基于OBE理念的研究生化学实验室安全培训

摘 要：文章介绍了在OBE（Outcome Based Education，成果导向教育）理念下，研究生化学实验室安全培训工作的实践。在确定实验室安全培训的知识、能力和素养目标的基础上，选取恰当的培训内容反向设计培训途径，基于目标—途径—内容的相互关系构建了研究生化学实验室安全培训机制。同时，将实验室安全理论知识宣讲与安全技能实践培训相结合，将化学热力学基本原理应用于实验室事故案例分析，将化学专业知识深度融入实验项目风险评估，充分利用虚拟仿真实验室并建设安全实训实验室，将虚拟现实技术与实操训练紧密结合，促进研究生安全技能与素养的发展，提升实验室安全管理水平。

关键词：实验室安全;化学实验室;OBE理念;研究生教育

中图分类号：G647;X923 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2024）10-0054-03

一、引言

党的二十大报告强调，“中国式现代化是人与自然和谐共生的现代化”，时代的发展不仅要满足人民群众在物质文化方面的需求，更应满足日益增长的对公平、正义和安全等高层次方面的需求。安全既是社会和谐发展的保障，又是社会发展追求的目标之一。高校实验室安全培训是培养具备安全环保责任意识的创新型现代化人才的重要环节，而具有安全环保责任意识的高校毕业生是推动社会进步的生力军。

二、化学实验室安全培训工作的必要性

高校的平安和谐是社会平安和谐的重要组成部分。高校实验室是培育人才、科学研究、实验实践等活动的重要基地，是创建一流大学和一流学科的必要条件，也是高校安全防护的重点[1]。自2015年以来，教育部及各省教育厅连续多年组织开展高校实验室安全检查，而经过不断强化与扩容，实验室安全检查逐步实现了由教育部直属院校到省属高校全面覆盖的态势。2015年，教育部科研实验室安全专家委员会成立，并着手建立高校实验室安全检查指标体系。2018年，该委员会吸收安全监管、环保、职业卫生等教育系统外专家，改组为教育部实验室安全技术专家组，颁布了高校统一的安全检查指标体系。目前，实验室安全检查指标体系包含13个一级指标、303个检查要点，具有很强的指导性和可操作性[2]。但是，发生的多起实验室安全事故警示我们，实验室安全形势依然严峻（表1）。

事故的发生与化学实验室的自身特征有关。教学类实验室往往涉及化学、生物、环境、水利、材料等多个学科，实验种类和项目数多，参与实验教学的人员多且流动性大。科研类实验室研究项目前沿，化学反应复杂或机理不清晰，精密贵重仪器多，危险源种类繁杂且分布离散。因此，化学实验室具有潜在安全隐患多、实验项目风险大、安全防范难度大等特征。

实验室安全事故也暴露出实验室安全管理工作存在薄弱环节。调查表明，人为因素是实验室安全事故发生的根本原因。许多实验室安全事故的受害者是具有高学历、从事多年科学研究的专业人员，他们并不缺乏化学专业知识，缺少的是必备的安全防范意识。对国内外3 000余名高校师生的调查显示，高校化学类实验室在安全准入、培训与考核、实验室建设与规范化管理等方面存在问题，师生在试剂使用、废弃物处理、实验室规范、应急处置等方面存在知识欠缺甚至盲点[3]。因此，构建适宜的实验室安全培训机制以提升安全培训实效尤为重要。

实验室安全培训是安全管理的重要环节。实验室安全与环境管理基本指导思想“安全第一、预防为主”突出了预防在实验室安全工作中的作用。OBE理念下的研究生化学实验室安全培训强调“以人为本、预防在先”，通过构建完善的实验室安全教育体系，开拓实验室安全培训新途径，探索实验室安全培训新机制，切实提高师生安全意识，使安全理念根植于师生脑海中，对于消除安全隐患、降低实验室安全事故发生率十分必要[4]。

三、化学实验室安全培训工作的实践与探索

OBE理念以培养目标为起点，反向进行课程设计，促进学生的能力发展以达成目标。该理念具有目标明确、过程灵活、评价清晰等优点，符合社会经济发展需求，已被广泛应用于高校课堂教学中，并取得了良好的教学效果。在OBE教育模式中，教育者必须对学生毕业时应具备的能力及水平有清晰的构想，设计适宜的教育结构来保证学生达到预期目标[5-6]。在实验室安全培训实践中，济南大学化学化工学院研究生安全教育团队设置了安全培训的知识、能力和素养三级目标，由于目标达成与培训内容和

（二）培训途径

实验室安全培训的三级目标内涵丰富，采取理论讲授与实践实训、理论考核与实训考核相结合的方式，力求达成目标。理论讲解过程中，深度融合化学学科专业基础知识，引导研究生用化学专业知识分析事故原因及实验项目风险，使研究生切实体会到专业基础知识对实验室安全管理工作的指导意义。实践实训过程中，从虚拟和现实2个层面开展实践实训，研究生先从虚拟仿真实验室习得实验室安全检查技能，通过安全实训考核后，再以检查者的身份参与学院实验室安全检查，寻找安全隐患，切实增强安全环保意识，并将安全环保理念带入到日后的学习和工作中，从而促进社会的健康发展。

