基礎化學實驗室安全運行管理探索與實踐

楊國鑫，杜姣姣，張向榮，白艷紅，鄭阿群

西安交通大學化學學院，化學實驗教學中心，西安 710049

高等院校化學實驗室是開展化學實驗教學、培養學生實踐能力和創新能力的重要場所。化學實驗室往往涉及腐蝕性、揮發性、有毒有害等化學試劑，同時涉及高溫、高壓等危險操作[1,2]。如何保障化學實驗室的安全運行與秩序化管理，保障實驗教學環節的順利開展，充分發揮化學實驗課程在人才培養中的作用，是化學實驗室教學管理人員的永恒課題。基礎化學實驗室主要承擔基礎類、大面積通識化學實驗課程的教學工作，開課對象以非化學專業、低年級學生為主，因此基礎化學實驗室的安全運行管理至關重要。

1 基礎化學實驗室管理現狀

西安交通大學化學實驗教學中心基礎化學實驗室主要面向我校工科大類、理科大類、醫學大類等非化學專業學生，開設大學化學實驗、基礎化學實驗、開放性實驗等基礎類、大面積化學實驗課程，年均選修課程人數超3000人。作為非化學專業及低年級學生進入大學后的第一門實踐類課程，旨在培養學生化學實驗基本操作技能及分析問題和解決問題的能力。但由于大多數學生化學專業知識相對薄弱，導致其對化學實驗室存在的安全隱患渾然不知，此外，部分學生認為化學課程與所學專業關聯不緊密，對專業學習幫助不大，從主觀意識上不重視化學課程(尤其是化學實驗課程)，造成基礎化學實驗室安全運行管理難度較大。另一方面，由于近些年頻繁出現的高校化學實驗室安全事故，也讓化學在公眾印象里成為眾矢之的。因此，亟需制定行之有效的基礎化學實驗室安全管理運行對策，細化實驗室安全管理標準，在規范保障日常教學及科研順利開展的同時持續提升高校實驗室安全運行管理能力。

2 基礎化學實驗室安全運行管理存在的問題

2.1 安全意識淡薄，實踐技能較差，缺乏應急能力

進入基礎化學實驗室進行實驗的學生往往是剛剛從中學進入大學的學生，所掌握的化學知識還停留在高中階段，缺少化學實驗安全意識，對可能產生的潛在危險缺乏預判與關注。同時，現階段高中普遍更側重化學理論教學，缺少相關化學實驗課程導致學生普遍實踐技能較差。而化學實驗課程作為一門操作性極強的實踐課程，更加注重學生的動手操作能力。另外，由于學生實踐教學環節的減少或缺失，學生實踐過程中如若遇到事故往往驚慌失措，極易因事故處理不當造成事故惡化甚至引發二次事故。

2.2 實驗室使用頻率高、人員流動性大

近些年，隨著國家、學校對通識類課程不斷重視以及大類招生與大平臺培養模式的擴大，基礎類化學實驗課程選課人數逐年增加。我校自2018年開始實行大類招生，學校培養計劃也隨之調整，目前基礎化學實驗室每學期面向全校近三分之二學生開設基礎類化學實驗課程，年均人時數超過12萬，實驗室使用頻率極高；每間實驗室每次承擔30人次學生同時開展實驗，這就造成基礎化學實驗室使用頻率高、生均面積小、人員流動性大、實驗室管理人員超負荷運行等問題，給實驗室安全運行管理帶來了極大的挑戰。

2.3 資源配置不合理、廢棄物處理隱患大

基礎化學實驗室開設實驗涵蓋基本操作實驗、常用儀器使用、化學分析實驗、無機制備實驗、性質鑒定實驗以及設計性實驗、研究拓展性實驗等內容，涉及的化學物質種類較多，因此難免會產生較多的廢液、廢氣、廢固等廢棄物[3]。近年來，隨著“綠色化學”和“環境保護”理念的不斷深化，高校逐步對已開設的化學實驗教學項目進行綠色化改革，從源頭降低化學實驗教學全過程產生的危險廢棄物。例如，實驗項目設計之初，在保證實驗現象及效果的前提下積極推廣微量化學實驗，盡可能降低化學試劑(尤其是腐蝕性、揮發性、有毒有害等管制類化學試劑)的用量；隨后進一步完善實驗方案或實驗裝置(例如：將敞口式實驗體系改進為配有尾氣吸收且密閉的實驗裝置[4])。即使如此，在基礎化學實驗室實際運行過程中，由于學生人時數較大，仍然會產生大量的廢棄物，大量的廢棄物是引發實驗室安全問題的潛在隱患，也給基礎化學實驗室的安全運行帶來了巨大的挑戰。

