生物實驗室儀器操作與實驗安全系統性培訓體系建設

亓樹艷， 李 華， 孫書洪， 孔 宇， 龍建綱

(西安交通大學 生命科學與技術學院，西安 710049)

0 引 言

學生進入研究生學習階段后，學習模式發生變化，由之前的集中學習逐漸轉變為獨立思考和獨立操作，特別是進入實驗室開展課題研究后，由于各個課題研究小組研究方向不同，學生需要單獨操作多種儀器設備，需要具備專業操作知識和技能。而生物實驗室實驗儀器種類繁多、操作復雜，且會涉及有毒有害、易燃易爆、強酸強堿、致病微生物等安全問題。因此，如何有效提高學生的動手能力，降低實驗儀器損壞率，確保實驗安全，是生物實驗室研究生科研訓練階段面臨的主要問題，亟需建立一套實驗儀器與實驗安全系統性培訓體系，使研究生能夠盡快熟悉實驗室儀器設備，掌握常用儀器設備的正確操作，提高其使用效率，同時確保學生人身、實驗設備以及實驗室環境安全。

1 生物實驗室儀器使用及實驗安全現狀

儀器設備是生物實驗室的重要技術裝備，是進行教學、科研和社會服務的基本條件[1-4]，近年來國家加大了對高等教育經費的投入，使各高校對實驗室儀器的投入也有了大幅增長，實驗環境和硬件資源都有了很大改善，很多先進的儀器設備開始大量運用于教學科研[5-7]。隨著高等教育事業的蓬勃發展，高校實驗室的安全管理也面臨著隨之帶來的新問題，近來時有發生的高校實驗室安全事故引起了社會的強烈反響，也為實驗室的運行和管理敲響了警鐘[8-10]。

1.1 實驗室人員流動性大，基礎訓練水平參差不齊

生物實驗室每學期都會接納新入學研究生，其中,有些學生是本校畢業，對實驗室的小型儀器設備有一定了解，有些來自外校，對實驗室的儀器設備完全沒有接觸。由于知識掌握及對實驗儀器了解程度不同，導致很多學生在實驗過程中損壞實驗儀器設備或因操作不當導致實驗結果重復性差、偏差較大等。特別是有些學生由于安全意識淡薄，不注意操作規范，導致一些潛在的安全隱患，甚至威脅到人身財產安全。

1.2 儀器設備使用不規范

實踐經驗發現，很多研究生理論水平很高，但是實踐動手能力和解決實際問題的能力相對較差[11]。在進入生物實驗室開始獨立操作時，不會使用大型儀器，甚至都不能熟練正確使用常規儀器。比如移液槍使用完畢之后未調回最大量程、離心機使用結束之后未清潔腔體；不會設置PCR儀程序、甚至從未使用過酶標儀、激光共聚焦等。這些生物實驗室儀器設備使用技能的欠缺必然會影響研究生科研工作的順利進行。

對于小型的儀器設備，如移液槍、離心機、高壓滅菌鍋等，大部分學生都會使用，但是很少能按標準流程進行操作，尤其是忽視儀器的維護保養，導致儀器出現不必要的故障及損傷，影響實驗結果的準確性。

對于大型的儀器設備，如酶標儀、激光共聚焦儀等，由于操作流程比較復雜，基本上每臺儀器可能只有幾個學生能夠熟練掌握操作，其他學生需要使用的時候就只能通過指導或是通過自己的理解進行操作，導致設備容易出現人為損壞問題。大型儀器設備維修成本高，造成科研經費不必要的浪費；維修所需時間長，影響實驗的順利開展。

另外，在儀器設備的使用過程中存在著重使用、輕維修和保養的現象，只要設備還能運行就一直使用，以至于小故障變大故障，最終影響科研工作的進行[12]。還有些儀器設備由于使用頻率不高，出現故障之后使用者沒有及時報修，導致很長時間之后才會被下一個使用者發現；如果有代用設備，則該損壞設備就沒人理會，導致故障愈來愈嚴重。儀器設備的故障一般都是由直接使用者最先發現，如果使用者在發現故障后馬上進行處理就大大地減小損失，簡化維修過程。否則微小故障沒有被消除而繼續強行運轉，就會導致更大的損壞，從而加大維修難度，造成更大的經濟損失[13]。

1.3 實驗安全意識淡薄，培訓不足

儀器設備的使用安全問題關系到儀器本身安全、操作者及實驗室環境安全[14]。同時，針對生物學實驗室的特殊性，除了儀器設備導致的一些安全問題外，還存在一些特殊的安全問題，包括物理、化學和生物因素[15]。目前對壓力容器、生化試劑、病原微生物等的使用、處理，很多學生沒有經過系統學習，包括不清楚?；沸枰獜奶囟◤S家購買、不知道如何處理實驗過程中產生的廢棄物等。無論哪一問題出現，都可能對實驗操作人員健康、實驗環境甚至室外造成威脅[16]。

