高校三級實驗室安全保障體系的建立

湯志宏，安行健，王祥紅，李立德，于樂軍，董樹剛

（中國海洋大學 海洋生命科學國家級實驗教學示范中心，山東 青島 266003）

中國社會已經進入了創新發展的新時代，在這特色鮮明的歷史時代中，創新人才的培養是促進時代變革的重要基礎之一。作為“985 工程”和“雙一流”重點建設高校，尤其是承擔實驗教學任務的實驗教學中心，責無旁貸地成為創新型人才培養的重要基地。為了充分發揮實驗室在創新型人才培養中的最大效率，實驗室開放和儀器共享是普遍被采用的措施[1-3]。然而，不容忽視的是，隨著實驗室的開放，儀器設備共享及各類創新性實驗的開設等工作的推進，必然導致實驗室人員流動性大、儀器設備高負荷運行等現象。其直接后果是儀器設備維護保養滯后、安全配套及培訓不能及時到位，從而導致實驗室管理安全隱患的存在。

目前，實驗室安全問題已經引起人們的高度關注。事實上，實驗室安全問題應該，也必將永遠是每一個從事實驗工作的人員時時刻刻放在首位考量的問題。為了確保實驗室安全，人們已經從政策管理、制度建設及技術保障等多方面展開了研究和探索[4-6]，相關部門及管理單位也都采取了有效措施。雖然這些相關政策、制度及技術都是保障實驗室安全的重要武器，然而我們應該清楚地認識到，所有這些還僅僅是理論上的指導、技術上的支持和政策上的保障；而對于不同領域、不同學科、不同層次的實驗室必須針對實際情況建立切實可行的安全管理體制和措施，這樣才能有效實現實驗室安全運行。為此，海洋生命科學國家級實驗教學示范中心（以下簡稱“中心”）結合學校實驗室管理相關政策，從中心的實際情況出發，以確保實驗室安全高效運行為目標，建立了一套基于“互聯網+”的三級實驗室安全保障體系。從實驗室安全系統理論培訓、實驗室虛擬仿真安全演練到實驗儀器設備使用前實時操作在線微視頻教學等三個層面上完成實驗操作人員的安全培訓。通過系統培訓，能夠極大提高操作者的安全意識，有效降低實驗室事故發生率和儀器設備的故障率，有利于實驗室的安全高效運行。

1 實驗室安全課程建設

1.1 實驗室安全課程內容設置

實驗室安全課程是面向多專業、多學科學生而進行的一種廣普性安全知識培訓，其目的是使受培訓者能夠掌握普遍性的實驗室公共安全知識，增強實驗室安全意識，了解易于發生安全事故的操作環節，系統地掌握一般性安全事故的應急處理措施等。所以，在課程內容設置上，以通識性安全知識為主，設置了消防安全、水電安全、化學品安全、生物安全、輻射安全、設備安全、實驗廢棄物處理等幾個方面的內容。

1.2 實驗室安全課程教學

眾所周知，實驗安全十分重要，人們常說，安全問題大于天。然而，在面對實驗室安全課程時，聽到1、2、3、4 的安全注意事項時，往往又使人感到枯燥乏味或危言聳聽。受培訓者的厭煩或不以為然不是我們放棄培訓的理由，而正是我們使安全事故防患于未然的切入點。所以，在課程的講授上采用靈活多變的教學方式，以圖表、圖像、視頻、虛擬仿真動畫等手段，通過案例分析的方法組織教學；采用源于最簡單、最常見失誤造成最慘痛安全事故的案例教學，加強對培訓者的心理震撼，并收到良好的教學效果。另外，根據實驗室多發事故的成因，有重點地進行具體講解。如對部分實驗室安全事故的統計分析表明，爆炸事故占44%，火災事故占42%，主要是由固體、液體和氣體易燃物引發[7]。所以，在課程講授過程中，須將爆炸和火災作為重點，不但要充分說明其成因、預防和危害，更重要的是讓受培訓者具有事故初期的準確判斷能力和掌握正確的處置方法。

1.3 實驗室安全課程在線學習和考核

實驗室安全課程內容多、涵蓋面廣，而教學學時數有限。為了能夠讓學生更全面、廣泛地了解和掌握實驗室安全知識，需要采用特殊的方法和手段。充分利用互聯網和現代通信技術，實現現代高等教育的少學時、大信息量教學是目前高教改革的重要方向，并已經取得了可喜的成果[8-10]。根據本課程的教學特點，利用學校現有的網絡資源，開設了實驗室安全在線學習和考試系統。將需要學生學習，但由于學時限制不能在課上介紹的內容放在相關網站上，由學生自主學習。在線學習系統始終對全校學生開放，學生可利用課余時間，化整為零隨時利用手中的多種電子設備進入校園網相應管理系統進行自學。課上授課結束后，實驗室安全考試系統在規定時間內對選課學生開放，在所規定的時間內學生必須完成預定的自主學習時間和內容方可進入考試程序。學生須在規定時間段內，進入相應院系及實驗室設置的考試項目完成課程考試，答題完成并提交后，系統自動彈出本次考試成績。考試通過后，系統會自動生成實驗室安全培訓考試合格證書，獲得該證書便具備了實驗室準入資格。

