基于認知心理過程的化學實驗室安全教育

張潤杰， 劉榮敏， 顧興海

(首都師范大學 化學系， 北京 100048)

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基于認知心理過程的化學實驗室安全教育

張潤杰， 劉榮敏， 顧興海

(首都師范大學 化學系， 北京 100048)

通過分析目前大學化學安全教育現狀，發現存在理念不到位、體系不完善、形式不豐富等問題，導致學生畢業時不具備識別、評估、管控實驗室危險的能力。為了提升化學安全教育水平，本文以認知心理過程為理論依托，構建了化學安全教育模式和體系，把安全教育過程抽象成感知、思考、內化、行動四個階段，每個階段采取相應的認知策略和學習方式，在時間維度上貫穿大學4年的培養過程，在空間維度上與其他課程有機契合：一二年級，側重基礎安全知識儲備，通過“感知”和“思考”形成網狀安全知識；三年級，聚焦風險管控能力培養,通過“內化”掌握安全的本質特征；四年級，通過“行動”具備安全問題解決能力，成為合格的安全員。

實驗室； 安全教育； 認知過程

0 引 言

化學專業本科生在學習和科研活動中，不僅會遇到大量化學藥品和試劑帶來的安全風險，新技術和新制品的不斷涌現也使化學實驗室環境變得更加復雜，新的安全隱患也會增多，這就使得化學實驗室的安全教育更加迫切。同時，化學專業的學生，將來不僅僅是化學從業者，同時也應該成為化學安全方面的專家。他們畢業時他們應該具備基本的化學危險識別、風險評估、危險管控的能力[1],即面對安全，他們必須具有強烈的安全道德觀、積極的態度和預見性，危險情況出現時具備應急管控和處理能力。

然而，目前的化學實驗室安全教育的效果仍然差強人意。主要是部分高校管理者包括師生對安全教育的重視程度不夠，安全教育理念滯后，安全教育模式不完善，教育方法手段不豐富。本文試圖從認知心理過程的角度，在安全教育理念、教育模式、教育內容、教學安排等方面加以探討，以期提升化學專業學生對實驗室安全的重視程度，畢業時具備基本的安全知識、安全技能和危險應急處置能力。

1 化學實驗室安全教育要著力解決的問題

1.1 安全教育理念的認識要到位

① 安全教育不只是安全本身，更是一個育人途徑[2]。通過安全教育，培養學生生命至上、尊重生命的安全道德觀念，養成嚴密嚴謹、嚴格細致的生活作風，形成敏銳觀察、處事不驚、從容應對問題解決能力，提升綜合素質。② 安全教育的真正目不能簡單停留在保證學生就讀期間在實驗室的安全，而是要把學生培養成具有“高度的安全意識”充滿每一個化學專業學生(潛在的化學工作者)的頭腦，提升整個社會的安全度，并承擔相應的安全責任[3]。③ 安全教育的承擔者是誰？安全教育者不僅是承擔教育的教師，還包括學校管理人員、保衛干部、助教等，所有教職員工都有不可推卸的責任。在所有人中不斷提升安全的強制性教育和安全觀的灌輸，不僅學生要接受安全倫理觀，教職工也要無條件的成為支持者認同者，所有的人必須承擔起相應的責任，這也是對自己的有效保護。

1.2 安全教育體系要完善

(1) 化學實驗室安全教育要有系統性設計。在很多高校實驗室，沒有從機構、人員、課程、教材等方面對安全教育做整體性規劃[4]，沒有專門的安全教育機構，沒有專職安全教育人員，沒有把實驗室安全當作一門課程開設，沒有專門教材，沒有安全教育手冊，沒有安全教育網站。在美國的高校都有專門的機構和人員負責安全教育，耶魯大學設有專門的職業安全和健康管理部門“The Occupational Safety and Health Administration”和專門化學安全保健官“Chemical Hygiene Officer”[5]，加州大學圣地亞哥分校設有專門機構“環境健康和風險管理處(Environmental Health and Risk Management Department)”。

