從安全心理學角度探討高校科研實驗室安全建設

王 莉

（西北農林科技大學 生命科學學院，陜西 楊凌 712100）

近年來，隨著高校辦學規模和科研事業的蓬勃發展，高校科研實驗室承擔的科研任務越來越多，實驗內容越趨復雜，實驗室科研人員數量也隨之激增。遺憾的是伴隨的實驗室事故卻也時有發生，造成了巨大的經濟損失和人員傷亡，教訓慘痛。教育部科技司關于開展 2017年度高校科研實驗室安全檢查工作的通知中提出了“全覆蓋、零容忍、嚴執法、重實效”的要求。

1 “人—機—環”系統模型

要預知風險，就得充分了解事故發生的規律。在分析實驗事故的原因時，不能簡單地歸結為違規操作、粗心大意等表面淺層次原因，只有追本溯源剖開現象抓住本質，探究科研實驗人員為什么會操作失誤、違章違紀，找出不安全行為的根本原因，針對性地制定管理措施，才是有效控制和預防因不安全行為引發事故的必要途徑。當前在對事故的原因統計分析中，世界各國普遍采用因果鏈鎖模型[1]（見圖 1）。我國的國家標準傷亡事故分類 GB 6441-1986也是基于這種因果連鎖模型制定的。該模型著重于從2個角度分析事故的原因，一是直接原因，人的不安全行為和物的不安全狀態；二是更深一層的原因，管理缺陷。

圖1 因果鏈鎖模型圖

安全心理學就是以解釋、預測和調控人的行為為目的，通過研究分析人的行為，揭示人的心理活動，最終達到減少或消除事故的科學[2]。“人—機—環”系統模型是安全心理學的重要理論基礎（見圖 2），即把“人”作為系統中的一個環節，通過感官系統（如眼睛）接受機器材料的信息，經由大腦中樞神經系統的處理，再指揮運動器官系統（如手）操作和控制機器材料系統，形成“人—機”信息交流閉環系統，同時信息交流的效率受周圍環境的影響，從而形成“人—機—環”系統。科研實驗活動過程實質就是一個復雜的“人—機—環”系統信息交流的過程。在科研實驗過程中，科研實驗人員通過眼睛、耳朵、皮膚等感覺系統接收來自儀器或實驗材料的信息，經中樞神經系統對信息進行綜合分析判斷，再指揮手、腳等運動系統開始操作，進行實驗活動。同時，“人—機”所處的外部環境，如溫度、噪聲、人文環境等因素也會不斷地干擾和影響“人—機”系統的效率。本文以該模型為依據，從安全心理學的角度出發，通過對高校科研實驗室的運行現狀進行分析，探索高校科研實驗室的安全工作建設途徑。

圖2 人—機—環系統模型

2 安全行為與人心理活動的關系

根據美國心理學家馬斯洛提出的需要層次論，人的需要按照重要程度分為5個層次：一是生理需要，二是安全需要，三是社交需要，四是尊重需要，五是自我實現需要。馬斯洛認為人的需要由低向高逐層遞升，低層次為基礎性需要，高層次為發展性需要。只有當低層次的需要得到滿足才能向高層次發展。可見，科研實驗人員發揮主動性、創造性、追求發展，最終實現自我價值的前提之一就是安全需要的滿足。

早在20世紀初，著名的“霍桑實驗”結果就表明，在生產活動中士氣的主要影響因素是員工的心理因素而非物質條件[3]。德國人帕布斯·海恩分析了55萬個機械事故，發現事故的發生是量的積累結果，技術和制度永遠無法取代人自身的素質和責任心，即著名的海恩法則[4]。美國安全工程師海因里希調查了 7.5萬件工傷事故，發現98%是可以預防的，其中以人的不安全行為為主要原因的占 89.8%，而以設備物質的不安全狀態為主要原因的僅占 10.2%[5]。李志紅調查了2001—2013年全國高等院校和科研院所實驗室發生的典型事故，58%的實驗室事故都與人為因素有關[6]。可見，在“人—機—環”系統中，“人”的這個環節，是對作用過程效率的最大限制。高校科研實驗室安全管理工作的關鍵就是要了解科研實驗人員的心理活動特點，從而有效控制或者約束科研實驗人員的不安全行為，達到安全進行科研工作的既定目標。

