醫學院校基礎化學實驗室的開放與安全管理

李青原,唐靜成,楊一帆,邵建群,趙明 （首都醫科大學藥學院,北京 100069）

基礎化學實驗室是高等醫學院校承擔教學任務的重要場所，實驗教學已成為培養實踐創新人才的重要手段[1]。首都醫科大學基礎與專業藥學實驗教學中心2014年成為國家級實驗教學示范中心，2015年獲批北京高等學校示范性校內創新實踐基地和北京市初中“開放性科學實踐活動”資源單位[2]，為充分發揮示范作用，各類開放實驗的開展已成為必不可少的環節。高校基礎化學實驗室的開放可以為地區科研活動提供場地和設備支持，能夠有效加強學校與社會之間的科研交流與合作，提高學校基礎化學實驗室的社會影響力，為學校和社會提供一個交流合作的平臺[3]。然而，化學實驗本身就存在著一定的安全風險，近年來，各地實驗室安全事故時有發生，引起了社會的廣泛關注，暴露出高校實驗室在安全管理方面還存在著相對薄弱的環節。如何安全而又高效地開放基礎化學實驗室是醫學院校亟待解決的重要課題。

1 基礎化學實驗室的開放形式

1.1 依托本科生第二課堂、學生科研創新項目和長學制導師制。為更好地提高學生的實驗技能，助力創新型人才的培養，首都醫科大學開展了本科生第二課堂、學生科研創新項目和長學制導師制項目，學生根據自己的興趣利用課余時間進入實驗室開展實驗，參加教師提出的開放課題項目。

1.2 依托教師的教育教學改革項目。學院老師積極主動參與教學改革，申請學校和學院的教學改革項目，帶領實驗技術老師和學生進入實驗室進行實驗項目的改革，拓展實驗教學內容，提高實驗教學水平。

1.3 依托繼續教育培訓活動。繼續教育學生大多數已參加工作，本實驗室向藥學、醫學檢驗等專業的繼續教育學生開放，對他們的知識和技能進行提高和拓展，完成他們的繼續教育學習。

1.4 依托大學生化學實驗競賽項目。以首都醫科大學的醫學化學實驗技能競賽和藥學院的大學生實驗技能競賽為平臺，為參加競賽的學生提供指導教師和訓練場地，提升本科生的創新能力和實驗技能。

1.5 依托實驗教學虛擬仿真項目。在新型冠狀病毒肺炎疫情期間，很多高校無法正常開展線下課堂教學，其中影響最大的教學環節就是實驗教學。在這個特殊時期，本校藥學實驗中心依托國家級“藥學安全實驗教學虛擬仿真項目”開展了線上實驗教學，保障了教學秩序與進度，且所有虛擬仿真實驗均對全國高校學生免費開放共享[4]。

1.6 依托北京市初中開放性科學實踐活動。2015年起，北京市教委全面啟動了“初中開放性科學實踐活動項目”[5]，本實驗中心作為資源單位，為全市初中學生提供了7個豐富多元的開放性科學實踐活動。

1.7 依托其他高校、學院的校際和院際合作。如2018-2019年上海交通大學藥學專業部分繼續教育實驗課程與本實驗中心聯合授課，2022年首都醫科大學燕京醫學院多位老師來本實驗中心交流探討有機實驗的教學與準備工作等。

2 基礎化學實驗室開放的現狀及存在的問題

2.1 人員類別多，流動性大，時間范圍廣。到中心實驗室進行開放實驗的學生層次多樣，有藥學類專業的高年級本科學生和低年級本科學生、醫學類專業的本科學生、繼續教育學生以及北京市各個中學初一或者初二年級的學生等，他們的化學理論知識以及實驗操作水平參差不齊，差距很大。很多初中學生是第一次進入化學實驗室進行實驗，對實驗安全方面認知不足，沒有足夠的自我防護意識和相關知識。還有部分學生是利用課余時間過來做實驗，實驗時間不再局限于上課時間，經常是在課后或節假日進入實驗室，實驗的時間很分散。以上這些情況延長了實驗室管理老師的工作時間，增加了工作難度，增大了任務量，對實驗室的管理提出了更高的要求。

