新工科背景下實驗課程安全教育探索與實踐

張德君, 孫銘陽, 張曉雨, 劉長宏, 孫 越

(1.遼寧師范大學 資產管理處,遼寧 大連 116029;2.遼寧師范大學 地理科學學院,遼寧 大連 116029;3.遼寧師范大學 化學化工學院,遼寧 大連 116029)

黨的十八大以來,為深入學習貫徹習近平同志系列講話重要精神和習近平總書記關于治國理政新理念、新思想、新戰略,為適應新一輪科技革命和產業變革的新趨勢,支撐服務創新驅動發展,教育部積極推進新工科建設,先后形成了“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”,并發布了《關于開展新工科研究與實踐的通知》和《關于推進新工科研究與實踐項目的通知》,全力探索形成領跑全球工程教育的中國模式、中國經驗,助力高等教育強國建設[1-3].

以新技術、新產業、新業態和新模式為特征的新工科建設對人才培養的標準提出了更高的要求[4].相對于傳統的工科人才,未來新興產業和新經濟需要的是工程實踐能力強,創新能力強,具備國際競爭力的高素質復合型新工科人才.針對新工科教育的定位,各大高校要致力于培養和提供大量的科創人才,他們不僅在某一學科專業上學業精深,而且還應具有“學科交叉融合”的特征[5].

大學化學實驗是以實驗為基礎,增強理論教學效果,培養學生觀察、思維、創新等能力為目標的系列課程.它作為理工科專業學生必修的通識教育課程,在高等學校理工科專業教育中占有重要地位.實驗室是高校開展實驗教學的主要陣地,是支撐科學研究和服務社會的重要場所[6].實驗室安全工作直接關系學科建設的發展穩定,更關系廣大師生的財產甚至生命[7],已引起國際、國內社會的廣泛關注與重視.例如:2020年加拿大溫莎大學的Ménard和Trant在Nature子刊發表綜述文章Areviewandcritiqueofacademiclabsafetyresearch[8],對近些年實驗安全研究進行了總結分析;2021年6月我國新修訂了《安全生產法》,從國家層面、法律角度對實驗安全給予重視.盡管如此,高校實驗安全事故仍時有發生.例如:2021年7月27日,某大學藥學院某博士生沖洗燒瓶時發生炸裂,玻璃碎片刺破手臂動脈血管,幸無生命危險[9];2021年10月24日,某大學一實驗室發生爆燃,造成2人死亡,9人受傷[10];2022年4月20日,湖南一大學發生一起爆燃事故,導致材料科學與工程學院的一名博士研究生受傷[11].高校實驗安全事故頻發,一個個鮮活的生命悄然而逝,背后是一個個破碎的家庭和親人、朋友們整個余生不能相見的陰霾.

高校實驗室是大學最重要的教學和科研基地,保障實驗室安全運行環境極為重要[12].新工科強調學科交叉,不同學科的學生對實驗室安全認識有所不同[13-14],這將是實驗室安全管理的新挑戰.在新工科背景下,高校化學實驗安全系列課程應該如何在這場變革中起承轉合,該課程應該如何做出調整與適應,完成重構學生基礎與專業間銜接的任務,需要教學工作者進行深入的思考與探索.本文以遼寧師范大學化學化工學院(以下簡稱學院)為例,總結歸納現有的實驗安全教育系統管理體系在新工科背景下的局限性,提出從夯實安全制度,豐富安全宣傳,完善安全教育體系,構建安全監督體系和建設數字化危化品管理平臺5個方面對管理體系進行豐富和完善,從而真正提高實驗室安全管理水平.

1 實驗安全教育工作現狀

遼寧師范大學一直重視實驗安全建設,已建立了制度、責任、檢查、隱患處理為一體的實驗安全管理體系[15],具體包括:

(1)制度體系

在學校層面,我校先后建立了《實驗室安全管理辦法》《實驗室安全檢查管理辦法》和《實驗室安全教育與準入管理辦法》等制度.在學院層面,組織化學化工實驗室建立并完善了多項具有學科特點的實驗室安全管理制度,并將其整理、匯編成冊.這些制度保障了實驗室安全管理方面有據可循、有理可依.

