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高校化学化工类安全教育平台建设研究

摘要:安全教育为化学化工类专业学生提供了重要的知识保障。本文介绍了海南大学高分子材料与工程专业安全教育平台的建设情况,并探讨了其建设过程对于学生能力塑造的影响。

关键词:安全教育;在线教育;工程教育专业认证

安全是高校化学化工类实验室正常运行的基石。然而,近些年来海内外高校仍不时发生实验室安全事故。2019年,以色列理工学院的Gutmanas教授在其实验室因爆炸身故;2018年,印度科学理工学院年仅28岁的青年学者ManojKumar因高压容器爆炸身亡[1]。当前国际顶级高校如哈佛大学、麻省理工学院、斯坦福大学对实验室均以“环境健康与安全”(EHS)为基准,部分高校如加州大学圣巴巴拉分校和特拉华大学通过对本校发生的实验室安全事故进行公示,进一步强化师生的实验室安全意识[2-3]。2019年5月,我国教育部发布的《关于高校实验室安全工作的意见》对加强高校实验室安全管理进行了明确要求[4],足见化学化工类实验室的安全保障任重而道远。一方面,国内有《实验技术与管理》和《实验室研究与探索》等专业期刊为高校实验室安全提供理论支撑,另一方面,根据中国高等教育学术研究的演变与发展趋势(1980-2019)[5]和基于14家教育类期刊发文统计的2019年全国高校高等教育科研论文统计分析[6],研究热点或高频词却了无实验室安全主题存在。回归到操作层面,高校化学化工类实验室因责任重大、专业性强、安全知识庞杂和实践不可或缺等特点,其有效落实难度不言而喻。通过现代的教学手段向受众提供专业的安全知识则是解决这一矛盾的重中之重。海南大学高分子材料与工程专业初创于1958年,是海南省一流本科专业,被誉为“天然胶乳行业的黄埔高校”。在本硕博一体化培养过程中,学生将不可避免地接触多种危化品(如高温高压系统,易燃、易爆、有毒或有腐蚀性药品,相关实验也会产生大量三废。)。学生的安全与健康是教学工作的前提,实验室安全教育以学生为中心全方位开展。一方面通过在线实验室安全教育平台向同学们提供内容详实、可靠实用、结构明晰的化学化工实验室安全知识;另一方面让学生充分参与到实验室安全教育平台的构建过程,在此过程中学生的综合能力和竞争力得到了提升,更因为深入实践强化了安全意识与具体知识的掌握。本文将介绍在线实验室安全教育平台建设情况和学生参与平台建设对工程教育专业认证所涉能力培养的影响。

1.在线实验室安全教育平台建设

对于学生安全意识的塑造与安全知识的传授,通过“课堂教学-线上教学-实操演练-考试”立体式方案开展。必修课《新生导学》将化学化工类实验室安全的意识塑造作为课程教学的重要组成部分;每学期的消防演练着重锻炼学生沉着冷静的心理素质和熟练的操作能力;通过考试是实验室的准入门槛,这也是当前此类实验室同行法则[7-8],而在线实验室安全教育平台所呈现的线上教学则不仅为考试提供了知识准备,而且为学生未来知识回顾与查阅提供了信息来源。可见,该方案充分体现了安全系统工程理论提出的“三E对策”,即Enforcement(强制)、Education(教育)、Engineering(工程技术)[9]。尽管高校化学化工类实验室安全教育的重要性毋庸置疑,但国内大多数高校采取的是将相关实验室安全教育融入各个实验教学中,缺乏系统性。显然,学生在开展实验前便掌握化学实验室安全的基本知识并了然于胸、遇到问题不慌乱更有利于实验室的安全的切实建设。传统的实验室安全教育多以板报、印刷品、课堂口述、讲座等形式进行,但它们普遍存在受众小、不够直观、重复性工作多等不足。在线实验室安全教育平台为师生提供了便捷的化学化工类实验室安全知识获取途径,受众可通过电脑、手机、iPad等设备随时随地实现“互联网+教育”;其次,对于重要的或者难以理解的学习内容,学习者可经多次重复浏览做到充分掌握,从而满足自主学习要求;此外,平台所呈现的内容会根据该领域的进展及时更新拓展,从而满足工程实践的发展性需求;在当前社会广泛应用线上平台开展教育教学等活动的情况下,因此,线上安全教育的必要性与重要性显得尤为突出[10-11]。近些年来,国内高校实验室安全教育在线资源主要有慕课、虚拟仿真实验室和安全教育考试系统[12]。基于以学生为中心准则,我们必须关注学生的学习方式和学习体验。根据我国大学生在线学习体验的聚类分析研究,学生对在线教育最为关注的是平台建设情况(含硬件条件)[13]。平台的合理规划、设计和实施是产生良好学习效果的前提,在本实验室安全教育平台中,提供了“通知公告、安全教育、视频专区、政策法规、仪器设备”五个教育版块,并提供了在线考试入口,如图1所示:安全教育版块提供安全标识、安全健康防护、废弃药品的处置、化学药品安全、生物激光辐射安全、化学事故发生后的应急处理、消防安全等方面的基础知识。我们希望学生在学习过以上知识后,应当熟悉实验室和生活中各种化学安全标识;正确穿戴实验安全器具,如实验服,防护面罩,防护手套等;对于废弃药品,能够正确处理并合理分类放置或排放;涉及到特殊方面的实验,如生物安全、辐射安全、激光安全等时,能够严格按照老师指导及标准要求进行规范操作;对于用水、用电、用火、高温等方面要有足够的防范意识;如果发生事故,懂得应急处置的方法。在掌握这些技能之后,进行大学课堂的常规实验便有了指导,因此发生实验事故的可能性会大大降低,即使发生了实验室安全事故,在采取正确应急处置方式的情况下,也会使事故的危害大大降低。仅通过文字描述向学生介绍实验安全相关知识比较枯燥,会使大家学习兴趣下降。对于消防设备的正确使用、化学品的科学存储、化学品的安全处理等事项,仅通过文字描述难以做到让学生准确的领会。为改善学习体验,我们在平台设立了视频专区,根据知识点之间的关系分层次设立了视频教学资源。音像演示不仅生动性强,而且对于操作细节的展示也更为明晰。政策法规由(1)危险化学品相关法规(2)反射性及生物安全(3)环境保护相关法规(4)消防、气体、特种设备安全和(5)其他安全法规五部分组成,较为系统地为学习者提供了遵守依据。此外,平台在规章制度板块列出了学校、学院及高分子材料与工程系对实验室安全作出的内部规章制度要求。如图2所示,列出的规章制度使得学生能直接获得校内对实验室安全的最新要求。与当前大多数高校实验室安全平台不同的是,该平台提供了仪器设备的操作教程。这主要基于两方面考虑:(1)化学化工类实验室安全教育平台不应该仅仅是危化品处理、消防知识、水电气安全等知识的展示平台,具体仪器设备的操作与学生的安全息息相关,如高速运转的设备存在将女生头发卷入的危险。再如使用中的平板硫化机存在将学生烫伤的可能性。根据已有仪器设备,提供详细的规范操作步骤,并特别指出可能存在的安全隐患,对于保护师生的安全具有明显的现实意义。(2)尽管人的安全是化学化工类实验室正常运转的基本前提,但仪器设备的安全维护也是实验室和本科教学管理需要落实的事项,否则不但会影响正常实验教学进程,而且会给国有资产带来不必要的损失。在此过程中也培养了学生爱护公共财产的意识。如图3所示,每行前面的字母和数字组合代表该仪器所在实验室房间号,后面的文字表示具体仪器设备。安全考试系统则是对同学们经过较系统学习后能力达成度的具体检验。该百分制考试系统以单选题、多选题、判断题等客观题为题型,采用php语言和mysql数据库构建,允许学生多次考试,以考生所获得的最高分计分,当分数超过90分时计为通过考试。