（三）培训内容的选择

实验室安全培训包括理论和实践2部分内容。研究表明，人的安全行为由安全意图决定，而安全意图与人具有的安全知识和安全态度正相关。化学类实验室安全知识涉及化学安全、生物安全、电气安全、消防安全等多方面的专业知识，知识的选取及其呈现方式直接影响研究生安全知识的获取和安全意识的养成。

1.理论培训与案例分析

实验室安全培训既要从理论知识方面对事故案例进

培训途径的选择紧密相关，因此，基于目标、内容与途径构成了实验室安全培训的基本架构（图1）。具体操作时，理论讲授与实训实操紧密联系，将化学专业知识与理论讲授深度融合，设置虚拟仿真—实训实操—安全检查三级实操训练，以探索更有效的实验室安全培训机制。

（一）培训目标的确定

有效达成培训目标是实验室安全培训工作的驱动力，化学实验室安全培训目标包括知识目标、素养目标和能力目标（表2）。

行详解分析，使研究生知其然且知其所以然，又要引导研究生进行实验项目风险分析，防患于未然，切实提升研究生解决实际安全问题的能力[7]。理论培训方面，根据教育部《高等学校实验室安全检查项目表》，选取国家法律法规、学校规章制度、实验场所、安全设施、基础安全、化学安全、生物安全和特种设备等作为核心培训内容。将化学专业基础知识、基本理论及化工专业和高分子专业知识渗透于安全知识宣讲中，通过真实案例分析和文献分析，强化化学专业知识在实验室安全管理中的指导作用，使研究生切实体会到尽管安全隐患的隐蔽性强、危险性大，但依靠严谨的科学态度和专业训练，完全可以有效地发现潜在隐患，从而避免安全事故的发生。

事故案例分析：2016年5月，上海市某公司进行产品中试时将大量固体NaNO3和NaSCN混合加热，发生爆炸，导致3人死亡。

第一次面对该事故案例时，很多研究生感到迷惑，因为其忽略了环境条件对物质性质的影响，认为NaNO3和NaSCN均属于溶于水的钠盐，二者之间并无化学反应。安全教育团队依据元素化合物和热力学基础知识引导研究生进行如下分析（图2）。固体NaNO3高温下易分解，在

380℃时分解为NaNO2和O2，即硝酸盐在高温下表现出强氧化性。NaSCN属于拟卤素化合物，SCN-离子具有较强的还原性，其还原能力超过Br-离子。可以想象，二者混合后加热，有可能发生氧化还原反应。当热量聚集导致温度升高时，二者之间的反应会变得很复杂。如温度超过550℃时，可能的反应为：

9NaNO3 + 5NaSCN = 5CO2 + 7N2 + 5SO2 + 7Na2O

查询相应物质的热力学数据，得到该反应的标准摩尔焓变△rH m为-1 287.3 kJ·mol-1，这意味着NaNO3、NaSCN混合物高温下具有极大爆炸风险。如此将专业知识用于案例分析，在安全培训架构中与实验室安全知识相互增强，层层递进，逐步逼近真相，深刻揭示了NaNO3和NaSCN为禁配物的原因。

2.风险评估与实训演练

相较于事故案例分析的“马后炮”，实验项目风险分析属于典型的前瞻性工作。例如，进行水热—溶剂热合成前，使用物理化学的克拉珀龙—克劳修斯方程（Clapeyron-

Clausius Equation），近似计算反应釜内的压强，从而对釜内产生的高压具有量的认识，进而主动采取控制温度、填充度等手段消除安全隐患。采用Hummer法制备石墨烯前，充分了解KMnO4在浓H2SO4作用下生成高锰酐，而高锰酐具有极易爆炸的性质，因此，需控制试剂用量、保持低温操作等以规避实验操作中的安全风险。化学专业知识在风险分析中具有不可替代的作用，实验前充分研究化学品的性质，将实验过程分解，发现潜在安全隐患，探讨隐患的消除措施，可以有效避免事故的发生及其造成的人身伤害。

实践培训方面，建立三级实操训练的化学实验室安全培训机制，加强实验室安全实践环节，使研究生身临其境、感同身受地进行安全知识与技能的学习与运用。首先，研究生在虚拟仿真实验室使用实验室安全仿真软件，查找虚拟实验室内存在的安全隐患，操作鼠标消除安全隐患。该仿真软件于2018年首次在第十届山东省大学生化学实验大赛中使用，安全隐患查找也由此成为化学实验大赛的必考项目。济南大学化学化工学院建设了安全实训室，室内预设20项安全隐患供实训现场考查使用，要求考生查找安全实训室内存在的安全隐患并在隐患清单上勾选，正确率超过80%视为通过实训考查。为鼓励研究生参加实训实操考查，学院还制定了专门的制度，聘请部分通过实训考查的研究生作为“最美实验室”评选活动的评委或参与学院的月度安全检查工作。