(2)責任體系

根據實驗室安全管理體制,建立全方位的責任體系,明確各管理層級安全工作職責及責任追究范圍.例如:在學校層面,學校黨政主要負責人是學校安全工作第一責任人;在學院層面,各學院黨政主要負責人是本單位的實驗室安全責任人;學院分管實驗室安全負責人則是本單位實驗室安全工作的具體管理人,協助本單位實驗室安全責任人做好相關工作.

(3)檢查體系

如圖1所示,已建立實驗室自查、學院檢查、學校檢查、專項檢查等多層多級檢查體系,并建立積極有效的反饋方式,極大提升實驗室安全檢查工作力度.

圖1 遼寧師范大學實驗室安全檢查體系Fig.1 Laboratory safety inspection system of Liaoning Normal University

(4)安全事故隱患處理體系

學校、學院及相關實驗室已建立了比較完備的安全事故隱患處理體系.對發現、檢查出的一般事故隱患,實驗室能夠解決的立即解決,不能解決的應就事故隱患形成書面報告,上報學校職能部門.對發現、檢查出的重大事故隱患,實驗室要及時逐級書面報告,并提出具體的整改建議.在報告的同時,還要做好預案,防止事故發生.對實驗室不能進行整改的事故隱患,學校主管部門接到報告后,進行實地調查核實,協調相關職能部門制訂事故隱患整改方案.上述做法不僅在化學化工實驗室,在整個遼寧師范大學的安全管理及教育方面都發揮了較好的作用.

2 實驗安全教育仍存在的問題及相應對策

盡管遼寧師范大學已建立了一定的實驗安全管理體系,但對于實驗課程層面,以化學化工學院相關專業的實驗為例,具有儀器設備和試劑材料種類多,覆蓋學科范圍廣,參與學生多等特點,且大多數試劑材料屬于危險化學品(如劇毒品、爆炸品、易制毒品、易制爆品等)[16].同時,化學化工實驗室還存在壓力容器等特種設備,實驗后還會產生廢氣、廢液、廢物等危害品.隨著學科交叉、產學融合、協同攻關等新的教學、研究形式的發展,相關實驗室的共享、開放程度將不斷提高,危險化學品、特種設備的使用、危害品的產生會越來越頻繁.尤其是,隨著新工科建設的不斷深入,實驗教學、科學研究中的探索性實驗會越來越多,具有高安全風險的實驗操作不斷增加,實驗室安全風險和管理難度不斷增加[17],實驗室安全教育和管理面臨的壓力將前所未有[18],因此,新形勢下,需要更深入地開展實驗室安全相關教育,具體措施如下:

2.1 夯實實驗安全制度體系,通過制度體系學習,使學生領悟遵守規則的重要性

盡管學校、學院已建立了一定的實驗室安全管理制度,但新形勢下,隨著實驗室使用的越來越頻繁,共享、開放程度的不斷提高,部分實驗安全制度體系需進一步夯實.應在現有實驗安全管理制度的基礎上,進一步建立具有化學化工專業特色的《化學化工實驗室準入制度》(包括做實驗人員的準入、實驗項目本身的準入、實驗儀器及試劑的準入等)《化學化工相關設備儀器定期檢查制度》(關注檢查的規范性、統一性、周期性)《化學化工試劑、常用實驗設備安全應急管理預案》《實驗室危化品應急預案》《×××危化品實驗專項應急預案》《實驗室個人防護裝備的選擇、使用、維護制度》和《實驗人員定期安全培訓制度》等,扎好制度的“籠子”和“籬笆”,讓實驗安全事故無路可逃.此外,在進行實驗的過程中,可以對實驗室的規章制度進行詳細的介紹,并闡明違反規則的嚴重后果,促使學生對遵守實驗室規則的認識進一步加深.