3 基礎化學實驗室安全運行管理對策

針對新形勢下大類招生規模不斷增加以及基礎化學實驗室本身存在的安全管理特征，提出基礎化學實驗室安全運行管理對策，主要包括：多措并舉提高師生安全意識形態，教學相長，保證安全管理教育落到實處；通過完善實驗室安全管理制度及實驗平臺硬件建設，創新“綠色”+“全周期”管理模式，實現實驗室安全管理高效運行。

3.1 教學相長，保證安全教育落到實處

實驗室安全運行與管理中最為關鍵的要素是人為因素，學生和教師是化學實驗室運行的主體，在運行過程中，借助網絡課程資源彌補課堂安全教育時間的不足，強化學生安全意識。通過搭建微信公眾平臺發布相關安全管理制度條例，建立培訓合格準入制度；在教師層面細化安全管理標準，根據不同實驗項目內容設計安全風險評估告知書，讓學生在開始實驗前對實驗過程存在的安全隱患做到心中有數，也做到應急處理措施有備無患。

3.1.1 借助網絡課程資源，完善安全知識培訓體系

基礎化學實驗室面向對象為非化學專業或者低年級本科生，學生普遍欠缺化學專業知識尤其是化學安全常識，更缺乏事故的應急處理知識。在實驗教學過程中，強化安全教育是避免實驗室安全事故的重要手段。在以往的教學實踐中，教師在實驗課程前以緒論課形式對學生進行安全培訓與零散的安全知識講解，學生難以建立較為全面的實驗室安全知識理論體系。這主要是因為學生課時限制，難以開設系統的實驗室安全教育相關專門課程。而慕課等網絡課程具有資源不受時間、空間限制，形式靈活、內容生動等特點[5]，學生可以隨時隨地進行學習，有效解決學生學時限制等問題。因此，在我校基礎化學實驗室教學運行中以中國大學MOOC平臺中國科技大學國家級一流課程“化學實驗安全知識”作為優質教學資源，對學生進行SPOC教學，學生在進入實驗室前完成“化學實驗安全知識”的課程學習，為基礎化學實驗室構建立體化安全教育課程模式。

3.1.2 搭建微信公眾平臺，建立培訓合格準入制度

搭建“西交化學實驗”微信公眾平臺(圖1)，在平臺發布實驗室安全準入管理制度、實驗室違規行為懲罰辦法、實驗室安全知識題庫等學習資源。學生通過平臺學習實驗室安全知識，通過題庫隨機組卷答題，測試合格后方可進入實驗室進行實驗項目操作[6]。另外，借助大連理工大學開發的Moolsnet安全教育小游戲(圖2)，提高學生對于實驗室安全知識學習的興趣，讓學生在指尖學習安全知識，掌上玩轉實驗室安全[7]。Moolsnet小程序主要包含個人安全防護、火災預防與自救、危化品儲存與轉移、危化品的使用安全、危化品醫療應急處理、安全用電基礎知識、高低溫操作安全、玻璃器材使用安全、氣瓶使用安全等九大模塊的化學實驗室安全知識。

圖1 “西交化學實驗”微信公眾平臺

3.1.3 細化安全管理標準，評估實驗項目安全風險

目前化學實驗相關教材中，缺乏對具體實驗項目及實驗過程中潛在危險性的說明及危險性評估，更未提及實驗項目應有的防護措施及危險應急處理方案，這就造成學生對實驗項目危險性缺乏認識或者認識不到位。因此，在基礎化學實驗室的運行中，組織教師對實驗室內開設的實驗項目進行統一梳理，對實驗項目進行分級分類管理，建立與實驗項目對應的安全風險評估告知書[8]。安全風險評估告知書(表1–2)主要包含實驗項目危險性分析、實驗室設施布局與急救物品、實驗防護措施、實驗項目危險應急處理、實驗廢棄物分類處理、化學試劑安全使用說明(MSDS)等內容。其中實驗項目危險性分析主要分析實驗者、實驗操作、實驗工具、實驗環境之間的相互關系，細化實驗內容、操作流程與面臨的風險及應對措施，并將三者逐一對應，即將實驗潛在風險、應對措施內嵌至實驗操作步驟當中。在實驗開始前，教師下發并與學生簽訂實驗項目安全風險告知書；學生通過告知書明確實驗項目的危險分級[9]，熟悉相關化學實驗室的設施及急救物品的布局，了解實驗試劑及實驗操作的潛在危險及事故的應急處理辦法。實驗項目安全風險評估告知書規范了學生的基本操作，提高了安全事故的應急處理能力，也緩解了學生對化學實驗的恐懼心理。另外，通過簽訂安全告知書這一教學行為，也消除了學生對化學實驗安全問題的僥幸心理。

