林 瑋， 孫建林， 毛璟紅

(北京科技大學(xué) 材料國家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心， 北京 100083)

基于普適性和特殊性的實(shí)驗(yàn)室安全教育研究

林 瑋， 孫建林， 毛璟紅

(北京科技大學(xué) 材料國家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心， 北京 100083)

針對(duì)無機(jī)非金屬材料專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的特點(diǎn)，分析了實(shí)驗(yàn)室普遍存在和學(xué)科自身特色帶來的安全問題。以北京科技大學(xué)材料國家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心為例，開展基于普通適用和特殊要求的實(shí)驗(yàn)室安全教育研究。開設(shè)實(shí)驗(yàn)室安全課程，開展實(shí)驗(yàn)室安全教育教材的建設(shè)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和設(shè)備分別整理匯編，應(yīng)用虛擬實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶的一對(duì)一交互式教學(xué)，保障教學(xué)科研安全高效運(yùn)行。

無機(jī)非金屬材料； 實(shí)驗(yàn)室安全； 普適性； 特殊性

高校實(shí)驗(yàn)室作為開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科學(xué)研究的重要場所，是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)的基礎(chǔ)環(huán)境[1]。此外，保障實(shí)驗(yàn)室?guī)熒鷨T工的生命財(cái)產(chǎn)安全是高校的首要工作，關(guān)系社會(huì)的和諧與穩(wěn)定[2]。實(shí)驗(yàn)室安全工作作為高校安全工作的組成部分，是高校安全工作的重中之重[3]。開展安全教育是增強(qiáng)廣大師生員工安全意識(shí)、提高安全責(zé)任心和安全防范水平、防范安全事故發(fā)生的重要保證，也是高校實(shí)驗(yàn)室安全管理的基礎(chǔ)工程[4]。隨著我國高等教育事業(yè)的快速發(fā)展，國家加大了對(duì)高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的投入，大型專用儀器設(shè)備、貴重精密儀器設(shè)備等不斷增多，從而使得在儀器設(shè)備使用過程中的安全隱患也有所增加。近年來，高校對(duì)實(shí)驗(yàn)室安全工作高度重視，在實(shí)驗(yàn)室管理方面建立了較為完善的實(shí)驗(yàn)室安全制度，但針對(duì)實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范、實(shí)驗(yàn)設(shè)備使用方面的教育和考核重視還不夠[5]，對(duì)實(shí)驗(yàn)室特定的儀器設(shè)備的操作損壞、儀器設(shè)備使用不當(dāng)導(dǎo)致的實(shí)驗(yàn)事故和傷害還沒有起到非常有效的作用[6]。因此，實(shí)驗(yàn)室安全教育既要掌握通用的安全知識(shí)，也要加強(qiáng)對(duì)于特殊儀器設(shè)備安全、正確使用的學(xué)習(xí)，從而更安全高效地為教學(xué)科研服務(wù)。

本文以我校材料國家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心無機(jī)非金屬材料實(shí)驗(yàn)室(以下簡稱“實(shí)驗(yàn)室”)為例，針對(duì)其特點(diǎn)和容易出現(xiàn)的安全隱患進(jìn)行分析，并介紹了基于普通適用和特殊要求的原則進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室安全教育的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

1 無機(jī)非金屬材料實(shí)驗(yàn)室安全特征

無機(jī)非金屬材料是傳統(tǒng)3大材料(金屬材料、高分子材料、無機(jī)非金屬材料)之一[7]，主要研究水泥、玻璃、陶瓷等材料的制備、性能測試(熱學(xué)性能、力學(xué)性能、光學(xué)性能、電學(xué)性能、磁學(xué)性能等)、成形和加工等。由于科學(xué)實(shí)驗(yàn)往往由科研人員獨(dú)立完成，并且無機(jī)非金屬材料實(shí)驗(yàn)具有本身的特殊性，通常單個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目就耗費(fèi)數(shù)小時(shí)，甚至數(shù)天的時(shí)間，科研實(shí)驗(yàn)活動(dòng)具有挑戰(zhàn)性，安全問題顯得更加重要。通過分析總結(jié)，實(shí)驗(yàn)室的安全隱患可以概括為以下幾個(gè)方面。

1.1 危險(xiǎn)化學(xué)品和壓力容器

由于無機(jī)非金屬材料專業(yè)研究材料的制備、成形、加工及各種性能測試，因此實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目多樣、實(shí)驗(yàn)條件復(fù)雜，在實(shí)驗(yàn)過程中常使用種類繁多、性質(zhì)各異的危險(xiǎn)化學(xué)品。在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生雖然對(duì)化學(xué)品本身的特性有所了解，但對(duì)其使用不當(dāng)?shù)奈：π哉J(rèn)識(shí)不足。此外，不按規(guī)定存放危險(xiǎn)化學(xué)試劑或藥品，隨意將不同危險(xiǎn)化學(xué)品放置在一起，容易使這類化學(xué)品相互反應(yīng)引發(fā)事故，產(chǎn)生安全隱患[8]。

