藥學專業實驗教學和實驗室安全培訓體系的實踐與思考?

馮琦琦 高 岐 張筱宜 楊一帆 王玉記

(首都醫科大學藥學院,北京 100069)

2019年教育部印發《關于加強高校實驗室安全工作的意見》,要求各地各校深入貫徹落實黨中央、國務院關于安全工作的系列重要指示和部署,深刻吸取事故教訓,切實增強高校實驗室安全管理能力和水平,保障校園安全穩定和師生生命安全。因此,安全成為高校教學中的重中之重,提高學生和教師的安全意識是當務之急。

1 藥學專業教學實驗室安全問題

藥學是一門實驗科學,其理論是建立在藥學實驗基礎之上的,實驗也是學生學習和掌握藥學知識的重要途徑。藥學專業的實驗教學中有很多化學實驗,其中部分實驗操作具有高危險性和不可逆性,同時所用化學藥品試劑繁多、性質復雜, 實驗中使用的試劑常具有易燃、易爆、強腐蝕性和毒性,例如合成實驗常用的乙醚具有低沸點、易燃易爆、麻醉性質;N,N-二甲基甲酰胺(DMF)是高沸點、易燃、有毒試劑;氰化物是劇毒物質等,這些實驗難以對大批量本科學生進行開放教學,從而使學生對這些未來工作需要的高危實驗缺乏充分的訓練和切身體會。同時對于研究生來說,使用具有一定危險性的化學試劑進行時實驗是不可避免的,此外進行藥物活性評價時要用到實驗動物和細胞,會面臨生物安全的挑戰,需要提前進行安全教育與風險評估才能防患于未然。

2 特色實驗室安全培訓體系

實驗室安全培訓要結合專業特色和實驗室的具體情況做針對性的培訓。為此,首都醫科大學藥學院建立了“五位一體”的實驗室安全培訓體系,包括線上實驗室安全課程、國家級虛擬仿真實驗平臺、全真模擬疏散演練、實驗室準入制度、實驗安全風險評估5個方面,提升了學生安全意識,保護了每一位師生的生命財產安全,維護了學校正常的教學秩序,提高了人才培養質量。

2.1 特色線上實驗室安全培訓課程

近年來,教育系統樹立安全發展理念,弘揚生命至上、安全第一的思想,高校實驗室安全工作取得了積極成效,安全形勢總體保持穩定。但是,高校實驗室安全事故仍然時有發生,暴露出實驗室安全管理仍存在薄弱環節,突出體現在實驗室安全責任落實不到位、管理制度執行不嚴格、宣傳教育不充分、工作保障體系不健全等方面。為了更加全面地讓研究生學習實驗室安全知識,首都醫科大學藥學院王玉記教授錄制了針對藥學專業的實驗室安全視頻課程并發布至網絡課程平臺及學堂在線、學習強國等平臺,供師生利用平時時間反復學習,這種碎片化、現代化的學習方式,受到學生的廣泛好評。此門課程也是研究生和本科生導師制的學生的必修課程。

課程共分為9個章節分別從生物性危險物及潛在性傳染性試劑、HIV職業暴露與暴露后預防、實驗室操作與作業程序、生物安全事故應急處理、化學實驗室安全的基本培訓、化學相關專業安全培訓、化學實驗室事故處理的應急措施8個方面對實驗室安全進行了詳細的培訓,并且配套網上期末測試,檢驗學習成果,強化安全意識。這些內容對加強師生安全意識,提高師生安全技能有著重要作用,對保證高校實驗室安全運行,保護師生生命財產安全,維護校園安全做出了貢獻。

實驗室安全培訓課程在“學堂在線”和“學習強國”等平臺公開對外開放,同時也完善了我們的課程體系和考核認證系統。在學堂在線的網絡課程總播放量超過83萬次,這正好說明了目前的形勢下,實驗室安全培訓在國內外教育教學和科研相關工作者中的重要性。利用國家級平臺,可以更大程度地對校外相關人員開放該課程,擴大首都醫科大學的影響力。

2.2 搭建國家級虛擬仿真實驗平臺

實驗教學對于環境和場地的要求較高,基本都需要在專業的實驗室或者專業機房中進行,受到時間和空間條件的限制較多。這也就意味著在課堂教學的時間之外學生們難以再接觸到課程內容,無法進行系統的回顧整理,達到“溫故而知新”的效果。與此同時,學生作為教學活動中的獨立個體,對于教學內容的需求和掌握程度是有著顯著差異的。每位學生都希望能夠針對自己在知識掌握上的漏洞和短處進行針對性的二次學習,這一點顯然也是統一的課堂教學無法達到的。

