基于普适性和特殊性的实验室安全教育研究

林 玮， 孙建林， 毛璟红

(北京科技大学 材料国家级实验教学示范中心， 北京 100083)

基于普适性和特殊性的实验室安全教育研究

林 玮， 孙建林， 毛璟红

(北京科技大学 材料国家级实验教学示范中心， 北京 100083)

针对无机非金属材料专业实验室的特点，分析了实验室普遍存在和学科自身特色带来的安全问题。以北京科技大学材料国家级实验教学示范中心为例，开展基于普通适用和特殊要求的实验室安全教育研究。开设实验室安全课程，开展实验室安全教育教材的建设，根据实验项目和设备分别整理汇编，应用虚拟实验实现对用户的一对一交互式教学，保障教学科研安全高效运行。

无机非金属材料； 实验室安全； 普适性； 特殊性

高校实验室作为开展实验教学和科学研究的重要场所，是培养学生动手能力、实验实践能力和创新意识的基础环境[1]。此外，保障实验室师生员工的生命财产安全是高校的首要工作，关系社会的和谐与稳定[2]。实验室安全工作作为高校安全工作的组成部分，是高校安全工作的重中之重[3]。开展安全教育是增强广大师生员工安全意识、提高安全责任心和安全防范水平、防范安全事故发生的重要保证，也是高校实验室安全管理的基础工程[4]。随着我国高等教育事业的快速发展，国家加大了对高校实验室建设的投入，大型专用仪器设备、贵重精密仪器设备等不断增多，从而使得在仪器设备使用过程中的安全隐患也有所增加。近年来，高校对实验室安全工作高度重视，在实验室管理方面建立了较为完善的实验室安全制度，但针对实验操作规范、实验设备使用方面的教育和考核重视还不够[5]，对实验室特定的仪器设备的操作损坏、仪器设备使用不当导致的实验事故和伤害还没有起到非常有效的作用[6]。因此，实验室安全教育既要掌握通用的安全知识，也要加强对于特殊仪器设备安全、正确使用的学习，从而更安全高效地为教学科研服务。

本文以我校材料国家级实验教学示范中心无机非金属材料实验室(以下简称“实验室”)为例，针对其特点和容易出现的安全隐患进行分析，并介绍了基于普通适用和特殊要求的原则进行实验室安全教育的实践经验。

1 无机非金属材料实验室安全特征

无机非金属材料是传统3大材料(金属材料、高分子材料、无机非金属材料)之一[7]，主要研究水泥、玻璃、陶瓷等材料的制备、性能测试(热学性能、力学性能、光学性能、电学性能、磁学性能等)、成形和加工等。由于科学实验往往由科研人员独立完成，并且无机非金属材料实验具有本身的特殊性，通常单个实验项目就耗费数小时，甚至数天的时间，科研实验活动具有挑战性，安全问题显得更加重要。通过分析总结，实验室的安全隐患可以概括为以下几个方面。

1.1 危险化学品和压力容器

由于无机非金属材料专业研究材料的制备、成形、加工及各种性能测试，因此实验项目多样、实验条件复杂，在实验过程中常使用种类繁多、性质各异的危险化学品。在实验过程中，学生虽然对化学品本身的特性有所了解，但对其使用不当的危害性认识不足。此外，不按规定存放危险化学试剂或药品，随意将不同危险化学品放置在一起，容易使这类化学品相互反应引发事故，产生安全隐患[8]。

压力容器也是实验室的安全隐患之一。在电化学测试、热分析测试以及比表面积测试过程中，经常使用氮气、氩气、氦气等惰性气体以及液氮，甚至某些特定实验需要在氢气、一氧化碳等危险气体中进行。在实验室使用压力气瓶过程中，有时出现混装混用、使用储存不固定、在高温高压环境下使用等比较危险的行为[9]。

1.2 实验过程中产生的废气、废水、废渣

无机非金属材料学科自身的特点决定了实验中将产生酸碱溶液、有机废液、含水废液、可燃性物质、难燃性物质、固体物质、实验垃圾和有毒废气。在实验过程中，有时出现随意处置危险废物，如对试样、使用过的塑料试管、滴管等固体废物丢弃在垃圾桶，将危险废液倒入下水道或不分类收集、混装在一起、忘记贴标签等；实验过程中产生的有毒气体不经过处理直接排放到大气中。三废的不合理处置会直接危及实验人员的安全和污染环境[10]。

