高校三级实验室安全保障体系的建立

汤志宏，安行健，王祥红，李立德，于乐军，董树刚

（中国海洋大学 海洋生命科学国家级实验教学示范中心，山东 青岛 266003）

中国社会已经进入了创新发展的新时代，在这特色鲜明的历史时代中，创新人才的培养是促进时代变革的重要基础之一。作为“985 工程”和“双一流”重点建设高校，尤其是承担实验教学任务的实验教学中心，责无旁贷地成为创新型人才培养的重要基地。为了充分发挥实验室在创新型人才培养中的最大效率，实验室开放和仪器共享是普遍被采用的措施[1-3]。然而，不容忽视的是，随着实验室的开放，仪器设备共享及各类创新性实验的开设等工作的推进，必然导致实验室人员流动性大、仪器设备高负荷运行等现象。其直接后果是仪器设备维护保养滞后、安全配套及培训不能及时到位，从而导致实验室管理安全隐患的存在。

目前，实验室安全问题已经引起人们的高度关注。事实上，实验室安全问题应该，也必将永远是每一个从事实验工作的人员时时刻刻放在首位考量的问题。为了确保实验室安全，人们已经从政策管理、制度建设及技术保障等多方面展开了研究和探索[4-6]，相关部门及管理单位也都采取了有效措施。虽然这些相关政策、制度及技术都是保障实验室安全的重要武器，然而我们应该清楚地认识到，所有这些还仅仅是理论上的指导、技术上的支持和政策上的保障；而对于不同领域、不同学科、不同层次的实验室必须针对实际情况建立切实可行的安全管理体制和措施，这样才能有效实现实验室安全运行。为此，海洋生命科学国家级实验教学示范中心（以下简称“中心”）结合学校实验室管理相关政策，从中心的实际情况出发，以确保实验室安全高效运行为目标，建立了一套基于“互联网+”的三级实验室安全保障体系。从实验室安全系统理论培训、实验室虚拟仿真安全演练到实验仪器设备使用前实时操作在线微视频教学等三个层面上完成实验操作人员的安全培训。通过系统培训，能够极大提高操作者的安全意识，有效降低实验室事故发生率和仪器设备的故障率，有利于实验室的安全高效运行。

1 实验室安全课程建设

1.1 实验室安全课程内容设置

实验室安全课程是面向多专业、多学科学生而进行的一种广普性安全知识培训，其目的是使受培训者能够掌握普遍性的实验室公共安全知识，增强实验室安全意识，了解易于发生安全事故的操作环节，系统地掌握一般性安全事故的应急处理措施等。所以，在课程内容设置上，以通识性安全知识为主，设置了消防安全、水电安全、化学品安全、生物安全、辐射安全、设备安全、实验废弃物处理等几个方面的内容。

1.2 实验室安全课程教学

众所周知，实验安全十分重要，人们常说，安全问题大于天。然而，在面对实验室安全课程时，听到1、2、3、4 的安全注意事项时，往往又使人感到枯燥乏味或危言耸听。受培训者的厌烦或不以为然不是我们放弃培训的理由，而正是我们使安全事故防患于未然的切入点。所以，在课程的讲授上采用灵活多变的教学方式，以图表、图像、视频、虚拟仿真动画等手段，通过案例分析的方法组织教学；采用源于最简单、最常见失误造成最惨痛安全事故的案例教学，加强对培训者的心理震撼，并收到良好的教学效果。另外，根据实验室多发事故的成因，有重点地进行具体讲解。如对部分实验室安全事故的统计分析表明，爆炸事故占44%，火灾事故占42%，主要是由固体、液体和气体易燃物引发[7]。所以，在课程讲授过程中，须将爆炸和火灾作为重点，不但要充分说明其成因、预防和危害，更重要的是让受培训者具有事故初期的准确判断能力和掌握正确的处置方法。

1.3 实验室安全课程在线学习和考核

实验室安全课程内容多、涵盖面广，而教学学时数有限。为了能够让学生更全面、广泛地了解和掌握实验室安全知识，需要采用特殊的方法和手段。充分利用互联网和现代通信技术，实现现代高等教育的少学时、大信息量教学是目前高教改革的重要方向，并已经取得了可喜的成果[8-10]。根据本课程的教学特点，利用学校现有的网络资源，开设了实验室安全在线学习和考试系统。将需要学生学习，但由于学时限制不能在课上介绍的内容放在相关网站上，由学生自主学习。在线学习系统始终对全校学生开放，学生可利用课余时间，化整为零随时利用手中的多种电子设备进入校园网相应管理系统进行自学。课上授课结束后，实验室安全考试系统在规定时间内对选课学生开放，在所规定的时间内学生必须完成预定的自主学习时间和内容方可进入考试程序。学生须在规定时间段内，进入相应院系及实验室设置的考试项目完成课程考试，答题完成并提交后，系统自动弹出本次考试成绩。考试通过后，系统会自动生成实验室安全培训考试合格证书，获得该证书便具备了实验室准入资格。

