理 biological and other disciplines.Finally,discussing the strategy of laboratory safety education access implementation in the light of students development needs and talent cultivation programs.By exploring the theory and practice of laboratory saf
11、ety education,it is hoped to provide new ideas and strategies for improving the level and effectiveness of laboratory safety education in colleges and universities.Key words:laboratory safety;safety education;cross-disciplinary;curriculum system;MOOC 实验室作为高校开展前沿科技研究和创新人才培养的重要基地,在我国推动世界一流大学和一流学科建设的进程
12、中发挥着核心作用。为适应科技革命与产业变革,多学科交叉融合已成为高校实验室的显著特征与高等教育发展的必然趋势1,如新能源、新材料、生物医药、集成电路等专业的实验室较多涉及多学科交叉融合。高校实验室固有的复杂性和高风险性,如人员密集、流动性大和危险源量大面广等,本就使实验室安全问题复杂严峻2,而在学科交叉实验室,科研人员学科背景、研究方向、年级层次多样化,对各学科理论知识的掌握、仪器设备操作等基本能力有较大差异,导致实验室安全教育及管理工作更加复杂多样,挑战性剧增3-4。高质量的实验室安全教育不仅是保护研究人员安全的基础,也是培养具有安全意识和能力的高素质人才的关键5。而传统的安全教育有的尚未形
13、成针对学科专业、系统的课程;有的即使形成了课程,也针对单一学科,缺少适用于多学科交叉的课程体系6。因此,为应对实验室安全面临的新形势,亟需构建并实施一个专业性、系统化、适应不同学科需求的实验室安全课程体系。这既需要对多学科交叉安全教育的关键之处有深入理解,又需要灵活运用多样化的教育理论和教学方法7。1 高校实验室安全教育面临的问题分析 1.1 安全教育与科研发展的适应性和融合度 伴随着学科交叉的深入,高风险、探索性实验日益增多1。由于学科交叉知识比较前沿,实验涉及的新材料、新设备可能更加复杂,而相应的安全知识尚未完善,风险更不易被辨识。现有的安全教育不仅在解决学科具体问题上的深度不足,也缺乏与
14、之交叉的学科安全问题的拓展8。以电气工程学科为例,随着新能源和新型电力系统的发展,电气与化学、生物等学科交叉日益紧密。电气安全是各类实验室最普遍的安全问题之一,与之交叉的化学和生物实验危险性较大,容易酿成事故9。而目前电气安全课程主要围绕安全用电基础内容,较少深入到二级学科专业和具体问题。对于电气工程专业背景的学生,如果缺乏深入的电气安全专业培训,或者缺乏化学、生物等学科交叉的安全培训,则实验风险较大。因此,建立既符合学科交叉发展需求,又具有针对性的实验室安全教育课程体系,成为当前实验室安全新形势下亟待解决的问题。1.2 安全教育组织实施的专业性和系统性 实验室安全教育融合了工程学、心理学、教
15、育学及管理学等多学科,开展专业化教育难度较大10。对于学科交叉的安全教育,安全管理人员虽然对管理规程有深入了解,但在执行跨学科安全教育时,教学策略和技巧可能有待提高;科研人员对安全操作可能很熟悉,但在安全管理制度的认识上可能有所不足。因此,具有单一背景的教师较难达到全面、专业的要求,高校相对缺乏专业化安全教育的师资及课程。安全教育专业性的缺乏不仅体现在课程内容上,也体现在课程形式和组织实施上,目前高校安全教育大多以线下讲座、一次性课程为主,缺乏持续性,也较少能针对不同年级和专业背景的学生实施差异化的教育方案11。建立线上的慕课资源是一种提升持续性、灵活度的手段,但是由于建设课程耗时长,专业度高
