大学化学实验安全教育探索与实践*

庞海丽，周利君，王建坤，张思锐，朱黎霞

(西安电子科技大学先进材料与纳米科技学院，陕西 西安 710126)

化学类实验因涉及到气、易燃易爆试剂、有毒有害药品等危险源，近年来火灾、爆炸、中毒等事故时有发生[1-3]。如2017年3月复旦大学化学实验室发生轻微爆炸，一学生手部受伤。2018年11月南京中医药大学一实验室发生爆燃，多名师生受伤。2021年10月南京航空航天大学一材料实验室发生爆燃，造成2人死亡9人受伤。2022年4月中南大学一材料实验室发生爆燃，一名博士生受伤。以上事实都说明高校化学类实验室安全工作面临的形式越来越紧张，这就迫切需求切实有效提高在校大学生的实验安全意识。本科生是高校最主要的受教育人群，处于从技术理论学习向科研和生产过渡的初级阶段，是对化学实验室安全相关知识和技能进行储备的关键时期，因此通过安全教育培养本科生的安全意识具有极其深远的意义。大学化学实验课是我校应用化学、材料科学与技术、纳米材料与技术等专业学生所学的第一门基础实验课，是以实验为手段，研究和分析无机化学中的重要理论及其化合物的变化，以及相关仪器、装置、基本操作和有关原理的一门课程。通过本课程的学习，要求学生正确掌握化学实验的基本操作方法和技能技巧；培养学生观察和记录现象、归纳和正确处理数据、分析和讨论实验结果的能力及严谨求实的科学态度；同时着重培养学生的实验安全意识，为今后的专业实验和科研打好基础。笔者基于目前高校化学实验室普遍存在的安全问题，结合本校实际情况，从建立实验室准入制、实验前安全信息预习检查、实验过程中安全操作考核及实验结束后安全评估四个方面提出了对应的改革措施，同时对近年来的实践情况进行了总结。

1 高校化学实验室存在的安全问题

近年来，虽然高校对实验室安全工作越来越重视，但各单位对实验室安全的关注度并未因科研需求而呈现同等比例的提高[4-5]。因此，高校化学实验室的安全工作存在重视不够、教师和学生安全意识薄弱、实验室管理措施不力和安全教育流于形式等问题[6]。主要表现在实验教学过程中，教师过分关注实验操作、现象分析及解决问题的能力，忽略了对学生实验安全意识的培养；现有的实验室安全管理制度可操作性不强，缺乏安全准入机制和安全激励惩罚机制；每年在校园开展的与实验室安全教育相关的活动极少。据统计，我国高校和科研院所化学实验室发生事故的频率是企业的10～50倍[7-8]，究其原因，与企业对于实验安全的严格要求和奖惩制度对比，实验室安全教育一直是高校本科生教育的一个重点和难点[9-12]。那么，大学化学实验作为学生第一门基础实验课，如何建立一套完整的安全教育体系以全面培养其实验安全意识是一个艰巨且刻不容缓的任务。

2 大学化学实验安全教育措施

我校大学化学实验成绩考核方式为：实验总成绩=安全知识考试成绩(10%)+ 预习报告成绩(10%)+ 实验操作成绩(40%)+ 实验报告成绩(40%)。其中有30%与实验安全相关，如10%来自于安全知识考核，3%来自于实验前安全信息预习，12%来自于实验过程中的安全操作考核，剩余5%来自于实验结束后安全评估，将安全教育贯穿实验始终。具体的安全教育体系构架如图1所示。

图1 大学化学实验安全教育体系构架Fig.1 Safety education system framework of college chemistry experiments

2.1 建立实验室准入制度

图2 安全教育平台界面Fig.2 Safety education platform interface

实验室准入机制是化学实验室安全管理的基本保障制度，只有全程参加安全培训、平台学习并通过考核的学生才能获得实验资格。我校大学化学实验课程安排了3～4学时的安全培训，包括线下培训、线上自主学习和模拟考核。线下培训包括理论培训和实践培训，理论培训主要涉及实验室安全的重要性、实验室安全制度、化学试剂的正确取用方法、个人防护、废弃物处理和常见应急处理措施等；实践培训主要涉及水、电、气、消防设施、安全标识、安全通道、洗眼器、医药箱、通风橱、高低温设备、气瓶等实验室安全要素介绍。线上自主学习和模拟考试主要在西安电子科技大学应用化学实验教学中心安全教育平台完成(见图2)。学生通过学号登录系统，平台含五个资源模块：基础知识、设备介绍、设备操作、安全演练和网络考试，登陆后学生便可开始自主学习，后台可以记录学生的学习时长。学习结束后可以进行网络考试，考试时间为30 min，共100道题目，通过考核(90分以上)后系统实时颁发“化学实验安全结业证书”，学生持证书进入实验室进行线下实操。

2.2 实验前安全信息预习检查

我校实行所有修化学实验的学生必须写预习报告，严格要求学生做好实验课前预习环节。大学化学实验预习报告中不仅涉及实验背景、实验原理、实验内容和实验步骤，还要求学生查阅该实验涉及所有化学药品的安全信息，评估实验过程中可发生的一些安全事故，同时要求把实验过程中的安全注意事项融入到预习报告之中。如在“粗硫酸铜的提纯和检测”实验中，学生通过预习基本掌握了氨水的正确使用方法和采用电炉进行重结晶的安全操作方法，可有效避免高浓度氨水刺激呼吸道和硫酸铜溶液沸腾溅出伤人等安全事故发生。教师在实验开始之前会检查每位学生的预习报告，并对实验过程中所涉及双氧水、氢氧化钠、硫酸和氨水各自的用途和滴加方法进行点名提问，同时对电炉加热重结晶的安全操作方法进行对比提问(与“硫酸亚铁铵的制备”实验所涉及的水浴法进行比较)，以便巩固实验安全知识和加深学生的印象。对于回答有误的学生，需要重新预习并且回答正确后方可开始实验。