2.2 進一步豐富實驗安全宣傳體系,提升學生對生命的認知和敬畏

新形勢下,進一步豐富實驗安全宣傳體系,吸引學生對安全的關注與興趣.①在化學化工學院每層樓走廊墻壁最顯眼的地方,設計實驗安全宣傳展板,編輯化學化工專業特色的實驗安全標語,使學生時時刻刻感受到實驗安全的重要性.同時,利用實驗室安全事故的典型案例,讓學生了解生命的脆弱,感悟生命的珍貴.②充分利用信息化手段,利用實驗室內的多媒體電子屏,循環播放實驗安全宣傳紀錄片,播放該實驗室相關儀器設備的正確使用方法,播放該實驗室常開設實驗的操作注意事項,使學生形成良好的實驗安全習慣.透過實驗室垃圾循環再利用的過程,并通過國際、國內的實際環境污染事例,將環保觀念植入每一位同學的心中.借由探討人體健康、生態平衡等議題,促使每位同學在從事本專業及科研工作時,能有較高的社會責任感.③建設實驗安全教育體驗場所,根據實驗安全教育內容設計教育主題與體驗活動,讓學生切實感受到安全教育的“難忘”“有趣”,從而使安全問題真正做到入腦入心.④梳理常見化學化工實驗室安全事故,定期開展針對性事故演練.如圖2所示,除寒暑假、期末復習月以外,每月開展一次安全事故演練.例如:2月份進行有機試劑著火事故演練,3月份進行有毒氣體泄漏演練,依此類推.定期開展針對性安全事故演練,不僅有助于師生緊急情況下正確逃生,積累下來,將使師生獲得豐富的實驗事故處理經驗.

圖2 擬定期開展的針對性事故演練內容Fig.2 Content of targeted accident drills to be carried out during the proposed period

2.3 進一步完善實驗安全教育體系,借人文關懷提升安全教育溫度

化學化工相關實驗室屬于高風險專業實驗室,實驗安全教育體系的建立十分重要.除了常規的定期安全講座和培訓,實驗安全課程也是安全教育的重要方面.目前,我校化學化工學院已開設《化學實驗安全概論》的專業發展課.但該課程開設在第一學期,此時學生還處于實驗懵懂期,對實驗安全的概念比較模糊,學生實驗技能也很薄弱,所以此時實驗安全教育僅僅是泛泛的基本實驗安全教育.

如圖3所示,現從下面幾個方面完善實驗安全教育體系:①進一步設置實驗安全教育必修或選修課程,構建完備的實驗安全課程體系,有效增強學生安全意識和安全技能;②統籌實驗教學與安全.考慮不同實驗課程有不同的安全特點,因此,建議加大所有實驗課程內部的安全教育力度,即每門實驗課前開設《×××實驗專項安全知識教育》和《×××實驗安全應急演練》(不少于2課時).同時,每門實驗課中都要滲透、強化實驗安全知識,以課程思政形式,潤物無聲的滲透實驗安全知識及技能.③積極汲取企業安全生產管理經驗.定期“走出去”,組織學生到校外企業參觀,學習安全生產經驗;不定期“請進來”,邀請企業安全生產專家來我院做講座或作為實驗課程安全導師,打造實驗課程安全“雙師同堂”“校企合作”課程新模式,從而使學生全方位提高安全意識、多角度習得安全知識、深層次掌握安全技能.④借人文關懷和心理疏導,提升實驗室安全教育溫度.例如:在進行實驗安全教學時,可以給學生指出,處理實驗問題和處理人生問題是相通的,要時刻關注“水電”,不僅要注意實驗室用水用電安全,還要管好人生的“水電”,做實驗不放水,科研數據不做假;不給自己心理的電路負載過量的“電壓”,別讓自己太過疲憊和焦慮.另外,在教學過程中,還可將實驗操作中所蘊含的生活哲學與學生進行互動.如高壓實驗后,要及時減壓,不然極易引起爆炸,人體亦同理,有壓力時,要學會給自己放松,松弛有度.將安全實驗知識與幽默且富有哲理的語言相結合,不僅使實驗安全教育課堂變得活潑有生機,也在潛移默化地影響學生的思維方式,培養學生積極向上的心態,理性平和的處世態度.

圖3 實驗安全教育體系Fig.3 System of experimental safety education

2.4 構建專業化多層次全覆蓋實驗安全監督體系,強化學生責任擔當意識

大量事故表明,人的因素是安全事故的主要成因.據統計,在過去的實驗室安全事故中,有近90%以上的事故是由人的安全意識淡漠及不安全行為等因素形成的[19-20].目前許多高校和院系的實驗安全通常由行政崗位的實驗室管理人員負責.他們中的大部分沒有做過專業的教學、科研實驗,缺乏專業的安全技術知識,安全教育經驗也稍顯不足.比如:非化學專業人員平常很少接觸硫酸,很難判斷在哪些場合會用到硫酸,會有哪些潛在安全隱患.因此,為適應新型化學化工實驗室安全建設的需求,應按照“全員、全面、全程”的要求,持續強化師生安全意識,構建專業化、多層次、全覆蓋實驗安全監督體系.