此外，實驗操作水平的高低不僅直接關系到實驗結果準確性與科研項目的進度，也與實驗室安全密切相關。研究生實驗操作水平參差不齊，也會增加實驗安全隱患的產生幾率。如何提高研究生的實驗動手能力、強化研究生的科研素質、培養研究生的實驗安全意識是研究生培養初期中急需解決的問題。

2 生物實驗室針對研究生儀器操作及實驗安全培訓體系建設

針對以上問題，為了提高學生在實驗過程中的動手操作能力，減少儀器設備操作事故的發生，降低儀器損壞率，維護實驗室安全，生命學院生物工程系實驗室經過多年的實踐積累，探索建立了培訓體系和保障體系相結合的研究生實驗儀器操作及實驗安全系統性培訓體系：①學校專門設置實驗室網上安全培訓，要求學生通過實驗室安全準入在線考核,培訓研究生安全理論知識；②學院設置實驗課助教崗位，要求每位研究生擔任實驗課助教，進行半獨立操作訓練,提升研究生獨立、安全操作能力；③生物工程系開設“生命科學儀器操作及實驗安全”課程，對研究生進行理論及實踐操作培訓,使研究生掌握實驗儀器正確使用和保養維護技能，以及實驗安全操作技能；④導師對研究生進行針對性教育——查漏補缺，完善操作技能并進一步提升實驗安全意識。而在研究生的日常科研工作中，嚴格貫徹儀器設備使用預約制度，使實驗儀器使用制度化、規范化，并促使學生養成良好的科研習慣，同時經常舉辦前沿實驗技術和大型儀器設備培訓講座，以隨時鞏固、更新研究生所學知識。通過建立學校、學院、系所和導師的培訓體系，提升學生實驗儀器操作技能和實驗安全操作能力；通過建立儀器設備預約制度和經常性的培訓講座，敦促學生養成良好的科研習慣并鞏固、更新實驗理論知識和操作技能。

2.1 實驗安全在線考試系統的應用

實驗室是進行實驗教學和科學研究的重要場所。實驗室安全對整個學校的安全和穩定至關重要，是建設平安校園、構建和諧社會的重要內容。實驗室安全工作的重點在于預防事故的發生。在師生進入實驗室學習和工作前，有必要學習實驗室安全知識，掌握實驗室安全操作技能，將安全隱患消滅在萌芽狀態，防患于未然。實驗室與資產管理處早在2013年就建立了實驗室安全考試系統，生命學院生物工程系積極成為第一批參與單位。凡新入校需要進入實驗室的人員，必須先在在線題庫中學習安全知識，認真學習“實驗室安全教育手冊”，并通過在線的實驗室安全考試，取得合格證書，才有資格開通門禁并獲準進入實驗室。目的在于使廣大師生員工增強實驗室安全意識，自覺遵守學校和實驗室的各項規章制度，具備基本的實驗室安全知識，規范科學地進行實驗，確保教學科研工作的順利進行。所有學生在進入實驗室工作和學習之前，必須仔細閱讀該手冊，并簽“實驗室安全責任書”。

2.2 設置實驗課助教崗位

實驗準備工作在整個實驗中占有舉足輕重的地位[17]。實驗準備過程是一個繁瑣的復雜的過程，參與實驗課的準備除了能更進一步掌握實驗儀器的操作之外，還能訓練學生對實驗的耐心和理解，提高學生的動手能力，在親自動手過程中使自己得到鍛煉、綜合素質得到提升，對研究生以后的科研有很大的幫助。

研一學習階段除日常上課學習外，主要是查閱文獻、確定研究方向，并不一定會進入實驗室開展具體科研工作，為了使學生能夠有更多機會參與操作實驗儀器，鞏固所學知識，我系探索建立了實驗課助教模式，給實驗課設置助教崗位。積極鼓勵研究生一年級學生報名擔任實驗課程助教，參與實驗準備工作。這個過程是個半獨立操作的過程，如果過程中遇到什么問題還可以請實驗技術人員進行指導，對這些學生而言是一個很好鞏固學習的機會。通過幾年的摸索和實踐，實驗課助教的形式較好地鍛煉了參與者的獨立操作能力,實際動手能力和科研素質，使之成為研究生培養過程中由理論向實踐轉變的踏板。

2.3 開設生命科學儀器操作及實驗安全課程

實驗室安全知識在線學習、考核制度的建立，使研究生具備了一定的理論知識，但在實驗過程中如何進行正確、安全操作仍存在缺失。為了彌補這一缺失，生命學院生物工程系針對研究生新生開設了生命科學儀器操作及實驗安全課程。該課程包含了生物學實驗室主要儀器設備的操作培訓、實驗室安全培訓和安全應急情況處理的演練。