壓力容器也是實(shí)驗(yàn)室的安全隱患之一。在電化學(xué)測試、熱分析測試以及比表面積測試過程中，經(jīng)常使用氮?dú)?、氬氣、氦氣等惰性氣體以及液氮，甚至某些特定實(shí)驗(yàn)需要在氫氣、一氧化碳等危險(xiǎn)氣體中進(jìn)行。在實(shí)驗(yàn)室使用壓力氣瓶過程中，有時(shí)出現(xiàn)混裝混用、使用儲(chǔ)存不固定、在高溫高壓環(huán)境下使用等比較危險(xiǎn)的行為[9]。

1.2 實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的廢氣、廢水、廢渣

無機(jī)非金屬材料學(xué)科自身的特點(diǎn)決定了實(shí)驗(yàn)中將產(chǎn)生酸堿溶液、有機(jī)廢液、含水廢液、可燃性物質(zhì)、難燃性物質(zhì)、固體物質(zhì)、實(shí)驗(yàn)垃圾和有毒廢氣。在實(shí)驗(yàn)過程中，有時(shí)出現(xiàn)隨意處置危險(xiǎn)廢物，如對(duì)試樣、使用過的塑料試管、滴管等固體廢物丟棄在垃圾桶，將危險(xiǎn)廢液倒入下水道或不分類收集、混裝在一起、忘記貼標(biāo)簽等；實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的有毒氣體不經(jīng)過處理直接排放到大氣中。三廢的不合理處置會(huì)直接危及實(shí)驗(yàn)人員的安全和污染環(huán)境[10]。

1.3 特殊儀器設(shè)備

實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)材料的制備、合成、成形預(yù)加工、性能測試等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。無機(jī)非金屬材料一般需要在高溫條件下完成制備，所以經(jīng)常需要使用各種高溫爐。它們經(jīng)常在溫度高于600 ℃的條件下工作，稍有不慎就會(huì)造成燙傷事故。此外，在制備與合成過程中，經(jīng)常使用球磨機(jī)、破碎機(jī)、行星磨、攪拌機(jī)、壓片機(jī)、切割機(jī)、拋光機(jī)等設(shè)備。這些設(shè)備在運(yùn)行過程中會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)人員造成刮傷、壓傷、擦傷、碰傷等。

1.4 實(shí)驗(yàn)室使用頻繁

隨著我國高等教育的發(fā)展，許多高校的規(guī)模正在不斷擴(kuò)大[11]。高校實(shí)驗(yàn)室是開展教學(xué)、科研、人才培養(yǎng)和技術(shù)開發(fā)的重要基地，教師、學(xué)生和實(shí)驗(yàn)人員需要進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室工作。近年來，由于行政機(jī)制的改革，實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員數(shù)量有所減少，有少數(shù)實(shí)驗(yàn)室甚至沒有固定編制的實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員或管理人員，因此研究生成為了實(shí)驗(yàn)室的主體。學(xué)生一般經(jīng)過1～2年的研究工作后即將畢業(yè)，又有新的學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室工作。隨著實(shí)驗(yàn)教學(xué)與科研活動(dòng)的日益頻繁，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室開展工作的人員數(shù)量增長較快、頻率較高，對(duì)實(shí)驗(yàn)室安全管理帶來新的難度和挑戰(zhàn)。

2 普適性實(shí)驗(yàn)室安全教育

針對(duì)材料類實(shí)驗(yàn)室本身的特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)室通過開設(shè)“實(shí)驗(yàn)室安全基礎(chǔ)”必修課程和編寫實(shí)驗(yàn)室安全教材2方面開展實(shí)驗(yàn)室安全教育。通過課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以了解實(shí)驗(yàn)室中存在的主要安全問題、其形成原理和危害、安全防護(hù)的科學(xué)原理及基本技術(shù)，從理論和技能2方面提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)室安全意識(shí)和能力。