3 基于“人—機—環”模型的實驗室安全狀況分析

關于“人—機—環”系統，人類工效學將“人”定位為主體核心地位。在科研實驗活動中科研實驗人員是主體，他們的心理因素對科研實驗活動過程的安全進行有著重要作用。本文的著眼點就是討論科研實驗人員的心理與安全行為的關系，及作為客體的設備儀器、實驗材料和環境等因素如何通過影響科研實驗人員的心理，進而影響科研實驗人員的安全行為。

3.1 高校科研實驗室科研實驗人員的心理過程與安全

3.1.1 高校科研實驗室科研實驗人員的一般心理過程與安全

人的心理過程包括認知過程、情感過程和意志過程，均與安全行為密切相關。在認知過程中，分析與綜合是思維的基本過程，兩者關系密切。科研實驗活動中需要通過對各種意外未知的信息進行不斷地分析，同時做出綜合判斷，以做好充分的心理準備，來確定實驗進展是否安全順利、環境是否良好，還可以通過推理來獲得應變能力。如果科研實驗人員在認知過程中能夠保持高的感覺、知覺敏銳度及準確性，并在實驗操作中能夠細致、認真、集中注意力，實驗操作中的危險性就會有很大程度的降低。人的思想感情、意志性格會影響思維的準確性。工作的熱情往往影響到思維活動的效率：熱情高漲時，思維活動的效率就高，這時的思想明確、靈活機智、思維過程迅速；頹廢、心灰意懶時，思維活動的效率就低，聯想過程就進行得緩慢；情緒激動、急躁緊張會導致注意力分散，都影響思維的順利進行。所以，善于控制與調節自己的情緒和行為，是培養良好的意志品質、保證安全的一個重要心理條件。意志的果斷和堅韌在面對突發狀況時顯得難能可貴。心理素質較強的人頭腦冷靜沉著，思維敏捷果斷，能急中生智，積極采取一切可行的方法進行自救，最大限度地降低事故的危害性。而心理素質較弱的人面臨意外時，則表現為驚慌失措、動作紊亂，往往擴大和加重了事故的危害程度。

科研實驗由于其探索性，決定了有時是非常復雜的工作狀態。只有科研實驗人員對實驗設計和有關操作的各種概念和要點理解得越準確、越全面，才越能對思維提供可靠的幫助，進而提升操作能力。在實驗室的“人—機—環”系統中，科研實驗人員起著主導作用，同時也是最難控制和最薄弱的環節。科學研究工作有著明顯的特定工作行為特性，是一個復雜的心理過程。科研實驗人員對基礎理論知識的掌握、創造性思維的萌發、具體實驗操作探索等，過程中的每一個環節都與人的心理活動密切相關，若其中一個環節出了問題，甚至是細節性的問題，都可能引起不安全行為，甚至導致事故發生。

3.1.2 高校科研實驗室科研實驗人員的個性心理過程與安全

高校科研實驗室除了完成科研任務，還肩負著培養學生的目標，所以實驗室人員結構形成了博士后、博士、碩士、本科生梯度結構。這樣的梯度結構使得科研實驗人員的素質、經驗、需要、人際關系等均參差不齊，勢必不同人員的個性心理存在差異，尤其新進實驗室的學生更是存在一個適應的過程，在這個過程中心理往往處于不安全狀態。

個性差異是遺傳因素、環境因素、心理因素、生理因素的綜合影響結果，而個性是影響個體行為的重要心理因素。科研實驗人員的個性心理是可以被認識并逐漸改變的。根據科研實驗人員所處的生活環境、所受的教育、以往的經歷等因素的不同，認識每個人的個性，針對不同的個性心理采取相應的安全教育和管理方法，充分調動每個人的安全積極性和責任感，做好安全工作。可以從以下4方面考慮：

