基于普適性和特殊性的實驗室安全教育研究

林 瑋， 孫建林， 毛璟紅

(北京科技大學 材料國家級實驗教學示范中心， 北京 100083)

基于普適性和特殊性的實驗室安全教育研究

林 瑋， 孫建林， 毛璟紅

(北京科技大學 材料國家級實驗教學示范中心， 北京 100083)

針對無機非金屬材料專業實驗室的特點，分析了實驗室普遍存在和學科自身特色帶來的安全問題。以北京科技大學材料國家級實驗教學示范中心為例，開展基于普通適用和特殊要求的實驗室安全教育研究。開設實驗室安全課程，開展實驗室安全教育教材的建設，根據實驗項目和設備分別整理匯編，應用虛擬實驗實現對用戶的一對一交互式教學，保障教學科研安全高效運行。

無機非金屬材料； 實驗室安全； 普適性； 特殊性

高校實驗室作為開展實驗教學和科學研究的重要場所，是培養學生動手能力、實驗實踐能力和創新意識的基礎環境[1]。此外，保障實驗室師生員工的生命財產安全是高校的首要工作，關系社會的和諧與穩定[2]。實驗室安全工作作為高校安全工作的組成部分，是高校安全工作的重中之重[3]。開展安全教育是增強廣大師生員工安全意識、提高安全責任心和安全防范水平、防范安全事故發生的重要保證，也是高校實驗室安全管理的基礎工程[4]。隨著我國高等教育事業的快速發展，國家加大了對高校實驗室建設的投入，大型專用儀器設備、貴重精密儀器設備等不斷增多，從而使得在儀器設備使用過程中的安全隱患也有所增加。近年來，高校對實驗室安全工作高度重視，在實驗室管理方面建立了較為完善的實驗室安全制度，但針對實驗操作規范、實驗設備使用方面的教育和考核重視還不夠[5]，對實驗室特定的儀器設備的操作損壞、儀器設備使用不當導致的實驗事故和傷害還沒有起到非常有效的作用[6]。因此，實驗室安全教育既要掌握通用的安全知識，也要加強對于特殊儀器設備安全、正確使用的學習，從而更安全高效地為教學科研服務。

本文以我校材料國家級實驗教學示范中心無機非金屬材料實驗室(以下簡稱“實驗室”)為例，針對其特點和容易出現的安全隱患進行分析，并介紹了基于普通適用和特殊要求的原則進行實驗室安全教育的實踐經驗。

1 無機非金屬材料實驗室安全特征

無機非金屬材料是傳統3大材料(金屬材料、高分子材料、無機非金屬材料)之一[7]，主要研究水泥、玻璃、陶瓷等材料的制備、性能測試(熱學性能、力學性能、光學性能、電學性能、磁學性能等)、成形和加工等。由于科學實驗往往由科研人員獨立完成，并且無機非金屬材料實驗具有本身的特殊性，通常單個實驗項目就耗費數小時，甚至數天的時間，科研實驗活動具有挑戰性，安全問題顯得更加重要。通過分析總結，實驗室的安全隱患可以概括為以下幾個方面。

1.1 危險化學品和壓力容器

由于無機非金屬材料專業研究材料的制備、成形、加工及各種性能測試，因此實驗項目多樣、實驗條件復雜，在實驗過程中常使用種類繁多、性質各異的危險化學品。在實驗過程中，學生雖然對化學品本身的特性有所了解，但對其使用不當的危害性認識不足。此外，不按規定存放危險化學試劑或藥品，隨意將不同危險化學品放置在一起，容易使這類化學品相互反應引發事故，產生安全隱患[8]。

壓力容器也是實驗室的安全隱患之一。在電化學測試、熱分析測試以及比表面積測試過程中，經常使用氮氣、氬氣、氦氣等惰性氣體以及液氮，甚至某些特定實驗需要在氫氣、一氧化碳等危險氣體中進行。在實驗室使用壓力氣瓶過程中，有時出現混裝混用、使用儲存不固定、在高溫高壓環境下使用等比較危險的行為[9]。

1.2 實驗過程中產生的廢氣、廢水、廢渣

無機非金屬材料學科自身的特點決定了實驗中將產生酸堿溶液、有機廢液、含水廢液、可燃性物質、難燃性物質、固體物質、實驗垃圾和有毒廢氣。在實驗過程中，有時出現隨意處置危險廢物，如對試樣、使用過的塑料試管、滴管等固體廢物丟棄在垃圾桶，將危險廢液倒入下水道或不分類收集、混裝在一起、忘記貼標簽等；實驗過程中產生的有毒氣體不經過處理直接排放到大氣中。三廢的不合理處置會直接危及實驗人員的安全和污染環境[10]。

