高校化學化工類安全教育平臺建設研究

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摘要：安全教育為化學化工類專業學生提供了重要的知識保障。本文介紹了海南大學高分子材料與工程專業安全教育平臺的建設情況，并探討了其建設過程對于學生能力塑造的影響。

關鍵詞：安全教育；在線教育；工程教育專業認證

安全是高校化學化工類實驗室正常運行的基石。然而，近些年來海內外高校仍不時發生實驗室安全事故。2019年，以色列理工學院的Gutmanas教授在其實驗室因爆炸身故；2018年，印度科學理工學院年僅28歲的青年學者ManojKumar因高壓容器爆炸身亡[1]。當前國際頂級高校如哈佛大學、麻省理工學院、斯坦福大學對實驗室均以“環境健康與安全”（EHS）為基準，部分高校如加州大學圣巴巴拉分校和特拉華大學通過對本校發生的實驗室安全事故進行公示，進一步強化師生的實驗室安全意識[2-3]。2019年5月，我國教育部發布的《關于高校實驗室安全工作的意見》對加強高校實驗室安全管理進行了明確要求[4]，足見化學化工類實驗室的安全保障任重而道遠。一方面，國內有《實驗技術與管理》和《實驗室研究與探索》等專業期刊為高校實驗室安全提供理論支撐，另一方面，根據中國高等教育學術研究的演變與發展趨勢（1980-2019）[5]和基于14家教育類期刊發文統計的2019年全國高校高等教育科研論文統計分析[6]，研究熱點或高頻詞卻了無實驗室安全主題存在。回歸到操作層面，高校化學化工類實驗室因責任重大、專業性強、安全知識龐雜和實踐不可或缺等特點，其有效落實難度不言而喻。通過現代的教學手段向受眾提供專業的安全知識則是解決這一矛盾的重中之重。海南大學高分子材料與工程專業初創于1958年，是海南省一流本科專業，被譽為“天然膠乳行業的黃埔高校”。在本碩博一體化培養過程中，學生將不可避免地接觸多種危化品（如高溫高壓系統，易燃、易爆、有毒或有腐蝕性藥品，相關實驗也會產生大量三廢。）。學生的安全與健康是教學工作的前提，實驗室安全教育以學生為中心全方位開展。一方面通過在線實驗室安全教育平臺向同學們提供內容詳實、可靠實用、結構明晰的化學化工實驗室安全知識；另一方面讓學生充分參與到實驗室安全教育平臺的構建過程，在此過程中學生的綜合能力和競爭力得到了提升，更因為深入實踐強化了安全意識與具體知識的掌握。本文將介紹在線實驗室安全教育平臺建設情況和學生參與平臺建設對工程教育專業認證所涉能力培養的影響。

1.在線實驗室安全教育平臺建設

對于學生安全意識的塑造與安全知識的傳授，通過“課堂教學-線上教學-實操演練-考試”立體式方案開展。必修課《新生導學》將化學化工類實驗室安全的意識塑造作為課程教學的重要組成部分；每學期的消防演練著重鍛煉學生沉著冷靜的心理素質和熟練的操作能力；通過考試是實驗室的準入門檻，這也是當前此類實驗室同行法則[7-8]，而在線實驗室安全教育平臺所呈現的線上教學則不僅為考試提供了知識準備，而且為學生未來知識回顧與查閱提供了信息來源。可見，該方案充分體現了安全系統工程理論提出的“三E對策”，即Enforcement（強制）、Education（教育）、Engineering（工程技術）[9]。盡管高校化學化工類實驗室安全教育的重要性毋庸置疑，但國內大多數高校采取的是將相關實驗室安全教育融入各個實驗教學中，缺乏系統性。顯然，學生在開展實驗前便掌握化學實驗室安全的基本知識并了然于胸、遇到問題不慌亂更有利于實驗室的安全的切實建設。傳統的實驗室安全教育多以板報、印刷品、課堂口述、講座等形式進行，但它們普遍存在受眾小、不夠直觀、重復性工作多等不足。在線實驗室安全教育平臺為師生提供了便捷的化學化工類實驗室安全知識獲取途徑，受眾可通過電腦、手機、iPad等設備隨時隨地實現“互聯網+教育”；其次，對于重要的或者難以理解的學習內容，學習者可經多次重復瀏覽做到充分掌握，從而滿足自主學習要求；此外，平臺所呈現的內容會根據該領域的進展及時更新拓展，從而滿足工程實踐的發展性需求；在當前社會廣泛應用線上平臺開展教育教學等活動的情況下，因此，線上安全教育的必要性與重要性顯得尤為突出[10-11]。近些年來，國內高校實驗室安全教育在線資源主要有慕課、虛擬仿真實驗室和安全教育考試系統[12]。基于以學生為中心準則，我們必須關注學生的學習方式和學習體驗。根據我國大學生在線學習體驗的聚類分析研究，學生對在線教育最為關注的是平臺建設情況（含硬件條件）[13]。平臺的合理規劃、設計和實施是產生良好學習效果的前提，在本實驗室安全教育平臺中，提供了“通知公告、安全教育、視頻專區、政策法規、儀器設備”五個教育版塊，并提供了在線考試入口，如圖1所示：安全教育版塊提供安全標識、安全健康防護、廢棄藥品的處置、化學藥品安全、生物激光輻射安全、化學事故發生后的應急處理、消防安全等方面的基礎知識。我們希望學生在學習過以上知識后，應當熟悉實驗室和生活中各種化學安全標識；正確穿戴實驗安全器具，如實驗服，防護面罩，防護手套等；對于廢棄藥品，能夠正確處理并合理分類放置或排放；涉及到特殊方面的實驗，如生物安全、輻射安全、激光安全等時，能夠嚴格按照老師指導及標準要求進行規范操作；對于用水、用電、用火、高溫等方面要有足夠的防范意識；如果發生事故，懂得應急處置的方法。在掌握這些技能之后，進行大學課堂的常規實驗便有了指導，因此發生實驗事故的可能性會大大降低，即使發生了實驗室安全事故，在采取正確應急處置方式的情況下，也會使事故的危害大大降低。僅通過文字描述向學生介紹實驗安全相關知識比較枯燥，會使大家學習興趣下降。對于消防設備的正確使用、化學品的科學存儲、化學品的安全處理等事項，僅通過文字描述難以做到讓學生準確的領會。為改善學習體驗，我們在平臺設立了視頻專區，根據知識點之間的關系分層次設立了視頻教學資源。音像演示不僅生動性強，而且對于操作細節的展示也更為明晰。政策法規由（1）危險化學品相關法規（2）反射性及生物安全（3）環境保護相關法規（4）消防、氣體、特種設備安全和（5）其他安全法規五部分組成，較為系統地為學習者提供了遵守依據。此外，平臺在規章制度板塊列出了學校、學院及高分子材料與工程系對實驗室安全作出的內部規章制度要求。如圖2所示，列出的規章制度使得學生能直接獲得校內對實驗室安全的最新要求。與當前大多數高校實驗室安全平臺不同的是，該平臺提供了儀器設備的操作教程。這主要基于兩方面考慮：（1）化學化工類實驗室安全教育平臺不應該僅僅是危化品處理、消防知識、水電氣安全等知識的展示平臺，具體儀器設備的操作與學生的安全息息相關，如高速運轉的設備存在將女生頭發卷入的危險。再如使用中的平板硫化機存在將學生燙傷的可能性。根據已有儀器設備，提供詳細的規范操作步驟，并特別指出可能存在的安全隱患，對于保護師生的安全具有明顯的現實意義。（2）盡管人的安全是化學化工類實驗室正常運轉的基本前提，但儀器設備的安全維護也是實驗室和本科教學管理需要落實的事項，否則不但會影響正常實驗教學進程，而且會給國有資產帶來不必要的損失。在此過程中也培養了學生愛護公共財產的意識。如圖3所示，每行前面的字母和數字組合代表該儀器所在實驗室房間號，后面的文字表示具體儀器設備。安全考試系統則是對同學們經過較系統學習后能力達成度的具體檢驗。該百分制考試系統以單選題、多選題、判斷題等客觀題為題型，采用php語言和mysql數據庫構建，允許學生多次考試，以考生所獲得的最高分計分，當分數超過90分時計為通過考試。