表1 “化學反應速率常數與活化能的測定”實驗安全風險評估告知書

表2 化學試劑安全使用說明(MSDS)

3.2 完善制度，改進硬件，創新管理，高效運行

3.2.1 完善基礎化學實驗室硬件平臺與實驗室運行管理制度

完備的實驗室硬件是保證實驗室安全運行的必要條件和先決條件。我校基礎化學實驗室在“中央高校改善基本辦學條件”項目的支持下，不斷完善實驗室的硬件設施。每個實驗室內都配備急救箱、消防器材(包含滅火器、滅火毯、消防沙桶)，實驗室內設置危廢回收區域(廢液桶、固體廢棄物回收箱)，每個實驗臺設置1個洗眼器(圖3)，對實驗室通風系統進行升級改造，增設帶有活性炭吸附處理的全天候通風系統[10]，為實驗學生提供護目鏡、實驗服，滿足標準化化學實驗室的基本要求。另外，在基礎化學實驗室硬件平臺建設中，利用物聯網技術，實驗室內部署高清攝像頭、高靈敏度溫濕度傳感器等裝置，提供實驗室內實時監控和室內溫濕度監測數據等監測內容，輔助實驗室的安全管理。針對實驗室內軟硬件設施，建立實驗室管理人員定期檢查、維護與日常保養制度，形成實驗室日常工作管理檔案。

圖3 基礎化學實驗室內部分安全硬件設施

3.2.2 廢棄物回收實驗項目，助力實驗室安全高效運行

不同類型實驗廢棄物處理方法不盡相同。在基礎化學實驗室運行中，建立固體廢棄物和液體廢棄物分類回收制度，將固體廢棄物和液體廢棄物進行分類回收是目前化學實驗室普遍做法[11]。但實驗室內廢棄物的長期累積仍然會對環境造成危害。基礎化學實驗室開設的實驗項目相對較為固定，產生的廢棄物種類和濃度基本確定。針對基礎化學實驗室分類回收的不同廢棄物，設計開發廢棄物回收實驗，是解決廢棄物存放回收帶來的安全問題的有效手段，也是提高實驗教學質量，培養學生綜合實踐能力的有效途徑。例如在原有的“化學反應速率常數與活化能的測定”實驗中，“碘鐘反應”測定過硫酸銨與碘化鉀的反應速率常數與活化能這一實驗項目結束后會產生大量的含碘廢液，造成碘資源的浪費與環境污染，通過在實驗教學環節中設計“含碘廢液制備碘化鉀”這一實驗項目，有效地回收實驗廢液中的碘制備碘化鉀，并將其循環應用于“化學反應速率常數與活化能測定”實驗[12]。

3.2.3 化學品采購管理系統實現試劑全生命周期管理

化學實驗教學環節中會涉及大量易燃、易爆、強腐蝕性、有毒有害化學試劑，化學實驗室的安全事故中絕大多數也與化學試劑不規范使用相關，因此建立化學試劑從“購買–儲存–領用–廢液回收”的全流程管理，對于化學實驗室的安全管理與運行至關重要。

我校自2018年建立試劑采購管理系統(圖4)，實行化學試劑統一采購、入庫、領用管理制度。實驗室管理與資產管理處對試劑供應商資質進行審核，避免無資質供應商供貨，保證化學試劑來源安全。教師用戶通過“學校統一身份認證”登錄試劑采購管理系統，進入化學試劑商城選購所需化學試劑，供貨商接收訂單并配送；采購訂單完成后，所購化學試劑自動入庫；教師用戶取用試劑后，在化學品采購管理系統中完成日常領用記錄并定期對名下試劑進行盤點；教師用戶對化學試劑使用后產生的廢棄物進行記錄與回收申報，學校統一回收并委托處理。利用化學品采購管理系統對化學品尤其是危險化學品實現全流程存檔，使得化學品的申購、審批、使用、存儲可查詢、可追溯，實現試劑全生命周期管理。

圖4 試劑采購管理系統界面

4 結語

本文通過借助網絡安全資源、搭建微信公眾平臺、細化安全管理標準細則等手段多措并舉保證師生安全教育落到實處，有效地提高了學生的安全主觀意識和安全知識儲備；通過完善實驗室硬件平臺建設、實施化學試劑全周期管理、創新廢棄物回收實驗項目等管理制度手段，保障了基礎化學實驗室高校安全運行。自相關制度及對策運行以來，實驗室安全隱患大幅度降低。后期，為了適應新形勢下人才培養的要求，體現“厚基礎、寬口徑”培養理念，在大類招生背景下，基礎化學實驗課程任務將越來越重，因此基礎化學實驗安全運行及管理任務仍然任重而道遠。