2.1 開設(shè)“實(shí)驗(yàn)室安全基礎(chǔ)”必修課程

實(shí)驗(yàn)室安全教育進(jìn)課堂作為加強(qiáng)學(xué)生安全教育的有效方式，對(duì)系統(tǒng)化地培養(yǎng)學(xué)生安全意識(shí)、掌握安全知識(shí)、訓(xùn)練安全技能有重要意義。實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)連續(xù)10多年開設(shè)實(shí)驗(yàn)室安全課程，2015年該課程已經(jīng)被納入我校本科教學(xué)和研究生教學(xué)培養(yǎng)體系。安全課程被納入必修課程后，進(jìn)一步提高了學(xué)生的重視程度。2015年材料學(xué)科全部研究生和部分本科生共有534名學(xué)生選課，實(shí)驗(yàn)室安全基礎(chǔ)課成為我校歷史上最大的課堂。課程主要結(jié)合材料類實(shí)驗(yàn)室本身的特點(diǎn)，從普通的防火防爆知識(shí)、水、電、氣的安全使用、壓力容器的正確操作、化學(xué)試劑的安全使用和管理、放射源及具有放射性的樣品的安全使用和管理，廢水、廢氣和廢渣的回收和處理，以及突發(fā)事故的自救和急救技術(shù)等方面進(jìn)行授課。該課程基本包括了材料類專業(yè)可能存在的安全隱患并提出相應(yīng)的處理辦法，彌補(bǔ)了學(xué)生專業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)的不足，熟悉了實(shí)驗(yàn)室安全理論知識(shí)，掌握必要的安全操作技能，加深對(duì)實(shí)驗(yàn)室安全重要性的理解，指導(dǎo)學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)操作。

2.2 開展實(shí)驗(yàn)室安全教材建設(shè)

教材作為知識(shí)的載體，是教與學(xué)的主要依據(jù)。教材是開展實(shí)驗(yàn)室安全教育的重要工具。加強(qiáng)教材建設(shè)，對(duì)于提升高校實(shí)驗(yàn)室安全教育水平具有十分重要的作用。為了讓學(xué)生配套上課學(xué)習(xí)，孫建林教授和實(shí)驗(yàn)室石琳工程師編寫了《高校材料實(shí)驗(yàn)室安全》教材。該教材包括公共安全、危險(xiǎn)化學(xué)品安全、壓力容器安全、輻射的危害與防護(hù)、其他危害與防護(hù)、實(shí)驗(yàn)室安全防護(hù)、實(shí)驗(yàn)室廢物的處理和現(xiàn)場急救等8章內(nèi)容，既介紹了實(shí)驗(yàn)室普遍存在的安全問題，也涵蓋了材料類實(shí)驗(yàn)室安全的大部分內(nèi)容；不僅在于向?qū)W生介紹安全知識(shí)、培養(yǎng)安全技能，更重視學(xué)生正確的安全文化觀念和良好安全習(xí)慣的養(yǎng)成；既講安全技術(shù)，也講安全管理法規(guī)，更注重樹立廣大學(xué)生的安全責(zé)任觀。

3 特殊性實(shí)驗(yàn)室安全教育

樹立“以人為本，安全發(fā)展”的理念，以打造“平安校園”為目標(biāo)，大力推進(jìn)全程化、全方位、多層次、多樣式的實(shí)驗(yàn)室安全與環(huán)保教育。實(shí)驗(yàn)室利用現(xiàn)有資源，結(jié)合實(shí)際情況和專業(yè)學(xué)科特點(diǎn)，以學(xué)生為主體，通過提前學(xué)習(xí)儀器設(shè)備相關(guān)知識(shí)和針對(duì)特定研究項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，掌握和理解專項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的安全知識(shí)，嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程，提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作水平、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)室安全知識(shí)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)應(yīng)急救援能力，養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣，維護(hù)正常的教學(xué)科研秩序。

3.1編寫《儀器設(shè)備開放手冊(cè)》和《實(shí)驗(yàn)教學(xué)匯編》

為了最大限度發(fā)揮儀器設(shè)備在教學(xué)、科研及社會(huì)服務(wù)中的作用，并且讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)開始前學(xué)習(xí)正確選用儀器設(shè)備等相關(guān)知識(shí)以及對(duì)特定的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)編寫了《儀器設(shè)備開放手冊(cè)》和《實(shí)驗(yàn)教學(xué)匯編》，每年再根據(jù)儀器設(shè)備和開設(shè)課程的變化進(jìn)行及時(shí)修改再版。《儀器設(shè)備開放手冊(cè)》詳細(xì)介紹了每臺(tái)儀器的性能參數(shù)、功能用途、服務(wù)項(xiàng)目以及使用注意事項(xiàng)，有助于學(xué)生更好地了解和安全使用儀器設(shè)備。針對(duì)教學(xué)，《實(shí)驗(yàn)教學(xué)匯編》整理實(shí)驗(yàn)課程中的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、內(nèi)容以及實(shí)驗(yàn)過程中使用的儀器設(shè)備，并根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛢x器要求，制定規(guī)范的操作規(guī)程并予以明示，特別是對(duì)于涉及安全的操作步驟或動(dòng)作需要著重強(qiáng)調(diào)以引起重視，有助于學(xué)生在上實(shí)驗(yàn)課之前進(jìn)行針對(duì)性的學(xué)習(xí)。

