基礎化學實驗教學中安全管理實踐及思考

牛麗紅, 郭英姿

(1. 清華大學 化學系, 北京 100084; 2. 清華大學 實驗室與設備處, 北京 100084)

基礎化學實驗是清華大學化學系開設的面向全校非化學專業學生的基礎化學實驗課程,每年選課學生千余人。作為大學階段第一門化學實驗課程(對于部分學生來講,也是他們本科階段必修的唯一一門化學實驗課程),通過該課程的學習,不僅使學生進一步了解化學在發展過程中與其他學科相互滲透、交叉和融合的特點；也要結合科研、生產實際,使得學生了解并重視化學實驗中的安全問題。化學安全,不僅涉及到化學知識在安全問題中的應用,更關乎生命、財產的安全保障。化學實驗教學中,加強安全教育,強化安全意識,是實驗教學順利進行的可靠保障。

從事基礎化學實驗教學的教師,一定要結合實驗內容,加強安全知識的學習,在實驗過程中,不斷強調安全在實驗中的重要作用。只有學生在學習過程中了解安全知識,重視安全管理,走向工作崗位以后才能自覺遵守各項安全規章制度,保障安全生產。

1 化學實驗教學安全管理特點

高校實驗室是進行實驗教學、開展科學研究、培養學生實踐能力與綜合素質的主要場所[1],我校的基礎化學實驗室安全管理具有如下特點:

1.1 化學試劑數量和種類繁多

作為基礎類實驗課程,元素性質實驗是其實驗內容的重要組成部分,所用化學試劑品種繁多、性質復雜,大部分還有一定的毒性[2-3],同時產生的危險廢棄物種類多,處理量大。

1.2 學生首次接觸大學化學實驗,對安全問題認識不足

剛剛升入大學的學生,對于化學實驗的認識往往還停留于高中階段,化學實驗給他們的印象更多是“有趣”,而容易忽視隱藏在化學現象背后的安全問題。由于對一些元素性質還沒有全面了解,學生又喜歡動手嘗試,往往帶來一定的安全隱患。

1.3 危險源復雜

化學實驗中用到的各種合成(包含高壓設備如高壓反應釜)、加熱、振蕩、檢測(大功率、含輻射問題)等儀器設備種類非常多,由于反應的復雜性,化學實驗室也經常使用各種高壓氣罐、冷凝回路水等,因此,化學實驗室安全管理不僅僅涉及到各類化學品(尤其是腐蝕性化學品、有毒化學品)的購置、存放、使用、后處理等問題,也有水、電、氣等存在各種安全問題。

1.4 實驗室使用頻繁,人員眾多

化學是一門以實驗為基礎的學科。實驗課在化學系的課程中占有舉足輕重的地位。面對每年11萬人時數、2 500人的實驗任務量,化學實驗室使用非常頻繁,每個工作日在每間實驗室都有25～30名學生同時做實驗。由于實驗涉及到產品合成、表征、性質測試等手段,每一位學生需要同期使用4～5個實驗室,僅僅靠一名教師和助教需要照顧到所有學生,難度可想而知。近幾年,隨著我校的快速發展,通識教育課程選課人數逐年增加,化學系的教學實驗室面積卻一直沒有增加,面積小、人員多、實驗復雜,給實驗室安全管理增加了很多難度。

面對實際困難,實驗中心在化學系的支持下,立足現有條件,讓實驗室利用更加科學合理,并大力提升安全管理的軟硬件環境。

2 實驗教學安全管理措施

2.1 提升硬件環境

基礎化學實驗室在學校改善辦學條件經費的支持下,全面改善了實驗室整體環境,例如通風系統、藥品儲藏環境、公共區域安全設施、廢液處理等。定期檢查洗眼器使用情況；安放明顯而全面的安全警示標識；試劑存放量按照國家安全規定執行,固體與液體、強酸與強堿、氧化劑與還原劑等分開存放；試劑柜接通風裝置,同一試劑柜中液體放置在下層,存放點通風、隔熱、安全[4]；試劑柜內加裝六氟丙烷自動滅火裝置；使用可燃易爆氣體(包含易燃易爆氣體的標準氣)的實驗室將氣瓶放置于室外,并全部安裝防回火裝置。實驗室安全管理水平得到外國專家的好評,并于2016年順利通過ABET認證。

