趙 玨,劉雪蕾,孟世勇
(1. 北京大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院,北京 100871;2. 北京大學(xué) 實驗室與設(shè)備管理部,北京 100871)
隨著我國高校招生規(guī)模的擴大,各類實驗室數(shù)量和規(guī)模不斷增加,部分高校實驗室空間的增量已無法滿足儀器設(shè)備和學(xué)生數(shù)量增長的要求,在很大程度上造成實驗室過分擁擠等問題,并由此產(chǎn)生了相應(yīng)的安全隱患。此外,由于我國中小學(xué)教育階段對學(xué)生安全知識和能力的教育比較薄弱,導(dǎo)致大多數(shù)本科學(xué)生是在進(jìn)入高校后才開始接觸實驗室安全知識,接受實驗室安全教育,加之對高校本科教學(xué)實驗室的安全管理和安全教育重視程度不夠,造成許多學(xué)生的安全意識比較淡薄。據(jù)調(diào)查,在發(fā)生的實驗室安全事故中,安全防范意識不足和操作不規(guī)范等人為因素所占的比例較高,而生物實驗室在事發(fā)實驗室中的所占比例更高。這使得國家各級管理部門高度重視生物實驗室的安全問題,許多高校已將生物教學(xué)實驗室安全教育列為生物學(xué)科的基礎(chǔ)教育和生物人才培養(yǎng)的重要內(nèi)容。因此,進(jìn)一步加強高校生物實驗教學(xué)安全教育、規(guī)范高校生物安全管理已經(jīng)成為相關(guān)高校的一項重要的工作。
在各類理工科院校,實驗課程是非常重要的實踐課程,其質(zhì)量的差異往往在很大程度上體現(xiàn)了一所學(xué)校的教學(xué)水平。在教學(xué)實驗中,學(xué)生能夠親自動手做實驗去驗證和體會所學(xué)的書本知識,這將有效鍛煉學(xué)生的實踐動手能力。因此,實驗過程的復(fù)雜性能夠培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)理性的思維,對于實驗結(jié)果偏差的處理可以培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)驗證態(tài)度,對于結(jié)果未知的探索性實驗?zāi)軌蚺囵B(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力和對科學(xué)研究的興趣。因此實驗教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生將書本知識轉(zhuǎn)化為實踐動手能力的過程中具有其他課程不可替代的作用,是提高學(xué)生素質(zhì)的必要途徑。生物學(xué)是一門實驗性學(xué)科,其實驗教學(xué)環(huán)節(jié)能夠使學(xué)生將所學(xué)的專業(yè)知識綜合運用于特定的實驗條件下,在學(xué)生的整個培養(yǎng)過程中發(fā)揮著將課堂所學(xué)從理論到實踐、從專業(yè)到綜合、從認(rèn)知到掌握、從被動接受到主動求索進(jìn)行有效轉(zhuǎn)化的重要作用。
安全穩(wěn)定是高校創(chuàng)建世界一流大學(xué)的基本保障,是維護(hù)學(xué)校教學(xué)科研正常秩序的必要前提,是保證廣大師生員工的生命安全的關(guān)鍵所在,同時也是建設(shè)平安校園,體現(xiàn)以人為本的教育理念的著力點。世界一流大學(xué)的重要標(biāo)志之一,就是培養(yǎng)能夠適應(yīng)將來多種社會環(huán)境需求的高素質(zhì)復(fù)合型人才。這樣的人才除了具備豐富的專業(yè)知識外,還應(yīng)具有完備的知識結(jié)構(gòu)體系,其中各類安全知識和技能無疑是必須具備的素質(zhì)之一。具備這種素質(zhì)的人才能在將來的工作崗位上,憑借內(nèi)化于心的安全理念和安全意識,把自己的工作建立在扎實的安全基礎(chǔ)之上,在保護(hù)自身安全的同時,保護(hù)他人的生命安全,維護(hù)環(huán)境的安全。