1.3 特殊儀器設備

實驗室承擔材料的制備、合成、成形預加工、性能測試等實驗內容。無機非金屬材料一般需要在高溫條件下完成制備，所以經常需要使用各種高溫爐。它們經常在溫度高于600 ℃的條件下工作，稍有不慎就會造成燙傷事故。此外，在制備與合成過程中，經常使用球磨機、破碎機、行星磨、攪拌機、壓片機、切割機、拋光機等設備。這些設備在運行過程中會對實驗人員造成刮傷、壓傷、擦傷、碰傷等。

1.4 實驗室使用頻繁

隨著我國高等教育的發展，許多高校的規模正在不斷擴大[11]。高校實驗室是開展教學、科研、人才培養和技術開發的重要基地，教師、學生和實驗人員需要進入實驗室工作。近年來，由于行政機制的改革，實驗技術人員數量有所減少，有少數實驗室甚至沒有固定編制的實驗技術人員或管理人員，因此研究生成為了實驗室的主體。學生一般經過1～2年的研究工作后即將畢業，又有新的學生進入實驗室工作。隨著實驗教學與科研活動的日益頻繁，進入實驗室開展工作的人員數量增長較快、頻率較高，對實驗室安全管理帶來新的難度和挑戰。

2 普適性實驗室安全教育

針對材料類實驗室本身的特點，實驗室通過開設“實驗室安全基礎”必修課程和編寫實驗室安全教材2方面開展實驗室安全教育。通過課程的學習，學生可以了解實驗室中存在的主要安全問題、其形成原理和危害、安全防護的科學原理及基本技術，從理論和技能2方面提高學生的實驗室安全意識和能力。

2.1 開設“實驗室安全基礎”必修課程

實驗室安全教育進課堂作為加強學生安全教育的有效方式，對系統化地培養學生安全意識、掌握安全知識、訓練安全技能有重要意義。實驗室已經連續10多年開設實驗室安全課程，2015年該課程已經被納入我校本科教學和研究生教學培養體系。安全課程被納入必修課程后，進一步提高了學生的重視程度。2015年材料學科全部研究生和部分本科生共有534名學生選課，實驗室安全基礎課成為我校歷史上最大的課堂。課程主要結合材料類實驗室本身的特點，從普通的防火防爆知識、水、電、氣的安全使用、壓力容器的正確操作、化學試劑的安全使用和管理、放射源及具有放射性的樣品的安全使用和管理，廢水、廢氣和廢渣的回收和處理，以及突發事故的自救和急救技術等方面進行授課。該課程基本包括了材料類專業可能存在的安全隱患并提出相應的處理辦法，彌補了學生專業知識學習的不足，熟悉了實驗室安全理論知識，掌握必要的安全操作技能，加深對實驗室安全重要性的理解，指導學生開展實驗操作。

2.2 開展實驗室安全教材建設

教材作為知識的載體，是教與學的主要依據。教材是開展實驗室安全教育的重要工具。加強教材建設，對于提升高校實驗室安全教育水平具有十分重要的作用。為了讓學生配套上課學習，孫建林教授和實驗室石琳工程師編寫了《高校材料實驗室安全》教材。該教材包括公共安全、危險化學品安全、壓力容器安全、輻射的危害與防護、其他危害與防護、實驗室安全防護、實驗室廢物的處理和現場急救等8章內容，既介紹了實驗室普遍存在的安全問題，也涵蓋了材料類實驗室安全的大部分內容；不僅在于向學生介紹安全知識、培養安全技能，更重視學生正確的安全文化觀念和良好安全習慣的養成；既講安全技術，也講安全管理法規，更注重樹立廣大學生的安全責任觀。

3 特殊性實驗室安全教育

樹立“以人為本，安全發展”的理念，以打造“平安校園”為目標，大力推進全程化、全方位、多層次、多樣式的實驗室安全與環保教育。實驗室利用現有資源，結合實際情況和專業學科特點，以學生為主體，通過提前學習儀器設備相關知識和針對特定研究項目的風險評估，掌握和理解專項實驗的安全知識，嚴格執行操作規程，提高學生實驗操作水平、優化實驗室安全知識結構，增強應急救援能力，養成良好的實驗習慣，維護正常的教學科研秩序。

3.1編寫《儀器設備開放手冊》和《實驗教學匯編》

為了最大限度發揮儀器設備在教學、科研及社會服務中的作用，并且讓學生在實驗開始前學習正確選用儀器設備等相關知識以及對特定的實驗內容進行風險評估，實驗室負責編寫了《儀器設備開放手冊》和《實驗教學匯編》，每年再根據儀器設備和開設課程的變化進行及時修改再版。《儀器設備開放手冊》詳細介紹了每臺儀器的性能參數、功能用途、服務項目以及使用注意事項，有助于學生更好地了解和安全使用儀器設備。針對教學，《實驗教學匯編》整理實驗課程中的實驗項目、內容以及實驗過程中使用的儀器設備，并根據不同的實驗目的和儀器要求，制定規范的操作規程并予以明示，特別是對于涉及安全的操作步驟或動作需要著重強調以引起重視，有助于學生在上實驗課之前進行針對性的學習。