（1）人的特定能力可以通過學習和培訓得以提高，所以在學生開展實驗工作以前，根據實驗方案的設計，提前對實驗中所涉及到的試劑及儀器進行了解和學習，尤其應通過培訓，掌握儀器和試劑的安全操作知識及在緊急狀態下的應變知識，從而提高應付突發事件的能力以保證實驗的安全進行。

（2）運用紀律來培養意志品質，加強意志力的自我培養、提高對挫折的承受力。意志的堅韌對于克服工作、生活中的困難，降低事故危害程度是可貴的品質，要達到熟練的技能需要后天的努力，需要堅韌的意志力。只有良好的意志自制性，才能自覺地按照規章制度辦事，積極主動地去執行已經做出的決定。

（3）積極安全態度的形成與轉變是一個復雜的心理過程，與安全知識、工作經驗、技術水平及群體影響等因素有關。因此，可以通過改善實驗室條件，引導學生積極參與安全活動，或運用群體影響，創造具有安全約束力的實驗室工作環境，或加強安全教育與培訓等途徑形成積極的安全態度。個人的態度具有內涵性和穩定性，規范的安全管理能夠對人的態度進行正確的引導，促使其向積極的態度轉變。

（4）人的體力、情緒、智力和各種生理機能的變化受生物節律的影響。據報道，在各類事故中有80%以上的人處于節律低潮期。那么在實驗室的管理中，可以倡導每個學生繪制自己的生物節律變化曲線，根據曲線安排實驗活動。個人綜合素質的提高對生物節律的不良影響有著重要的抑制作用。

實驗室可以階段性地對科研實驗人員的個性心理進行調查評估，了解和掌握其在氣質、性格、能力、節律等方面的個性心理情況，然后根據具體情況針對性地制定應對措施。同時針對不良的個性心理，應通過心理教育手段來改變，以提高其應對、處理緊急事件的能力。

3.1.3 高校科研實驗室科研實驗人員的異常心理因素與安全

實驗的進展總是迂回曲折的，科研實驗人員在實驗進程中勢必會遇到挫折、面臨壓力和疲勞等異常心理因素。力不從心或者壓力很大都容易產生心理疲勞。研究表明，壓力與工作成果呈倒U關系[7]，壓力過大，人的精神就會緊張疲憊、思想不集中、注意力分散、效率和控制能力降低、安全行為受到影響。有時科研實驗人員在巨大的科研壓力下，會產生挫折、沮喪、悲觀等心理障礙，進而引發失誤行為。心理上若存在反抗、對立情緒，還會違反章程野蠻操作，釀成事故。在對以往安全事故原因的分析中，往往忽視心理健康因素的影響，而實際上，許多安全事故正是由于人身體或心理不良狀態的擴大化而導致的。

對此，就要幫助科研實驗人員采取積極的行為適應壓力，改變對挫折情境的認知和評估以消除其心理疲勞。首先，開展心理治療，疏導受挫者的失常感情，緩和其情緒上的壓力，解除其心理上的負擔，使其提高認識水平，樹立對人對事正確的觀點和態度，提高控制情緒的能力；其次，安排力所能及的科研任務，做到勞逸結合，始終保持充沛的經歷和敏捷的反應，避免引起心理疲勞；最后，要盡力通過學習交流提高科研能力和操作水平，增加個人目標實現的可行性。

3.2 高校科研實驗室材料設備與安全

在“人—機—環”系統中，針對高校科研實驗室，機是客體，包括科研實驗人員需要接觸并接受信息反饋的儀器設備和試劑材料2部分。人類工效學認為，產品和服務應圍繞人的本性思考，在技術上盡可能地智能化，具備安全設計，耐失誤，以適應人的需求[8]。

