基于OBE理念的研究生化學(xué)實驗室安全培訓(xùn)

摘要：文章介紹了在OBE（OutcomeBasedEducation，成果導(dǎo)向教育）理念下，研究生化學(xué)實驗室安全培訓(xùn)工作的實踐。在確定實驗室安全培訓(xùn)的知識、能力和素養(yǎng)目標(biāo)的基礎(chǔ)上，選取恰當(dāng)?shù)呐嘤?xùn)內(nèi)容反向設(shè)計培訓(xùn)途徑，基于目標(biāo)—途徑—內(nèi)容的相互關(guān)系構(gòu)建了研究生化學(xué)實驗室安全培訓(xùn)機(jī)制。同時，將實驗室安全理論知識宣講與安全技能實踐培訓(xùn)相結(jié)合，將化學(xué)熱力學(xué)基本原理應(yīng)用于實驗室事故案例分析，將化學(xué)專業(yè)知識深度融入實驗項目風(fēng)險評估，充分利用虛擬仿真實驗室并建設(shè)安全實訓(xùn)實驗室，將虛擬現(xiàn)實技術(shù)與實操訓(xùn)練緊密結(jié)合，促進(jìn)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(guān)鍵詞：實驗室安全;化學(xué)實驗室;OBE理念;研究生教育一、引言黨的二十大報告強(qiáng)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(yīng)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(biāo)之一。高校實驗室安全培訓(xùn)是培養(yǎng)具備安全環(huán)保責(zé)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(zé)任意識的高校畢業(yè)生是推動社會進(jìn)步的生力軍。二、化學(xué)實驗室安全培訓(xùn)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(xué)研究、實驗實踐等活動的重要基地，是創(chuàng)建一流大學(xué)和一流學(xué)科的必要條件，也是高校安全防護(hù)的重點(diǎn)[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(qiáng)化與擴(kuò)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(biāo)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(shù)專家組，頒布了高校統(tǒng)一的安全檢查指標(biāo)體系。目前，實驗室安全檢查指標(biāo)體系包含13個一級指標(biāo)、303個檢查要點(diǎn)，具有很強(qiáng)的指導(dǎo)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(yán)峻（表1）。事故的發(fā)生與化學(xué)實驗室的自身特征有關(guān)。教學(xué)類實驗室往往涉及化學(xué)、生物、環(huán)境、水利、材料等多個學(xué)科，實驗種類和項目數(shù)多，參與實驗教學(xué)的人員多且流動性大?？蒲蓄悓嶒炇已芯宽椖壳把?，化學(xué)反應(yīng)復(fù)雜或機(jī)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(xué)實驗室具有潛在安全隱患多、實驗項目風(fēng)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(xué)歷、從事多年科學(xué)研究的專業(yè)人員，他們并不缺乏化學(xué)專業(yè)知識，缺少的是必備的安全防范意識。對國內(nèi)外3000余名高校師生的調(diào)查顯示，高?；瘜W(xué)類實驗室在安全準(zhǔn)入、培訓(xùn)與考核、實驗室建設(shè)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(yīng)急處置等方面存在知識欠缺甚至盲點(diǎn)[3]。因此，構(gòu)建適宜的實驗室安全培訓(xùn)機(jī)制以提升安全培訓(xùn)實效尤為重要。實驗室安全培訓(xùn)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(dǎo)思想“安全第一、預(yù)防為主”突出了預(yù)防在實驗室安全工作中的作用。OBE理念下的研究生化學(xué)實驗室安全培訓(xùn)強(qiáng)調(diào)“以人為本、預(yù)防在先”，通過構(gòu)建完善的實驗室安全教育體系，開拓實驗室安全培訓(xùn)新途徑，探索實驗室安全培訓(xùn)新機(jī)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(xué)實驗室安全培訓(xùn)工作的實踐與探索OBE理念以培養(yǎng)目標(biāo)為起點(diǎn)，反向進(jìn)行課程設(shè)計，促進(jìn)學(xué)生的能力發(fā)展以達(dá)成目標(biāo)。該理念具有目標(biāo)明確、過程靈活、評價清晰等優(yōu)點(diǎn)，符合社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，已被廣泛應(yīng)用于高校課堂教學(xué)中，并取得了良好的教學(xué)效果。