2.平台建设对工程教育专业认证所涉能力培养的影响

2016年6月2日,我国成为《华盛顿协议》的正式会员,这意味着根据毕业生素质的实质等效要求,获得认证的专业其毕业生具有协议国范围内学历互认的权利。工程教育专业认证遵循以学生为中心的教育理念、成果导向的教育取向和持续改进的质量文化。对学生毕业时能力的达成有明确的十二条通用标准要求。成果为导向的教育(OutcomeBasedEducation,OBE),也就是能力导向教育和目标导向教育,是满足工程教育专业认证并提高学生能力与素质的内在需求[14]。由于学生自始至终参与了平台的建设,实现了理论与实践的高度结合,契合杜威提出的“从做中学”教学理念[15]。本平台的建设目的之一在于培养学生的实验室安全意识并提升相应知识技能;通过学生的全程参与锻炼学生解决实际问题的能力;采用线上教学尤其是视频专区建设手段为学生提供优良学习体验,这些均体现了以学生为中心的教育理念。平台的建成以及学生相关技能的提升体现了以成果为导向的教育取向。平台历时三年,在三届本科生的充分参与中不断得以完善,同时学生的安全意识和在线考试平均成绩逐年提升,体现了持续改进的质量文化。最为重要的是,其建设过程是工程教育专业认证要求的多项能力在具体项目的落实。具体表现如下:平台涉及大量自然科学、工程基础和专业知识,并且往往需要数学的方式进行表达。如材料或制品与外界空气形成混合气与火焰接触时发生闪火并立刻燃烧的最低温度即闪点,综合了上述诸因素,体现了对工程知识的要求;平台所建设内容主题聚焦于“工程与社会”和“环境和可持续发展”,即对社会、健康、安全、法律以及文化的影响,并理解应承担的责任;工程实践对环境、社会可持续发展的影响;再如平台的建设使用了较多的互联网手段,如HTML5语言,php语言和mysql数据库编程,此过程“针对复杂工程问题,开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具”[16],体现了对使用现代工具的能力要求。根据在线考试结果,对毕业要求指标点进行分析,所得结果如图4所示。对于毕业要求“能够综合考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素,评估不同备选方案,并确定优选方案”,分析所得实际值为0.83,高于期望值0.82;由于学生充分参与了平台建设,并且恰当地使用了先进编程技术(如对于此类平台,并不必涉及深度学习、区块链、大数据与云计算技术,但也不应本着拿来主义直接使用诸如wordpress之类的内容管理系统从而对参与建设的学生能力提升有限,使用php及mysql这样的开源工具具有充分的合理性),根据对毕业要求“能够采用现代计算机技术、网络技术、数据分析及图形处理技术等辅助分析和解决复杂工程问题”进行分析,能力达成的实际值0.76也高于期望值0.75。除此以外,其他毕业要求指标点实际值也只是等于或略低于期望值,总体上达到了教学目标。

作者:高一 于人同 蒋庆庚 谭文乐 李长久 廖建和 单位:海南大学材料科学与工程学院

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