基于OBE理念的研究生化學實驗室安全培訓

摘 要：文章介紹了在OBE（Outcome Based Education，成果導向教育）理念下，研究生化學實驗室安全培訓工作的實踐。在確定實驗室安全培訓的知識、能力和素養(yǎng)目標的基礎上，選取恰當?shù)呐嘤杻?nèi)容反向設計培訓途徑，基于目標—途徑—內(nèi)容的相互關系構建了研究生化學實驗室安全培訓機制。同時，將實驗室安全理論知識宣講與安全技能實踐培訓相結合，將化學熱力學基本原理應用于實驗室事故案例分析，將化學專業(yè)知識深度融入實驗項目風險評估，充分利用虛擬仿真實驗室并建設安全實訓實驗室，將虛擬現(xiàn)實技術與實操訓練緊密結合，促進研究生安全技能與素養(yǎng)的發(fā)展，提升實驗室安全管理水平。

關鍵詞：實驗室安全;化學實驗室;OBE理念;研究生教育

中圖分類號：G647;X923 文獻標識碼：A 文章編號：1002-4107（2024）10-0054-03

一、引言

黨的二十大報告強調(diào)，“中國式現(xiàn)代化是人與自然和諧共生的現(xiàn)代化”，時代的發(fā)展不僅要滿足人民群眾在物質(zhì)文化方面的需求，更應滿足日益增長的對公平、正義和安全等高層次方面的需求。安全既是社會和諧發(fā)展的保障，又是社會發(fā)展追求的目標之一。高校實驗室安全培訓是培養(yǎng)具備安全環(huán)保責任意識的創(chuàng)新型現(xiàn)代化人才的重要環(huán)節(jié)，而具有安全環(huán)保責任意識的高校畢業(yè)生是推動社會進步的生力軍。

二、化學實驗室安全培訓工作的必要性

高校的平安和諧是社會平安和諧的重要組成部分。高校實驗室是培育人才、科學研究、實驗實踐等活動的重要基地，是創(chuàng)建一流大學和一流學科的必要條件，也是高校安全防護的重點[1]。自2015年以來，教育部及各省教育廳連續(xù)多年組織開展高校實驗室安全檢查，而經(jīng)過不斷強化與擴容，實驗室安全檢查逐步實現(xiàn)了由教育部直屬院校到省屬高校全面覆蓋的態(tài)勢。2015年，教育部科研實驗室安全專家委員會成立，并著手建立高校實驗室安全檢查指標體系。2018年，該委員會吸收安全監(jiān)管、環(huán)保、職業(yè)衛(wèi)生等教育系統(tǒng)外專家，改組為教育部實驗室安全技術專家組，頒布了高校統(tǒng)一的安全檢查指標體系。目前，實驗室安全檢查指標體系包含13個一級指標、303個檢查要點，具有很強的指導性和可操作性[2]。但是，發(fā)生的多起實驗室安全事故警示我們，實驗室安全形勢依然嚴峻（表1）。

事故的發(fā)生與化學實驗室的自身特征有關。教學類實驗室往往涉及化學、生物、環(huán)境、水利、材料等多個學科，實驗種類和項目數(shù)多，參與實驗教學的人員多且流動性大?？蒲蓄悓嶒炇已芯宽椖壳把?，化學反應復雜或機理不清晰，精密貴重儀器多，危險源種類繁雜且分布離散。因此，化學實驗室具有潛在安全隱患多、實驗項目風險大、安全防范難度大等特征。

實驗室安全事故也暴露出實驗室安全管理工作存在薄弱環(huán)節(jié)。調(diào)查表明，人為因素是實驗室安全事故發(fā)生的根本原因。許多實驗室安全事故的受害者是具有高學歷、從事多年科學研究的專業(yè)人員，他們并不缺乏化學專業(yè)知識，缺少的是必備的安全防范意識。對國內(nèi)外3 000余名高校師生的調(diào)查顯示，高校化學類實驗室在安全準入、培訓與考核、實驗室建設與規(guī)范化管理等方面存在問題，師生在試劑使用、廢棄物處理、實驗室規(guī)范、應急處置等方面存在知識欠缺甚至盲點[3]。因此，構建適宜的實驗室安全培訓機制以提升安全培訓實效尤為重要。

