王耀楠 張?bào)阋?馮琦琦 王玉記

(1.首都醫(yī)科大學(xué)中心實(shí)驗(yàn)室,北京 100069;2.首都醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院,北京 100069)

科學(xué)的發(fā)展離不開(kāi)實(shí)驗(yàn),開(kāi)展實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的實(shí)驗(yàn)室是大學(xué)進(jìn)行人才培養(yǎng)的重要場(chǎng)所。藥學(xué)專業(yè)是一門理論與實(shí)踐融會(huì)貫通的學(xué)科,實(shí)驗(yàn)課程在藥學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)的過(guò)程中占據(jù)了很大的比例。如何在保證安全的前提下培養(yǎng)出高素質(zhì)的人才,是藥學(xué)專業(yè)乃至所有學(xué)科人才培養(yǎng)過(guò)程中都需要關(guān)注的問(wèn)題。

實(shí)驗(yàn)室是一個(gè)復(fù)雜的場(chǎng)所,實(shí)驗(yàn)室的安全涉及水、電、儀器、試劑以及實(shí)驗(yàn)操作等多個(gè)方面。實(shí)驗(yàn)室的安全保障,除了各個(gè)層面的管理制度以外,對(duì)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室的人員進(jìn)行安全培訓(xùn)也是非常重要的環(huán)節(jié)。

1 高校實(shí)驗(yàn)室安全培訓(xùn)的現(xiàn)狀

隨著平安校園建設(shè)工作的推進(jìn),各個(gè)高校的安全管理越來(lái)越規(guī)范,安全形勢(shì)總體保持穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)室安全是平安校園建設(shè)的重點(diǎn)內(nèi)容,做好實(shí)驗(yàn)室的安全培訓(xùn)是預(yù)防實(shí)驗(yàn)室發(fā)生安全事件的第一步[1-4]。大部分高校的實(shí)驗(yàn)室安全培訓(xùn)均由實(shí)驗(yàn)室管理部門組織,對(duì)于本科生這種集體進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室上課的人員,由負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的老師在課程開(kāi)始之前實(shí)施與課程相關(guān)的安全培訓(xùn);對(duì)于分散進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行研究工作的研究生人員,由實(shí)驗(yàn)室管理部門負(fù)責(zé)實(shí)施,設(shè)置專門的課程進(jìn)行培訓(xùn),必須完成一定量的課時(shí)學(xué)習(xí),并通過(guò)書面或者網(wǎng)絡(luò)考試,頒發(fā)合格證書并開(kāi)通進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室的門禁或者網(wǎng)絡(luò)預(yù)約許可之后,才能進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展工作。這樣的培訓(xùn)模式在培訓(xùn)形式和內(nèi)容上均存在薄弱環(huán)節(jié),參與培訓(xùn)的學(xué)生安全意識(shí)不強(qiáng),應(yīng)對(duì)安全事件及處理安全風(fēng)險(xiǎn)的能力不足,進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室之后的安全無(wú)法保證。

學(xué)生是實(shí)驗(yàn)室活動(dòng)的主體,同時(shí)也是實(shí)驗(yàn)室安全密切相關(guān)的個(gè)體,如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)室安全培訓(xùn),加強(qiáng)學(xué)生的安全意識(shí),提升學(xué)生應(yīng)對(duì)安全突發(fā)事件的能力,對(duì)于保證實(shí)驗(yàn)室的安全,提升藥學(xué)人才的培養(yǎng)水平均具有重大的現(xiàn)實(shí)意義[5-8]。藥學(xué)學(xué)科的發(fā)展涉及到藥物化學(xué)、藥物分析學(xué)、藥劑學(xué)和藥理學(xué)等前沿學(xué)科,傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室培訓(xùn)課程覆蓋面窄,無(wú)法覆蓋各個(gè)專業(yè)的安全需求,而且實(shí)驗(yàn)室安全培訓(xùn)安排在固定的時(shí)間、固定的地點(diǎn),培訓(xùn)的形式也多以課堂授課為主,這樣的形式對(duì)于還未進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生來(lái)講,接受程度不高,無(wú)法意識(shí)到實(shí)驗(yàn)室安全的重要性,雖然通過(guò)了課程之后的考試,但實(shí)際的安全知識(shí)掌握得并不牢靠。為了達(dá)到更好的培訓(xùn)效果,對(duì)高校實(shí)驗(yàn)室安全培訓(xùn)課程的改革勢(shì)在必行[9-11]。

