高校基礎化學實驗教學中藥品使用的問題及對策

許杪，黃雪英

(華中師范大學 化學學院 化學國家級實驗教學示范中心(華中師范大學)，湖北 武漢 430079)

0 引言

實驗教學作為目前高等院校實踐教學活動中的重要一環，是培養學生創新思維和動手能力的主要途徑[1]，特別是對于化學這類以實驗為基礎的學科，實驗教學在教學體系中的地位更是無可取代。當前，在眾多高校理工農醫等專業的課程設計中，基礎化學實驗課程被廣泛設立[2]，因此大量種類繁雜的化學藥品的使用已經成為實驗教學過程中的必然。然而近些年高校發生了多次因化學藥品使用不當所導致的安全事故[3]，例如：2021 年南京某高校學生使用鋁鎂粉進行實驗時發生爆燃，造成實驗室爆炸，導致11 人受傷，其中2 人不幸罹難；2016 年上海某大學實驗室中，因實驗爆燃導致化學試劑高錳酸鉀等藥品嚴重灼傷2 人。慘痛的教訓引起了國家及各高校的高度重視，也給每一位基礎實驗教學的參與者敲響了警鐘。盡管基礎化學實驗教學的實驗難度及危險性均有所降低，但由于人員多、技能弱、項目多等特點，化學藥品的使用在實驗教學過程中可能帶來的問題也不可小覷。本文對基礎化學實驗教學中化學藥品使用時存在的主要問題進行了分析，并結合實踐經驗針對性地提出了應對措施，進而保證基礎化學實驗教學的順利開展。

1 基礎化學實驗教學中存在的藥品使用問題

1.1 實驗室人員成分復雜且流動性大

高校基礎化學實驗室的主要功能是承擔基礎類、大面積通識化學實驗課程的教學工作[4]，其參與者包括本科生、任課教師、實驗技術人員、課程助理、部分研究生等各種身份的學生及教職工，人員眾多且身份復雜。以華中師范大學化學國家級實驗教學示范中心(簡稱“示范中心”)為例，該示范中心同時承擔了化學學院、生命科學學院、物理學院及其他學院輔修化學課程的本科生的基礎化學實驗教學任務，每學年參與實驗教學的本科生達4 000 余人，參與授課的實驗教師近百人，課程助理十余人。同時，基礎化學實驗教學過程中高頻次的人員流動勢必會給實驗教學的安全管理帶來極大的不確定性。特別是基礎無機化學實驗和基礎分析化學實驗，其開課對象均為一年級新生，且多數同學在高中接觸化學實驗較少，因此實驗技能不成熟，且從主觀上對實驗教學過程中可能存在的安全隱患不夠重視，安全意識普遍較差。

1.2 化學藥品種類繁雜且浪費情況嚴重

示范中心每年開設基礎化學實驗課程約12 門，每門課程包含8 ～24 個實驗項目不等，總體實驗項目眾多，因此每年對化學藥品的種類需求高達幾百種。這其中包括易制毒、易制爆、劇毒的管制類化學藥品，以及腐蝕品、有機溶劑、重金屬離子溶液等非管制類的危險化學品，因此種類繁多、理化性質各異的化學藥品是基礎化學實驗教學過程中最重要的潛在安全隱患。同時，各種原因導致的藥品浪費現象也增加了不必要的藥品消耗，例如因學生操作失誤而出現的錯誤稱量、污染試劑、損毀藥品、補做實驗等情況，或者是因保存不當而造成的藥品理化性質改變等情況都會造成藥品的浪費。

1.3 傳統的藥品取用過程存在隱患

從實驗技術人員準備實驗藥品到學生取用藥品是典型的從一到多的過程，伴隨過程中參與人員的增多，帶來的管理難度和安全隱患也逐漸增大。傳統的實驗課堂組織形式是將實驗技術人員準備好的所有實驗藥品在實驗課前一次性擺放到實驗臺上，由學生自行取用。但在實際教學過程中，由于學生的安全意識、專業知識、動手能力等多方面的不足，在這種工作模式下經常出現藥品污染、損毀、超量使用等情況，給學生實驗素質的培養和實驗教學質量的提升都帶來了負面的影響，并且在這種藥品取用模式下還可能發生化學藥品流失的嚴重情況。