早在1992 年,國家教委就發(fā)布了《實驗室工作規(guī)程》;1995 年,教育部出臺了《高等學(xué)?;A(chǔ)課教學(xué)實驗室評估辦法》,這些法規(guī)的出臺標(biāo)志著我國高校實驗室建設(shè)和管理法制化的開始。2017 年,教育部印發(fā)了《關(guān)于加強高校教學(xué)實驗室安全工作的通知》,明確要求各高校開展系統(tǒng)的安全宣傳教育,做好教學(xué)實驗室安全工作。這些法規(guī)的發(fā)布使高校實驗室建設(shè)和管理的法制化更加深入。
在生物安全方面,國際社會很早就認(rèn)識到生物安全是一個重大的全球性問題,自世界衛(wèi)生組織 1993年出版了《實驗室生物安全手冊》之后,隨著生物科技的發(fā)展,不斷對其進(jìn)行修改和補充,現(xiàn)在已更新到第四版。國內(nèi)各級政府主管部門對生物安全也非常重視,先后頒布了一系列相關(guān)法規(guī)。國務(wù)院頒布了《病原微生物實驗室生物安全管理條例》,農(nóng)業(yè)部發(fā)布了《關(guān)于加強獸醫(yī)實驗室生物安全管理的通知》《高致病性動物病原微生物實驗室生物安全管理審批辦法》和《獸醫(yī)實驗室生物安全管理規(guī)范》,教育部聯(lián)合國家環(huán)境保護(hù)總局下發(fā)了《關(guān)于加強高等學(xué)校實驗室排污管理的通知》,衛(wèi)生部制定了《醫(yī)療機構(gòu)臨床實驗室管理辦法》和《微生物和生物醫(yī)學(xué)實驗室生物安全通用準(zhǔn)則》,環(huán)境保護(hù)部公布了《病原微生物實驗室生物安全環(huán)境管理辦法》。在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)方面,國家相關(guān)部門頒布了《實驗室生物安全通用要求(GB19489)》《生物安全實驗室建筑技術(shù)規(guī)范(GB50346)》和《動物實驗設(shè)施建筑技術(shù)規(guī)范(GB50447)》等一系列國家標(biāo)準(zhǔn)。此外,衛(wèi)生部科教司已經(jīng)專門設(shè)立了實驗室管理處,并附設(shè)了國家生物安全專家委員會,主管實驗室的生物安全建設(shè)。最近,中央全面深化改革委員會強調(diào)要從保護(hù)人民健康、保障國家安全、維護(hù)國家長治久安的高度,把生物安全納入國家安全體系。科技部出臺了《關(guān)于加強新冠病毒高等級病毒微生物實驗室生物安全管理的指導(dǎo)意見》,進(jìn)一步強調(diào)了加強生物實驗室安全的規(guī)范管理。上述法規(guī)體系、標(biāo)準(zhǔn)體系和部門體系的設(shè)立和完善,已經(jīng)將生物安全提升到國家安全的高度,對安全管理工作提出了強制性的要求。
高校實驗室具有數(shù)量眾多、性質(zhì)各異、設(shè)備密集、各類安全因素較多、人員復(fù)雜且流動性大、使用頻率高、實驗種類較多、操作復(fù)雜且部分實驗操作周期長等一系列特征。為了保證生物實驗教學(xué)的安全,任課教師一般盡量避免開設(shè)危險性較大的實驗。對所開設(shè)的生物實驗,實驗室及教師一般采取強制性管理措施,通常制定嚴(yán)格的操作步驟和安全防范要求,配備必要的安全防護(hù)器材等。這種管理方式使學(xué)生失去了通過有一定風(fēng)險的實驗培養(yǎng)安全應(yīng)對技能的機會,同時也會牽扯任課教師的精力,占用學(xué)生的上課時間,并且也無法做到實驗安全的全面性。此外,學(xué)生在教學(xué)實驗中有依賴實驗教師保證實驗安全的傾向,且由于實驗操作等安全知識也不是教學(xué)考試的內(nèi)容,造成學(xué)生對教學(xué)實驗安全不夠重視,導(dǎo)致實驗室安全事故依然時有發(fā)生。如何既讓學(xué)生充分發(fā)揮其主觀能動性完成實驗,又能保證實驗教學(xué)的安全進(jìn)行,這是實驗教師需要認(rèn)真研究的一個問題。
