药学专业实验教学和实验室安全培训体系的实践与思考㌳

冯琦琦 高 岐 张筱宜 杨一帆 王玉记

(首都医科大学药学院,北京 100069)

2019年教育部印发《关于加强高校实验室安全工作的意见》,要求各地各校深入贯彻落实党中央、国务院关于安全工作的系列重要指示和部署,深刻吸取事故教训,切实增强高校实验室安全管理能力和水平,保障校园安全稳定和师生生命安全。因此,安全成为高校教学中的重中之重,提高学生和教师的安全意识是当务之急。

1 药学专业教学实验室安全问题

药学是一门实验科学,其理论是建立在药学实验基础之上的,实验也是学生学习和掌握药学知识的重要途径。药学专业的实验教学中有很多化学实验,其中部分实验操作具有高危险性和不可逆性,同时所用化学药品试剂繁多、性质复杂, 实验中使用的试剂常具有易燃、易爆、强腐蚀性和毒性,例如合成实验常用的乙醚具有低沸点、易燃易爆、麻醉性质;N,N-二甲基甲酰胺(DMF)是高沸点、易燃、有毒试剂;氰化物是剧毒物质等,这些实验难以对大批量本科学生进行开放教学,从而使学生对这些未来工作需要的高危实验缺乏充分的训练和切身体会。同时对于研究生来说,使用具有一定危险性的化学试剂进行时实验是不可避免的,此外进行药物活性评价时要用到实验动物和细胞,会面临生物安全的挑战,需要提前进行安全教育与风险评估才能防患于未然。

2 特色实验室安全培训体系

实验室安全培训要结合专业特色和实验室的具体情况做针对性的培训。为此,首都医科大学药学院建立了“五位一体”的实验室安全培训体系,包括线上实验室安全课程、国家级虚拟仿真实验平台、全真模拟疏散演练、实验室准入制度、实验安全风险评估5个方面,提升了学生安全意识,保护了每一位师生的生命财产安全,维护了学校正常的教学秩序,提高了人才培养质量。

2.1 特色线上实验室安全培训课程

近年来,教育系统树立安全发展理念,弘扬生命至上、安全第一的思想,高校实验室安全工作取得了积极成效,安全形势总体保持稳定。但是,高校实验室安全事故仍然时有发生,暴露出实验室安全管理仍存在薄弱环节,突出体现在实验室安全责任落实不到位、管理制度执行不严格、宣传教育不充分、工作保障体系不健全等方面。为了更加全面地让研究生学习实验室安全知识,首都医科大学药学院王玉记教授录制了针对药学专业的实验室安全视频课程并发布至网络课程平台及学堂在线、学习强国等平台,供师生利用平时时间反复学习,这种碎片化、现代化的学习方式,受到学生的广泛好评。此门课程也是研究生和本科生导师制的学生的必修课程。

课程共分为9个章节分别从生物性危险物及潜在性传染性试剂、HIV职业暴露与暴露后预防、实验室操作与作业程序、生物安全事故应急处理、化学实验室安全的基本培训、化学相关专业安全培训、化学实验室事故处理的应急措施8个方面对实验室安全进行了详细的培训,并且配套网上期末测试,检验学习成果,强化安全意识。这些内容对加强师生安全意识,提高师生安全技能有着重要作用,对保证高校实验室安全运行,保护师生生命财产安全,维护校园安全做出了贡献。

实验室安全培训课程在“学堂在线”和“学习强国”等平台公开对外开放,同时也完善了我们的课程体系和考核认证系统。在学堂在线的网络课程总播放量超过83万次,这正好说明了目前的形势下,实验室安全培训在国内外教育教学和科研相关工作者中的重要性。利用国家级平台,可以更大程度地对校外相关人员开放该课程,扩大首都医科大学的影响力。

2.2 搭建国家级虚拟仿真实验平台

实验教学对于环境和场地的要求较高,基本都需要在专业的实验室或者专业机房中进行,受到时间和空间条件的限制较多。这也就意味着在课堂教学的时间之外学生们难以再接触到课程内容,无法进行系统的回顾整理,达到“温故而知新”的效果。与此同时,学生作为教学活动中的独立个体,对于教学内容的需求和掌握程度是有着显著差异的。每位学生都希望能够针对自己在知识掌握上的漏洞和短处进行针对性的二次学习,这一点显然也是统一的课堂教学无法达到的。