課程采用講用結合的模式，使學生在學習各實驗儀器原理、操作方法及注意事項的同時，能親自操作和使用課程中涉及的所有實驗儀器。在課程學習過程中，先通過PPT講解，以生動的形式向學生介紹儀器設備的工作原理、使用注意事項及維護保養方法，提高了學生對實驗儀器設備的使用及日常維護意識，為確保學生都能對儀器設備進行實際操作，將學生分成若干組，由多位指導老師分別帶領各組學生進行相關儀器的實際操作，并隨堂解決學生在操作過程中遇到的具體問題。對于大型儀器設備，必須要取得相應證書才能在以后的實驗過程中自己動手操作。通過該課程的學習，使學生基本掌握實驗室常用儀器設備的正確操作，同時也逐步加強學生對實驗儀器的日常保養維護意識。該課程還針對危險化學品的使用、生物安全、用水用電用火安全、實驗室廢棄物處理、儀器的安全操作以及發生突發事件的應急處理進行培訓和演練，使學生進一步提高實驗室安全意識并掌握相關技能。

2.4 導師針對性教育

由于各個課題研究小組研究方向不同，所需用到的儀器設備以及涉及實驗室的安全問題的側重點也會不同。因此，由導師進行研究生獨立科研之前的最后針對性教育是十分必要的，有查漏補缺，畫龍點睛之功效。研究生導師會根據所從事科研方向在學生開展課題之前有側重點的對學生進行針對性安全教育，邀請課題組學生廣泛討論，以前車為鑒，以實際操作為來源，將自身經驗和教訓傳授給即將從事科研工作的新生。同時每個導師門下設置專門的督察人員，負責課題組學生的實驗規范指導。

“凡事預則立，不預則廢”，在研究生獨立科研之前盡可能地做好各項培訓、預防工作，對保證研究生科研工作的順利開展具有重要意義。

2.5 儀器設備預約和經常性培訓講座的開展

為了保障生物實驗室長期良好運轉，生物工程系還建立儀器設備預約制度和經常性的培訓講座，培養學生良好的科研習慣并鞏固、更新實驗理論知識和操作技能。儀器設備的網上預約制度可借助計算機技術較好地實現網絡化和規范化管理，研究生隨時通過網絡瀏覽實驗室中各項儀器設備的使用情況，預約情況，從而更科學合理地安排自己的科研工作。儀器設備預約制度在保證實驗室有序運轉的基礎上，很大程度提高了儀器設備的使用效率和學生的科研效率。

大型儀器的操作熟練程度直接影響研究生的科研工作[18]，為了提高研究生大型儀器的使用技術和使用效率，除了在上述課程中對研究生進行大型儀器的培訓之外，還會還不定期聘請儀器公司的技術人員來校為學生開設講座培訓，講解相關儀器設備的具體操作、最新技術進展和應用領域等。通過儀器設備培訓講座，開拓了學生的視野，使學生了解到各種大型儀器最前沿的科學動態，使其掌握的相關儀器知識得到及時的更新與補充，也有利于學生在科研工作中開發儀器新功能。

3 建設成效及存在問題

3.1 建設成效

生物實驗室針對研究生儀器操作與實驗安全系統性培訓體系建立1年多以來，取得了一定的成效。目前生物實驗室研究生全員通過實驗安全在線考試系統，取得了合格證書；通過“生命科學儀器操作及實驗安全”課程的學習，學生實驗儀器操作技能和實驗安全操作能力有了顯著提升，有2位研究生取得了操作激光共聚焦顯微鏡的合格證書，2位研究生取得了操作流式細胞儀的合格證書。1年多以來，實驗室儀器使用效率大幅提高，實驗儀器的損壞率逐漸降低，本年度儀器維修費用比上年度減少了近20%，同時實現了全年零事故，保證了實驗室的安全運轉。

3.2 存在主要問題

雖然培訓體系取得了一定成效，但仍存在一些問題：①學生的學習主動性及積極性有待進一步加強；②在實踐操作培訓方面，由于部分大型儀器設備數量有限，無法保證在有限的課堂學習時間內讓每一位學生都有獨立動手操作的機會；③規章制度尚不健全，仍缺乏有效的監督管理措施。

在今后的工作中，應充分調動學生的積極性和學習興趣，使其能主動參與到學習中來，并嘗試利用課余時間，對學生開展培訓，爭取讓每一位學生都能掌握大型儀器設備操作，同時進一步建立完善的制度體系，保證實驗室規范運行，為培養出素質高、動手能力強，勤于創新，適應社會需求的應用型人才而努力。

4 結 語

生命學院生物工程系多年來積極探索，采用集中學習和自學相結合、理論學習和實踐操作相結合、系所全面培訓和導師針對性培訓相結合，對研究生新生展開多層次、全方位和持續性的實驗儀器操作和實驗安全培訓，并通過建立儀器設備預約制度來完善實驗室儀器設備管理，逐步構建起了成熟的研究生實驗儀器與實驗安全系統性培訓體系，使研究生的科研能力得到了較大提高，確保了實驗室高效穩定地運行，為培養創新型人才和保障高水平科研成果提供了很好保障。但實驗儀器操作與實驗安全培訓是一項不斷變化、復雜而艱巨的工作，還需要在長期實踐過程中不斷總結經驗并繼續改進。