傳統(tǒng)的實驗室安全教育主要采取課堂教學(xué)、資料學(xué)習(xí)、專題講座、宣傳海報和現(xiàn)場講評等形式。這些形式的安全教育一般受眾有限,缺乏靈活性和全面性。鑒于實驗室安全教育全程化、全員化、全時化的特點,網(wǎng)絡(luò)平臺的安全教育學(xué)習(xí)和考試方式更適合實驗室安全教育的手段[1]。許多國內(nèi)外高校已經(jīng)建立了全校性的實驗室安全教育考試系統(tǒng),但是校級安全教育和考試平臺建立之后,并非就萬事大吉。國外的先進(jìn)實驗室安全管理經(jīng)驗表明,按照不同的人員、不同的學(xué)習(xí)階段,以及不同的專業(yè)和設(shè)施要求進(jìn)行有針對性的安全教育和考試,是做好安全管理工作的有效方法[2]。校級安全教育和考試平臺往往需要顧及對全校各類人員和專業(yè)的普適性,特別是在國內(nèi)各高校實驗室安全管理專業(yè)人員有限的情況下,其內(nèi)容對各專業(yè)的不同特點,以及不同人在不同學(xué)習(xí)階段的特殊需求難以作到及時調(diào)整,迫切需要開發(fā)能夠滿足不同實驗教學(xué)要求,并具有針對性和靈活性的專業(yè)安全教育考試系統(tǒng)。
就實驗室安全事故的種類而言,高校生物實驗室除了具有一般高校教學(xué)實驗室的特點外,更具有操作對象可能具有感染性,并且實驗室廢棄物可能同樣具有感染風(fēng)險,需要進(jìn)行特殊處理等一系列特點[3]。這導(dǎo)致生物實驗室的安全問題更為突出,與其他專業(yè)實驗室相比所造成的危害性更大。如微生物實驗室事故不僅可能直接導(dǎo)致實驗室操作人員的感染,也可造成其他人群的感染;各類轉(zhuǎn)基因生物材料如果不經(jīng)處理就釋放到環(huán)境中,對生態(tài)環(huán)境安全和生物多樣性的保持會造成嚴(yán)重危害,并最終對人類的身體健康構(gòu)成威脅。近年來,國內(nèi)外均有生物實驗室事故發(fā)生,并導(dǎo)致實驗人員乃至社會公眾受害,甚至造成社會恐慌。
此外,生物教學(xué)實驗多為本科生設(shè)置,目的在于幫助學(xué)生逐步熟悉科研實驗方法,建立科學(xué)的方法論。報考醫(yī)學(xué)院校的本科生應(yīng)該是在本科生中對生物醫(yī)學(xué)相對更感興趣的群體,他們的生物安全知識應(yīng)該是同齡人中相對更高的。但據(jù)調(diào)查顯示,生物醫(yī)學(xué)類本科生的實驗室安全知識,特別是有關(guān)生物安全方面的基本知識實際是比較匱乏的[4]。更令人擔(dān)心的是這些學(xué)生中經(jīng)歷過實驗室傷害的人數(shù)將近一半,而知道如何正確應(yīng)對實驗室意外事件的學(xué)生人數(shù)只有10%左右[5]。具有正確應(yīng)對實驗室意外事件能力的前提是熟知各類安全知識。對于生物學(xué)科而言,除了學(xué)習(xí)通用實驗室安全知識以外,更需要特別增加與生物相關(guān)的安全知識的教育和培訓(xùn),并將其運用到生物實驗的具體實踐中加以磨合,才能最終建立起生物安全的理念和意識,并自覺運用在今后的實際工作中,起到保證實驗安全的作用。
