生物實驗教學安全教育考試系統建設探索

趙 玨，劉雪蕾，孟世勇

（1. 北京大學 生命科學學院，北京 100871；2. 北京大學 實驗室與設備管理部，北京 100871）

隨著我國高校招生規模的擴大，各類實驗室數量和規模不斷增加，部分高校實驗室空間的增量已無法滿足儀器設備和學生數量增長的要求，在很大程度上造成實驗室過分擁擠等問題，并由此產生了相應的安全隱患。此外，由于我國中小學教育階段對學生安全知識和能力的教育比較薄弱，導致大多數本科學生是在進入高校后才開始接觸實驗室安全知識，接受實驗室安全教育，加之對高校本科教學實驗室的安全管理和安全教育重視程度不夠，造成許多學生的安全意識比較淡薄。據調查，在發生的實驗室安全事故中，安全防范意識不足和操作不規范等人為因素所占的比例較高，而生物實驗室在事發實驗室中的所占比例更高。這使得國家各級管理部門高度重視生物實驗室的安全問題，許多高校已將生物教學實驗室安全教育列為生物學科的基礎教育和生物人才培養的重要內容。因此，進一步加強高校生物實驗教學安全教育、規范高校生物安全管理已經成為相關高校的一項重要的工作。

1 高校生物實驗教學安全管理現狀

1.1 生物實驗教學是生命學科人才培養的基礎內容

在各類理工科院校，實驗課程是非常重要的實踐課程，其質量的差異往往在很大程度上體現了一所學校的教學水平。在教學實驗中，學生能夠親自動手做實驗去驗證和體會所學的書本知識，這將有效鍛煉學生的實踐動手能力。因此，實驗過程的復雜性能夠培養學生科學理性的思維，對于實驗結果偏差的處理可以培養學生嚴謹的科學驗證態度，對于結果未知的探索性實驗能夠培養學生的創造能力和對科學研究的興趣。因此實驗教學在培養學生將書本知識轉化為實踐動手能力的過程中具有其他課程不可替代的作用，是提高學生素質的必要途徑。生物學是一門實驗性學科，其實驗教學環節能夠使學生將所學的專業知識綜合運用于特定的實驗條件下，在學生的整個培養過程中發揮著將課堂所學從理論到實踐、從專業到綜合、從認知到掌握、從被動接受到主動求索進行有效轉化的重要作用。

1.2 生物實驗教學安全是創建世界一流大學的內在要求

安全穩定是高校創建世界一流大學的基本保障，是維護學校教學科研正常秩序的必要前提，是保證廣大師生員工的生命安全的關鍵所在，同時也是建設平安校園，體現以人為本的教育理念的著力點。世界一流大學的重要標志之一，就是培養能夠適應將來多種社會環境需求的高素質復合型人才。這樣的人才除了具備豐富的專業知識外，還應具有完備的知識結構體系，其中各類安全知識和技能無疑是必須具備的素質之一。具備這種素質的人才能在將來的工作崗位上，憑借內化于心的安全理念和安全意識，把自己的工作建立在扎實的安全基礎之上，在保護自身安全的同時，保護他人的生命安全，維護環境的安全。

1.3 生物實驗教學安全管理應嚴格遵循國家法律法規

早在1992 年，國家教委就發布了《實驗室工作規程》；1995 年，教育部出臺了《高等學?；A課教學實驗室評估辦法》，這些法規的出臺標志著我國高校實驗室建設和管理法制化的開始。2017 年，教育部印發了《關于加強高校教學實驗室安全工作的通知》，明確要求各高校開展系統的安全宣傳教育，做好教學實驗室安全工作。這些法規的發布使高校實驗室建設和管理的法制化更加深入。

在生物安全方面，國際社會很早就認識到生物安全是一個重大的全球性問題，自世界衛生組織 1993年出版了《實驗室生物安全手冊》之后，隨著生物科技的發展，不斷對其進行修改和補充，現在已更新到第四版。國內各級政府主管部門對生物安全也非常重視，先后頒布了一系列相關法規。國務院頒布了《病原微生物實驗室生物安全管理條例》，農業部發布了《關于加強獸醫實驗室生物安全管理的通知》《高致病性動物病原微生物實驗室生物安全管理審批辦法》和《獸醫實驗室生物安全管理規范》，教育部聯合國家環境保護總局下發了《關于加強高等學校實驗室排污管理的通知》，衛生部制定了《醫療機構臨床實驗室管理辦法》和《微生物和生物醫學實驗室生物安全通用準則》，環境保護部公布了《病原微生物實驗室生物安全環境管理辦法》。在行業標準建設方面，國家相關部門頒布了《實驗室生物安全通用要求(GB19489)》《生物安全實驗室建筑技術規范(GB50346)》和《動物實驗設施建筑技術規范(GB50447)》等一系列國家標準。此外，衛生部科教司已經專門設立了實驗室管理處，并附設了國家生物安全專家委員會，主管實驗室的生物安全建設。最近，中央全面深化改革委員會強調要從保護人民健康、保障國家安全、維護國家長治久安的高度，把生物安全納入國家安全體系?？萍疾砍雠_了《關于加強新冠病毒高等級病毒微生物實驗室生物安全管理的指導意見》，進一步強調了加強生物實驗室安全的規范管理。上述法規體系、標準體系和部門體系的設立和完善，已經將生物安全提升到國家安全的高度，對安全管理工作提出了強制性的要求。

