湯志宏，安行健，王祥紅，李立德，于樂軍，董樹剛

（中國海洋大學(xué) 海洋生命科學(xué)國家級實驗教學(xué)示范中心，山東 青島 266003）

中國社會已經(jīng)進(jìn)入了創(chuàng)新發(fā)展的新時代，在這特色鮮明的歷史時代中，創(chuàng)新人才的培養(yǎng)是促進(jìn)時代變革的重要基礎(chǔ)之一。作為“985 工程”和“雙一流”重點建設(shè)高校，尤其是承擔(dān)實驗教學(xué)任務(wù)的實驗教學(xué)中心，責(zé)無旁貸地成為創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的重要基地。為了充分發(fā)揮實驗室在創(chuàng)新型人才培養(yǎng)中的最大效率，實驗室開放和儀器共享是普遍被采用的措施[1-3]。然而，不容忽視的是，隨著實驗室的開放，儀器設(shè)備共享及各類創(chuàng)新性實驗的開設(shè)等工作的推進(jìn)，必然導(dǎo)致實驗室人員流動性大、儀器設(shè)備高負(fù)荷運行等現(xiàn)象。其直接后果是儀器設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)滯后、安全配套及培訓(xùn)不能及時到位，從而導(dǎo)致實驗室管理安全隱患的存在。

目前，實驗室安全問題已經(jīng)引起人們的高度關(guān)注。事實上，實驗室安全問題應(yīng)該，也必將永遠(yuǎn)是每一個從事實驗工作的人員時時刻刻放在首位考量的問題。為了確保實驗室安全，人們已經(jīng)從政策管理、制度建設(shè)及技術(shù)保障等多方面展開了研究和探索[4-6]，相關(guān)部門及管理單位也都采取了有效措施。雖然這些相關(guān)政策、制度及技術(shù)都是保障實驗室安全的重要武器，然而我們應(yīng)該清楚地認(rèn)識到，所有這些還僅僅是理論上的指導(dǎo)、技術(shù)上的支持和政策上的保障；而對于不同領(lǐng)域、不同學(xué)科、不同層次的實驗室必須針對實際情況建立切實可行的安全管理體制和措施，這樣才能有效實現(xiàn)實驗室安全運行。為此，海洋生命科學(xué)國家級實驗教學(xué)示范中心（以下簡稱“中心”）結(jié)合學(xué)校實驗室管理相關(guān)政策，從中心的實際情況出發(fā)，以確保實驗室安全高效運行為目標(biāo)，建立了一套基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的三級實驗室安全保障體系。從實驗室安全系統(tǒng)理論培訓(xùn)、實驗室虛擬仿真安全演練到實驗儀器設(shè)備使用前實時操作在線微視頻教學(xué)等三個層面上完成實驗操作人員的安全培訓(xùn)。通過系統(tǒng)培訓(xùn)，能夠極大提高操作者的安全意識，有效降低實驗室事故發(fā)生率和儀器設(shè)備的故障率，有利于實驗室的安全高效運行。

1 實驗室安全課程建設(shè)

1.1 實驗室安全課程內(nèi)容設(shè)置

實驗室安全課程是面向多專業(yè)、多學(xué)科學(xué)生而進(jìn)行的一種廣普性安全知識培訓(xùn)，其目的是使受培訓(xùn)者能夠掌握普遍性的實驗室公共安全知識，增強(qiáng)實驗室安全意識，了解易于發(fā)生安全事故的操作環(huán)節(jié)，系統(tǒng)地掌握一般性安全事故的應(yīng)急處理措施等。所以，在課程內(nèi)容設(shè)置上，以通識性安全知識為主，設(shè)置了消防安全、水電安全、化學(xué)品安全、生物安全、輻射安全、設(shè)備安全、實驗廢棄物處理等幾個方面的內(nèi)容。

1.2 實驗室安全課程教學(xué)

眾所周知，實驗安全十分重要，人們常說，安全問題大于天。然而，在面對實驗室安全課程時，聽到1、2、3、4 的安全注意事項時，往往又使人感到枯燥乏味或危言聳聽。受培訓(xùn)者的厭煩或不以為然不是我們放棄培訓(xùn)的理由，而正是我們使安全事故防患于未然的切入點。所以，在課程的講授上采用靈活多變的教學(xué)方式，以圖表、圖像、視頻、虛擬仿真動畫等手段，通過案例分析的方法組織教學(xué)；采用源于最簡單、最常見失誤造成最慘痛安全事故的案例教學(xué)，加強(qiáng)對培訓(xùn)者的心理震撼，并收到良好的教學(xué)效果。另外，根據(jù)實驗室多發(fā)事故的成因，有重點地進(jìn)行具體講解。如對部分實驗室安全事故的統(tǒng)計分析表明，爆炸事故占44%，火災(zāi)事故占42%，主要是由固體、液體和氣體易燃物引發(fā)[7]。所以，在課程講授過程中，須將爆炸和火災(zāi)作為重點，不但要充分說明其成因、預(yù)防和危害，更重要的是讓受培訓(xùn)者具有事故初期的準(zhǔn)確判斷能力和掌握正確的處置方法。