2.平臺建設對工程教育專業認證所涉能力培養的影響

2016年6月2日，我國成為《華盛頓協議》的正式會員，這意味著根據畢業生素質的實質等效要求，獲得認證的專業其畢業生具有協議國范圍內學歷互認的權利。工程教育專業認證遵循以學生為中心的教育理念、成果導向的教育取向和持續改進的質量文化。對學生畢業時能力的達成有明確的十二條通用標準要求。成果為導向的教育（OutcomeBasedEducation，OBE），也就是能力導向教育和目標導向教育，是滿足工程教育專業認證并提高學生能力與素質的內在需求[14]。由于學生自始至終參與了平臺的建設，實現了理論與實踐的高度結合，契合杜威提出的“從做中學”教學理念[15]。本平臺的建設目的之一在于培養學生的實驗室安全意識并提升相應知識技能；通過學生的全程參與鍛煉學生解決實際問題的能力；采用線上教學尤其是視頻專區建設手段為學生提供優良學習體驗，這些均體現了以學生為中心的教育理念。平臺的建成以及學生相關技能的提升體現了以成果為導向的教育取向。平臺歷時三年，在三屆本科生的充分參與中不斷得以完善，同時學生的安全意識和在線考試平均成績逐年提升，體現了持續改進的質量文化。最為重要的是，其建設過程是工程教育專業認證要求的多項能力在具體項目的落實。具體表現如下：平臺涉及大量自然科學、工程基礎和專業知識，并且往往需要數學的方式進行表達。如材料或制品與外界空氣形成混合氣與火焰接觸時發生閃火并立刻燃燒的最低溫度即閃點，綜合了上述諸因素，體現了對工程知識的要求；平臺所建設內容主題聚焦于“工程與社會”和“環境和可持續發展”，即對社會、健康、安全、法律以及文化的影響，并理解應承擔的責任；工程實踐對環境、社會可持續發展的影響；再如平臺的建設使用了較多的互聯網手段，如HTML5語言，php語言和mysql數據庫編程，此過程“針對復雜工程問題，開發、選擇與使用恰當的技術、資源、現代工程工具和信息技術工具”[16]，體現了對使用現代工具的能力要求。根據在線考試結果，對畢業要求指標點進行分析，所得結果如圖4所示。對于畢業要求“能夠綜合考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環境等因素，評估不同備選方案，并確定優選方案”，分析所得實際值為0.83，高于期望值0.82；由于學生充分參與了平臺建設，并且恰當地使用了先進編程技術（如對于此類平臺，并不必涉及深度學習、區塊鏈、大數據與云計算技術，但也不應本著拿來主義直接使用諸如wordpress之類的內容管理系統從而對參與建設的學生能力提升有限，使用php及mysql這樣的開源工具具有充分的合理性），根據對畢業要求“能夠采用現代計算機技術、網絡技術、數據分析及圖形處理技術等輔助分析和解決復雜工程問題”進行分析，能力達成的實際值0.76也高于期望值0.75。除此以外，其他畢業要求指標點實際值也只是等于或略低于期望值，總體上達到了教學目標。

作者：高一 于人同 蔣慶庚 譚文樂 李長久 廖建和 單位：海南大學材料科學與工程學院