1.4 生物實驗教學安全管理存在的不足

高校實驗室具有數量眾多、性質各異、設備密集、各類安全因素較多、人員復雜且流動性大、使用頻率高、實驗種類較多、操作復雜且部分實驗操作周期長等一系列特征。為了保證生物實驗教學的安全，任課教師一般盡量避免開設危險性較大的實驗。對所開設的生物實驗，實驗室及教師一般采取強制性管理措施，通常制定嚴格的操作步驟和安全防范要求，配備必要的安全防護器材等。這種管理方式使學生失去了通過有一定風險的實驗培養安全應對技能的機會，同時也會牽扯任課教師的精力，占用學生的上課時間，并且也無法做到實驗安全的全面性。此外，學生在教學實驗中有依賴實驗教師保證實驗安全的傾向，且由于實驗操作等安全知識也不是教學考試的內容，造成學生對教學實驗安全不夠重視，導致實驗室安全事故依然時有發生。如何既讓學生充分發揮其主觀能動性完成實驗，又能保證實驗教學的安全進行，這是實驗教師需要認真研究的一個問題。

1.5 生物實驗教學安全教育內容不足

傳統的實驗室安全教育主要采取課堂教學、資料學習、專題講座、宣傳海報和現場講評等形式。這些形式的安全教育一般受眾有限，缺乏靈活性和全面性。鑒于實驗室安全教育全程化、全員化、全時化的特點，網絡平臺的安全教育學習和考試方式更適合實驗室安全教育的手段[1]。許多國內外高校已經建立了全校性的實驗室安全教育考試系統，但是校級安全教育和考試平臺建立之后，并非就萬事大吉。國外的先進實驗室安全管理經驗表明，按照不同的人員、不同的學習階段，以及不同的專業和設施要求進行有針對性的安全教育和考試，是做好安全管理工作的有效方法[2]。校級安全教育和考試平臺往往需要顧及對全校各類人員和專業的普適性，特別是在國內各高校實驗室安全管理專業人員有限的情況下，其內容對各專業的不同特點，以及不同人在不同學習階段的特殊需求難以作到及時調整，迫切需要開發能夠滿足不同實驗教學要求，并具有針對性和靈活性的專業安全教育考試系統。

2 生物教學實驗室安全管理的難點與對策

2.1 生物教學實驗室安全管理的難點

就實驗室安全事故的種類而言，高校生物實驗室除了具有一般高校教學實驗室的特點外，更具有操作對象可能具有感染性，并且實驗室廢棄物可能同樣具有感染風險，需要進行特殊處理等一系列特點[3]。這導致生物實驗室的安全問題更為突出，與其他專業實驗室相比所造成的危害性更大。如微生物實驗室事故不僅可能直接導致實驗室操作人員的感染，也可造成其他人群的感染；各類轉基因生物材料如果不經處理就釋放到環境中，對生態環境安全和生物多樣性的保持會造成嚴重危害，并最終對人類的身體健康構成威脅。近年來，國內外均有生物實驗室事故發生，并導致實驗人員乃至社會公眾受害，甚至造成社會恐慌。

此外，生物教學實驗多為本科生設置，目的在于幫助學生逐步熟悉科研實驗方法，建立科學的方法論。報考醫學院校的本科生應該是在本科生中對生物醫學相對更感興趣的群體，他們的生物安全知識應該是同齡人中相對更高的。但據調查顯示，生物醫學類本科生的實驗室安全知識，特別是有關生物安全方面的基本知識實際是比較匱乏的[4]。更令人擔心的是這些學生中經歷過實驗室傷害的人數將近一半，而知道如何正確應對實驗室意外事件的學生人數只有10%左右[5]。具有正確應對實驗室意外事件能力的前提是熟知各類安全知識。對于生物學科而言，除了學習通用實驗室安全知識以外，更需要特別增加與生物相關的安全知識的教育和培訓，并將其運用到生物實驗的具體實踐中加以磨合，才能最終建立起生物安全的理念和意識，并自覺運用在今后的實際工作中，起到保證實驗安全的作用。