在OBE教育模式中，教育者必須對學(xué)生畢業(yè)時應(yīng)具備的能力及水平有清晰的構(gòu)想，設(shè)計適宜的教育結(jié)構(gòu)來保證學(xué)生達(dá)到預(yù)期目標(biāo)[5-6]。在實驗室安全培訓(xùn)實踐中，濟(jì)南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院研究生安全教育團(tuán)隊設(shè)置了安全培訓(xùn)的知識、能力和素養(yǎng)三級目標(biāo)，由于目標(biāo)達(dá)成與培訓(xùn)內(nèi)容和（二）培訓(xùn)途徑實驗室安全培訓(xùn)的三級目標(biāo)內(nèi)涵豐富，采取理論講授與實踐實訓(xùn)、理論考核與實訓(xùn)考核相結(jié)合的方式，力求達(dá)成目標(biāo)。理論講解過程中，深度融合化學(xué)學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)知識，引導(dǎo)研究生用化學(xué)專業(yè)知識分析事故原因及實驗項目風(fēng)險，使研究生切實體會到專業(yè)基礎(chǔ)知識對實驗室安全管理工作的指導(dǎo)意義。實踐實訓(xùn)過程中，從虛擬和現(xiàn)實2個層面開展實踐實訓(xùn)，研究生先從虛擬仿真實驗室習(xí)得實驗室安全檢查技能，通過安全實訓(xùn)考核后，再以檢查者的身份參與學(xué)院實驗室安全檢查，尋找安全隱患，切實增強(qiáng)安全環(huán)保意識，并將安全環(huán)保理念帶入到日后的學(xué)習(xí)和工作中，從而促進(jìn)社會的健康發(fā)展。（三）培訓(xùn)內(nèi)容的選擇實驗室安全培訓(xùn)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(guān)?；瘜W(xué)類實驗室安全知識涉及化學(xué)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(xùn)與案例分析實驗室安全培訓(xùn)既要從理論知識方面對事故案例進(jìn)培訓(xùn)途徑的選擇緊密相關(guān)，因此，基于目標(biāo)、內(nèi)容與途徑構(gòu)成了實驗室安全培訓(xùn)的基本架構(gòu)（圖1）。具體操作時，理論講授與實訓(xùn)實操緊密聯(lián)系，將化學(xué)專業(yè)知識與理論講授深度融合，設(shè)置虛擬仿真—實訓(xùn)實操—安全檢查三級實操訓(xùn)練，以探索更有效的實驗室安全培訓(xùn)機(jī)制。（一）培訓(xùn)目標(biāo)的確定有效達(dá)成培訓(xùn)目標(biāo)是實驗室安全培訓(xùn)工作的驅(qū)動力，化學(xué)實驗室安全培訓(xùn)目標(biāo)包括知識目標(biāo)、素養(yǎng)目標(biāo)和能力目標(biāo)（表2）。行詳解分析，使研究生知其然且知其所以然，又要引導(dǎo)研究生進(jìn)行實驗項目風(fēng)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(xùn)方面，根據(jù)教育部《高等學(xué)校實驗室安全檢查項目表》，選取國家法律法規(guī)、學(xué)校規(guī)章制度、實驗場所、安全設(shè)施、基礎(chǔ)安全、化學(xué)安全、生物安全和特種設(shè)備等作為核心培訓(xùn)內(nèi)容。將化學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)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(xiàn)分析，強(qiáng)化化學(xué)專業(yè)知識在實驗室安全管理中的指導(dǎo)作用，使研究生切實體會到盡管安全隱患的隱蔽性強(qiáng)、危險性大，但依靠嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和專業(yè)訓(xùn)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(jìn)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(dǎo)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(rèn)為NaNO3和NaSCN均屬于溶于水的鈉鹽，二者之間并無化學(xué)反應(yīng)。安全教育團(tuán)隊依據(jù)元素化合物和熱力學(xué)基礎(chǔ)知識引導(dǎo)研究生進(jìn)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(qiáng)氧化性。NaSCN屬于擬鹵素化合物，SCN-離子具有較強(qiáng)的還原性，其還原能力超過Br-離子?？梢韵胂?，二者混合后加熱，有可能發(fā)生氧化還原反應(yīng)。當(dāng)熱量聚集導(dǎo)致溫度升高時，二者之間的反應(yīng)會變得很復(fù)雜。如溫度超過550℃時，可能的反應(yīng)為：9NaNO3+5NaSCN=5CO2+7N2+5SO2+7Na2O查詢相應(yīng)物質(zhì)的熱力學(xué)數(shù)據(jù)，得到該反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變△rHm為-1287.3kJ·mol-1，這意味著NaNO3、NaSCN混合物高溫下具有極大爆炸風(fēng)險。