實驗室安全培訓是安全管理的重要環(huán)節(jié)。實驗室安全與環(huán)境管理基本指導思想“安全第一、預防為主”突出了預防在實驗室安全工作中的作用。OBE理念下的研究生化學實驗室安全培訓強調(diào)“以人為本、預防在先”，通過構建完善的實驗室安全教育體系，開拓實驗室安全培訓新途徑，探索實驗室安全培訓新機制，切實提高師生安全意識，使安全理念根植于師生腦海中，對于消除安全隱患、降低實驗室安全事故發(fā)生率十分必要[4]。

三、化學實驗室安全培訓工作的實踐與探索

OBE理念以培養(yǎng)目標為起點，反向進行課程設計，促進學生的能力發(fā)展以達成目標。該理念具有目標明確、過程靈活、評價清晰等優(yōu)點，符合社會經(jīng)濟發(fā)展需求，已被廣泛應用于高校課堂教學中，并取得了良好的教學效果。在OBE教育模式中，教育者必須對學生畢業(yè)時應具備的能力及水平有清晰的構想，設計適宜的教育結構來保證學生達到預期目標[5-6]。在實驗室安全培訓實踐中，濟南大學化學化工學院研究生安全教育團隊設置了安全培訓的知識、能力和素養(yǎng)三級目標，由于目標達成與培訓內(nèi)容和

（二）培訓途徑

實驗室安全培訓的三級目標內(nèi)涵豐富，采取理論講授與實踐實訓、理論考核與實訓考核相結合的方式，力求達成目標。理論講解過程中，深度融合化學學科專業(yè)基礎知識，引導研究生用化學專業(yè)知識分析事故原因及實驗項目風險，使研究生切實體會到專業(yè)基礎知識對實驗室安全管理工作的指導意義。實踐實訓過程中，從虛擬和現(xiàn)實2個層面開展實踐實訓，研究生先從虛擬仿真實驗室習得實驗室安全檢查技能，通過安全實訓考核后，再以檢查者的身份參與學院實驗室安全檢查，尋找安全隱患，切實增強安全環(huán)保意識，并將安全環(huán)保理念帶入到日后的學習和工作中，從而促進社會的健康發(fā)展。

（三）培訓內(nèi)容的選擇

實驗室安全培訓包括理論和實踐2部分內(nèi)容。研究表明，人的安全行為由安全意圖決定，而安全意圖與人具有的安全知識和安全態(tài)度正相關?；瘜W類實驗室安全知識涉及化學安全、生物安全、電氣安全、消防安全等多方面的專業(yè)知識，知識的選取及其呈現(xiàn)方式直接影響研究生安全知識的獲取和安全意識的養(yǎng)成。

1.理論培訓與案例分析

實驗室安全培訓既要從理論知識方面對事故案例進

培訓途徑的選擇緊密相關，因此，基于目標、內(nèi)容與途徑構成了實驗室安全培訓的基本架構（圖1）。具體操作時，理論講授與實訓實操緊密聯(lián)系，將化學專業(yè)知識與理論講授深度融合，設置虛擬仿真—實訓實操—安全檢查三級實操訓練，以探索更有效的實驗室安全培訓機制。

（一）培訓目標的確定

有效達成培訓目標是實驗室安全培訓工作的驅(qū)動力，化學實驗室安全培訓目標包括知識目標、素養(yǎng)目標和能力目標（表2）。

行詳解分析，使研究生知其然且知其所以然，又要引導研究生進行實驗項目風險分析，防患于未然，切實提升研究生解決實際安全問題的能力[7]。理論培訓方面，根據(jù)教育部《高等學校實驗室安全檢查項目表》，選取國家法律法規(guī)、學校規(guī)章制度、實驗場所、安全設施、基礎安全、化學安全、生物安全和特種設備等作為核心培訓內(nèi)容。將化學專業(yè)基礎知識、基本理論及化工專業(yè)和高分子專業(yè)知識滲透于安全知識宣講中，通過真實案例分析和文獻分析，強化化學專業(yè)知識在實驗室安全管理中的指導作用，使研究生切實體會到盡管安全隱患的隱蔽性強、危險性大，但依靠嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和專業(yè)訓練，完全可以有效地發(fā)現(xiàn)潛在隱患，從而避免安全事故的發(fā)生。