2.2 生物教學實驗室安全管理的對策

目前，各高校一般比較注重安全知識的培訓和考核，對實驗過程中的安全操作培訓和考核則多有忽視。有學者建議不同專業的學院應該結合自身專業特點開展培訓和演練[6]，有的學校已經在這方面開始進行實踐探索[7]。我校早在2010 年就已經在校級安全教育考試平臺上進行了初步嘗試[8]。雖然這一嘗試取得了比較好的效果，在一定程度上彌補了上述不足，但仍然存在專業覆蓋不夠深入、試題更新不夠靈活、任課教師操作不便等缺憾。

為了進一步發揮上述系統的長處，改進其不足之處，我們設計開發了本科生實驗室安全教育考試系統，將網絡上豐富的教學資源納入系統，讓學生自由選擇學習時間，提高學生的學習興趣。學生可以利用課外時間自主學習和考試，以此獲得比較全面的實驗室基礎安全知識和了解特定實驗操作程序，幫助學生樹立實驗室安全防護觀念。該系統可由專業任課教師自行控制，可以及時針對不同的需求進行內容調整。系統培訓及考核內容除了常見的通用實驗室安全知識以外，重點增加了生物方面的安全知識，特別是增加了與實驗操作密切相關的安全知識。任課教師可根據當期實驗內容，結合學生不同的學科和年級等因素，選擇考核的試題范圍、出題比例，由試題庫自動組成考卷，具有高度的靈活性和針對性。教師可在上課之前了解學生對即將開始的實驗課所涉及的安全事項的掌握程度與不足，便于在課堂上進行有針對性地講解和補充，比較有效地強化學生的實驗室安全防護觀念。這樣學生在接受安全培訓考核之后能夠將所學知識運用到實驗中，這種學以致用的安排不但提高了學生的學習興趣，同時能夠從學生方面保證實驗安全。

3 生物實驗教學安全教育考試系統的內容設計

3.1 生物實驗教學安全教育考試系統試題的分類

為了增加針對性，有些安全教育考試系統將試題按難易程度分為科普級、中級和高級，以適應從本科生到研究生的不同專業需要[9-10]。這種設置有其合理的一面，但也存在不足。首先這種試題難易程度的劃分，包括其后期出題比例的選擇，受主觀影響比較大，不利于穩定測試和橫向比較。更重要的是，某一專業的學生，無論是初入學的本科生還是臨近畢業的高年級研究生，他們所遇到的本專業實驗室安全風險并不會有明顯區分。反之，倒是低年級學生更容易由于缺少必要的專業安全知識和突發事件應對經驗，而導致對自身和他人傷害的實驗室安全事故。

因此本系統采用更簡潔的分類方式，將試題僅分為兩類：一類是實驗室通識試題，適用于所有學生，這部分試題包括消防和用電安全、通用儀器設備安全、危險化學品安全、放射防護安全等常見內容；另一類是生物通識和生物各專業試題，如保護生物學、動物學、細胞生物學、分子生物學和植物學等生物類專業試題。其測試內容超過了通常綜合安全教育考試系統所覆蓋的深度和廣度，該部分試題適用于各生物分支專業的所有學生。這一分類的好處是，學生在全面掌握實驗室通用安全知識的同時，充分了解本專業在實際工作中可能遇到的實驗室安全問題，掌握其安全知識，培養突發事件的應對處理能力。這樣在一開始就對學生提出較高標準的專業安全要求，避免由于沒有及時了解本專業的特定安全知識而造成安全事故。由于各分支專業試題數量相對有限，且與日常專業操作密切相關，從我們的實踐結果來看，學生實際上對這類試題更感興趣，并且也沒有對低年級學生造成難度上的困擾。

3.2 生物實驗教學安全教育考試系統的功能

3.2.1 生物實驗教學安全教育考試系統的一般特性

本實驗教學安全教育考試系統對登錄考試系統的學生進行身份識別，通過系統自動驗證或人工驗證后才能繼續學習和考試，保證了系統的安全運行。系統也可以作為實驗室準入要求的一個環節，讓全體學生進行必要的實驗室安全知識的學習和考試，通過考試后方能允許學生進入后續的具體實驗內容學習以及進入實驗室開展實驗。同時系統保持著良好的開放性，對于訪問學者、實習生和課題合作者等高校常見的非本單位臨時人員，可以通過人工臨時授權的方式使用該系統，滿足進入實驗室之前的安全教育和考試要求后，進入實驗室。系統選用已經成熟的在線教育考試編程，保證大量學生同時在線考試時系統依然能夠穩定運行，此外系統增強了其可維護性和可擴展性。