2 “四位一體”實(shí)驗(yàn)室安全培訓(xùn)課程體系的建立

科技的發(fā)展促使教育邁向了更高的水平,尤其是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展,更是給教育事業(yè)的發(fā)展插上了騰飛的翅膀。新冠肺炎疫情期間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)直播技術(shù)以及各種網(wǎng)絡(luò)課程的建設(shè),讓學(xué)生突破了時(shí)間和空間的限制,可以隨時(shí)隨地進(jìn)行課程的學(xué)習(xí)[12-14]。在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室安全培訓(xùn)課程的基礎(chǔ)上,完善了與安全相關(guān)的各種危險(xiǎn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的標(biāo)準(zhǔn)操作流程,對(duì)一些安全風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)特別標(biāo)注,在開(kāi)始實(shí)驗(yàn)之前就引起學(xué)生的重視;借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù),建立涉及各個(gè)學(xué)科的網(wǎng)絡(luò)安全培訓(xùn)課程,實(shí)現(xiàn)更廣的培訓(xùn)覆蓋面;對(duì)于一些危險(xiǎn)度極高的實(shí)驗(yàn),借助虛擬仿真技術(shù),將這些危險(xiǎn)場(chǎng)景和不規(guī)范操作帶來(lái)的嚴(yán)重后果進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)還原,讓學(xué)生有身臨其境的感覺(jué),既保護(hù)了學(xué)生的安全,也增強(qiáng)了學(xué)生的安全實(shí)驗(yàn)意識(shí)?；谝陨系膬?nèi)容,我們建立了“四位一體”的實(shí)驗(yàn)室安全培訓(xùn)課程體系,主要的內(nèi)容及預(yù)期實(shí)施效果如表1所示。

表1 “四位一體”實(shí)驗(yàn)室安全培訓(xùn)課程的主要內(nèi)容及預(yù)期實(shí)施效果

2.1 完善實(shí)驗(yàn)課程的標(biāo)準(zhǔn)操作流程

對(duì)于本科生的實(shí)驗(yàn)課程來(lái)說(shuō),教學(xué)的目的是鞏固理論課程中學(xué)習(xí)的知識(shí),并對(duì)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力進(jìn)行一定的鍛煉。因此,各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)都有對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)講義,對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的背景知識(shí)、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行詳細(xì)地描述,并在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后設(shè)置思考題,加深學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解。講義的內(nèi)容重在實(shí)驗(yàn)的背景知識(shí)、原理及課后思考,對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟及實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的安全注意事項(xiàng)描述不夠詳細(xì)。涉及到一些有安全隱患實(shí)驗(yàn)時(shí),并未對(duì)這些安全風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)做詳細(xì)說(shuō)明,比較容易發(fā)生安全事故。以經(jīng)典化學(xué)實(shí)驗(yàn)咖啡因的提取為例,實(shí)驗(yàn)講義中重點(diǎn)講解了升華的原理以及現(xiàn)象,對(duì)于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中用到的加熱裝置以及其他需要注意的安全點(diǎn),并未做重點(diǎn)描述,主要依賴教師的現(xiàn)場(chǎng)講解。