《儀器設備開放手冊》和《實驗教學匯編》既介紹了儀器設備使用的相關信息，又針對具體實驗項目進行風險評估，使學生了解到正確使用儀器設備和合理制訂實驗預案是確保實驗安全順利進行的2大前提，同時也降低了儀器設備損壞和實驗人員人身安全的風險。

3.2 開設虛擬實驗項目

虛擬實驗不受時間、空間限制，可通過網絡進行，有助于培養學生主動學習，提高教學質量[11]。虛擬實驗中設計了大量的語音講解和文字描述，并依據學生可能的操作要求提供多項選擇，學生依照自己工藝方案選擇進行下一步實驗。當學生操作或數據設定出現錯誤時，將立刻有圖像、聲音和文字提示。當設計方案有誤時，將出現提示糾正學生錯誤。虛擬實驗的使用可以達到“一對一”交互式教學的效果，可以幫助學生加深理論學習、熟悉實驗過程；使用虛擬實驗，可幫助學生不斷重現、深刻回憶真實實驗，從而減少失誤操作帶來的安全問題。

4 結語

針對實驗室的特點和容易出現的安全隱患，結合材料國家級實驗教學示范中心的建設和國家級虛擬仿真實驗中心的建設和管理經驗，開展普適性和特殊性的實驗室安全教育，開設實驗室安全課程和開展實驗室安全教材建設，從理論和技能2方面提高學生的實驗室安全意識和能力；編寫《儀器設備開放手冊》《實驗教學匯編》和開設虛擬實驗項目，有效地規避一些安全隱患，從而更好地保障無機非金屬材料專業實驗的安全運行，確保實驗室教學、科研活動的順利開展。這些經驗不僅適用于無機非金屬材料專業實驗室的科研活動，同時對于其他相關實驗室的安全管理具有一定的借鑒作用。

References)

[1] 黃凱.北京大學實驗室安全教育體系建設的探索與實踐[J].實驗技術與管理，2013,30(8)：1-4.

[2] 李五一.高等學校實驗室安全概論[M] .杭州：浙江攝影出版社，2006.

[3] 黃炳輝，李勇，卜建.安全準入制度是提高高校實驗室安全的重要舉措[J].實驗技術與管理，2009，26(4)：151-153.

[4] 何晉浙.高校實驗室安全管理與技術[M].北京：中國計量出版社,2009.

[5] 吳斌，朱婭加.開放式實驗室實驗考核準入制度研究與探索[J].實驗室科學，2016,19(1)：222-224.

[6] 萬長健.高校快速發展期實驗室建設與管理的若干問題[J].實驗室研究與探索，2008，27(9)：133-135.

[7] 雒峰，夏茂盛，徐少男.無機非金屬材料專業實驗室安全管理淺析[J].教育教學論壇，2015(50)：13-14.

[8] 孫建林，石琳.高校材料實驗室安全[M].北京：北京科技大學出版社，2015.

[9] 李廣艷. 高校化學實驗室的安全管理探索[J].實驗室研究與探索， 2014,33(3)：278-281.

[10] 國家經貿委安全生產局.作業場所化學品安全管理[M].北京：中國石化出版社，2000.

[11] 熊慶，陳華，李夢龍，等.大學化學網絡虛擬實驗室建設[J].實驗科學與技術，2011,9(2)：166-167.

Research on laboratory safety education based on universality and particularity

Lin Wei， Sun Jianlin， Mao Jinghong

(Material National Experimental Teaching Demonstration Center， University of Science and Technology Beijing， Beijing 100083， China)

In view of the characteristics of the laboratory for the Inorganic Nonmetal Material major, the common laboratory safety problems and the safety problems caused by the discipline itself are analyzed. By taking the Material National Experimental Teaching Demonstration Center in University of Science and Technology Beijing as an example, the research on the laboratory safety education based on the general utilization and the special requirements is conducted. The laboratory safety courses are set up, the construction of the teaching materials for such education is carried out, the arrangement and compilation are completed in accordance with the experimental projects and equipment separately, and the virtual experiment is used to realize the one-to-one interactive teaching so as to ensure the safe and efficient operation of teaching and scientific research.

inorganic nonmetal material； laboratory safety； universality； particularity

G474； G642.0

A

1002-4956(2017)10-0252-03

10.16791/j.cnki.sjg.2017.10.063

2017-04-26

北京市“依托優勢學科培養拔尖創新人才的研究與實踐”項目(GJ201204)；北京市“發揮國家級實驗教學示范中心作用，完善材料虛擬實驗建設、推廣與應用實踐研究”項目(GJ201403)

林瑋(1987—)，男，安徽定遠，碩士，工程師，主要從事熱分析及無機非金屬材料專業的實驗教學.

E-mail：linwei@ustb.edu.cn