1.3 特殊仪器设备

实验室承担材料的制备、合成、成形预加工、性能测试等实验内容。无机非金属材料一般需要在高温条件下完成制备，所以经常需要使用各种高温炉。它们经常在温度高于600 ℃的条件下工作，稍有不慎就会造成烫伤事故。此外，在制备与合成过程中，经常使用球磨机、破碎机、行星磨、搅拌机、压片机、切割机、抛光机等设备。这些设备在运行过程中会对实验人员造成刮伤、压伤、擦伤、碰伤等。

1.4 实验室使用频繁

随着我国高等教育的发展，许多高校的规模正在不断扩大[11]。高校实验室是开展教学、科研、人才培养和技术开发的重要基地，教师、学生和实验人员需要进入实验室工作。近年来，由于行政机制的改革，实验技术人员数量有所减少，有少数实验室甚至没有固定编制的实验技术人员或管理人员，因此研究生成为了实验室的主体。学生一般经过1～2年的研究工作后即将毕业，又有新的学生进入实验室工作。随着实验教学与科研活动的日益频繁，进入实验室开展工作的人员数量增长较快、频率较高，对实验室安全管理带来新的难度和挑战。

2 普适性实验室安全教育

针对材料类实验室本身的特点，实验室通过开设“实验室安全基础”必修课程和编写实验室安全教材2方面开展实验室安全教育。通过课程的学习，学生可以了解实验室中存在的主要安全问题、其形成原理和危害、安全防护的科学原理及基本技术，从理论和技能2方面提高学生的实验室安全意识和能力。

2.1 开设“实验室安全基础”必修课程

实验室安全教育进课堂作为加强学生安全教育的有效方式，对系统化地培养学生安全意识、掌握安全知识、训练安全技能有重要意义。实验室已经连续10多年开设实验室安全课程，2015年该课程已经被纳入我校本科教学和研究生教学培养体系。安全课程被纳入必修课程后，进一步提高了学生的重视程度。2015年材料学科全部研究生和部分本科生共有534名学生选课，实验室安全基础课成为我校历史上最大的课堂。课程主要结合材料类实验室本身的特点，从普通的防火防爆知识、水、电、气的安全使用、压力容器的正确操作、化学试剂的安全使用和管理、放射源及具有放射性的样品的安全使用和管理，废水、废气和废渣的回收和处理，以及突发事故的自救和急救技术等方面进行授课。该课程基本包括了材料类专业可能存在的安全隐患并提出相应的处理办法，弥补了学生专业知识学习的不足，熟悉了实验室安全理论知识，掌握必要的安全操作技能，加深对实验室安全重要性的理解，指导学生开展实验操作。

2.2 开展实验室安全教材建设

教材作为知识的载体，是教与学的主要依据。教材是开展实验室安全教育的重要工具。加强教材建设，对于提升高校实验室安全教育水平具有十分重要的作用。为了让学生配套上课学习，孙建林教授和实验室石琳工程师编写了《高校材料实验室安全》教材。该教材包括公共安全、危险化学品安全、压力容器安全、辐射的危害与防护、其他危害与防护、实验室安全防护、实验室废物的处理和现场急救等8章内容，既介绍了实验室普遍存在的安全问题，也涵盖了材料类实验室安全的大部分内容；不仅在于向学生介绍安全知识、培养安全技能，更重视学生正确的安全文化观念和良好安全习惯的养成；既讲安全技术，也讲安全管理法规，更注重树立广大学生的安全责任观。

3 特殊性实验室安全教育

树立“以人为本，安全发展”的理念，以打造“平安校园”为目标，大力推进全程化、全方位、多层次、多样式的实验室安全与环保教育。实验室利用现有资源，结合实际情况和专业学科特点，以学生为主体，通过提前学习仪器设备相关知识和针对特定研究项目的风险评估，掌握和理解专项实验的安全知识，严格执行操作规程，提高学生实验操作水平、优化实验室安全知识结构，增强应急救援能力，养成良好的实验习惯，维护正常的教学科研秩序。

3.1编写《仪器设备开放手册》和《实验教学汇编》

为了最大限度发挥仪器设备在教学、科研及社会服务中的作用，并且让学生在实验开始前学习正确选用仪器设备等相关知识以及对特定的实验内容进行风险评估，实验室负责编写了《仪器设备开放手册》和《实验教学汇编》，每年再根据仪器设备和开设课程的变化进行及时修改再版。《仪器设备开放手册》详细介绍了每台仪器的性能参数、功能用途、服务项目以及使用注意事项，有助于学生更好地了解和安全使用仪器设备。针对教学，《实验教学汇编》整理实验课程中的实验项目、内容以及实验过程中使用的仪器设备，并根据不同的实验目的和仪器要求，制定规范的操作规程并予以明示，特别是对于涉及安全的操作步骤或动作需要着重强调以引起重视，有助于学生在上实验课之前进行针对性的学习。