目前,各高校一般比較注重安全知識的培訓(xùn)和考核,對實驗過程中的安全操作培訓(xùn)和考核則多有忽視。有學(xué)者建議不同專業(yè)的學(xué)院應(yīng)該結(jié)合自身專業(yè)特點開展培訓(xùn)和演練[6],有的學(xué)校已經(jīng)在這方面開始進(jìn)行實踐探索[7]。我校早在2010 年就已經(jīng)在校級安全教育考試平臺上進(jìn)行了初步嘗試[8]。雖然這一嘗試取得了比較好的效果,在一定程度上彌補了上述不足,但仍然存在專業(yè)覆蓋不夠深入、試題更新不夠靈活、任課教師操作不便等缺憾。
為了進(jìn)一步發(fā)揮上述系統(tǒng)的長處,改進(jìn)其不足之處,我們設(shè)計開發(fā)了本科生實驗室安全教育考試系統(tǒng),將網(wǎng)絡(luò)上豐富的教學(xué)資源納入系統(tǒng),讓學(xué)生自由選擇學(xué)習(xí)時間,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生可以利用課外時間自主學(xué)習(xí)和考試,以此獲得比較全面的實驗室基礎(chǔ)安全知識和了解特定實驗操作程序,幫助學(xué)生樹立實驗室安全防護(hù)觀念。該系統(tǒng)可由專業(yè)任課教師自行控制,可以及時針對不同的需求進(jìn)行內(nèi)容調(diào)整。系統(tǒng)培訓(xùn)及考核內(nèi)容除了常見的通用實驗室安全知識以外,重點增加了生物方面的安全知識,特別是增加了與實驗操作密切相關(guān)的安全知識。任課教師可根據(jù)當(dāng)期實驗內(nèi)容,結(jié)合學(xué)生不同的學(xué)科和年級等因素,選擇考核的試題范圍、出題比例,由試題庫自動組成考卷,具有高度的靈活性和針對性。教師可在上課之前了解學(xué)生對即將開始的實驗課所涉及的安全事項的掌握程度與不足,便于在課堂上進(jìn)行有針對性地講解和補充,比較有效地強化學(xué)生的實驗室安全防護(hù)觀念。這樣學(xué)生在接受安全培訓(xùn)考核之后能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識運用到實驗中,這種學(xué)以致用的安排不但提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,同時能夠從學(xué)生方面保證實驗安全。
為了增加針對性,有些安全教育考試系統(tǒng)將試題按難易程度分為科普級、中級和高級,以適應(yīng)從本科生到研究生的不同專業(yè)需要[9-10]。這種設(shè)置有其合理的一面,但也存在不足。首先這種試題難易程度的劃分,包括其后期出題比例的選擇,受主觀影響比較大,不利于穩(wěn)定測試和橫向比較。更重要的是,某一專業(yè)的學(xué)生,無論是初入學(xué)的本科生還是臨近畢業(yè)的高年級研究生,他們所遇到的本專業(yè)實驗室安全風(fēng)險并不會有明顯區(qū)分。反之,倒是低年級學(xué)生更容易由于缺少必要的專業(yè)安全知識和突發(fā)事件應(yīng)對經(jīng)驗,而導(dǎo)致對自身和他人傷害的實驗室安全事故。
因此本系統(tǒng)采用更簡潔的分類方式,將試題僅分為兩類:一類是實驗室通識試題,適用于所有學(xué)生,這部分試題包括消防和用電安全、通用儀器設(shè)備安全、危險化學(xué)品安全、放射防護(hù)安全等常見內(nèi)容;另一類是生物通識和生物各專業(yè)試題,如保護(hù)生物學(xué)、動物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)和植物學(xué)等生物類專業(yè)試題。其測試內(nèi)容超過了通常綜合安全教育考試系統(tǒng)所覆蓋的深度和廣度,該部分試題適用于各生物分支專業(yè)的所有學(xué)生。這一分類的好處是,學(xué)生在全面掌握實驗室通用安全知識的同時,充分了解本專業(yè)在實際工作中可能遇到的實驗室安全問題,掌握其安全知識,培養(yǎng)突發(fā)事件的應(yīng)對處理能力。這樣在一開始就對學(xué)生提出較高標(biāo)準(zhǔn)的專業(yè)安全要求,避免由于沒有及時了解本專業(yè)的特定安全知識而造成安全事故。由于各分支專業(yè)試題數(shù)量相對有限,且與日常專業(yè)操作密切相關(guān),從我們的實踐結(jié)果來看,學(xué)生實際上對這類試題更感興趣,并且也沒有對低年級學(xué)生造成難度上的困擾。