在新補(bǔ)充的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)操作流程中,對(duì)涉及到這種類似加熱或者有危險(xiǎn)操作的實(shí)驗(yàn)步驟,都做出了詳細(xì)的描述,包括用到的加熱儀器的操作方法、加熱功率的選擇、加熱時(shí)間的控制、加熱溫度的設(shè)置等詳細(xì)的參數(shù)。對(duì)于咖啡因提取實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō),明確了使用電加熱板進(jìn)行加熱的功率設(shè)置到1 200 W,加熱時(shí)間8 min,加熱溫度達(dá)到200℃的操作步驟及實(shí)驗(yàn)條件,這樣使用者在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始之前就已經(jīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)中使用到的設(shè)備參數(shù)有詳細(xì)的了解,對(duì)可能出現(xiàn)的安全隱患有充分的預(yù)案,這樣就能避免安全事故的發(fā)生。

2.2 建立覆蓋面廣的網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)課程

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室安全培訓(xùn)課程,限于課時(shí)及人員的限制,只能選擇有限的培訓(xùn)內(nèi)容、在固定的時(shí)間、對(duì)特定的人員進(jìn)行培訓(xùn)。為了檢驗(yàn)培訓(xùn)的效果,在課程結(jié)束時(shí)會(huì)有書面或網(wǎng)絡(luò)形式的答題考試,考試的內(nèi)容與實(shí)際的實(shí)驗(yàn)操作相差較大,無(wú)法覆蓋真實(shí)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。網(wǎng)絡(luò)課程的建設(shè)給實(shí)驗(yàn)室安全培訓(xùn)帶來(lái)了巨大的便利,突破了時(shí)間和空間上的限制,培訓(xùn)內(nèi)容的廣度和深度以及學(xué)習(xí)的便利性都獲得了極大的擴(kuò)展[15-16]。

在培訓(xùn)課程內(nèi)容設(shè)置上,首先對(duì)藥學(xué)專業(yè)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)室安全問(wèn)題進(jìn)行了更廣泛以及更深入的擴(kuò)展,除了詳細(xì)地介紹了實(shí)驗(yàn)室常用的危險(xiǎn)化學(xué)品的使用安全和化學(xué)試劑的安全使用規(guī)范,還對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室常見(jiàn)廢棄物品的處置、相關(guān)安全氣瓶的存放和使用進(jìn)行了分門別類的講解。此外,由于沒(méi)有了課時(shí)的限制,在網(wǎng)絡(luò)課程中還加入了在常規(guī)的培訓(xùn)中沒(méi)有包含的實(shí)驗(yàn)室安全管理的部分,包括涉及到危險(xiǎn)操作的壓力容器、危險(xiǎn)試劑的儲(chǔ)存及領(lǐng)用規(guī)則、實(shí)驗(yàn)室安全的各項(xiàng)管理制度(包括水電及環(huán)境需要滿足安全的要求、安全的各項(xiàng)巡查制度,以及將各項(xiàng)工作細(xì)化到人的崗位管理職責(zé)),讓學(xué)生能夠從管理的角度理解實(shí)驗(yàn)室安全的重要性。對(duì)于化學(xué)實(shí)驗(yàn)室事故處理的應(yīng)急措施,在網(wǎng)絡(luò)課程中也增加了相關(guān)的內(nèi)容,重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)化學(xué)試劑的安全防護(hù)措施以及毒性分類,對(duì)萬(wàn)一受到傷害之后的預(yù)處理也有簡(jiǎn)單的介紹,全方位保障學(xué)生安全知識(shí)儲(chǔ)備的完整性。

除了與藥學(xué)相關(guān)的這些內(nèi)容之外,課程內(nèi)容還增加了與醫(yī)學(xué)專業(yè)相關(guān)的生物安全培訓(xùn),主要涉及生物安全分類的級(jí)別及對(duì)應(yīng)的防護(hù),還介紹了生物性危險(xiǎn)物以及具有傳染性的生物實(shí)驗(yàn)材料,對(duì)于職業(yè)暴露和暴露后的預(yù)防,還有涉及到生物材料相關(guān)的實(shí)驗(yàn)室操作和作業(yè)程序,在課程中也做了相應(yīng)的講解。不同于化學(xué)實(shí)驗(yàn)室安全事故的應(yīng)急處理,涉及生物安全突發(fā)事故的應(yīng)急處理更復(fù)雜,相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)操作程序也更多,所以在生物安全培訓(xùn)的最后部分重點(diǎn)講解不同級(jí)別的生物安全突發(fā)事件的處理,達(dá)到最大限度保護(hù)學(xué)生、避免環(huán)境污染的目的。