(2) 化學實驗室安全教育內容要全面。化學實驗室潛在的安全風險繁雜，除了相關化學安全外，還包括激光安全、生物安全、放射安全、用電安全等，不能掛一漏萬，否則造成嚴重后果。

(3) 安全教育要實現與其他課程統籌[6]。無機化學、有機化學、分析化學、物理化學等二級學科對相應的實驗室安全知識和技能的要求有所不同，在學生具備基本的安全知識和技能基礎上，應該根據不同學期開設的課程的不同而有所側重，實現安全教育全方位、多層次、一體化，才能在安全教育上更加有的放矢。

1.3 安全教育的手段要豐富

首先，化學實驗室安全教育，多采用教師按大綱和教材照本宣科，單向進行知識灌輸，忽視學生作為學習主體的能動作用的發揮，學生主動學習環節缺乏。要把課堂還給學生，讓學生從被動吸收轉化為主動學習。其次，案例分析式教學不夠，沒有對相關實驗室危險案例的深入分析，學生就不能從慘痛事故中汲取教訓。通過案例分析，找出問題的根源并尋求解決的方法，能夠激發他們的學習興趣。同時，安全教育的真正目的，是讓學生掌握識別危險、處置危險的技能，這就要求安全教育多增加實踐環節，使學生通過身臨其境的方式提升實操能力[1]。缺乏實踐操作環節，培養學生解決實際安全問題的能力就會有所欠缺。最后，實現課內與課外相結合、現實與虛擬相結合、個人學習與集體討論相結合等方式，豐富教學方式方法，從而達到更好的安全教育效果。

2 基于認知過程的安全教育模式設計

認知也可以稱為認識，是指人認識外界事物的過程，或者說是對作用于人的感覺器官的外界事物進行信息加工的過程，包括注意、記憶、判斷、評價、歸因、問題解決、做出決定等環節，是一個由信息的獲得、編碼、貯存、提取和使用等一系列連續的認知操作階段組成的系統[7]。

從學習的角度，認知就是人們獲得知識和應用知識的心理過程，這個過程是受認知策略指導的，就是運用有關人們學習、記憶、思維的規則支配人的認知行為，從而提高其學習、記憶或認知效率的能力[8]。安全教育實質上是學生對安全理論和實踐的認知過程，采取一定的認知策略指導這個過程，也就是從學生認知心理的角度激趣、感知、理解、鞏固和應用，會使安全教育收到更好的效果。

基于以上觀點，與教學實踐相結合，現把安全教育過程抽提簡化成四個階段，每個階段側重于不同的學習方式(見表1)。這四個階段沒有必然的先后順序，依據不同的知識點和環境條件，采取相應的模式。

表1 化學安全教育模式

2.1 感知階段掌握“點狀”安全知識

通過感覺認識客觀事物個別屬性，依托知覺形成對事物的整體及其聯系與關系的認識，再經過選擇、編碼、儲存和提取的記憶過程，實現認識的初步累積堆疊。對于學習，就是相關知識的初步累積過程，要求以教師講授課程為主，學生自學為輔，內容要全面而不需要太深入，學生掌握的知識點可以相對分散，但覆蓋的范圍要大，使學生具備基本的知識框架。同時，可以通過張貼安全畫報、懸掛警示標語等方式，通過網絡[9]、微信等途徑，對學生進行教育，營造安全教育氛圍，達到先入為主的目的。

由于感覺是人全部心理現象的基礎，是內外環境信息直接作用于人的感覺器官。其中，視覺聽覺最為重要，提供80%～90%的信息。因此，這個階段要盡量多提供對視覺、聽覺有沖擊力的素材，以期達到更好的認知效果。