3.2.1 生物實驗教學(xué)安全教育考試系統(tǒng)的一般特性
本實驗教學(xué)安全教育考試系統(tǒng)對登錄考試系統(tǒng)的學(xué)生進(jìn)行身份識別,通過系統(tǒng)自動驗證或人工驗證后才能繼續(xù)學(xué)習(xí)和考試,保證了系統(tǒng)的安全運行。系統(tǒng)也可以作為實驗室準(zhǔn)入要求的一個環(huán)節(jié),讓全體學(xué)生進(jìn)行必要的實驗室安全知識的學(xué)習(xí)和考試,通過考試后方能允許學(xué)生進(jìn)入后續(xù)的具體實驗內(nèi)容學(xué)習(xí)以及進(jìn)入實驗室開展實驗。同時系統(tǒng)保持著良好的開放性,對于訪問學(xué)者、實習(xí)生和課題合作者等高校常見的非本單位臨時人員,可以通過人工臨時授權(quán)的方式使用該系統(tǒng),滿足進(jìn)入實驗室之前的安全教育和考試要求后,進(jìn)入實驗室。系統(tǒng)選用已經(jīng)成熟的在線教育考試編程,保證大量學(xué)生同時在線考試時系統(tǒng)依然能夠穩(wěn)定運行,此外系統(tǒng)增強了其可維護(hù)性和可擴展性。
3.2.2 生物實驗教學(xué)室安全教育考試系統(tǒng)的專業(yè)特性
系統(tǒng)的形式變化對使用者的體驗改善固然十分重要,但最能體現(xiàn)其專業(yè)性的是試題庫的建設(shè)與運用。在試題庫建設(shè)方面,由于教學(xué)實驗室的主要服務(wù)對象是低年級本科生,他們在實驗室學(xué)習(xí)和操作實驗的同時,學(xué)習(xí)和掌握相應(yīng)的安全知識和技能,因此我們在試題內(nèi)容上力求與其開展的實驗緊密結(jié)合。這些試題使學(xué)生對安全知識本身有所了解,并能夠在實驗中進(jìn)行體會,反過來加深其對安全知識的理解和安全操作能力的提高。如在使用生物安全柜或高壓滅菌鍋這些生物實驗室的特殊設(shè)備之前,提示學(xué)生對這些設(shè)備的安全注意事項給予重點關(guān)注,并將其相關(guān)內(nèi)容加入學(xué)生的考試試卷中,考查其特定安全知識結(jié)構(gòu)和知識點的掌握情況。對發(fā)現(xiàn)的學(xué)生關(guān)于安全知識的缺乏或理解偏差的共性問題,在后續(xù)課堂講解或演示中予以重點強調(diào)和說明。為此,該系統(tǒng)對任課教師進(jìn)行了充分授權(quán),教師可以根據(jù)學(xué)生的特點,選擇試題范圍,教師可以手動、自動或半自動組織試卷,使組卷既有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)性,又有充分的靈活性,更好地滿足不同學(xué)生的實際需要。
3.2.3 生物實驗教學(xué)室安全教育考試系統(tǒng)功能的優(yōu)化設(shè)計