《仪器设备开放手册》和《实验教学汇编》既介绍了仪器设备使用的相关信息，又针对具体实验项目进行风险评估，使学生了解到正确使用仪器设备和合理制订实验预案是确保实验安全顺利进行的2大前提，同时也降低了仪器设备损坏和实验人员人身安全的风险。

3.2 开设虚拟实验项目

虚拟实验不受时间、空间限制，可通过网络进行，有助于培养学生主动学习，提高教学质量[11]。虚拟实验中设计了大量的语音讲解和文字描述，并依据学生可能的操作要求提供多项选择，学生依照自己工艺方案选择进行下一步实验。当学生操作或数据设定出现错误时，将立刻有图像、声音和文字提示。当设计方案有误时，将出现提示纠正学生错误。虚拟实验的使用可以达到“一对一”交互式教学的效果，可以帮助学生加深理论学习、熟悉实验过程；使用虚拟实验，可帮助学生不断重现、深刻回忆真实实验，从而减少失误操作带来的安全问题。

4 结语

针对实验室的特点和容易出现的安全隐患，结合材料国家级实验教学示范中心的建设和国家级虚拟仿真实验中心的建设和管理经验，开展普适性和特殊性的实验室安全教育，开设实验室安全课程和开展实验室安全教材建设，从理论和技能2方面提高学生的实验室安全意识和能力；编写《仪器设备开放手册》《实验教学汇编》和开设虚拟实验项目，有效地规避一些安全隐患，从而更好地保障无机非金属材料专业实验的安全运行，确保实验室教学、科研活动的顺利开展。这些经验不仅适用于无机非金属材料专业实验室的科研活动，同时对于其他相关实验室的安全管理具有一定的借鉴作用。

References)

[1] 黄凯.北京大学实验室安全教育体系建设的探索与实践[J].实验技术与管理，2013,30(8)：1-4.

[2] 李五一.高等学校实验室安全概论[M] .杭州：浙江摄影出版社，2006.

[3] 黄炳辉，李勇，卜建.安全准入制度是提高高校实验室安全的重要举措[J].实验技术与管理，2009，26(4)：151-153.

[4] 何晋浙.高校实验室安全管理与技术[M].北京：中国计量出版社,2009.

[5] 吴斌，朱娅加.开放式实验室实验考核准入制度研究与探索[J].实验室科学，2016,19(1)：222-224.

[6] 万长健.高校快速发展期实验室建设与管理的若干问题[J].实验室研究与探索，2008，27(9)：133-135.

[7] 雒峰，夏茂盛，徐少男.无机非金属材料专业实验室安全管理浅析[J].教育教学论坛，2015(50)：13-14.

[8] 孙建林，石琳.高校材料实验室安全[M].北京：北京科技大学出版社，2015.

[9] 李广艳. 高校化学实验室的安全管理探索[J].实验室研究与探索， 2014,33(3)：278-281.

[10] 国家经贸委安全生产局.作业场所化学品安全管理[M].北京：中国石化出版社，2000.

[11] 熊庆，陈华，李梦龙，等.大学化学网络虚拟实验室建设[J].实验科学与技术，2011,9(2)：166-167.

Research on laboratory safety education based on universality and particularity

Lin Wei， Sun Jianlin， Mao Jinghong

(Material National Experimental Teaching Demonstration Center， University of Science and Technology Beijing， Beijing 100083， China)

In view of the characteristics of the laboratory for the Inorganic Nonmetal Material major, the common laboratory safety problems and the safety problems caused by the discipline itself are analyzed. By taking the Material National Experimental Teaching Demonstration Center in University of Science and Technology Beijing as an example, the research on the laboratory safety education based on the general utilization and the special requirements is conducted. The laboratory safety courses are set up, the construction of the teaching materials for such education is carried out, the arrangement and compilation are completed in accordance with the experimental projects and equipment separately, and the virtual experiment is used to realize the one-to-one interactive teaching so as to ensure the safe and efficient operation of teaching and scientific research.

inorganic nonmetal material； laboratory safety； universality； particularity

G474； G642.0

A

1002-4956(2017)10-0252-03

10.16791/j.cnki.sjg.2017.10.063

2017-04-26

北京市“依托优势学科培养拔尖创新人才的研究与实践”项目(GJ201204)；北京市“发挥国家级实验教学示范中心作用，完善材料虚拟实验建设、推广与应用实践研究”项目(GJ201403)

林玮(1987—)，男，安徽定远，硕士，工程师，主要从事热分析及无机非金属材料专业的实验教学.

E-mail：linwei@ustb.edu.cn