同時，在記憶過程中，包括形象記憶、情景記憶、情緒記憶、動作記憶在內，都是對親身經歷過、感知過、體驗過的事物形成的記憶，安排適當的體驗式的教學內容，特別是抓眼球的“真槍實彈”活動，無疑會收到事半功倍的教學效果。可以安排參觀環節，讓學生熟悉身邊的實驗室環境。可以安排學生輪流參加實驗室安全檢查活動，讓他們親身感受什么是安全的什么是不安全的。波士頓大學消防活動中的“火燒宿舍”活動，點燃一個與真實宿舍大小相同的模型，讓學生們親眼見識火勢蔓延的速度，無疑是極具刺激而留下深刻印象的體驗經歷。

2.2 思考階段形成“網狀”安全知識

在初步了解客觀事物基礎上，把零散的知識點連起來，形成“網狀”知識，從而理解事物的一般規律。在這個階段，學生主動參與真實性的活動和任務，在完成任務的過程中進行批判性和創造性的思考，通過語言活動，把思維活動的結果、認識活動的成果與別人進行交流，接受別人的經驗，在與小組其他成員的合作中不斷建構自己的知識[10]。在這個階段教學中可側重案例分析、實踐操作和小組討論學習等方式進行。

案例是人們在生產生活當中所經歷的典型事件，它本身包含的故事情景會使人們產生身臨其境的感覺，自然而然的與事件中的主人公一起經歷和思考。基于案例的安全教育是向學生傳遞針對性教育意義的有效載體，可以作為對學生進行說服、教育的有效工具。案例要真實，是有時間、地點、人物和情節的真實事件；案例要典型，要有代表性，是針對實驗室安全中學生應特別關注的焦點問題；案例要有戲劇性，既有背景條件和原委，又要有矛盾沖突的起承轉合，引人入勝；案例要有高潮，安全案例的最終結局就是要有典型的解決辦法。

安全實踐操作，既是對所學安全知識的驗證和運用，又是切身感受實驗室真實危險環境的難得體驗。把安全教育內容有機整合規劃，設計出幾個迷你安全實驗，讓學生在動手操作中認識安全的一般規律[11]。例如，使用酸的實驗，老師可以用酸遇到生雞蛋清的反應，模擬酸濺到眼睛上會發生的情況。把乙酸或醋倒入盛有生雞蛋的容器(蛋黃必須是完整的，以便能清晰地看到蛋清)，發現酸使蛋清迅速凝固，就可以想象酸濺到人眼中的危害，原因在于酸使角膜上皮細胞中的蛋白變性凝固，甚至造成穿透。

合作式的學習活動更能體現實驗室安全規則的內涵。采用合作的學習方式以使學生之間能協同努力，充分發揮自身及其同伴的學習優勢，它不僅是一種教學方式、學習方法和人際交往的過程，還是一種生活態度、工作精神和職業規范[12]。例如，開設小組討論學習課，選取相關的安全主題，展開討論，各抒己見，相互補充，以小組為單位形成學習報告，提出解決問題方案，可有效提升學習效果。

2.3 內化階段掌握安全的本質特征

最本質的安全綱要就是讓“高度的安全意識”充滿每個學生的頭腦，換一個表達方式就是學生要養成一個牢固的安全倫理觀，就是在做任何工作前，安全總是第一個要考慮的因素，就是“安全第一”，這意味著所有的危險將被識別、評估、管控。

在這個階段，讓學生在前期學習的基礎上，撰寫安全學習體會。讓學生思考什么是安全倫理觀，理解安全的本質特征，以及如何做到安全第一。如果這樣的安全觀能被接受，那么安全教育將變得異常容易，并將成為化學教育中不可缺少的一部分。

2018年6月1日12：00—2日12：00老港固廢基地共發生7次H2S超標報警（即H2S濃度超過60μg/m3），報警期間H2S最高小時濃度為316μg/m3。具體報警情況如表3所示。