事故案例分析：2016年5月，上海市某公司進行產(chǎn)品中試時將大量固體NaNO3和NaSCN混合加熱，發(fā)生爆炸，導致3人死亡。

第一次面對該事故案例時，很多研究生感到迷惑，因為其忽略了環(huán)境條件對物質(zhì)性質(zhì)的影響，認為NaNO3和NaSCN均屬于溶于水的鈉鹽，二者之間并無化學反應。安全教育團隊依據(jù)元素化合物和熱力學基礎知識引導研究生進行如下分析（圖2）。固體NaNO3高溫下易分解，在

380℃時分解為NaNO2和O2，即硝酸鹽在高溫下表現(xiàn)出強氧化性。NaSCN屬于擬鹵素化合物，SCN-離子具有較強的還原性，其還原能力超過Br-離子?？梢韵胂螅呋旌虾蠹訜?，有可能發(fā)生氧化還原反應。當熱量聚集導致溫度升高時，二者之間的反應會變得很復雜。如溫度超過550℃時，可能的反應為：

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

查詢相應物質(zhì)的熱力學數(shù)據(jù)，得到該反應的標準摩爾焓變△rH m為-1 287.3 kJ·mol-1，這意味著NaNO3、NaSCN混合物高溫下具有極大爆炸風險。如此將專業(yè)知識用于案例分析，在安全培訓架構中與實驗室安全知識相互增強，層層遞進，逐步逼近真相，深刻揭示了NaNO3和NaSCN為禁配物的原因。

2.風險評估與實訓演練

相較于事故案例分析的“馬后炮”，實驗項目風險分析屬于典型的前瞻性工作。例如，進行水熱—溶劑熱合成前，使用物理化學的克拉珀龍—克勞修斯方程（Clapeyron-

Clausius Equation），近似計算反應釜內(nèi)的壓強，從而對釜內(nèi)產(chǎn)生的高壓具有量的認識，進而主動采取控制溫度、填充度等手段消除安全隱患。采用Hummer法制備石墨烯前，充分了解KMnO4在濃H2SO4作用下生成高錳酐，而高錳酐具有極易爆炸的性質(zhì)，因此，需控制試劑用量、保持低溫操作等以規(guī)避實驗操作中的安全風險?；瘜W專業(yè)知識在風險分析中具有不可替代的作用，實驗前充分研究化學品的性質(zhì)，將實驗過程分解，發(fā)現(xiàn)潛在安全隱患，探討隱患的消除措施，可以有效避免事故的發(fā)生及其造成的人身傷害。

實踐培訓方面，建立三級實操訓練的化學實驗室安全培訓機制，加強實驗室安全實踐環(huán)節(jié)，使研究生身臨其境、感同身受地進行安全知識與技能的學習與運用。首先，研究生在虛擬仿真實驗室使用實驗室安全仿真軟件，查找虛擬實驗室內(nèi)存在的安全隱患，操作鼠標消除安全隱患。該仿真軟件于2018年首次在第十屆山東省大學生化學實驗大賽中使用，安全隱患查找也由此成為化學實驗大賽的必考項目。濟南大學化學化工學院建設了安全實訓室，室內(nèi)預設20項安全隱患供實訓現(xiàn)場考查使用，要求考生查找安全實訓室內(nèi)存在的安全隱患并在隱患清單上勾選，正確率超過80%視為通過實訓考查。為鼓勵研究生參加實訓實操考查，學院還制定了專門的制度，聘請部分通過實訓考查的研究生作為“最美實驗室”評選活動的評委或參與學院的月度安全檢查工作。