2.3 虛擬仿真技術(shù)模擬真實(shí)危險(xiǎn)場(chǎng)景

虛擬仿真技術(shù)是借助于計(jì)算機(jī)技術(shù)和相關(guān)的硬件設(shè)施,讓體驗(yàn)者能夠獲得身臨其境的一種高科技技術(shù),一般應(yīng)用在游戲娛樂(lè)或多媒體視頻播放領(lǐng)域,也有一些研究者提出能夠提供沉浸式體驗(yàn)的虛擬仿真技術(shù)可以應(yīng)用在教育領(lǐng)域,尤其是在實(shí)驗(yàn)室安全培訓(xùn)及管理方面[17-18]。在本課程的建設(shè)過(guò)程中,圍繞“以學(xué)生為中心”的理念,甄選藥學(xué)領(lǐng)域3種常用高危試劑乙醚、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和氰化鉀,精心設(shè)計(jì),開(kāi)發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的虛擬仿真項(xiàng)目。

這3個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目在實(shí)際操作中均有危險(xiǎn)性。第一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為低沸點(diǎn)、易燃易爆試劑乙醚的常壓蒸餾:長(zhǎng)久放置的乙醚含有過(guò)氧化物,蒸餾前若不檢測(cè)和除去過(guò)氧化物,容易發(fā)生強(qiáng)烈爆炸,甚至引起火災(zāi),虛擬仿真實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示,圖中分別模擬了實(shí)驗(yàn)裝置以及未檢測(cè)氧化物直接實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)爆炸的嚴(yán)重后果,場(chǎng)面震撼,對(duì)學(xué)生能起到很好的警示作用。第二個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為高沸點(diǎn)試劑DMF的減壓蒸餾:在制備純度高的常規(guī)溶劑DMF時(shí),不規(guī)范的減壓蒸餾操作也會(huì)引起燃燒爆炸。第三個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為劇毒物質(zhì)氰化物的檢測(cè):氰化物的使用和保管嚴(yán)格遵循“二人核對(duì)”制度,且嚴(yán)格履行公安局登記制度;實(shí)驗(yàn)時(shí)要嚴(yán)格采取防護(hù)措施,在通風(fēng)櫥中進(jìn)行;實(shí)驗(yàn)廢棄物需要回收并特殊處理。這3個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目只是眾多藥學(xué)高危實(shí)驗(yàn)中的代表,通過(guò)本虛擬仿真項(xiàng)目彌補(bǔ)了真實(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)無(wú)法開(kāi)展的不足,完善了實(shí)驗(yàn)教學(xué),在保證安全的前提下提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能。

圖1 乙醚的常壓蒸餾裝置(A)和模擬不當(dāng)操作發(fā)生爆炸的瞬間(B)

此外,針對(duì)一些學(xué)生安全意識(shí)不足的情況,本課程的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)還模擬了在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中由于操作不規(guī)范引起實(shí)驗(yàn)室事故的情形。在第一個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,由于有加熱的實(shí)驗(yàn),要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中必須全程密切關(guān)注實(shí)驗(yàn)體系的溫度。該項(xiàng)目模擬了實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)生接到一個(gè)電話,忽視了對(duì)實(shí)驗(yàn)溫度的監(jiān)控,結(jié)果發(fā)生了爆炸,實(shí)驗(yàn)室發(fā)生了火災(zāi),場(chǎng)面震撼,體驗(yàn)感和交互性極強(qiáng),強(qiáng)烈吸引了學(xué)生的參與愿望。借助火災(zāi)突發(fā)事件,仿真項(xiàng)目?jī)?nèi)還模擬了應(yīng)急逃生的步驟,加強(qiáng)了對(duì)學(xué)生的教育。