2.2 完善安全管理制度

完善具有學科特色的實驗室安全管理制度、實驗操作規程、儀器操作規程、應急預案,將有操作指導性的制度、規程張貼出來。建立安全檢查和值日制度,檢查出的問題及時反饋、整改[5]。實驗室門上張貼危險源辨識和防護要求,掛有安全責任牌,標明安全責任人、電話等信息,張貼逃生線路指示圖。實驗室內根據面積配置充足的各類專業消防器材并定期檢查。每個實驗室配置了監控設備,24 h全角度監控實驗安全。整潔明亮的實驗室布局合理,物品擺放有序。所有房間有備用鑰匙,由專人管理。實驗前要求學生一定熟悉安全操作方法及防護知識。實驗時必須戴防護手套、護目鏡、穿實驗服等防護用品,否則不允許進入實驗室。實驗結束,由老師、助教共同檢查水電氣等安全,確認無誤簽字,最后由實驗室管理人員再次確認。每一個實驗,教師都要將所有用到的化學物質性質熟記于心,特別是對可能發生的安全問題,做好安全預防,制作中英文安全應急卡,懸掛于醒目的位置。

2.3 加強安全教育

董繼業等對46起實驗室安全事故中實驗操作人員的不安全動作進行統計后[6],借鑒美國杜邦公司及美國職業安全與健康管理局對不安全行為的分類方式，對實驗操作人員的不安全動作進行歸納,得到8大類、25種不安全動作。其中,使用質量不合格的儀器設備、材料,實驗過程中長時間脫崗,實驗后未清理現場、斷電、關設備這3類不安全動作發生最為頻繁,占到了總數的52%,是預防的重點。而這些與實驗人員的行為習慣密切相關。在基礎化學實驗中,狠抓學生的實驗習慣,對于不按照操作規程實驗、實驗后不完全清理現場等行為,教師除發出警告、現場整改外,將其與學生成績掛鉤。將穿實驗服、護目鏡、試劑及儀器使用規范、實驗器材損壞以及實驗衛生習慣等作為實驗素養的一部分,以10%的比例納入實驗課成績評定。以提高學生對實驗室安全的重視程度,幫助和督促學生形成良好的實驗安全習慣。

初次進實驗室的學生,要參加學校設備處網站上的實驗安全知識測試。同時,實驗開始前,培訓實驗相關安全知識,簽署安全責任書,以督促和提醒其在整個實驗過程中,遵守安全章程,保證自覺主動的安全實驗。

組織學生參加消防演練,實地感受實驗安全重要性。加強實驗室安全文化教育,營造重視安全的良好氛圍。例如將實驗安全教育視頻(清華大學實驗室創新基金資助項目,含水、電、氣使用等全面的實驗室安全教育內容)推送到每一位學生的手機上,該視頻采用卡通人物對話形式,畫面生動、語言通俗、寓教于樂。

要體現“將安全教育融入日常教學”的目的,實驗教材就必須充分融入安全教育的內容[7]。在新編的教材中,加強對安全知識的全方位介紹,增強安全意識；實驗中增加對化學安全知識的提醒,每一個實驗步驟中所涉及到的安全知識,在實驗內容中作出特別提示。

2.4 實施實驗室安全督查制度

實驗室安全教育管理體系是一個長期機制,對此,我們應當安全警鐘長鳴,安全教育常抓不懈[8]。由各研究所安全骨干力量組成的系級安全督導組定期檢查實驗室安全,尤其對教學實驗室的安全檢查更加嚴格,比如洗眼器的正常使用、氧氣含量報警器是否在有效期、廢液桶是否粘貼有效的標簽,實驗室垃圾和生活垃圾是否嚴格分類等。同時,校級安全督導專家也會定期對實驗室督導檢查,并及時反饋,定期復查。

2.5 開展定期安全培訓

從2015年起,基礎化學實驗教學中心開設了實驗室安全課,結合化學實驗室重點安全問題,對學生加強全面系統的安全訓練,除了有專業教師講解實驗室安全問題,還邀請北京市急救中心的專家進行現場急救演練,邀請北京市消防局專家結合化學樓內的安全消防設施進行全方位的現場安全知識講解和操作。此外,定期邀請氣瓶、化學品安全知識專家進行安全培訓。