如此將專業(yè)知識用于案例分析，在安全培訓(xùn)架構(gòu)中與實驗室安全知識相互增強(qiáng)，層層遞進(jìn)，逐步逼近真相，深刻揭示了NaNO3和NaSCN為禁配物的原因。2.風(fēng)險評估與實訓(xùn)演練相較于事故案例分析的“馬后炮”，實驗項目風(fēng)險分析屬于典型的前瞻性工作。例如，進(jìn)行水熱—溶劑熱合成前，使用物理化學(xué)的克拉珀龍—克勞修斯方程（Clapeyron-ClausiusEquation），近似計算反應(yīng)釜內(nèi)的壓強(qiáng)，從而對釜內(nèi)產(chǎn)生的高壓具有量的認(rèn)識，進(jìn)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(fēng)險。化學(xué)專業(yè)知識在風(fēng)險分析中具有不可替代的作用，實驗前充分研究化學(xué)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(xùn)方面，建立三級實操訓(xùn)練的化學(xué)實驗室安全培訓(xùn)機(jī)制，加強(qiáng)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(jìn)行安全知識與技能的學(xué)習(xí)與運(yùn)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(biāo)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(xué)生化學(xué)實驗大賽中使用，安全隱患查找也由此成為化學(xué)實驗大賽的必考項目。濟(jì)南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院建設(shè)了安全實訓(xùn)室，室內(nèi)預(yù)設(shè)20項安全隱患供實訓(xùn)現(xiàn)場考查使用，要求考生查找安全實訓(xùn)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(xùn)考查。為鼓勵研究生參加實訓(xùn)實操考查，學(xué)院還制定了專門的制度，聘請部分通過實訓(xùn)考查的研究生作為“最美實驗室”評選活動的評委或參與學(xué)院的月度安全檢查工作。安全實訓(xùn)室儲備了6類50余項備選安全隱患作為實訓(xùn)演練素材。備選安全隱患素材中設(shè)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(guān)物品、實驗室內(nèi)為電動車電池充電、化學(xué)實驗室內(nèi)使用可燃性蚊香、配電箱處無安全用電警示標(biāo)識、精密電子儀器室內(nèi)未配置CO2滅火器、化學(xué)實驗室內(nèi)無滅火器（滅火毯、滅火砂）等消防用品、應(yīng)急消防通道堵塞”等實驗室基礎(chǔ)安全隱患13項;設(shè)置“使用破損玻璃儀器、通風(fēng)柜內(nèi)放置一次性手套、通風(fēng)柜啟用時防爆玻璃視窗未拉至恰當(dāng)位置、電吹風(fēng)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(xué)試劑時未佩戴恰當(dāng)防護(hù)用品或防護(hù)用品不全、烘箱內(nèi)烘烤易燃物品、離心機(jī)擺放不平整”等實驗操作及小型設(shè)備使用安全隱患10項;設(shè)置“部分易制爆化學(xué)品未粘貼二維碼、試劑柜缺少存放化學(xué)品目錄、試劑柜缺少化學(xué)品使用動態(tài)臺賬、固體和液體化學(xué)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(biāo)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(xué)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(shè)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(biāo)簽標(biāo)識或標(biāo)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(biāo)識”等廢棄物管理隱患5項;設(shè)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(biāo)識、可燃性氣體與助燃?xì)怏w鋼瓶混放、易燃?xì)怏w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(shè)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(biāo)識、高溫電阻爐放置在木板或紙箱上使用”等特種設(shè)備使用管理隱患4項。四、結(jié)束語在OBE理念指導(dǎo)下，文章從目標(biāo)開始，設(shè)計了理論培訓(xùn)與實操訓(xùn)練相結(jié)合的化學(xué)實驗室安全培訓(xùn)途徑。在理論培訓(xùn)中深度融合化