首都医科大学药学院在 2017 年申请,并获得首批国家级虚拟仿真实验教学项目。以首都医科大学为专利权人,采用国际先进的Unity3D引擎为技术开发平台,结合3D建模、计算机网络、动画模拟、人机交互等手段,以二维和三维结合的方式,形象、生动、有趣地展示教学实验中涉及到的实验前准备、实验过程、结果检测等内容,体验感和交互性强,可以身临其境地以互动方式了实验细节,同时以三维实体模型动画给出形象的操作演示,并且不受时间和空间的限制,能够反复进行实验和学习。

实验内容选取当今社会发展对创新性和创业型药学人才培养需求的高危、不可逆操作。低沸点、易燃易爆试剂乙醚的常压蒸馏。例如:①长久放置的乙醚含有过氧化物,容易发生强烈爆炸,甚至引起火灾;②高压钢瓶的标识,颜色的含义,操作的SOP和错误操作引起的后果和事故,紧急状况下的应急处理等;③实验发生火情或者事故以后,逃生的演习,消防设备的使用,特别是4种常用灭火器的操作要点等。以上均为实验室安全培训课程中的基本知识,通过本课程和培训体系增加相关人员的安全意识和安全操作,切实贯彻了教育部关于安全试验的政策和规范,完善了实验教学体系,保障了广大师生的教学和科研安全。课程模拟真实实验中用到的器材和设备,提供与真实实验相似的实验环境。例如:学生登陆网络平台进入DMF的减压蒸馏三维仿真实验练习系统,软件初始场景为通风厨的实验室,实验室环境设备 (蒸馏烧瓶、Y型管、温度计、毛细管、冷凝管、真空接液管、收集瓶、量筒、加热套、真空泵以及DMF样品)齐全完整;学生控制三维虚拟人物,以第一人称视角在场景中漫游和互动,通过键盘预留的控制键或者是软件界面的相机切换按钮,可在第一人称和第三人称视角间进行切换。 学生通过键盘“W”、 “A”、 “S”、 “D”键,控制3D虚拟人物移动。

课程分为预习、操作、考核、评价4个模块,更加全面地考核学生对实验室安全知识和相关技巧的掌握程度。尤其是真实实验中难以掌控的过程性评价,虚拟仿真和手机APP的便捷操作使得自动考核系统很便捷地得到了实现。截至目前为止,已开发了氰化物的检测虚拟仿真实验、乙醚蒸馏纯化虚拟仿真实验等90个项目,均获得软件著作权。课程和项目还对国内外高校,例如对河北医科大学等进行开放,获得了用户的高度好评。

疫情期间,实验室安全课程和培训正好发挥了网络线上教学的优势,学院匹配本课程相关章节和安全培训相关考核体系,对接到中心共开设全部各实验课程:基础化学实验(一)～(四)、有机化学实验、专业实验一,以及获批国家一流课程的“药物的波谱解析实验课”等课程,并面向全体本科生、研究生新生等,涉及多轨道20多个专业,8 000余人次使用。打破时间和空间的限制,实现了实验室对外开放。

此外安全培训的虚拟仿真实验教学项目除了电脑端,还开发了手机和平板端的APP,并且能配合VR进行使用,使得本课程和培训考核体系可通过网络智能化地学习,可实时培训,避免人力财力的消耗,学生可自由地在任何地方时时刻刻体验,不受时间和空间的限制;相关的安全知识和安全实验操作考核平台也在学堂在线等平台上线,其强大的分析统计功能更准确地提供每位学员对于安全知识和安全操作的掌握程度,知识盲点和熟练程度。

2.3 组织全真模拟疏散演练

对于首都医科大学药学院本科生的实验教学区在第二教学楼10层11层,研究生所处位置在科研南楼13层、14层,均处在高楼层,遇到险情高效、快速的疏散至关重要,所以药学院针对性地组织全真模拟逃生演习,未雨绸缪。

在基础实验室安全培训结束后,会进行首都医科大学药学院每年一次的全真模拟逃生演习。全真模拟逃生演习在药学院领导班子的指导下,学院办公室统筹协调,教师们细致分工,有的教师提前对步行梯环境进行踩点,有的教师在实验室门口疏解,还有的教师在电梯口劝阻学生搭乘电梯、在楼层拐弯引导正确逃生路线、纠正逃生姿态等,每个环节都责任到人。