1.4 廢棄物處理工作量大且費用昂貴

因基礎化學實驗教學中大量的化學藥品消耗，使得所產生的化學廢棄藥品數量較大。這些廢棄物包括超額配制的溶液、稱量失敗的固體藥品、各類合成產物、大量廢酸廢堿及有機溶液等。目前針對化學廢棄物各高校均采取分類回收、統一轉運處理的方法。然而較大的廢棄物產生量不僅加重了實驗技術人員的勞動工作量，還帶來了高昂的化學廢棄物處理費用。因此積極尋找其他廢棄物處理方式，對于基礎化學實驗教學過程也具有重要意義。

2 基礎化學實驗教學中藥品使用問題的對策

2.1 完善制度，提升實驗參與者的主觀安全意識

有效提升所有實驗參與者的主觀安全意識可以極大程度避免教學中化學藥品使用所帶來的安全隱患。針對任課教師、實驗技術人員等教職工，首先要建立完備的實驗安全管理制度。示范中心對此制定了《實驗教師崗位職責》《實驗技術人員崗位職責》《實驗室安全管制制度》等規章制度，明確指出實驗教學過程中可能存在的隱患問題以及各類人員的崗位職責，并要求任課教師將安全教育工作融入到每一次的實驗教學過程中。其次，通過不斷地學習強化，提升個人素質。示范中心定期組織相關實驗教師進行安全培訓，加強經驗交流，不斷提升教職工的安全意識。針對本科生等學生參與者，除了以安全制度作為保障，更要對其進行全面且細致的安全教育。示范中心面向剛入學的一年級本科生開設了化學實驗安全課程，要求學生只有通過課程考試才被允許開展后續的基礎化學實驗課程。這種嚴格的執行方式，可以讓低年級本科生從主觀上快速提升對實驗安全的重視程度。

2.2 改進并規范藥品使用過程

2.2.1 藥品準備過程規范化

實驗技術人員在準備實驗教學所用的化學藥品時，要考慮到每個實驗教學項目的特異性，在充分了解實驗教學計劃的基礎上制定藥品的使用計劃，包括但不限于藥品的包裝規格、純度、分裝形式、配制要求、保存方式等。例如在鋇鹽中鋇含量測定實驗中，需要用到硝酸銀溶液作為檢測試劑，整體藥品用量較小。因此，在進行藥品準備時，盡可能小的包裝規格是采購藥品的首選。又因為硝酸銀物質本身易受熱或見光分解，因此配制藥品時要使用超純水于室溫下盡快配制并分裝，保存時則要注意使用棕色瓶置于通風避光處。藥品準備過程規范化，可以極大程度減少因藥品性質不穩定或保存失當等原因造成的不必要的藥品浪費現象。

2.2.2 探索藥品的全新取用模式

示范中心在傳統化學藥品取用模式基礎上，通過對實驗課程教學要求及藥品性質的綜合分析，提出了兩種全新的藥品取用模式，即一對一模式和三級管理模式。一對一模式是指針對易制爆、劇毒等管控類藥品，因其危險性大，為保證學生安全、防止藥品流失，可由實驗技術人員按每人的理論用量提前分裝，再由任課教師直接派發給學生。通過一對一的藥品取用模式，可以有效減少化學藥品的消耗量及可能帶來的危害。例如在基礎分析化學實驗教學中，通過采用一對一模式，有效地將易制爆藥品高錳酸鉀固體的實際使用量從每人約1.0 g 降低至0.8 g，接近理論用量，并且將每學期的高錳酸鉀廢液量降低約20 L。藥品的三級管理模式主要被應用在基礎無機化學實驗教學中。由于無機化學的元素實驗需要使用數量眾多的化學藥品，最多一次可達39 種，若依舊采用傳統取用模式，在實驗教學過程中勢必會給學生的使用和實驗技術人員的管理造成困難。因此示范中心實驗技術人員結合試劑特點，對性質較為穩定且用量較小的50 余種藥品實行三級管理模式。三級管理是將化學試劑提前進行分裝，并分為準備室(1 ～2 L)、實驗室公用柜(250 mL)、學生個人實驗柜(5 mL)三個層次進行存儲，同時指導學生在實驗課前獨立完成第三級藥品的儲備，進而使得實驗教學可以快速有序開展。全新的藥品取用模式為減少藥品消耗、降低實驗風險提供了新的解決辦法。