2 實驗安全與防護虛擬仿真實驗

2.1 基于“互聯網+”的實驗安全與防護虛擬仿真實驗系統

虛擬仿真技術是將仿真技術與虛擬現實技術相結合的產物，具有集成化、虛擬化與網絡化的特征，能夠用一個虛擬的系統來展現一個真實的系統。該技術在實驗教學上得到了廣泛的應用[11-13]。近年來，隨著教育部和各高校對高教改革投入力度的加大，已經形成了一批具有良好應用前景的成果[14-15]，其中，有一些成果已經通過網絡開放。中心借助互聯網絡，依托國家虛擬仿真實驗教學項目共享平臺（www.ilabx.com）的資源，采用“互聯網+”模式，建立了實驗安全與防護虛擬仿真實驗系統。經與中國科學技術大學《生物安全與防護虛擬仿真綜合實驗系統》軟件注冊人協商，可以將需要安全培訓的人員名單、學號等信息導入軟件系統。然后受培訓者可在規定的時間訪問虛擬仿真實驗系統，完成實驗室安全知識的虛擬現實培訓和測試。

2.2 虛擬仿真實驗系統的使用

學生進行實驗安全理論課程學習后，在進入實驗室之前，須登錄實驗室安全虛擬仿真系統，完成相應實驗室安全知識的學習與測試，其學習和測試過程如圖1 所示。

首先，實名登錄實驗安全與防護虛擬仿真系統，然后選擇相應的實驗項目進入實驗室。進入實驗室后，會出現任務選擇畫面。接下來，按照軟件界面所列出的任務，逐項選擇并在虛擬場景中完成任務選項。最后，教師可以通過后臺統計學生的學習和測試情況。學生完成所有項目的操作并合格后，獲得進入實驗室的入門資格。

圖1 虛擬仿真實驗系統的學習與測試過程

3 重點儀器設備使用規程在線教學

3.1 在線教學的必要性

統計分析表明，在所有發生于實驗室的火災、爆炸、意外傷害等事故中，由于實驗儀器設備操作不當等引起的事故約占20%[7]。由此可見，儀器設備的規范使用對實驗室安全起到了重要的保障作用。事實上，在實驗室安全課程中對一些通用儀器及設備的使用規程及安全注意事項都有比較詳細的介紹，甚至在學生進入實驗室前也有過專門的培訓，然而在實驗室的實際運行過程中，還是能夠時常發現學生的儀器設備操作不規范或錯誤操作等現象。

在實際工作中應該認識到這樣幾個事實：第一，實驗室安全課程雖然介紹了一些儀器設備的使用規程和注意事項，但由于課程所涉及的儀器設備數量較多、種類繁雜，學生不可能做到系統掌握；第二，隨著實驗室開放程度的提高，進入實驗室的學生人數增多，人員的流動性和不確定性增加，而實驗室工作人員有限，很難實現對學生逐一指導；第三，每名學生并不是學習完實驗室安全課程后馬上進入實驗室工作，即使課上對相關儀器設備掌握得很好，經過一段時間后也會遺忘。所以，如何科學地管理儀器設備，使每一名實驗操作者能夠得到準確及時的指導是保證儀器設備安全使用的有效措施。為此，中心建立了一種基于“互聯網+”的實時在線教學系統，實現了針對重點儀器設備實驗操作者的使用前實時培訓。

3.2 在線教學系統設置

在線教學系統的設置主要遵循以下原則：

（1）實時性。教學系統能夠方便使用者在設備使用之前和設備使用過程中實時地進行學習。

（2）全面性。每個設備的實時教學系統將包括設備使用方法、注意事項、維護保養三個選項，全面介紹設備的相關內容。

（3）高效性。在線教學系統一般是操作者在使用儀器之前，用較短的時間來完成儀器使用方法及注意事項的學習，所以要爭取在幾分鐘的時間內解決問題。

基于以上思路，在該教學系統采用“互聯網+微視頻”的基本方法實現。針對每臺重點儀器或設備，分別錄制使用方法、注意事項、維護保養的微視頻。每段視頻力求精簡，設置為1～2 min。通過對實際儀器設備使用過程的演示和講解，簡練地完成三項內容的介紹。將微視頻放置于中心服務器上，根據微視頻文件放置的地址信息生成并印制每個儀器視頻的網絡識別二維碼，將此二維碼粘貼于相應儀器的醒目位置上，即完成了該系統的建設。使用者可以利用微信掃碼的方式實時進行學習。圖2 為中心的高速冷凍離心機和搖床的操作視頻截圖及其二維碼。

圖2 設備操作視頻截圖及其二維碼

只要用微信掃描儀器設備的二維碼即可現場學習該設備的使用方法，也可以將此二維碼拍照，然后采用微信識別，在任何地點、任何時間均可進行學習。

4 結語

實驗室安全問題應該是從管理者到操作者都要首先思考和自覺防范的事情，良好的習慣應該從學生時代養成。中心依托國家虛擬仿真實驗教學項目共享平臺的資源，建立了基于“互聯網+”的三級實驗室安全保障體系。該體系從系統化、趣味化和實用化角度實現了對學生安全知識的有效教育，有利于建立起學生的安全意識。三級安全保證體系有效保障了實驗室高效安全運轉，與此同時，還能降低儀器設備的故障率。