16、要求高,目前安全教育在线资源的开发数量仍非常有限 12。尽管部分教育者和管理者已经认识到这些问题,但由于缺乏研究和经验,改革缓慢10。因此,专业、系统的课程与实施方案建设仍然有较大提升空间。1.3 安全教育的全方位育人作用 在形成安全教育课程体系与实施方案的基础上,还需要营造良好的文化氛围,提高教学方法的科学性,以达到培养高素质人才的目标13。部分高校安全管理起步较晚,良好的安全文化还有待形成。自 2016 年全国高校思想政治工作会议上提出将各类课程与思政课程融合形成协同效应以来14,在课程教学中渗透文化和价值观已是培养学生德智体美劳全面发展的必然要求,而安全教育在这方面发展得不够充分。实验人
17、员重科研、轻安全的态度阻碍了学习安全的热情10,尤其是从事学科交叉研究的学生,由于对跨学科知识认识不足,更容易出现安全意识淡薄的情况,存在“无知者无畏”或侥幸心理15。同时,安全教育的内容缺乏针对性,形式单调且缺乏吸引力等,也会加重这种情况的发生16。因此,高校应该积极倡导实验室安全文化,增加学生学习动机,并且提供符合学习科学规律的教学方式,以有效实现安全育人目标。2 实验室安全课程体系建设理念与策略 实验室安全教育需要在深刻理解安全教育本质的 李冰洋,等:高校学科交叉实验室安全课程体系构建与实施 9 基础上,结合高校全面培养人才的标准,构建科学的安全课程体系,并进行专业实施。这样的课程体系能
18、够提供坚实、结构化的框架,并与最新的科研发展同步。本文提出的实验室安全教育课程体系构建思路,涉及教育理念、教学目标、课程设置、组织实施以及教育评价等课程体系的关键要素,核心内容如图 1 所示。图 1 实验室安全课程体系建设理念图 2.1 构筑核心的教育理念与人才培养目标 实验室安全教育理念为课程体系的建立提供了明确的指导方向。在“安全立教,知行合一”的教育理念中:“安全立教”突出强调在教学与科研中,安全始终应该被置于首位;“知行合一”则明确了教育的双重任务,即将学生的安全意识和行动统合起来。人才培养目标在整体课程体系中起到了桥梁作用,可将教育理念与教学策略紧密连接:“全面掌握安全知识”为学生提
19、供了扎实的理论基础;“系统建立安全思维”使学生具备从全局出发的思考方式,以此预测并规避潜在风险;“熟练运用安全技能”使学生能够将理论知识转化为实践能力;“深刻理解安全价值”期待学生看到安全对自身的价值,自觉遵循安全规范;“充分落实安全责任”强调学生不仅要为自己的安全负责,还要为他人和集体的安全承担应有职责。这样的理念和目标将安全教育提升到了“价值塑造、能力培养、知识传授”的育人高度,确立了教育的重点和深度。2.2 设定综合价值观、能力与知识的教学目标 实验室安全教学目标是人才培养目标在课程中的具体体现。安全教学不仅是知识的传授,更应强调价值观的塑造和能力的培养,这需要将各类教学目标整合起来。根
20、据布鲁姆教育目标分类法17:价值类目标是指培养学生的价值观和态度,技能类目标通常与操作、应用、创新等技能相关,认知类目标通常与知识、理解、分析、评价等认知能力相关。将布鲁姆目标应用到安全问题中,可明确各类安全目标的目的:安全价值观的塑造旨在让学生将安全内化为基本职责和价值,在日常工作中主动并持续地以安全为首要考虑因素;安全能力的培养使个人具备识别潜在危险、评估风险、将风险最小化和应对紧急情况的能力;安全知识的传授提供了必要的信息和工具,帮助学生理解和应对安全风险。在教育实施过程中,可根据学生的学习阶段和需求,调整这三类目标的实施顺序和重点。2.3 设置科学的课程内容及教学方式 实验室安全教育课