承諾代表神圣的約定，簽署安全承諾書[13]，以書面的形式，讓學生對實驗室安全履行一種安全契約：“我重視安全，安全的工作，阻止一切冒險的行為，提升和推廣安全，為安全承擔相應的責任”。雖不具備法律效力，但可以從誠信的角度使學生遵從約定，一諾千金，從而進一步增強安全意識，提升安全教育效果。

2.4 行動階段具備安全問題解決能力

認知過程的問題解決、做出決定階段，是思考的一種結果，表現為認知主體針對認知對象的行為或操作。應用到安全教育上，主要側重解決安全問題的能力培養。首先，要求學生面對化學實驗室，完成一份安全計劃書，全面提升解決問題能力；安排一場安全演習，在實踐中考察學生遇到危險時的應變能力；最后，通過安全考試，全面評估安全教育的效果。

(1) 設計安全計劃書。在安全教育中，要安排知識應用環節，要求學生面對將來要進入的化學實驗室，設計出一份安全評估報告，從危險的識別、評估、應對三個層面，分析化學實驗室潛在的危險種類和位置，評估危險的大小和程度，以及危險出現時的應急處置措施，實現學以致用。

(2) 消防演習。從實踐中學習是進行安全教育的有效途徑之一，定期進行消防演習，要事先了解實驗室內不便人員情況下，以避免演習帶來意外的風險。演習不要提前通知師生，以期達到逼真效果。時間安排諸如上午9點學生比較集中的時段舉行，演習過程有安全員全程跟蹤，記錄撤離所需的時間以及出現的問題，以便在安全教育中查漏補缺。

(3) 通過安全系統，檢驗安全教學效果。安全考試作為檢驗安全教育效果的最后一道關口，也是決定學生能否進入實驗室獨立操作的唯一評判標準[14]。考試可采取筆試和實操兩種模式，筆試占70%，主要考察安全相關知識面的寬度；實操占30%，側重問題解決和應急處置的動手能力。考試通過的分數可酌情而定，通過考試的學生發給合格證書，允許進入實驗室獨立操作。未通過的學生，督促其學習，給予再次考試的機會，直到考試通過。

3 基于認知過程的安全教育課程安排

化學實驗室安全教育，在時間維度上要貫穿大學四年的培養過程，在空間維度上與其他課程相契合，這就要求安全教育的內容和形式要因時而異、因課而異。實踐證明，安全教育不僅要在實驗室開展，還要把它變成教室中講授的系列教科書，因為目前在所有化學教科書中安全概念覆蓋面存在空缺，整合健康、安全的篇章進教科書是一個迫切問題[15]。參考相關文獻[16]，嘗試對大學4年化學課程安排以及其對應的安全教育內容統籌規劃如下(見表2)。當然，相關的安全條目安排只是建議的，不是固定的，也可以調整到其他學年和課程，但無論如何，安全教育應貫穿于整個培養過程，而不是一次簡單安全培訓。

表2 大學4年化學課程安排及其對應的安全教育內容

3.1 一二年級側重基礎安全知識儲備

安全教育的第一步是清楚科學研究活動中的潛在危險，第二步是要聚焦在通過合理的措施使風險最小化上。因此，我們建議一年級、二年級學生應該把焦點放在對危險的識別上，這可能是安全教育中最困難的方面，因為有時我們自己可能也無法識別所有的危險。當然，通過安全教育，告訴學生如何尋找和在哪尋找正確的信息，學生就能認識最主要的危險因素。這個階段，可主要采取認知過程中感知階段、思考階段的相應教學形式(見表1)。