3.2.1 符合人類工效學設計的材料、儀器設備

一些實驗事故和科研實驗人員的不安全行為與儀器設備的設計和布置不適宜有相當大的關系。要控制實驗室內操作人員的不安全行為，一個很重要的方面就是在實驗室建設中，選擇實驗設備儀器或其他材料時，盡可能選擇構造性能良好、科學技術水平高、適合人的生理心理特點、含有耐失誤設計、便于操作、盡量減少人的錯誤反應、人機匹配自動化程度高的，從而達到安全、舒適、高效的目的。比如，生物實驗室的高壓蒸汽消毒柜的選擇，根據人體的反饋速度，電子數顯屏幕比指針儀表更方便準確判斷，尤其是若帶有安全保護裝置——自動聯鎖裝置，在壓力和溫度出現異常時，柜門則自動鎖死，操作人員即使判斷失誤，也會將失誤無害化。再例如高速冷凍離心機，如果選擇人機匹配智能化高、具有防失誤設計的，當學生操作的轉速要求與轉子不相匹配時，則儀器自動防護程序啟動，禁止運轉。離心結束，在轉速未降到零以前，離心機的蓋子自動鎖死，無法打開。這樣就大大降低了因操作失誤而造成的儀器傷人事故。噪音和振動也會降低操作者的反應能力和注意力水平，使失誤率提高，所以選擇儀器設備時應該提高降低噪音和減少震動的標準。例如超聲波破碎儀的使用就要格外注意選擇屏蔽效果好的材料。再如生物安全柜如果有警示裝置，在紫外燈開啟時，柜門若處于開啟狀態，則自動報警提示操作者，這樣就防范了由于操作失誤而造成的輻射傷害。

另外，基于大數據產業和信息技術的虛擬仿真技術的迅猛發展，智能型虛擬實驗平臺陸續被構建，這應該是目前實驗室安全保障行之有效的方法之一。虛擬實驗是一種動態的體驗，是現有實驗室的數字化和虛擬化，由虛擬實驗臺、虛擬器材庫和開放式實驗室管理系統組成，基于 Web3D技術、虛擬現實平臺構建的開放式網絡化的虛擬實驗教學系統[9-11]。虛擬現實技術，構建模擬實驗平臺，使其作為橋梁，虛實結合，從而使科研實驗人員在實際操作中有嫻熟的操作技巧和鎮定的頭腦來敏捷地應對異常情況。如果每個實驗室都能結合自己的情況開發建立一個相應的虛擬實驗平臺，讓科研實驗人員在實際操作之前，尤其是涉及高危的創新性科研實驗時，先在虛擬實驗平臺上，對各種儀器原理功能、操作方法熟練掌握，對于危險有毒等特殊試劑的使用注意事項和配制方法提前得到充分的了解和演練，以及提前對各種突發狀況進行評估，對安全的保障就起到了非常重要的作用。現在各大高校已經普遍認識到了虛擬仿真實驗平臺在科研工作和教學工作方面的應用價值。在國外，美國科羅拉多大學開設了 PhET交互式虛擬仿真實驗室，英國開放大學也構建了與課堂平行的三維虛擬環境。在國內，截至2015年，我國已陸續建設有200個國家級虛擬仿真教學中心。2017年辦公廳發布了關于 2017—2020年開展示范性虛擬仿真實驗教學項目的通知，推動高校積極探索線上線下虛實結合的教學科研新模式[12-13]。

3.2.2 多種風險預防分析方法的采用

在“機”這個環節，還有一項很重要的工作就是采用有效的方法提前預防分析，風險評估，規避儀器設備、材料試劑操作中可能出現的失誤，例如HAZOP分析方法的采用。HAZOP（hazard and operability analysis）即危險與可操作性分析，它能夠對實驗活動操作過程進行系統、詳細的分析和檢查，對各環節要素進行全面描述并提問，找出可能出現偏差或漏洞失誤的原因，確定這些可能發生的現象是否會上升為危險源[14]。繼而通過HAZOP分析對造成可能危險源的原因、后果做好風險評估。最終針對危險因素制定基本防范措施，做好應急預案。有些高校實驗室已經將HAZOP分析方法應用在設備儀器以及材料的管理中。HAZOP分析方法是一種辨識危險的強力有效的手段，使用HAZOP分析方法可以準確地把握危險試劑和儀器設備操作過程中的注意事項和側重點，是降低風險水平、提高實驗操作安全的一種穩定有效的手段。這些安全細節的改進，是實驗室安全運行的基礎。