首都醫科大學藥學院在 2017 年申請,并獲得首批國家級虛擬仿真實驗教學項目。以首都醫科大學為專利權人,采用國際先進的Unity3D引擎為技術開發平臺,結合3D建模、計算機網絡、動畫模擬、人機交互等手段,以二維和三維結合的方式,形象、生動、有趣地展示教學實驗中涉及到的實驗前準備、實驗過程、結果檢測等內容,體驗感和交互性強,可以身臨其境地以互動方式了實驗細節,同時以三維實體模型動畫給出形象的操作演示,并且不受時間和空間的限制,能夠反復進行實驗和學習。

實驗內容選取當今社會發展對創新性和創業型藥學人才培養需求的高危、不可逆操作。低沸點、易燃易爆試劑乙醚的常壓蒸餾。例如:①長久放置的乙醚含有過氧化物,容易發生強烈爆炸,甚至引起火災;②高壓鋼瓶的標識,顏色的含義,操作的SOP和錯誤操作引起的后果和事故,緊急狀況下的應急處理等;③實驗發生火情或者事故以后,逃生的演習,消防設備的使用,特別是4種常用滅火器的操作要點等。以上均為實驗室安全培訓課程中的基本知識,通過本課程和培訓體系增加相關人員的安全意識和安全操作,切實貫徹了教育部關于安全試驗的政策和規范,完善了實驗教學體系,保障了廣大師生的教學和科研安全。課程模擬真實實驗中用到的器材和設備,提供與真實實驗相似的實驗環境。例如:學生登陸網絡平臺進入DMF的減壓蒸餾三維仿真實驗練習系統,軟件初始場景為通風廚的實驗室,實驗室環境設備 (蒸餾燒瓶、Y型管、溫度計、毛細管、冷凝管、真空接液管、收集瓶、量筒、加熱套、真空泵以及DMF樣品)齊全完整;學生控制三維虛擬人物,以第一人稱視角在場景中漫游和互動,通過鍵盤預留的控制鍵或者是軟件界面的相機切換按鈕,可在第一人稱和第三人稱視角間進行切換。 學生通過鍵盤“W”、 “A”、 “S”、 “D”鍵,控制3D虛擬人物移動。

課程分為預習、操作、考核、評價4個模塊,更加全面地考核學生對實驗室安全知識和相關技巧的掌握程度。尤其是真實實驗中難以掌控的過程性評價,虛擬仿真和手機APP的便捷操作使得自動考核系統很便捷地得到了實現。截至目前為止,已開發了氰化物的檢測虛擬仿真實驗、乙醚蒸餾純化虛擬仿真實驗等90個項目,均獲得軟件著作權。課程和項目還對國內外高校,例如對河北醫科大學等進行開放,獲得了用戶的高度好評。

疫情期間,實驗室安全課程和培訓正好發揮了網絡線上教學的優勢,學院匹配本課程相關章節和安全培訓相關考核體系,對接到中心共開設全部各實驗課程:基礎化學實驗(一)～(四)、有機化學實驗、專業實驗一,以及獲批國家一流課程的“藥物的波譜解析實驗課”等課程,并面向全體本科生、研究生新生等,涉及多軌道20多個專業,8 000余人次使用。打破時間和空間的限制,實現了實驗室對外開放。

此外安全培訓的虛擬仿真實驗教學項目除了電腦端,還開發了手機和平板端的APP,并且能配合VR進行使用,使得本課程和培訓考核體系可通過網絡智能化地學習,可實時培訓,避免人力財力的消耗,學生可自由地在任何地方時時刻刻體驗,不受時間和空間的限制;相關的安全知識和安全實驗操作考核平臺也在學堂在線等平臺上線,其強大的分析統計功能更準確地提供每位學員對于安全知識和安全操作的掌握程度,知識盲點和熟練程度。

2.3 組織全真模擬疏散演練

對于首都醫科大學藥學院本科生的實驗教學區在第二教學樓10層11層,研究生所處位置在科研南樓13層、14層,均處在高樓層,遇到險情高效、快速的疏散至關重要,所以藥學院針對性地組織全真模擬逃生演習,未雨綢繆。

在基礎實驗室安全培訓結束后,會進行首都醫科大學藥學院每年一次的全真模擬逃生演習。全真模擬逃生演習在藥學院領導班子的指導下,學院辦公室統籌協調,教師們細致分工,有的教師提前對步行梯環境進行踩點,有的教師在實驗室門口疏解,還有的教師在電梯口勸阻學生搭乘電梯、在樓層拐彎引導正確逃生路線、糾正逃生姿態等,每個環節都責任到人。

演習過程氣氛緊張,同學們都身臨其境,但卻保持著極高的秩序性。同時新入職的教師也與同學們一起參加了逃生演習。每次演習過后,學院領導都會總結演習過程中遺漏的問題,并且重點強調演習過程中的要點、重點,反復加強學生的安全意識,時刻警醒每一位新進研究生將安全放在第一位。