2.2.3 完備藥品的生命周期管理

對于進入實驗室的化學藥品要記錄詳盡的使用信息，包括藥品的存儲位置、使用時間、單次消耗、當前剩余等相關內容，保證藥品的每一次使用都有據可查，杜絕藥品發生因不明原因外流等情況，實現化學藥品的安全使用。目前，示范中心依靠華中師范大學試劑管理平臺，以信息化手段實現了對化學藥品，特別是危化品的采購、審批、調撥、使用、報廢等程序的高效統計，進而完成對化學藥品的全生命周期管理。

2.3 實驗項目小型化改進

實驗設計微型化是目前化學實驗教學改革中的重要發展趨勢，是指使用微型儀器設備并用盡可能少的化學試劑獲取所需的化學信息的實驗方法[5]。對于高校基礎化學實驗教學，目前雖然無法完全實現微型化設計，但在不影響實驗效果的前提下，適當地進行實驗優化，減少化學藥品特別是危化品的使用，可有效緩解化學藥品的消耗及浪費，并能減少后續的廢棄物處理量。例如將滴定分析基本操作練習項目中較高濃度的酸堿溶液以低濃度溶液替代，對學生掌握滴定分析基本操作技術及學會正確判斷指示劑終點的學習目標沒有明顯影響，但卻可以極大程度減少整個實驗教學過程中的藥品消耗。

2.4 打通實驗項目，循環利用化學藥品

針對基礎化學實驗課程產生的大量廢棄化學藥品，在傳統固液分類回收的基礎上，如果可以循環利用回收的部分化學藥品，則能極大程度降低廢棄物的處理成本。因此，在保證實驗效果的前提下，可以嘗試打通各專業的實驗項目，將某實驗中的合成產物或是廢棄藥品用作其他實驗的原料。例如，將基礎無機化學實驗合成的硫酸銅晶體用于基礎分析化學實驗銅鹽中銅含量的測定項目；將高錳酸鉀溶液的標定實驗中回收的高錳酸鉀溶液用于中學化學實驗課程不同

價態含硫物質的轉化實驗中的氧化劑等。特別是中學化學實驗課程，由于其更關注于反應現象的變化而對物質濃度要求不高，因此可以盡可能使用集中回收的化學藥品。通過打通實驗項目，將各專業的實驗內容相關聯，不但可以降低化學藥品的消耗量和廢棄物的產量，還可以有效培養學生的實驗綜合素質。

2.5 引入虛擬仿真技術等新技術

隨著互聯網技術的快速發展，手機、筆記本電腦、平板電腦等電子設備已經成為高校學生的基本配置，互聯網在線教學不再遙不可及。特別是疫情期間，線上線下相結合的教學模式被普遍使用。值得一提的是，示范中心在疫情期間將虛擬仿真技術應用到實驗教學體系中，通過與視頻教學相結合，順利完成了本科實驗項目的教學工作。這種全新科技的引入帶來了全新的實驗教學模式，有效避免了實驗教學過程中藥品使用問題帶來的弊端，同時也為今后本科基礎化學實驗項目的創新設計提供了新的發展方向。

3 結語

按學科大類招生已成為近些年各高校的主要發展趨勢，這也意味著基礎實驗教學在化學相關專業的本科教學中所承擔的任務將越來越重，因此改善實驗教學過程中存在的各方面問題具有十分重要的意義。作為基礎化學實驗教學的參與者，要積極發現化學藥品在實驗教學過程中存在的使用問題，并從實際出發，制定合理的應對措施，建立更安全的實驗環境，保證實驗教學工作的順利進行。