隨著科技的發展和高校科研實驗室管理的不斷探索和實踐，會有越來越多的更加安全、更加符合人類工效設計的設備材料及分析方法被引入高校科研實驗室建設。

3.3 高校科研實驗室環境因素與安全

科研實驗人員在從事實驗的過程中，就是在不斷地與環境進行信息交流的過程，環境因素在實驗室的安全活動中起著非常重要的作用。在“人—機—環”系統中，“人—機”所處的外部環境因素，如物質環境（溫度、照明、標識等）、群體的性質、管理行為等也將不斷地影響和干擾此系統的效率。實驗室、家庭、社會等環境因素都是影響科研實驗人員心理健康的因素。毋庸置疑，良好的環境有助于降低事故的發生率，減少事故的嚴重程度。

3.3.1 實驗室空間環境

實驗室空間物質環境的設計，如果布局合理、空間充足、清潔衛生，環境溫度、采光、照明合適、并能有效控制噪音，對健康心理的形成都有很大的益處[15-16]。學習區、休息討論區與實驗區分區域進行，實驗區根據實驗內容、儀器試劑的操作要求以及會不會造成污染等原則可繼續細分為不同的區域。不同的區域貼有顏色鮮明的警示標志，這樣進入不同的區域，操作人員潛意識就會有相應的心理準備。

3.3.2 實驗室心理環境

實驗室中的任何一個人都不是孤立的存在，每一個實驗室或科研團隊都是一個群體結構。其他的學生、教師作為環境以其自身的特點影響和制約著實驗室群體內的每一個人的行為。當然，實驗室群體中的每一個學生為了適應實驗室環境也會表現出與單獨情況下不同的心理反應和行為方式，使其安全心理和安全行為產生不同的影響和不同的變化。這就意味著群體環境對安全的影響具有兩面性：如果學生之間人際關系緊張，會使學生，尤其是新進入實驗室的學生產生緊張感，注意力分散，操作容易失誤甚至導致事故的發生；如果學生之間互相關心幫助，及時溝通，就會有融洽的科研氣氛，減輕個體的心理壓力，而合作互補是安全操作的必要條件。陸翠巖等[17]研究發現，學生所生活的群體內部關系狀況、群體凝聚力、群體行為規范及群體思維等對學生都有相當大的影響。最明顯的是團隊里的士氣作為一種心理傾向，如果低落會很快地彌散和影響個體的心理狀況，容易產生疲勞和分散注意力，從而發生不安全行為。所以實驗室群體意識、凝聚力、士氣，對保證實驗室個體的安全行為具有重要價值。

激勵手段可以提升團隊的士氣和斗志，示范引領作用可以強化團隊管理，利用群體的約束力推動安全管理不失為一種有效的措施。實驗室中具有優秀品德、才能出眾、知識淵博、技術精湛并與他人情感融洽的高年級學生，一般在群體中的影響力比較大，可以通過嘉獎的方式激勵大家向他們看齊，不斷地提高他們的影響力，這是一種很有效的方式。每一個高校科研實驗室應該盡量將自己的團隊，尤其是合作同一個項目的科研團隊，建成一個高質量的有效群體，即具有較強的群體意識、凝聚力和高昂士氣的團隊。這樣的群體里的個體之間，配合默契，心理上的相容性和互補性高，能遵章守紀，自覺地標準化操作，會大量減少不安全行為。可持續發展的管理模式不僅是制度的建立，更是個體與團體之間和諧關系的建立。

3.3.3 實驗室安全管理環境的建立

高校科研實驗室安全管理是一項綜合型、協作性和技術性較高的工作，需要多層次、多部門協作管理[18]。2015年教育部有對高校科研實驗室進了全面的安全現場檢查，有力地推動了高校科研實驗室安全管理體系的建立。

首先，要根據實驗室的建設發展不斷完善實驗室安全運行制度和有效的監管機制。趙明、彭華松等[19-20]提出的嚴格實驗室準入制度、建立安全工作獎懲制度、建立實驗室多層次管理聯動運行機制等，以及及時根據實驗室的發展需要完善安全制度的規范化和可操作性建設，在學校統一領導下構建由學校、二級單位和實驗室組成的三級聯動安全管理責任體系，借鑒布拉德利安全曲線建立實驗室安全管理模式等，都是目前行之有效的運行制度和監管機制。