1.3 實驗室安全課程在線學(xué)習(xí)和考核

實驗室安全課程內(nèi)容多、涵蓋面廣，而教學(xué)學(xué)時數(shù)有限。為了能夠讓學(xué)生更全面、廣泛地了解和掌握實驗室安全知識，需要采用特殊的方法和手段。充分利用互聯(lián)網(wǎng)和現(xiàn)代通信技術(shù)，實現(xiàn)現(xiàn)代高等教育的少學(xué)時、大信息量教學(xué)是目前高教改革的重要方向，并已經(jīng)取得了可喜的成果[8-10]。根據(jù)本課程的教學(xué)特點，利用學(xué)?，F(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)資源，開設(shè)了實驗室安全在線學(xué)習(xí)和考試系統(tǒng)。將需要學(xué)生學(xué)習(xí)，但由于學(xué)時限制不能在課上介紹的內(nèi)容放在相關(guān)網(wǎng)站上，由學(xué)生自主學(xué)習(xí)。在線學(xué)習(xí)系統(tǒng)始終對全校學(xué)生開放，學(xué)生可利用課余時間，化整為零隨時利用手中的多種電子設(shè)備進(jìn)入校園網(wǎng)相應(yīng)管理系統(tǒng)進(jìn)行自學(xué)。課上授課結(jié)束后，實驗室安全考試系統(tǒng)在規(guī)定時間內(nèi)對選課學(xué)生開放，在所規(guī)定的時間內(nèi)學(xué)生必須完成預(yù)定的自主學(xué)習(xí)時間和內(nèi)容方可進(jìn)入考試程序。學(xué)生須在規(guī)定時間段內(nèi)，進(jìn)入相應(yīng)院系及實驗室設(shè)置的考試項目完成課程考試，答題完成并提交后，系統(tǒng)自動彈出本次考試成績。考試通過后，系統(tǒng)會自動生成實驗室安全培訓(xùn)考試合格證書，獲得該證書便具備了實驗室準(zhǔn)入資格。

2 實驗安全與防護(hù)虛擬仿真實驗

2.1 基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的實驗安全與防護(hù)虛擬仿真實驗系統(tǒng)

虛擬仿真技術(shù)是將仿真技術(shù)與虛擬現(xiàn)實技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，具有集成化、虛擬化與網(wǎng)絡(luò)化的特征，能夠用一個虛擬的系統(tǒng)來展現(xiàn)一個真實的系統(tǒng)。該技術(shù)在實驗教學(xué)上得到了廣泛的應(yīng)用[11-13]。近年來，隨著教育部和各高校對高教改革投入力度的加大，已經(jīng)形成了一批具有良好應(yīng)用前景的成果[14-15]，其中，有一些成果已經(jīng)通過網(wǎng)絡(luò)開放。中心借助互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，依托國家虛擬仿真實驗教學(xué)項目共享平臺（www.ilabx.com）的資源，采用“互聯(lián)網(wǎng)+”模式，建立了實驗安全與防護(hù)虛擬仿真實驗系統(tǒng)。經(jīng)與中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)《生物安全與防護(hù)虛擬仿真綜合實驗系統(tǒng)》軟件注冊人協(xié)商，可以將需要安全培訓(xùn)的人員名單、學(xué)號等信息導(dǎo)入軟件系統(tǒng)。然后受培訓(xùn)者可在規(guī)定的時間訪問虛擬仿真實驗系統(tǒng)，完成實驗室安全知識的虛擬現(xiàn)實培訓(xùn)和測試。

2.2 虛擬仿真實驗系統(tǒng)的使用

學(xué)生進(jìn)行實驗安全理論課程學(xué)習(xí)后，在進(jìn)入實驗室之前，須登錄實驗室安全虛擬仿真系統(tǒng)，完成相應(yīng)實驗室安全知識的學(xué)習(xí)與測試，其學(xué)習(xí)和測試過程如圖1 所示。

首先，實名登錄實驗安全與防護(hù)虛擬仿真系統(tǒng)，然后選擇相應(yīng)的實驗項目進(jìn)入實驗室。進(jìn)入實驗室后，會出現(xiàn)任務(wù)選擇畫面。接下來，按照軟件界面所列出的任務(wù)，逐項選擇并在虛擬場景中完成任務(wù)選項。最后，教師可以通過后臺統(tǒng)計學(xué)生的學(xué)習(xí)和測試情況。學(xué)生完成所有項目的操作并合格后，獲得進(jìn)入實驗室的入門資格。

圖1 虛擬仿真實驗系統(tǒng)的學(xué)習(xí)與測試過程

3 重點儀器設(shè)備使用規(guī)程在線教學(xué)