安全实训室储备了6类50余项备选安全隐患作为实训演练素材。备选安全隐患素材中设置“实验室为内开门、实验室门上无观察窗或遮挡观察窗、实验室内规章制度未上墙、实验室内存在水管滴漏现象、实验室内堆放大量纸箱等杂物、无急救药箱、实验室内摆放行军床或自行车等与实验无关物品、实验室内为电动车电池充电、化学实验室内使用可燃性蚊香、配电箱处无安全用电警示标识、精密电子仪器室内未配置CO2灭火器、化学实验室内无灭火器（灭火毯、灭火砂）等消防用品、应急消防通道堵塞”等实验室基础安全隐患13项;设置“使用破损玻璃仪器、通风柜内放置一次性手套、通风柜启用时防爆玻璃视窗未拉至恰当位置、电吹风使用后未及时拔除电源插头、电源插线板置地、电源插线板串联使用、使用纸箱自制红外或紫外灯箱、使用化学试剂时未佩戴恰当防护用品或防护用品不全、烘箱内烘烤易燃物品、离心机摆放不平整”等实验操作及小型设备使用安全隐患10项;设置“部分易制爆化学品未粘贴二维码、试剂柜缺少存放化学品目录、试剂柜缺少化学品使用动态台账、固体和液体化学试剂混放、试剂存放处靠近热源、实验台上试剂瓶开口放置、试剂标签损坏或不清晰、管控试剂柜钥匙未拔除、易制毒与易制爆试剂混放、管控试剂未执行五双管理制度、使用饮料瓶盛装化学试剂、实验室冰箱内存放食品和饮料”等试剂存放与管理隐患12项;设置“实验室废弃物与生活垃圾混放、废液未分类存放、废液桶上缺少标签标识或标签与内容不符、废液桶未盖盖子、废弃物存放处缺少安全警示标识”等废弃物管理隐患5项;设置“气体钢瓶缺少防震圈、气体钢瓶未妥善固定、气体钢瓶颜色不符合规范、气体钢瓶存放处靠近热源、使用中的气体钢瓶缺少使用状态标识、可燃性气体与助燃气体钢瓶混放、易燃气体钢瓶缺少监控报警装置”等实验室气体储存与钢瓶使用管

理隐患7项;设置“使用明火电炉、电阻炉使用插线板供电、高温电阻炉缺少高温警示标识、高温电阻炉放置在木板或纸箱上使用”等特种设备使用管理隐患4项。

四、结束语

在OBE理念指导下，文章从目标开始，设计了理论培训与实操训练相结合的化学实验室安全培训途径。在理论培训中深度融合化学专业知识，在实操训练中设置虚拟仿真—实训考查—安全检查三级训练机制，取得了良好的培训效果。2021—2023年间，在理论考试全员通过的基础上，研究生安全实训考查一次通过率逐年提升，很多参加安全实训考查的研究生主动对照安全实训室隐患清单对自己工作的科研实验室进行自查，将所学、所思、所获带入自己的科研实验，进一步发挥了安全培训的辐射作用，从而筑牢化学实验室安全管理工作防线，夯实科研实验室安全管理基础。人才培养绝非一朝一夕之功，高校仍需要构建更适宜的长效机制来评价知识、能力和素养目标的达成情况。

参考文献：

[1] 余涛，任佳，梁勇，等.新时代背景下化学实验室安全课程建设[J].实验室研究与探索，2023，42（11）：287-291.

[2] 冯建跃.高校实验室安全环保建设与发展报告（2019）[M].北京：中国轻工业出版社，2021：121-147.

[3] 丁素军，张弘，杨从印，等.普通高校化学实验室现状调查研究[J].实验技术与管理，2020，37（8）：243-249.

[4] 罗敏蓉，张静，卢丽娟.“课程思政”理念下实验室安全教育体系的构建与实践[J].黑龙江教育（高教研究与评估），2021，75（4）：90-92.

[5] 何雨辰.OBE理念下BOPPPS教学模式在“电路分析基础”课程教学中的探索与实践[J].黑龙江教育（理论与实践），2024，78（2）：57-60.

[6] 贾萧竹，王欣沫.疫情防控常态化背景下基于OBE理念的混合式教学发展策略研究：以对外经济贸易大学为例[J].黑龙江教育（理论与实践），2022，76（12）：64-67.

[7] 郑娟，杨丁丁，张华文.新时代安全工程专业课程思政教学改革研究与实践[J].黑龙江教育（理论与实践），2023，77（8）：81-85.

作者简介：张卫民，男，副教授，博士，研究方向为无机非金属材料的合成与性能研究、无机化学理论教学与研究、实验室安全管理;商义成，男，中级经济师，研究方向为工会金融管理与审计、工会组织架构与服务企业发展、石化医药行业企业安全管理;景志红，女，教授，博士，研究方向为功能材料的合成与性能研究、无机化学教学改革研究与探索。

基金项目：2023年山东省教育厅本科教学改革研究重点项目“校企融合、双高协作，双素质应用型化学（师范）人才培养机制的构建与实践”（Z2023259）;2022年山东省本科高校教学改革研究省级重点项目“基于学科发展和人才选拔的‘多维度立体交叉’化学教学改革体系的构建和实践”（Z2022161）