2.3 实验过程中安全操作考核

大学化学实验过程考核主要包括实验态度、小组合作、实验操作安全、操作时间和处理突发事件的能力，其中操作安全占比30%。要求学生在每一步实操前先考虑如何规范取用化学试剂和使用仪器，指导教师和实验室安全员会在实验室进行安全巡检，对在巡检过程中发现安全问题的学生实行“一票否决制”：一旦发生安全事故，立刻停止实验，该学生本次实验成绩为零；如发现存在安全隐患，要求重新开始实验，该学生本次实验操作成绩为零。鼓励学生之间进行安全监督，对及时提出安全问题的学生进行实验成绩加分奖励。如在“高锰酸钾法测定蛋壳中的氧化钙含量”实验中，需要用到高浓度盐酸、氨水等挥发性试剂，要求学生佩戴眼罩、口罩和手套，并且在通风橱中进行操作，一旦发现学生滴加试剂未在通风橱中操作，或者在滴加过程中未佩戴手套、眼罩和口罩，本次实验的操作成绩为零分。在“粗硫酸铜的提纯和检测”实验中，采用电炉加热浓缩重结晶时需要使用泥三角进行隔空加热，一旦发现学生将蒸发皿放在电炉上直接加热，本次实验操作成绩为零；若发生硫酸铜溶液沸腾外溅伤人，立刻停止实验，本次实验成绩为零。

2.4 实验结束后安全评估

很多学生普遍都认为实验安全是实验前和实验过程中需要考虑的，实验结束后安全就与我无关。但实验结束后，试剂的归位情况、仪器的关闭状态、台面卫生和废弃物的处理都是需要考虑的安全事项，实验课通常都是分批进行的，一旦处理不好会严重影响下一批实验安全，因此课后实验安全评估很重要。大学化学实验要求实验结束后同一批学生间开展批评和自我批评活动对本次实验进行安全评估，同时后一批学生对上一批结束后的情况进行安全评估。通常评估结果会第一时间反馈给各组学生，要求学生在实验报告中对本次实验进行书面安全分析，尤其是对安全评估出现问题的小组，如果实验报告中没有针对安全问题进行分析，实验报告成绩则为不及格。大学化学实验过程中每个实验台都放置了废液杯，每个实验都会有固体废弃物回收瓶，实验结束后要求台面上所有的试剂必须放置在实验架上，玻璃容器必须清洗干净，仪器必须处于关闭状态并拔下插销，制备出的产品全部回收。如在“硫酸亚铁铵的制备”实验中，制备出的浅绿色晶体称重拍照后必须回收到台秤旁的棕色回收瓶中，未反应的废铁屑必须回收到台秤旁边的广口瓶中，台面废液杯中的废液必须转移到实验室废液暂存区的废液桶里，实验结束后水浴锅中的水冷却后必须排空且拔下插销，实验台面必须清理干净，学生离开实验室前必须让指导教师或安全员检查完台面后方可签退离开。教师一旦发现学生实验结束后未整理实验台面或被下一轮学生发现存在处理不完善情况，教师会现场拍照及时反馈给该组学生，要求改组学生必须在实验报告中对以上问题进行安全分析。

3 效果分析

大学化学实验安全教育模式已在我校实践四年，期间进行了不断的改进，目前正在有条不紊的进行中。实验中心的教师普遍反映经过该门实验课培训，2017级以后的本科生实验室安全意识、对实验安全知识的掌握及实验规范操作等较前几届本科生有了明显提高。很多学生也表示通过大学化学实验课学习，深刻理解了化学实验“安全第一，以人为本”的教育原则，提高了自己对实验安全重要性的认识，增强了对实验安全隐患的防范意识，纠正了自己高中做实验的不良习惯，切实为后续专业实验和科技训练奠定了良好的基础和安全保障。同时，实验中心开设了一门有关高校实验室安全的课程，将这种安全教育模式推广到各专业的本科生，网络安全教育平台也对全校师生开放，最大程度地发挥其辐射作用，使更多学生从中受益。

4 反思与改进

通过以上安全教育模式，大学化学实验已将“安全第一”的实验理念植入到学生心中，有效提高了学生的实验安全意识。通过线上线下相结合的混合教育模式，为学生提供了新颖、高效、安全的学习平台，促进了学生个性化和自主学习能力的培养，提升了教师的教学质量，同时又降低了教学成本。经过四年的探索及实践，发现还需要从以下几个方面进行改进：(1)理论培训应多介绍近年来的实验室事故实例，给学生分析事故原因和应对措施；(2)实践培训应增加教学学时，将消防演练、化学品泄漏、设备故障等融入到教学环节；(3)增强整个实验中心安全文化氛围，定期举行实验安全知识和操作技能比赛，将竞赛成绩与奖学金评比和升学挂钩，以提高本科生参与积极性。

5 结 语

高校化学实验室安全教育是一个长期的过程，也是一个非常重要的过程。学校和教师必须注重构建一套完整、全面而丰富的安全教育体系，并不断探索、实践与改进，切实高效地培养学生的实验安全意识，这不仅可以提高学生对安全事故的防范能力，还可以养成其良好的安全习惯，同时为高校实验教学和科研工作的顺利开展提供保障。