3.1 在線教學(xué)的必要性

統(tǒng)計分析表明，在所有發(fā)生于實驗室的火災(zāi)、爆炸、意外傷害等事故中，由于實驗儀器設(shè)備操作不當(dāng)?shù)纫鸬氖鹿始s占20%[7]。由此可見，儀器設(shè)備的規(guī)范使用對實驗室安全起到了重要的保障作用。事實上，在實驗室安全課程中對一些通用儀器及設(shè)備的使用規(guī)程及安全注意事項都有比較詳細(xì)的介紹，甚至在學(xué)生進(jìn)入實驗室前也有過專門的培訓(xùn)，然而在實驗室的實際運行過程中，還是能夠時常發(fā)現(xiàn)學(xué)生的儀器設(shè)備操作不規(guī)范或錯誤操作等現(xiàn)象。

在實際工作中應(yīng)該認(rèn)識到這樣幾個事實：第一，實驗室安全課程雖然介紹了一些儀器設(shè)備的使用規(guī)程和注意事項，但由于課程所涉及的儀器設(shè)備數(shù)量較多、種類繁雜，學(xué)生不可能做到系統(tǒng)掌握；第二，隨著實驗室開放程度的提高，進(jìn)入實驗室的學(xué)生人數(shù)增多，人員的流動性和不確定性增加，而實驗室工作人員有限，很難實現(xiàn)對學(xué)生逐一指導(dǎo)；第三，每名學(xué)生并不是學(xué)習(xí)完實驗室安全課程后馬上進(jìn)入實驗室工作，即使課上對相關(guān)儀器設(shè)備掌握得很好，經(jīng)過一段時間后也會遺忘。所以，如何科學(xué)地管理儀器設(shè)備，使每一名實驗操作者能夠得到準(zhǔn)確及時的指導(dǎo)是保證儀器設(shè)備安全使用的有效措施。為此，中心建立了一種基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的實時在線教學(xué)系統(tǒng)，實現(xiàn)了針對重點儀器設(shè)備實驗操作者的使用前實時培訓(xùn)。

3.2 在線教學(xué)系統(tǒng)設(shè)置

在線教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)置主要遵循以下原則：

（1）實時性。教學(xué)系統(tǒng)能夠方便使用者在設(shè)備使用之前和設(shè)備使用過程中實時地進(jìn)行學(xué)習(xí)。

（2）全面性。每個設(shè)備的實時教學(xué)系統(tǒng)將包括設(shè)備使用方法、注意事項、維護(hù)保養(yǎng)三個選項，全面介紹設(shè)備的相關(guān)內(nèi)容。

（3）高效性。在線教學(xué)系統(tǒng)一般是操作者在使用儀器之前，用較短的時間來完成儀器使用方法及注意事項的學(xué)習(xí)，所以要爭取在幾分鐘的時間內(nèi)解決問題。

基于以上思路，在該教學(xué)系統(tǒng)采用“互聯(lián)網(wǎng)+微視頻”的基本方法實現(xiàn)。針對每臺重點儀器或設(shè)備，分別錄制使用方法、注意事項、維護(hù)保養(yǎng)的微視頻。每段視頻力求精簡，設(shè)置為1～2 min。通過對實際儀器設(shè)備使用過程的演示和講解，簡練地完成三項內(nèi)容的介紹。將微視頻放置于中心服務(wù)器上，根據(jù)微視頻文件放置的地址信息生成并印制每個儀器視頻的網(wǎng)絡(luò)識別二維碼，將此二維碼粘貼于相應(yīng)儀器的醒目位置上，即完成了該系統(tǒng)的建設(shè)。使用者可以利用微信掃碼的方式實時進(jìn)行學(xué)習(xí)。圖2 為中心的高速冷凍離心機(jī)和搖床的操作視頻截圖及其二維碼。

圖2 設(shè)備操作視頻截圖及其二維碼

只要用微信掃描儀器設(shè)備的二維碼即可現(xiàn)場學(xué)習(xí)該設(shè)備的使用方法，也可以將此二維碼拍照，然后采用微信識別，在任何地點、任何時間均可進(jìn)行學(xué)習(xí)。

4 結(jié)語

實驗室安全問題應(yīng)該是從管理者到操作者都要首先思考和自覺防范的事情，良好的習(xí)慣應(yīng)該從學(xué)生時代養(yǎng)成。中心依托國家虛擬仿真實驗教學(xué)項目共享平臺的資源，建立了基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的三級實驗室安全保障體系。該體系從系統(tǒng)化、趣味化和實用化角度實現(xiàn)了對學(xué)生安全知識的有效教育，有利于建立起學(xué)生的安全意識。三級安全保證體系有效保障了實驗室高效安全運轉(zhuǎn)，與此同時，還能降低儀器設(shè)備的故障率。