2 实验安全与防护虚拟仿真实验

2.1 基于“互联网+”的实验安全与防护虚拟仿真实验系统

虚拟仿真技术是将仿真技术与虚拟现实技术相结合的产物，具有集成化、虚拟化与网络化的特征，能够用一个虚拟的系统来展现一个真实的系统。该技术在实验教学上得到了广泛的应用[11-13]。近年来，随着教育部和各高校对高教改革投入力度的加大，已经形成了一批具有良好应用前景的成果[14-15]，其中，有一些成果已经通过网络开放。中心借助互联网络，依托国家虚拟仿真实验教学项目共享平台（www.ilabx.com）的资源，采用“互联网+”模式，建立了实验安全与防护虚拟仿真实验系统。经与中国科学技术大学《生物安全与防护虚拟仿真综合实验系统》软件注册人协商，可以将需要安全培训的人员名单、学号等信息导入软件系统。然后受培训者可在规定的时间访问虚拟仿真实验系统，完成实验室安全知识的虚拟现实培训和测试。

2.2 虚拟仿真实验系统的使用

学生进行实验安全理论课程学习后，在进入实验室之前，须登录实验室安全虚拟仿真系统，完成相应实验室安全知识的学习与测试，其学习和测试过程如图1 所示。

首先，实名登录实验安全与防护虚拟仿真系统，然后选择相应的实验项目进入实验室。进入实验室后，会出现任务选择画面。接下来，按照软件界面所列出的任务，逐项选择并在虚拟场景中完成任务选项。最后，教师可以通过后台统计学生的学习和测试情况。学生完成所有项目的操作并合格后，获得进入实验室的入门资格。

图1 虚拟仿真实验系统的学习与测试过程

3 重点仪器设备使用规程在线教学

3.1 在线教学的必要性

统计分析表明，在所有发生于实验室的火灾、爆炸、意外伤害等事故中，由于实验仪器设备操作不当等引起的事故约占20%[7]。由此可见，仪器设备的规范使用对实验室安全起到了重要的保障作用。事实上，在实验室安全课程中对一些通用仪器及设备的使用规程及安全注意事项都有比较详细的介绍，甚至在学生进入实验室前也有过专门的培训，然而在实验室的实际运行过程中，还是能够时常发现学生的仪器设备操作不规范或错误操作等现象。

在实际工作中应该认识到这样几个事实：第一，实验室安全课程虽然介绍了一些仪器设备的使用规程和注意事项，但由于课程所涉及的仪器设备数量较多、种类繁杂，学生不可能做到系统掌握；第二，随着实验室开放程度的提高，进入实验室的学生人数增多，人员的流动性和不确定性增加，而实验室工作人员有限，很难实现对学生逐一指导；第三，每名学生并不是学习完实验室安全课程后马上进入实验室工作，即使课上对相关仪器设备掌握得很好，经过一段时间后也会遗忘。所以，如何科学地管理仪器设备，使每一名实验操作者能够得到准确及时的指导是保证仪器设备安全使用的有效措施。为此，中心建立了一种基于“互联网+”的实时在线教学系统，实现了针对重点仪器设备实验操作者的使用前实时培训。

3.2 在线教学系统设置

在线教学系统的设置主要遵循以下原则：

（1）实时性。教学系统能够方便使用者在设备使用之前和设备使用过程中实时地进行学习。

（2）全面性。每个设备的实时教学系统将包括设备使用方法、注意事项、维护保养三个选项，全面介绍设备的相关内容。

（3）高效性。在线教学系统一般是操作者在使用仪器之前，用较短的时间来完成仪器使用方法及注意事项的学习，所以要争取在几分钟的时间内解决问题。

基于以上思路，在该教学系统采用“互联网+微视频”的基本方法实现。针对每台重点仪器或设备，分别录制使用方法、注意事项、维护保养的微视频。每段视频力求精简，设置为1～2 min。通过对实际仪器设备使用过程的演示和讲解，简练地完成三项内容的介绍。将微视频放置于中心服务器上，根据微视频文件放置的地址信息生成并印制每个仪器视频的网络识别二维码，将此二维码粘贴于相应仪器的醒目位置上，即完成了该系统的建设。使用者可以利用微信扫码的方式实时进行学习。图2 为中心的高速冷冻离心机和摇床的操作视频截图及其二维码。

图2 设备操作视频截图及其二维码

只要用微信扫描仪器设备的二维码即可现场学习该设备的使用方法，也可以将此二维码拍照，然后采用微信识别，在任何地点、任何时间均可进行学习。

4 结语

实验室安全问题应该是从管理者到操作者都要首先思考和自觉防范的事情，良好的习惯应该从学生时代养成。中心依托国家虚拟仿真实验教学项目共享平台的资源，建立了基于“互联网+”的三级实验室安全保障体系。该体系从系统化、趣味化和实用化角度实现了对学生安全知识的有效教育，有利于建立起学生的安全意识。三级安全保证体系有效保障了实验室高效安全运转，与此同时，还能降低仪器设备的故障率。