2.6 安全教育與化學知識學習相結合

實驗室是實踐的重要場所,結合實驗室的設備、試劑、操作規程等內容進行安全教育,身臨其境,給學生留下深刻印象。借學生首次接觸化學實驗的時機,加強安全教育,既是培養素質全面的現代化人才的要求,也是保障人身、財產安全的基本要求。教師要在學生學習過程中,將安全教育潛移默化地貫穿于學習始終。例如對于元素性質實驗,結合常見重金屬,如鎘、鉛等元素在生活中的安全案例,加強安全教育；引導學生查詢每種物質的MSDS數據,了解所用物質的理化知識,尤其是安全使用及其應急處理措施。例如課堂上一個典型實驗是“自來水中氟離子含量測定”,教師不僅講述到氟離子安全使用,注意事項,還介紹含氟廢液的處理方法,如化學沉淀法、混凝沉淀法、吸附法等。

3 實驗教學安全管理原則

3.1 安全教育方式要得當

化學實驗強調學生創新思維的培養,培養勇于嘗試、不斷探索的科研精神。學生作為高校實驗室安全管理工作的對象與參與者,其自身具有較強的自我管理、自我學習、自我教育能力,且朝氣蓬勃、自主創造性強。激發其參與的自覺性和積極性,有利于培養學生解決實際問題的能力和創新能力[9-10]。教師在安全教育過程中,要循循善誘,從學生自身特點出發,曉之以情、動之以理,使得學生發揮安全主體作用,主動重視安全。如果過于硬性強調安全問題,學生處于被動說教地位,會使得正處于旺盛求知欲的學生畏首畏尾,失去科學探索的動力。雖然化學學科特點決定了其容易發生一些安全問題,但只要做好個人防護,熟悉所用化學品和儀器的安全操作規程,做好應急處理措施,遵守規程,服從實驗室安全管理規定,就能最大限度地保證在安全條件下享受科研的樂趣,在豐富多彩的化學世界中探索未知的奧秘。

3.2 融安全教育于專業知識學習

化學品的安全問題和其化學性質、物質結構密不可分,在實驗教學中,要利用結構決定性質的特點,融安全教育于專業知識學習中,一方面加強化學知識的學習,一方面潛移默化中接受了安全教育。學生在實驗室實踐的過程,既是進行專業研究和探索的過程,也是學習安全、規范的實驗操作過程,這種有針對性的安全教育有利于將安全知識與實際應用相結合,避免學生對大量安全知識“囫圇吞棗”,同時還可以講解更加深入、系統的安全知識[11]。比如基礎實驗教學中一個典型實驗是“熱致變色銅氨配合物合成”,結合實驗中所用到的高氯酸,從結構角度分析其為何具有強氧化性,教育學生隨意傾倒會對公共水體造成污染,從而引導學生思考如何處理氯酸根廢液等專業問題。在這個過程中,學生自然深化了安全意識。

3.3 安全問題常抓不懈

安全教育要貫穿于教學的整個過程,結合具體內容,時時提醒,反復強調。實驗教師安全責任重大,要深入、細致地執行實驗室安全規章的每一項要求,貫徹“安全重于一切”的思想,防患于未然。

隨著我國社會的不斷進步和高等教育的發展,高校實驗室的安全管理問題越來越受到廣泛的關注與重視。安全管理是一項長期的任務,需要不斷總結完善,只有這樣,才能讓學生安心學習和鉆研業務[12],消除實驗室安全隱患,防止實驗室安全事故發生,為師生營造一個和諧安定的學習環境。

感謝清華大學本科教學改革項目基金(ZY01_02)的支持。

感謝清華大學實驗室創新基金的支持。

參考文獻(References)

[1] 李志紅.100起實驗室安全事故統計分析及對策研究[J].實驗技術與管理,2014,31(4):210-215.

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[3] 黃文霞,羅一帆.高校化學教學實驗室安全教育與管理[J].實驗技術與管理,2010,27(9):194-196.

[4] 牛煥雙,吉琳.化學科研實驗室安全管理對策[J].實驗室研究與探索,2014,33(8):291-294.

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[6] 董繼業,馬參國,傅貴,等. 高校實驗室安全事故行為原因分析及解決對策[J].實驗技術與管理, 2016,33(10):258-261.

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[10] 宋志軍.學生參與實驗室安全管理工作的模式與實踐[J].實驗技術與管理,2015,32(5):254-256.

[11] 陳容容.加強實驗室安全教育保障實驗室安全[J].實驗技術與管理,2016,33(3):232-234.

[12] 李偉.西藏大學化學教學安全管理與實踐[J].實驗技術與管理,2017,34(4):262-264.