3.2.2 生物實驗教學室安全教育考試系統的專業特性

系統的形式變化對使用者的體驗改善固然十分重要，但最能體現其專業性的是試題庫的建設與運用。在試題庫建設方面，由于教學實驗室的主要服務對象是低年級本科生，他們在實驗室學習和操作實驗的同時，學習和掌握相應的安全知識和技能，因此我們在試題內容上力求與其開展的實驗緊密結合。這些試題使學生對安全知識本身有所了解，并能夠在實驗中進行體會，反過來加深其對安全知識的理解和安全操作能力的提高。如在使用生物安全柜或高壓滅菌鍋這些生物實驗室的特殊設備之前，提示學生對這些設備的安全注意事項給予重點關注，并將其相關內容加入學生的考試試卷中，考查其特定安全知識結構和知識點的掌握情況。對發現的學生關于安全知識的缺乏或理解偏差的共性問題，在后續課堂講解或演示中予以重點強調和說明。為此，該系統對任課教師進行了充分授權，教師可以根據學生的特點，選擇試題范圍，教師可以手動、自動或半自動組織試卷，使組卷既有嚴謹的科學性，又有充分的靈活性，更好地滿足不同學生的實際需要。

3.2.3 生物實驗教學室安全教育考試系統功能的優化設計

實驗教學安全教育考試系統仍有一些不足，是后續應該逐步加以改進和完善的。試題庫的試題格式比較單一，目前只有純文本格式。今后應逐步增加各類多媒體互動形式的試題，特別是虛擬現實技術的迅猛發展，為試題庫的改進提供了很大的可能性。出于自動判卷的需求，目前系統題目類型僅限于客觀選擇題，雖然可以滿足知識覆蓋面的要求，但對參考學生的知識系統性，以及主觀能動性的考查依然有欠缺。在短期內人工智能技術手段還不能達到處理主觀題判讀的情況下，可以借助教師課堂提問或綜合操作考查等方式予以解決。目前該試題庫有1 000 余道各類試題，已經達到了一些校級試題庫初期建設的試題數量水平[11-12]。其中有大約一半是生物安全類試題，已經大大超過了一般綜合安全教育考試系統的生物醫學類安全試題的數量和比例[7]。但仍有神經生物學、發育生物學、免疫生物學和生物化學等很多各具特色的生物分支學科未能涵蓋，今后仍需要進一步擴大生物分支專業的覆蓋面，充實試題內容，力爭做到全面覆蓋。最后一點是系統版權保護方面的措施仍然薄弱，對考生盜取試題用于其他目的等不端行為缺少有效的防范措施，這方面的改善仍有賴于全社會公眾版權意識和法律保護水平的提高。

4 多種形式相結合協同推進生物實驗教學安全教育

目前，很多高校開設了必修或選修的實驗室安全教育課程，一般是 16～32 學時，1～2 個學分。要在這么短的時間內全面講授各類安全知識顯然是不夠的，但課堂教學在集中系統性地傳授安全知識和幫助學生理解掌握這些知識仍有其獨到的優勢。比如在安全管理的歷史發展沿革、管理法規的條塊歸納、專業知識的系統構架和安全標準的橫向比較等方面，課堂教學可以有效幫助學生進行理解、整理和總結。而在線的安全教育考試系統，以及其他安全教育方式可以作為課堂教學的有力補充，這些方式具有靈活多樣、形象生動、互動性強、細節清晰等諸多功能。上述多種安全教育方式可以相互結合，使學生通過豐富多樣而生動的形式，結合課堂教學，獲得更加全面、深入而系統的安全教育，更好地掌握實驗室安全知識和技能，為在實際工作中熟練運用這些知識和技能，保證實驗室安全打下堅實的基礎。這樣的教學思路也符合教育部“金課”建設的指導精神。靈活多樣的教育方式相結合，相對于單純的課堂教學或網絡教育，拓展了課程的深度和廣度。理論講授與實踐操作相結合增加了課程的融合度，通用知識與專業要求相結合提升了學業的挑戰度，最終的結果是切實提高了課程教學質量，保證了實驗安全，使教師和學生從中受益。

5 結語

生物實驗教學安全教育考試系統克服了傳統安全教育方式內容有限、形式單一、受眾不全、時效性差、對象模糊、學生積極性不高等諸多不足，增加了安全教育的專業性和針對性，提高了生物實驗教學安全教育的效率和成效。從具有廣泛代表性的國家自然科學基金委面上項目過去5 年來的資金分配來看，生物醫學類實驗室所獲的資助約占其資助總額的40%，而高校實驗室又占其全部資助實驗室的 1/3?？梢娮龊酶咝Ｉ镝t學類實驗室生物安全教育管理工作對全國實驗室安全工作具有重要意義，這種做法如果推廣到更多的生物醫學實驗室乃至其他專業，將有助于提高我國高校實驗室安全教育的整體專業化水平。