演习过程气氛紧张,同学们都身临其境,但却保持着极高的秩序性。同时新入职的教师也与同学们一起参加了逃生演习。每次演习过后,学院领导都会总结演习过程中遗漏的问题,并且重点强调演习过程中的要点、重点,反复加强学生的安全意识,时刻警醒每一位新进研究生将安全放在第一位。

2.4 建立实验室准入制度

首都医科大学药学院实验室准入制度主要包括两个方面,即:本科生准入制度和研究生准入制度。

每年首都医科大学药学院都会组织开展“新生实验第一课”——安全培训。学院将学生将来在科研和学习过程中可能遇到的各类安全问题、具体实验项目操作规范、各种常用实验方法、常用危险试剂性质和处理方法等进行针对性的培训,并将相关信息予以汇总成“实验室安全题库”,且开发与“实验室安全题库”相配套的安全准入考试系统,学生可以在网络平台上完成考试。最后根据具体实验项目安全防护要求,穿戴整齐,经检查符合标准后,方可进入实验课堂。

为加强研究生安全意识,首先由学院老师对各位新入学的研究生进行有针对性的实验室安全基础培训,然后带领新生了解危险化学试剂的危害、使用注意事项及妥善保存的位置和方法;熟悉实验室灭火器摆放位置掌握灭火器使用方法;熟悉实验室洗眼器、应急冲淋装置等紧急情况处置器材的使用及所在位置。增强研究生的安全防护意识,提升应急情况处理能力,经过考核后方可进行科研实验。

无论是本科生还是研究生,均要学习前面提到的“实验室安全培训”网络课程和虚拟仿真安全实验项目并经过考核,以及逃生演习合格后方能参加实验室的准入培训。所有考核合格后,才能进入实验室进行科研实验。

2.5 建立危险样品管理制度和实验安全风险评估制度

药学专业的实验教学中有很多化学实验,很多实验操作具有高危险性和不可逆性,同时所用化学药品试剂繁多、性质复杂,实验中使用的试剂常具有易燃、易爆、强腐蚀性和毒性,实验室要求药品分类存放,容器上应贴标签,注明名称、浓度或纯度。危险药品严格执行危险品管理制度。措施到位责任到人,贮放在危险品柜内,分门别类,定期检查。对于易燃、易爆、剧毒、易制毒物品、民用爆炸物品及放射源等危险品,严格遵守双人保管、双人使用、双人双锁的制度,严格履行领用手续有可靠的安全防范措施,精确计量和详细记录,防止被盗、丢失、误领、误用[5-10]。

在进行化学实验之前要对实验过程中所用到的化学试剂的性质有充分的认识,在动物实验之前要进行动物实验安全考核,合格并考取证书之后才能进行动物实验。为了保证研究生实验能够安全的进行,首都医科大学药学院特制了《安全分析报告》,要求师生在做化学合成实验和动物实验之前都要前提前写出实验可能存在的危险源,并提出防护措施及突发情况处理方案,防患于未然,提前做好备案,一旦出现险情能冷静、正确、快速处理,将风险损失降到最低。

3 结 语

线上慕课、虚拟仿真实验、疏散演练、准入制度和危险品管理及风险评估制度组成了我们特色的“五位一体”安全培训体系(图1)。经过17年的实践,我院建立的“五位一体”的安全培训体系亦趋成熟,保证药学院17年零安全事故。该安全培训体系受到师生的广泛好评。经过培训的新生表示一系列的安全培训给自己留下了深刻印象,提高了安全意识,为以后的工作和学习能顺利进行保驾护航。毕业的研究生也表示到工作单位后,自己对未来工作安全因素的高度重视和预判的习惯,受到了用人单位领导的好评,也把我们学院的优秀经验带到工作中。

图1 “五位一体”安全教育体系

高校实验室安全教育是实验室安全工作中的重中之重,是高等学校教学体系中的重要组成部分。首都医科大学药学院结合自身专业特色和因地制宜建立了独具特色的“五位一体”实验室安全培训体系,让同学们不仅学习了实验室安全理论知识,还能通过全真模拟逃生演习和虚拟仿真营造的环境中切身体会遇到险情该正确快速的处置;不仅在课堂中学习安全知识,还能通过学习强国和学堂在线的网上学习平台进一步深入了解实验室安全相关知识;对于实验室安全教育体系,我们未来仍需要大胆探索,总结经验,加强教育方法的优化,探索更加适合药学专业学生的培养模式。

利益冲突所有作者均不存在利益冲突

作者贡献声明冯琦琦、高岐、张筱宜、杨一帆论文撰写;王玉记:总体把关、审订论文