2.4 建立實驗室準入制度

首都醫科大學藥學院實驗室準入制度主要包括兩個方面,即:本科生準入制度和研究生準入制度。

每年首都醫科大學藥學院都會組織開展“新生實驗第一課”——安全培訓。學院將學生將來在科研和學習過程中可能遇到的各類安全問題、具體實驗項目操作規范、各種常用實驗方法、常用危險試劑性質和處理方法等進行針對性的培訓,并將相關信息予以匯總成“實驗室安全題庫”,且開發與“實驗室安全題庫”相配套的安全準入考試系統,學生可以在網絡平臺上完成考試。最后根據具體實驗項目安全防護要求,穿戴整齊,經檢查符合標準后,方可進入實驗課堂。

為加強研究生安全意識,首先由學院老師對各位新入學的研究生進行有針對性的實驗室安全基礎培訓,然后帶領新生了解危險化學試劑的危害、使用注意事項及妥善保存的位置和方法;熟悉實驗室滅火器擺放位置掌握滅火器使用方法;熟悉實驗室洗眼器、應急沖淋裝置等緊急情況處置器材的使用及所在位置。增強研究生的安全防護意識,提升應急情況處理能力,經過考核后方可進行科研實驗。

無論是本科生還是研究生,均要學習前面提到的“實驗室安全培訓”網絡課程和虛擬仿真安全實驗項目并經過考核,以及逃生演習合格后方能參加實驗室的準入培訓。所有考核合格后,才能進入實驗室進行科研實驗。

2.5 建立危險樣品管理制度和實驗安全風險評估制度

藥學專業的實驗教學中有很多化學實驗,很多實驗操作具有高危險性和不可逆性,同時所用化學藥品試劑繁多、性質復雜,實驗中使用的試劑常具有易燃、易爆、強腐蝕性和毒性,實驗室要求藥品分類存放,容器上應貼標簽,注明名稱、濃度或純度。危險藥品嚴格執行危險品管理制度。措施到位責任到人,貯放在危險品柜內,分門別類,定期檢查。對于易燃、易爆、劇毒、易制毒物品、民用爆炸物品及放射源等危險品,嚴格遵守雙人保管、雙人使用、雙人雙鎖的制度,嚴格履行領用手續有可靠的安全防范措施,精確計量和詳細記錄,防止被盜、丟失、誤領、誤用[5-10]。

在進行化學實驗之前要對實驗過程中所用到的化學試劑的性質有充分的認識,在動物實驗之前要進行動物實驗安全考核,合格并考取證書之后才能進行動物實驗。為了保證研究生實驗能夠安全的進行,首都醫科大學藥學院特制了《安全分析報告》,要求師生在做化學合成實驗和動物實驗之前都要前提前寫出實驗可能存在的危險源,并提出防護措施及突發情況處理方案,防患于未然,提前做好備案,一旦出現險情能冷靜、正確、快速處理,將風險損失降到最低。

3 結 語

線上慕課、虛擬仿真實驗、疏散演練、準入制度和危險品管理及風險評估制度組成了我們特色的“五位一體”安全培訓體系(圖1)。經過17年的實踐,我院建立的“五位一體”的安全培訓體系亦趨成熟,保證藥學院17年零安全事故。該安全培訓體系受到師生的廣泛好評。經過培訓的新生表示一系列的安全培訓給自己留下了深刻印象,提高了安全意識,為以后的工作和學習能順利進行保駕護航。畢業的研究生也表示到工作單位后,自己對未來工作安全因素的高度重視和預判的習慣,受到了用人單位領導的好評,也把我們學院的優秀經驗帶到工作中。

圖1 “五位一體”安全教育體系

高校實驗室安全教育是實驗室安全工作中的重中之重,是高等學校教學體系中的重要組成部分。首都醫科大學藥學院結合自身專業特色和因地制宜建立了獨具特色的“五位一體”實驗室安全培訓體系,讓同學們不僅學習了實驗室安全理論知識,還能通過全真模擬逃生演習和虛擬仿真營造的環境中切身體會遇到險情該正確快速的處置;不僅在課堂中學習安全知識,還能通過學習強國和學堂在線的網上學習平臺進一步深入了解實驗室安全相關知識;對于實驗室安全教育體系,我們未來仍需要大膽探索,總結經驗,加強教育方法的優化,探索更加適合藥學專業學生的培養模式。

利益沖突所有作者均不存在利益沖突

作者貢獻聲明馮琦琦、高岐、張筱宜、楊一帆論文撰寫;王玉記:總體把關、審訂論文