《儀器設(shè)備開放手冊(cè)》和《實(shí)驗(yàn)教學(xué)匯編》既介紹了儀器設(shè)備使用的相關(guān)信息，又針對(duì)具體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，使學(xué)生了解到正確使用儀器設(shè)備和合理制訂實(shí)驗(yàn)預(yù)案是確保實(shí)驗(yàn)安全順利進(jìn)行的2大前提，同時(shí)也降低了儀器設(shè)備損壞和實(shí)驗(yàn)人員人身安全的風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 開設(shè)虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

虛擬實(shí)驗(yàn)不受時(shí)間、空間限制，可通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行，有助于培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，提高教學(xué)質(zhì)量[11]。虛擬實(shí)驗(yàn)中設(shè)計(jì)了大量的語音講解和文字描述，并依據(jù)學(xué)生可能的操作要求提供多項(xiàng)選擇，學(xué)生依照自己工藝方案選擇進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)。當(dāng)學(xué)生操作或數(shù)據(jù)設(shè)定出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，將立刻有圖像、聲音和文字提示。當(dāng)設(shè)計(jì)方案有誤時(shí)，將出現(xiàn)提示糾正學(xué)生錯(cuò)誤。虛擬實(shí)驗(yàn)的使用可以達(dá)到“一對(duì)一”交互式教學(xué)的效果，可以幫助學(xué)生加深理論學(xué)習(xí)、熟悉實(shí)驗(yàn)過程；使用虛擬實(shí)驗(yàn)，可幫助學(xué)生不斷重現(xiàn)、深刻回憶真實(shí)實(shí)驗(yàn)，從而減少失誤操作帶來的安全問題。

4 結(jié)語

針對(duì)實(shí)驗(yàn)室的特點(diǎn)和容易出現(xiàn)的安全隱患，結(jié)合材料國家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心的建設(shè)和國家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心的建設(shè)和管理經(jīng)驗(yàn)，開展普適性和特殊性的實(shí)驗(yàn)室安全教育，開設(shè)實(shí)驗(yàn)室安全課程和開展實(shí)驗(yàn)室安全教材建設(shè)，從理論和技能2方面提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)室安全意識(shí)和能力；編寫《儀器設(shè)備開放手冊(cè)》《實(shí)驗(yàn)教學(xué)匯編》和開設(shè)虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，有效地規(guī)避一些安全隱患，從而更好地保障無機(jī)非金屬材料專業(yè)實(shí)驗(yàn)的安全運(yùn)行，確保實(shí)驗(yàn)室教學(xué)、科研活動(dòng)的順利開展。這些經(jīng)驗(yàn)不僅適用于無機(jī)非金屬材料專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的科研活動(dòng)，同時(shí)對(duì)于其他相關(guān)實(shí)驗(yàn)室的安全管理具有一定的借鑒作用。

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Research on laboratory safety education based on universality and particularity

Lin Wei， Sun Jianlin， Mao Jinghong

(Material National Experimental Teaching Demonstration Center， University of Science and Technology Beijing， Beijing 100083， China)

In view of the characteristics of the laboratory for the Inorganic Nonmetal Material major, the common laboratory safety problems and the safety problems caused by the discipline itself are analyzed. By taking the Material National Experimental Teaching Demonstration Center in University of Science and Technology Beijing as an example, the research on the laboratory safety education based on the general utilization and the special requirements is conducted. The laboratory safety courses are set up, the construction of the teaching materials for such education is carried out, the arrangement and compilation are completed in accordance with the experimental projects and equipment separately, and the virtual experiment is used to realize the one-to-one interactive teaching so as to ensure the safe and efficient operation of teaching and scientific research.

inorganic nonmetal material； laboratory safety； universality； particularity

G474； G642.0

A

1002-4956(2017)10-0252-03

10.16791/j.cnki.sjg.2017.10.063

2017-04-26

北京市“依托優(yōu)勢學(xué)科培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才的研究與實(shí)踐”項(xiàng)目(GJ201204)；北京市“發(fā)揮國家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心作用，完善材料虛擬實(shí)驗(yàn)建設(shè)、推廣與應(yīng)用實(shí)踐研究”項(xiàng)目(GJ201403)

林瑋(1987—)，男，安徽定遠(yuǎn)，碩士，工程師，主要從事熱分析及無機(jī)非金屬材料專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué).

E-mail：linwei@ustb.edu.cn