2.2 開放實驗涉及的實驗試劑種類較多，實驗儀器類型復雜。化學實驗離不開化學試劑，而且經常需要同時使用多種試劑，如果實驗前不了解各類試劑的特性，不能夠正確地存放、使用、處理和回收，則極易引發安全事故。在化學實驗中使用儀器設備的情況也是很常見的，面向學生的層次水平不同，所使用的實驗儀器也多種多樣，各種儀器都需要技術人員的精心維護，還有很多實驗儀器是與本科教學共用的，頻繁的使用會導致儀器設備磨損高、維護周期縮短，如果出現使用不規范的情況，則易造成安全隱患以及對儀器產生損傷，影響中心正常的實驗教學[6]。

2.3 有些實驗項目開放時間和內容的不確定性會導致實驗安全危險性增大，因此造成開放實驗室管理難度加大，開放運行的效果難以評估。

3 基礎化學實驗室開放運行的實踐模式

開放實驗室是學生近距離接觸科學研究的地方，是培養及開發他們創新力的主戰場，但受學科特殊性的影響，化學開放實驗室的管理難度遠遠大于其他類型的開放實驗室，對實驗室人員的管理水平和專業技能都有著更高的要求[7]。針對開放性實驗，目前存在的一些問題，本實驗中心結合自身的實際情況，在基礎化學實驗室安全開放和管理方面進行了如下有益的探索和實踐。

3.1 建立完善的開放性實驗規章制度 基礎化學實驗室的開放不是任何學生和老師都可以隨意出入、隨意使用，需要一套合理的使用規范來約束實驗人員，以確保其安全操作，因此建立各種完善的規章制度是基礎化學實驗室對外開放的前提條件和重要保障。

本實驗中心根據自身學科特點建立了《實驗學生實驗守則》、《實驗教師崗位職責》、《實驗藥品試劑管理制度》、《藥品試劑庫房安全管理制度》等一整套規章制度[8]，并在日常工作中嚴格執行。完善的管理制度可以明確實驗室各類人員的安全責任，本著“誰管理誰負責，誰使用誰負責”的原則，強化所有參加實驗人員的安全責任心，將安全管理責任落實到每一間實驗室、每一個進入實驗室的師生員工，有效地防范了安全事故的發生[9]。

3.2 建設規范化的開放性實驗室 實驗室建設主要包括實驗室功能布局、儀器設備、標識說明等多個方面。由于開放實驗室里學生自主的實驗活動更多，實驗室布局必須規范合理，符合安全需求，實驗臺布置合理、通道暢通，走廊安裝監控攝像頭，發現事故安全隱患及時處理。所有試劑、儀器、廢棄物的標識說明必須清晰。實驗室配備通風裝置和通風櫥，且通風效果良好；噴淋系統、煙感器和洗眼器等裝置定期巡檢；《實驗學生實驗守則》、《實驗教師崗位職責》、《實驗藥品試劑管理制度》、《藥品試劑庫房安全管理制度》等規章制度上墻；離心機、旋轉蒸發儀、高效液相色譜儀、氣相色譜儀、紫外可見分光光度計、熒光分光光度計等使用說明裝訂成冊，酒精燈、溫度計等危險儀器的正確使用方法上墻；實驗廢棄物區域使用地標勾勒，有機廢液和無機廢液警示/指示標識醒目；滅火器、滅火毯和小藥箱放置位置合理；實驗室使用記錄完整等，形成規范和井然有序的實驗室環境。