安全實訓室儲備了6類50余項備選安全隱患作為實訓演練素材。備選安全隱患素材中設置“實驗室為內(nèi)開門、實驗室門上無觀察窗或遮擋觀察窗、實驗室內(nèi)規(guī)章制度未上墻、實驗室內(nèi)存在水管滴漏現(xiàn)象、實驗室內(nèi)堆放大量紙箱等雜物、無急救藥箱、實驗室內(nèi)擺放行軍床或自行車等與實驗無關物品、實驗室內(nèi)為電動車電池充電、化學實驗室內(nèi)使用可燃性蚊香、配電箱處無安全用電警示標識、精密電子儀器室內(nèi)未配置CO2滅火器、化學實驗室內(nèi)無滅火器（滅火毯、滅火砂）等消防用品、應急消防通道堵塞”等實驗室基礎安全隱患13項;設置“使用破損玻璃儀器、通風柜內(nèi)放置一次性手套、通風柜啟用時防爆玻璃視窗未拉至恰當位置、電吹風使用后未及時拔除電源插頭、電源插線板置地、電源插線板串聯(lián)使用、使用紙箱自制紅外或紫外燈箱、使用化學試劑時未佩戴恰當防護用品或防護用品不全、烘箱內(nèi)烘烤易燃物品、離心機擺放不平整”等實驗操作及小型設備使用安全隱患10項;設置“部分易制爆化學品未粘貼二維碼、試劑柜缺少存放化學品目錄、試劑柜缺少化學品使用動態(tài)臺賬、固體和液體化學試劑混放、試劑存放處靠近熱源、實驗臺上試劑瓶開口放置、試劑標簽損壞或不清晰、管控試劑柜鑰匙未拔除、易制毒與易制爆試劑混放、管控試劑未執(zhí)行五雙管理制度、使用飲料瓶盛裝化學試劑、實驗室冰箱內(nèi)存放食品和飲料”等試劑存放與管理隱患12項;設置“實驗室廢棄物與生活垃圾混放、廢液未分類存放、廢液桶上缺少標簽標識或標簽與內(nèi)容不符、廢液桶未蓋蓋子、廢棄物存放處缺少安全警示標識”等廢棄物管理隱患5項;設置“氣體鋼瓶缺少防震圈、氣體鋼瓶未妥善固定、氣體鋼瓶顏色不符合規(guī)范、氣體鋼瓶存放處靠近熱源、使用中的氣體鋼瓶缺少使用狀態(tài)標識、可燃性氣體與助燃氣體鋼瓶混放、易燃氣體鋼瓶缺少監(jiān)控報警裝置”等實驗室氣體儲存與鋼瓶使用管

理隱患7項;設置“使用明火電爐、電阻爐使用插線板供電、高溫電阻爐缺少高溫警示標識、高溫電阻爐放置在木板或紙箱上使用”等特種設備使用管理隱患4項。

四、結束語

在OBE理念指導下，文章從目標開始，設計了理論培訓與實操訓練相結合的化學實驗室安全培訓途徑。在理論培訓中深度融合化學專業(yè)知識，在實操訓練中設置虛擬仿真—實訓考查—安全檢查三級訓練機制，取得了良好的培訓效果。2021—2023年間，在理論考試全員通過的基礎上，研究生安全實訓考查一次通過率逐年提升，很多參加安全實訓考查的研究生主動對照安全實訓室隱患清單對自己工作的科研實驗室進行自查，將所學、所思、所獲帶入自己的科研實驗，進一步發(fā)揮了安全培訓的輻射作用，從而筑牢化學實驗室安全管理工作防線，夯實科研實驗室安全管理基礎。人才培養(yǎng)絕非一朝一夕之功，高校仍需要構建更適宜的長效機制來評價知識、能力和素養(yǎng)目標的達成情況。

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作者簡介：張衛(wèi)民，男，副教授，博士，研究方向為無機非金屬材料的合成與性能研究、無機化學理論教學與研究、實驗室安全管理;商義成，男，中級經(jīng)濟師，研究方向為工會金融管理與審計、工會組織架構與服務企業(yè)發(fā)展、石化醫(yī)藥行業(yè)企業(yè)安全管理;景志紅，女，教授，博士，研究方向為功能材料的合成與性能研究、無機化學教學改革研究與探索。

基金項目：2023年山東省教育廳本科教學改革研究重點項目“校企融合、雙高協(xié)作，雙素質(zhì)應用型化學（師范）人才培養(yǎng)機制的構建與實踐”（Z2023259）;2022年山東省本科高校教學改革研究省級重點項目“基于學科發(fā)展和人才選拔的‘多維度立體交叉’化學教學改革體系的構建和實踐”（Z2022161）