一年級，可以結合無機化學和性質分析課程，接受常規的化學安全教育(見表2)。學生應該學習安全倫理、基本實驗室規章和基本的安全規則。如果學生理解需要他們遵守的安全規章和規則，他們將愿意重視和盡可能的遵守這些條例。學生應該學會閱讀化學品安全說明書，給學生介紹化學衛生學概念和基本防護知識。他們要熟悉周邊環境的平面圖，應該學習基本的危險識別，包括各種危險的定義，有效地閱讀化學標簽標記，學習可能遇到的特殊的危險。向學生介紹實驗室安全防護知識，展示實驗服、護目鏡、手套等防護裝備，講解每一種的用途和用法，請志愿者當場演示正確的穿戴方法。在一年級水平，緊急程序應該包括洗眼、淋浴、識別逃生路線、事故報警程序等。一年級適當時候，要進行安全考試，用以檢驗安全教育的效果及學生掌握的程度。

二年級，學生在相應的實驗室將遇到基本的有機化學課程和定量的分析課程，要把風險的評估概念介紹給學生。此時，應該繼續強調危險的識別，幫助學生理解有毒物質的危害。講授基本的毒理學原理，以及如何使用這些信息評估化學藥品的相對風險性。泄漏的極限也要告訴學生并讓學生學會應用知識去評估，此時，關于有毒物質泄漏極限的討論給學生提供了很好的機會，通過計算空氣濃度(mg/L 或 ppm)并與相關數據對照，從而做出危害評估，獲得出直接的經驗。這是一個基本的定性分析實驗，掌握危害源頭的信息和化學特性是應該學會的關鍵技能。

3.2 三年級聚焦風險管控能力培養

三年級學生要著力培養風險的管控，并具備掌握這些技能。學生將選擇更多的化學課程，這些課程可給學生提供綜合管理和控制危險的機會。在這個階段，物理化學及其實驗課的開設，伴隨儀器分析課程，特別是學生研究型實驗項目通常此時開始，學生要應用以前學習過的安全規則，加上適當的新內容，去評估實驗室存在的風險。要求學生提供一個管理和控制危險的規劃，應隨著研究的進度不斷升級和調整的，并經過至少兩個導師把關，如果有安全委員會，也應該在這項工作中承擔一定責任。物理化學實驗室應該提供更多融合有關物理性危害的通用知識，以及傷害因素，比如氣體、高壓、真空、極端溫度和電傷害等。學生還應該掌握化學危險品的性質和反應原理。

3.3 四年級學生要成為合格的安全專家

要成為一個合格的化學工作者，應該掌握所有學過的安全知識和技能，畢業后才能針對工作崗位制定安全規劃。四年級學生完成畢業設計，要求有一篇畢業論文。學生應學會所有基本的危險識別、風險評估和風險管控，應該能獨立的運用這些資料設計所需的安全規劃，應該能夠處置普通的緊急情況，應該學會什么地方可獲得需要的安全信息和資料。在畢業時，應該可運用四年課程中所有學習到的安全規則，并確保在將來的就業單位能夠安全地工作。

4 結 語

安全教育的目標，就是使我們培養的未來化學工作者具有強烈的安全倫理觀，具有識別危險、評估風險的能力，特別是能夠制定安全規劃去管理、控制、最小化風險。實現把安全作為警鐘長鳴。

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Education for Chemical Laboratory Safety Based on Cognition

ZHANGRun-jie,LIURong-min,GUXing-hai

(Department of Chemistry, Capital Normal University, Beijing 100048, China)

Every university is committed to provide a safe laboratory environment for its students. The education of laboratory safety plays a key role in minimizing the risk of injury or illness to laboratory students. This paper will address how to strengthen the education of chemical laboratory safety based on cognition, including life safety issues, hazard recognition, risk assessment, hazardous materials management and emergency response, so that every chemistry undergraduate will have a minimum competency in safety at the end of their four-year degree program in chemistry.

chemical laboratory; safety education; cognition process

2015-06-21

張潤杰(1969-)，男，河北淶水人，博士，副研究員，系黨委書記，主要研究方向：實驗室建設和管理。

Tel.：010-68902321, 13910679763; E-mail：3986@cnu.edu.cn

X 931.0

A

1006-7167(2016)04-0288-05