3.3 嚴格把控開放性實驗準入制度 基礎化學實驗室開放的前提條件是優先保障學校常規實驗教學，不能與學院的實驗教學起沖突，外校人員和在校學生如果想要使用實驗室，需要提前申報，征求管理人員同意并在實驗室沒有教學任務的前提下才可以進入使用。由于化學開放實驗室的藥品很多具有腐蝕性、揮發性和毒性，一些化學儀器操作危險性大，因此需要具有相關的專業知識以及正規培訓后方可操作。中心根據開放實驗的內容，制定嚴格的準入制度。教師以及學生在進行實驗操作之前，需明確提交實驗所需設備、實驗用品及實驗的詳細內容和步驟，以供實驗室管理人員審查評估是否適合在本實驗中心開展，并盡可能選用無毒或低毒化學試劑。實驗前充分利用“藥學安全實驗教學虛擬仿真項目”進行實驗室的安全知識教育[10]，向學生詳細講授實驗室的各項管理制度和實驗室各種安全設施的使用方法，以及如何安全使用各種化學試劑、如何進行自我保護、如何防范各種事故的發生、如何在危急情況下自救等，最后完成安全知識教育考試，考試合格并簽訂安全責任書之后，方可進入實驗室進行實驗操作。

3.4 強化開放性實驗室的過程管理 一旦開放實驗項目獲批，老師和學生進入開放實驗室實驗后，要嚴格遵守實驗室各項規章制度。針對不同形式的開放性實驗項目采取不同的管理方式，比如北京市初中開放性科學實踐活動和繼續教育培訓活動，學生基礎相對較弱，需要指導老師全程陪同學生完成實驗；虛擬仿真項目全程數字化教學和管理，只要保證網絡暢通和即時答疑即可；本科生第二課堂和教學改革項目實驗相對復雜，所需的化學試劑和實驗儀器較多，實驗內容的創新性較強，實驗探索的時間也較長，是開放性實驗管理的重點。基礎化學實驗室的開放需要全程在管理人員的監督下進行，尤其是涉及易燃易爆、有毒有害的實驗，必須有專業教師在場指導，避免發生實驗事故或者危險化學品被私自帶離實驗室的情況。實驗前需做好基本防護，實驗服、護目鏡、口罩和手套等穿戴整齊，并按照化學試劑儲存、使用規定和儀器操作規程進行實驗。實驗中用到的揮發性溶劑一定要在通風櫥中量取，電熱套和水浴鍋等加熱設備安全隱患較大，需要實時監控，實驗過程中學生不能離開實驗室。在學生實驗過程中，指導教師和實驗室管理員定時巡視，不能讓學生獨自一人長時間做實驗。學生在開放實驗室完成實驗后，一定要按照實驗室的要求，做好藥品儀器的使用登記和開放性實驗室使用登記，對剩余的實驗藥品進行整理和送還，對使用過的各種玻璃儀器分類清洗干凈，整理好實驗儀器，做好實驗室的清潔衛生，桌面、邊臺、地面清掃干凈，灌滿蒸餾水等，最后再檢查一遍水、電、門、窗是否關閉，待實驗室管理老師檢查合格后方可離開。

3.5 制定開放性實驗應急預案 對開放性實驗可能面臨的危險制定處置措施和應急預案，一旦突發事故，盡可能以最小的代價控制事態的發展，將損失和危害降到最低。比如，實驗室電路短路應急預案的措施要點：立即拉下實驗室電源總閘，關閉所有正在使用的帶電儀器，迅速通知實驗室管理人員和指導老師，并請電工師傅盡快查明原因；又比如，水銀溫度計打碎應急預案的措施要點：水銀有毒且易于揮發，被人體過量吸入后可能導致累積性中毒，因此水銀溫度計一旦破損應立即停止實驗，收集灑落的水銀至專門的收集瓶中加水封存，并在殘跡處灑上硫磺粉反復研磨，處理掉所有單質汞。常見的開放性實驗應急預案還包括停水事故應急預案、化學灼傷應急預案、玻璃儀器劃傷應急預案和火災逃生應急預案等。因此，為了預防開放性實驗可能發生的各種事故，實驗室管理人員每天都應檢查實驗室的水、電、門、窗及危險化學品，定期進行安全演習，提高對突發事故的處置能力。針對實驗室的安全問題，學院還特別建立了三級安全管理責任制和學院領導定期安全檢查制度，反復排查安全隱患，督促師生養成良好的安全習慣[8]。