21、程内容设置和教学方式是教育的核心。学科交叉课程体系的难点在于课程内容的复杂性以及对学生能力培养的高要求性,为了构建有助于学生理解和记忆的学习经验,需要摒弃碎片化知识罗列方式,转而构建结构化、系统化的安全课程,并根据课程内容侧重点、难易程度、组织方式以及受众不同等差异,构建通识和专业不同层次的课程结构。课程还可以直接切入涉及交叉学科的实验,呈现实验中出现的具体问题,供开展学科交叉实验的学生使用。这样不仅能满足学生的个性化需求,也有利于课程内容的不断更新,紧跟科研发展,保证其前瞻性18。在课程中,还可以设置安全文化章节及思政内容以提高10 实 验 技 术 与 管 理 学生的学习动机。此外,可将课程
22、资源灵活拆分,如设计在线慕课,方便学生自主学习和复习。另外,还应形成多样化的教学模式,如案例教学、实践演练、模拟操作等19-20,或形成线上和线下混合式教学,以提升学生处理现实安全问题的能力21。2.4 实施以人才培养为核心的教育策略 只有将实验室安全教育纳入学生培养的必修环节并贯穿始终,才能更好地实现育人目标。安全教育的组织实施需要以学生为中心,根据不同学习阶段和背景提供针对性的教育。对于初学者,如刚入学的新生,着重于传递基本的安全理念,培养基本安全知识和技能,如实验室基本规则与安全操作指南,这些课程应涵盖实验可能涉及的各类学科,作为学生入学教育的必修课。随着学生进入实验室开展科研实验,应引
23、入更专业的课程。对于经验较为丰富的高年级学生,应将重点放在实验设计与实验室安全管理上,引导他们对复杂风险进行评估,制定与实施安全策略,并通过线下的实操演练、安全技能大赛等方式提高他们的安全操作能力22。2.5 进行多维度全周期的教育效果评估 在安全教育的实施过程中,建立一套全面且持续的评价体系至关重要23。评价体系应包含对学生学习、教师授课、组织管理等方面的评估。对学生学习效果的评价包括安全知识、安全技能和安全态度等。对教师的评价包括师德师风,课程实施过程中研究、设计、开发和管理课程的能力,课程结构的合理性、科学性和逻辑性,对所教学生的关注程度等。对课程的组织管理的评价包括安全教育课程的设置和
24、培训频次、定期更新培训内容的机制、与安全教育配合的制度保障等。评价应贯穿学生的整个学习周期,每年至少进行一次,以保证安全教育的成效。3 学科交叉实验室安全慕课建设实例 清华大学强交叉性的教学与科研环境十分突出,传统的分散式教育不能满足学生在复杂环境中掌握安全技能的需求。为此,清华大学实验室管理处(以下简称“实验室处”)与清华大学电机工程与应用电子技术系(以下简称“电机系”)联合开发了适用于学科交叉发展的实验室安全慕课,并在学堂在线平台上线。课程着力解决电气工程学科在与化学、生物学科交叉过程中,学生的安全知识和技能不足等问题。清华大学开发此课程目的是以电气及交叉的化学、生物学科作为范例,构建适合
25、学科交叉发展的实验室安全课程体系的模式。3.1 使用基于学习科学及以学生为中心的教学策略 在开展学科交叉实验较多的院系,学生专业背景及所开展科研实验有较大差异,如果接受统一的灌输式教育,则较难根据自身需求有效学习24。为更好地培养学生,课程建立在科学的学习和教学原理之上,实施以学生为中心的教与学25,并对学生进行差异化教育。课程采取慕课的形式,学生可自主选择学习内容和进度,并针对薄弱环节随时复习。其次,课程通过展示安全价值、显示与当前学业及未来职业的关联、提供模拟真实世界的任务等方式,增加学生学习动机26。课程设置安全文化章节,邀请安全管理者、教授、学生等从不同的角色来谈安全的重要作用,同时呈
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