3 “四位一體”的實(shí)驗(yàn)室安全培訓(xùn)課程體系的實(shí)施效果

該課程體系自2019年開(kāi)始逐步實(shí)施,涉及安全的實(shí)驗(yàn)課程標(biāo)準(zhǔn)操作程序讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始之前就了解了本次實(shí)驗(yàn)的安全風(fēng)險(xiǎn),在開(kāi)始實(shí)驗(yàn)時(shí)會(huì)特別關(guān)注這些安全風(fēng)險(xiǎn),大大降低了安全事件的發(fā)生率。建立的網(wǎng)絡(luò)課程和運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)開(kāi)發(fā)的安全培訓(xùn)同步上線,在近兩年的實(shí)施過(guò)程中,學(xué)生參與課程的熱情高漲,學(xué)習(xí)滿意度不斷提高;網(wǎng)絡(luò)課程通過(guò)遴選加入到了學(xué)堂在線慕課平臺(tái),設(shè)置了課程學(xué)習(xí)及考核部分,通過(guò)考核之后發(fā)放合格證,參與學(xué)習(xí)人數(shù)截至2021年底已達(dá)到5 641人次。此外,網(wǎng)絡(luò)版的實(shí)驗(yàn)室安全培訓(xùn)課程還加入到了學(xué)習(xí)強(qiáng)國(guó)APP的慕課學(xué)習(xí)平臺(tái),累計(jì)播放量突破100萬(wàn)次,獲得了比較大的影響力,目前國(guó)際版課程正在籌備制作,待制作完成后上線。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在彌補(bǔ)真實(shí)教學(xué)實(shí)驗(yàn)不足的同時(shí),設(shè)計(jì)的安全事件交互性強(qiáng),場(chǎng)面真實(shí),爆炸場(chǎng)面對(duì)參與者的沖擊力度大,極大地增強(qiáng)了參與者的安全意識(shí),而安全意識(shí)是實(shí)驗(yàn)室安全的關(guān)鍵,這也在一定程度上保證了實(shí)驗(yàn)室安全。

4 結(jié) 語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)室安全的重要性不言而喻。“四位一體”實(shí)驗(yàn)室安全培訓(xùn)課程的建立就是為了確保實(shí)驗(yàn)室安全萬(wàn)無(wú)一失。在實(shí)驗(yàn)室安全培訓(xùn)的基礎(chǔ)上,實(shí)驗(yàn)課程標(biāo)準(zhǔn)操作程序提前預(yù)警了實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可能出現(xiàn)的危險(xiǎn),網(wǎng)絡(luò)版的實(shí)驗(yàn)室安全培訓(xùn)突破了實(shí)驗(yàn)室安全知識(shí)學(xué)習(xí)在時(shí)間和空間上的限制,虛擬仿真技術(shù)彌補(bǔ)了真實(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足,也增強(qiáng)了學(xué)生的安全意識(shí),這些課程的實(shí)施,從源頭預(yù)防的角度,最大程度上保證了實(shí)驗(yàn)室安全。盡管如此,網(wǎng)絡(luò)課程和虛擬仿真技術(shù)只能讓學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)室安全有一個(gè)初步的印象,對(duì)于實(shí)驗(yàn)室安全教育來(lái)說(shuō),最真實(shí)的場(chǎng)景還是來(lái)自于在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的實(shí)際操作,只有將課程培訓(xùn)和實(shí)際操作相結(jié)合,才能達(dá)到最好的安全教育效果,杜絕實(shí)驗(yàn)室安全事故。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突

作者貢獻(xiàn)聲明王耀楠:提出及設(shè)計(jì)課程概念,準(zhǔn)備及實(shí)施培訓(xùn)課程,撰寫論文;張?bào)阋?、馮琦琦:準(zhǔn)備及實(shí)施培訓(xùn)課程,審閱論文;王玉記:提出及設(shè)計(jì)課程概念,總體把關(guān)