3.6 以虛擬仿真項目為抓手，加強開放性實驗數字化建設 藥學專業實驗教學中很多內容具有高危、不可逆的特點，部分實驗還涉及大型儀器的綜合訓練，難以對大批量學生進行開放教學，但是很多學生的未來工作卻需要這些實驗技能和切身體會。鑒于此，2015-2019年，我實驗中心利用北京市教委專業建設專項，建設和完善了藥學虛擬仿真實驗教學中心平臺，組織教師開發了69項虛擬仿真項目并全部申請了計算機軟件著作權[4]，努力為全校師生甚至全國師生提供更優質、更專業的線上實驗教學內容。目前，我實驗中心的虛擬仿真項目已在我校本科生教學、研究生教學、繼續教育教學和大學生化學實驗競賽中全面展開，并受到了學生的廣泛好評。虛擬仿真實驗的開放可以部分甚至全部替代高危險、高污染以及高消耗、高成本的線下實驗教學[11]，打破了實驗時間和地點的限制，有效地避免了安全隱患的發生，同時還擴展了師生們的實驗教學水平和信息化水平。

4 實驗室開放的效果

4.1 增強了學生的安全意識 近年來，各地實驗室安全事故時有發生，深入探究可以發現，實驗人員安全意識薄弱及操作規范程度不足是導致事故發生的重要因素[12]。在實驗室開放的實施過程中，學生通過參與安全實驗教學等虛擬仿真實驗，可以直觀地體驗錯誤操作下引起的爆炸、觸電等安全事故引起的嚴重后果，而不是像傳統實驗教學極力避免安全事故的發生，顯著地增強了學生的安全意識和責任意識。對于化學從業人員必須掌握而教學實驗中較少涉及的內容，如危險化學品的合理分類及貯存、儀器的維護等方面，在開展開放實驗的過程中也有特別地補充，讓學生不只是停留在傳統實驗教學模式的簡單機械使用，更大大提高了他們的管理能力和從業能力，實驗操作更加規范。此外，從學生反饋的情況看，大部分學生對實驗室目前的開放形式及管理模式表示滿意，還有部分學生希望增加實驗內容，進一步提高自己分析問題和解決問題的能力。

4.2 開闊了學生實驗的思路和視野 以薄層色譜實驗為例，在以往的教學中，所用的TLC板均為自己動手鋪制的玻璃板材，對于簡單的2-硝基苯酚和4-硝基苯酚混合物的分離，實驗現象和實驗效果還是比較好，但是對于像茶葉這種成分復雜的植物提取物，經常伴有分離度不高、擴散及拖尾現象，分離效果不是十分令人滿意。在開放性實驗中，有老師指導學生使用鋁制板材鋪制硅膠板進行分離，結果表明鋁制板材硅膠板分離效果比玻璃基硅膠板要優異，樣品擴散及拖尾現象減弱很多。實驗室的開放補充了正常教學學時內無法完成的實驗內容，讓學生體會到使用不同實驗器材和實驗方法之間的差異，既開闊了學生的視野，也為老師們更好地改進實驗教學內容提供了新的思路。

4.3 提高了儀器設備的使用率 本中心作為北京市和國家級實驗教學示范中心，配備了各類高靈敏度、精確度的實驗用儀器設備，但這些儀器設備卻更易受人為因素及環境因素的影響。此外，當儀器的使用率不高或者保養不及時，不但會造成資源的浪費，還會縮短儀器的使用壽命。通過開放性實驗，可以讓儀器充分運轉，大大提高了儀器設備的使用率，學生也學習了儀器的日常維護方法，進一步增加了儀器的使用壽命。

以上表明，我們采用的基礎化學實驗室開放運行的實踐模式具有較強的可行性，可以推廣到其他實驗室的開放中。

5 結語

開放實驗教學是高校提高實驗教學水平、培養創新人才的有效途徑[13]，保障實驗室安全在實驗室工作中至關重要，是一項長期而又艱巨的任務。如何安全又高效地開放基礎化學實驗室，需要學校各部門共同探索和創新。讓我們攜手做好實驗室安全教育和管理工作，充分發揮開放實驗室的人才培養及示范性作用，為各類來校實驗人員營造安全的學習環境。