其次，構建多層次培訓體系。通過實施有效的安全教育，如根據心理學的規律研究切實可行、不流于形式的安全教育途徑和方法，培養人的安全意識和安全技能等。北京大學倡導“安全知識、安全意識、責任意識以及事故應對技能是個人素質的重要組成部分，更是高素質人才必備的特質”，從入校起就普及安全常識[21]。蔡霞等[22]對復旦大學157名研究生進行了生物安全知識問卷調查，結果發現學生對生物安全相關的法律法規和相應的管理制度的認知度較低，分別為 54.14%和 69.21%，對與實際操作相關的安全常識和如何正確用消毒滅菌劑處理廢棄物的認知度僅為73.57%和76.43%。對在實驗中如何進行風險評估并有效規避風險及實驗室發生突發事故時應如何正確處理的認知度分別為 73.14%和 80.89%，也有待提高。因此，在高校中進行系統的安全教育及培訓十分必要。

國外高校也非常重視實驗室安全管理環境的建設。美國高校提出了“環境、健康和安全”管理系統，著重建設安全工作管理體系，有力保障實驗室的安全運行。英國高校對各個層級的安全檢查與培訓工作格外重視。日本高校在投入大量經費用于安全軟硬件建設的同時，也大力建設校園文化與安全意識，形成了安全、環保的良性循環[21]。正面有效的安全管理行為對實驗室的安全運轉具有非常重要的意義。

科研實驗人員的心理健康狀況不僅與個人自身因素和實驗室環境有關，也受家庭環境和社會環境因素的影響，如社會傳媒、政治經濟條件、家庭關系等。葉茂林等[23]研究表明，農村籍碩士生幸福感指數顯著低于城市籍碩士生，與社會支持、父母受教育程度等因素有關。楊蔚[24]提出新媒體作為一把“雙刃劍”對大學生的心態帶來了很大的影響，如功利化傾向、社會負面情緒增多、沉迷虛擬世界對現實人際關系冷漠等。高校科研實驗室安全環境的建立，在某種程度上就是指在管理中有效地建設安全文化，促進安全氛圍的形成，以便通過積極的心理暗示，引導安全行為的培養，形成良好的安全習慣，這是安全管理的一個重要方面。

4 總結與思考

通過“人—機—環”系統模型對高校實驗室的安全狀況進行分析，可總結出科研實驗人員的安全關系，見圖3。

圖3 科研實驗人員的安全關系圖

在對高校科研實驗室安全建設時，可以嘗試從安全心理學的視角出發，根據高校科研實驗室的工作特點，參考科研實驗人員的一般心理活動特點對實驗室進行布局規劃，提高安全細節的改進，選擇更符合人類工效學的儀器設備材料。同時，做好細節營造氛圍，制度規范落實到位，改良環境加強安全文化建設。可以通過對個性心理活動特點的分析，探究導致違章違紀行為的原因是內部原因還是外部原因，通過對個性心理活動穩定性的分析，看違章失誤操作是否為偶然行為，通過對個性心理活動可控性的分析，可預測科研實驗人員在特定的實驗環境中違章風險的可能性，提前進行預防。還可以根據個性心理特點，從知覺、情感、意志、行為4個方面對一些經常有不安全行為的人進行心理疏導，重點教育，對他們的性格、氣質、能力進行全面分析，根據他們的特點針對性地強化安全教育和培訓，逐步引導他們改變對安全不利的心理素質，建立良好的心理安全素質。

高校科研實驗室的安全建設是一件長期的系統的工作，它是“人—機—環”動態系統的良性運轉，即具備健康的心理素質、強烈的安全意識、自覺的安全行為的科研實驗人員—先進科學符合人體生理心理特點的儀器設備實驗材料—能與科研實驗人員進行良好信息交流的大環境（包括：實驗室環境、管理環境、心理環境、甚至家庭環境、社會環境）。這一有機組合動態過程的建立，不僅標志著實驗室安全管理的不斷發展，同時也是安全文化建設不斷升華的過程。