如圖4所示,第一層級是校級安全監督人員.需具有實驗教學背景,至少是理工科出身的相關領導.第二層級是學院安全監督負責人.為院黨委書記,全面負責學院安全工作.第三層級是做實驗的一線教師.他們具有多年的科研經歷、實驗和實踐經驗,對突發事故的處理經驗豐富,對可能的安全隱患也比較熟悉.將全體一線教師按樓層劃分安全管理團隊,分區域進行實驗安全監督,并推選各專業或研究領域的骨干教師牽頭負責.第四層級是全體學生.因為實驗操作的人大多數是學生,科研實驗室以研究生為主,教學實驗室以本科生為主.所以安全監督體系也要包括學生,同學之間要互相監督、互相提醒.總之,通過層層有目標,級級有任務,人人有責任,構建專業化多層次全覆蓋實驗安全監督體系,同時也能大大提高學生的責任擔當意識.

2.5 建設數字化危化品管理平臺,虛實結合提高學生實驗安全意識

與其他專業實驗室相比,化學化工實驗室具有存放化學試劑種類多、數量大的特點,且大多數屬于危險化學品.同時,化學化工實驗室還存在壓力容器等特種設備,實驗后還會產生廢氣、廢液、廢物等危害品.隨著雙一流建設的加強,科學研究、實驗教學中探索性實驗會越來越多,具有高安全風險的實驗操作將不斷增加,上述物品或設備等帶來的安全隱患勢必會大大增多.基于此,學校應聯合各二級學院實驗室,建立危險化學品、特種設備的采購、運輸、存儲、使用以及廢棄物處置、廢物處理的全流程監管和溯源數字化電子管理平臺.①將電子標簽與大數據結合,實現對合成、貯存、使用、運輸、廢棄物處置、廢物處理等各環節中各類數據的采集與分析;②將物聯網技術與移動數字技術結合,實現對化學實驗室內危險化學品、特種設備使用信息進行采集及分析,并進行動態跟蹤及軌跡監控;③建立完善的信息化檔案數據庫,實時收集相關數據并進行信息共享交換;④構建“源頭可溯、流向可控、狀態可控”的危險化學品、特種設備全流程監管和可追溯數字化電子管理平臺.同時,化學化工學院積極進行虛擬實驗建設.在慕樂網絡科技(大連)有限公司的支持下,依托物聯網、云計算、高速網絡、高性能信息處理、智能數據分析等先進技術和先進的云端設備,對于有安全隱患的,實際不易操作的實驗,積極借助多媒體技術、網絡技術、VR技術等將傳統實驗虛擬仿真化,利用虛擬實驗對相關現象進行探究,以達到低成本、超時空、強交互、高安全的實踐教學效果.

3 結 語

習近平總書記曾指出:“青年興則國家興,青年強則國家強.青年一代有理想、有本領、有擔當,國家就有前途,民族就有希望.”基于新工科背景,我們對原有的安全教育體系進行了升級.夯實了實驗安全制度體系,豐富了安全宣傳,構建了安全監督體系和數字化危化品管理平臺.將多媒體設備與實驗安全宣傳相結合,使學生時時刻刻感受到實驗安全的重要性.將對學生的人文關愛與心理輔導結合起來,借人文關懷和心理疏導,提升實驗室安全教育溫度.將同學互相監督納入實驗安全監督體系,構建人人有責任、專業化多層次全覆蓋的實驗安全監督體系,同時也能大大提高學生的責任擔當意識.將新技術新媒體與常規的教學方式相結合,用科學技術給實驗室安全教育帶來了新的生機與活力,使實驗室安全學習更有成效、更有趣味.該體系的構建與實踐,將大大提升學校、學院的安全管理能力和服務水平,能有效降低高校實驗室安全評估風險等級.