實驗教學(xué)安全教育考試系統(tǒng)仍有一些不足,是后續(xù)應(yīng)該逐步加以改進(jìn)和完善的。試題庫的試題格式比較單一,目前只有純文本格式。今后應(yīng)逐步增加各類多媒體互動形式的試題,特別是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的迅猛發(fā)展,為試題庫的改進(jìn)提供了很大的可能性。出于自動判卷的需求,目前系統(tǒng)題目類型僅限于客觀選擇題,雖然可以滿足知識覆蓋面的要求,但對參考學(xué)生的知識系統(tǒng)性,以及主觀能動性的考查依然有欠缺。在短期內(nèi)人工智能技術(shù)手段還不能達(dá)到處理主觀題判讀的情況下,可以借助教師課堂提問或綜合操作考查等方式予以解決。目前該試題庫有1 000 余道各類試題,已經(jīng)達(dá)到了一些校級試題庫初期建設(shè)的試題數(shù)量水平[11-12]。其中有大約一半是生物安全類試題,已經(jīng)大大超過了一般綜合安全教育考試系統(tǒng)的生物醫(yī)學(xué)類安全試題的數(shù)量和比例[7]。但仍有神經(jīng)生物學(xué)、發(fā)育生物學(xué)、免疫生物學(xué)和生物化學(xué)等很多各具特色的生物分支學(xué)科未能涵蓋,今后仍需要進(jìn)一步擴大生物分支專業(yè)的覆蓋面,充實試題內(nèi)容,力爭做到全面覆蓋。最后一點是系統(tǒng)版權(quán)保護(hù)方面的措施仍然薄弱,對考生盜取試題用于其他目的等不端行為缺少有效的防范措施,這方面的改善仍有賴于全社會公眾版權(quán)意識和法律保護(hù)水平的提高。
目前,很多高校開設(shè)了必修或選修的實驗室安全教育課程,一般是 16~32 學(xué)時,1~2 個學(xué)分。要在這么短的時間內(nèi)全面講授各類安全知識顯然是不夠的,但課堂教學(xué)在集中系統(tǒng)性地傳授安全知識和幫助學(xué)生理解掌握這些知識仍有其獨到的優(yōu)勢。比如在安全管理的歷史發(fā)展沿革、管理法規(guī)的條塊歸納、專業(yè)知識的系統(tǒng)構(gòu)架和安全標(biāo)準(zhǔn)的橫向比較等方面,課堂教學(xué)可以有效幫助學(xué)生進(jìn)行理解、整理和總結(jié)。而在線的安全教育考試系統(tǒng),以及其他安全教育方式可以作為課堂教學(xué)的有力補充,這些方式具有靈活多樣、形象生動、互動性強、細(xì)節(jié)清晰等諸多功能。上述多種安全教育方式可以相互結(jié)合,使學(xué)生通過豐富多樣而生動的形式,結(jié)合課堂教學(xué),獲得更加全面、深入而系統(tǒng)的安全教育,更好地掌握實驗室安全知識和技能,為在實際工作中熟練運用這些知識和技能,保證實驗室安全打下堅實的基礎(chǔ)。這樣的教學(xué)思路也符合教育部“金課”建設(shè)的指導(dǎo)精神。靈活多樣的教育方式相結(jié)合,相對于單純的課堂教學(xué)或網(wǎng)絡(luò)教育,拓展了課程的深度和廣度。理論講授與實踐操作相結(jié)合增加了課程的融合度,通用知識與專業(yè)要求相結(jié)合提升了學(xué)業(yè)的挑戰(zhàn)度,最終的結(jié)果是切實提高了課程教學(xué)質(zhì)量,保證了實驗安全,使教師和學(xué)生從中受益。
生物實驗教學(xué)安全教育考試系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)安全教育方式內(nèi)容有限、形式單一、受眾不全、時效性差、對象模糊、學(xué)生積極性不高等諸多不足,增加了安全教育的專業(yè)性和針對性,提高了生物實驗教學(xué)安全教育的效率和成效。從具有廣泛代表性的國家自然科學(xué)基金委面上項目過去5 年來的資金分配來看,生物醫(yī)學(xué)類實驗室所獲的資助約占其資助總額的40%,而高校實驗室又占其全部資助實驗室的 1/3??梢娮龊酶咝I镝t(yī)學(xué)類實驗室生物安全教育管理工作對全國實驗室安全工作具有重要意義,這種做法如果推廣到更多的生物醫(yī)學(xué)實驗室乃至其他專業(yè),將有助于提高我國高校實驗室安全教育的整體專業(yè)化水平。