大學(xué)生科研訓(xùn)練過程中的實(shí)驗(yàn)安全問題及對策

朱淼

[摘 要]安全問題是高等院校學(xué)生工作和教學(xué)工作的重中之重。在社會(huì)大力弘揚(yáng)創(chuàng)新精神的環(huán)境下，大學(xué)生從事科研活動(dòng)的熱情和積極性被充分調(diào)動(dòng)起來，大學(xué)生走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室從事科研實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象已十分普遍。然而，大學(xué)生一般不具備獨(dú)立的科研能力，在參與科研活動(dòng)的過程中，由于他們自律性差、管理松散，存在較大的安全隱患。針對大學(xué)生參與科研活動(dòng)的行為特點(diǎn)，明確其中的安全問題并盡早采取相應(yīng)的對策進(jìn)行干預(yù)，對維護(hù)學(xué)生的生命財(cái)產(chǎn)安全和校園教學(xué)秩序穩(wěn)定具有重要意義。

[關(guān)鍵詞]大學(xué)生;科研訓(xùn)練;實(shí)驗(yàn);安全;教學(xué)

[中圖分類號] G642.423 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2022）03-0252-03

隨著我國高等教育質(zhì)量的不斷提升和人才培養(yǎng)方案的不斷優(yōu)化，高等院校對學(xué)生科學(xué)研究興趣和能力的培養(yǎng)早已不限于研究生的范疇，現(xiàn)已普遍下沉到本科[1]或?qū)？平虒W(xué)階段[2]。在社會(huì)鼓勵(lì)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)及各類課外科技競賽如挑戰(zhàn)杯、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽和實(shí)驗(yàn)大賽等的引導(dǎo)下，大學(xué)生參與系統(tǒng)的科研活動(dòng)已從早期少數(shù)研究型高校的嘗試探索（如清華大學(xué)的學(xué)生研究訓(xùn)練計(jì)劃、北京大學(xué)的本科生科研訓(xùn)練項(xiàng)目等），發(fā)展到如今遍及包括研究型高校、教學(xué)型高校和職業(yè)院校在內(nèi)的各級各類高等院校?？梢哉f，科研訓(xùn)練已成為大學(xué)生課外能力訓(xùn)練最重要的組成部分之一。然而，與研究生不同，大學(xué)生一般不具備獨(dú)立的科研能力，教學(xué)計(jì)劃中缺少必要的實(shí)驗(yàn)安全課程及專業(yè)教育。大學(xué)生參與科研活動(dòng)普遍存在管理粗放、規(guī)范欠缺、監(jiān)督不到位、安全隱患大等問題。下面筆者從大學(xué)生在科研活動(dòng)的幾個(gè)突出特點(diǎn)入手，談?wù)勀壳按髮W(xué)生科研訓(xùn)練過程中的實(shí)驗(yàn)安全問題及對策。

一、大學(xué)生從事科研活動(dòng)的特點(diǎn)

（一）缺乏系統(tǒng)安全教育，安全意識淡薄

當(dāng)前，科研訓(xùn)練雖在本?？平虒W(xué)階段廣泛開展，但其并不屬于傳統(tǒng)本專科教學(xué)計(jì)劃中的內(nèi)容。因此，鮮有院校針對本科生開展系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)安全教育，甚至連相關(guān)內(nèi)容的選修課也極為少見。這導(dǎo)致大學(xué)生在開展科研活動(dòng)時(shí)，對實(shí)驗(yàn)過程中的材料、試劑、儀器、電路或化學(xué)反應(yīng)等的危險(xiǎn)性認(rèn)識嚴(yán)重不足。如果身邊沒有相關(guān)案例發(fā)生，學(xué)生極易產(chǎn)生麻痹大意的心理，即“無知者無畏”。另外，一旦實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)生了意外，學(xué)生由于不知道如何正確處理，面對安全事故不知所措或手忙腳亂，不但不能保證人身和財(cái)產(chǎn)安全，還可能加重事故的危害性，造成更為嚴(yán)重的后果。

（二） 心理態(tài)度不嚴(yán)肅，實(shí)驗(yàn)過程不專注

與研究生從事專業(yè)的研究工作不同，大學(xué)生從事科研活動(dòng)更多是出于個(gè)人興趣愛好或好奇心，二者對待科研的心理態(tài)度不同。個(gè)人興趣為主的科研活動(dòng)往往對實(shí)驗(yàn)過程的規(guī)范性要求不高，實(shí)驗(yàn)過程更為隨意。尤其是在以競賽為目的的科研活動(dòng)中，學(xué)生通常組隊(duì)進(jìn)行，聊天、玩鬧現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，造成學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中頻繁分心，甚至心不在焉，對儀器狀態(tài)、化學(xué)反應(yīng)過程等疏于監(jiān)控，埋下了極大的安全隱患。

（三） 實(shí)驗(yàn)時(shí)間分散，周期跨度長

大學(xué)生參加科研活動(dòng)只能利用有限的課余時(shí)間進(jìn)行?？蒲袑?shí)驗(yàn)的周期一般較長，在這樣的情況下，完成一個(gè)實(shí)驗(yàn)所需的時(shí)間被分散到每天當(dāng)中，不僅增加了總的實(shí)驗(yàn)周期和安全風(fēng)險(xiǎn)，更使得部分學(xué)生因?yàn)閳D省事，不愿意及時(shí)清理用品和關(guān)閉實(shí)驗(yàn)儀器，使一些具有危險(xiǎn)性的實(shí)驗(yàn)材料長時(shí)間擺放于桌面，實(shí)驗(yàn)設(shè)備長時(shí)間處于工作或待機(jī)狀態(tài)，這都增加了科研活動(dòng)的安全隱患。

（四） 科研技能欠缺，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)欠合理

由于尚未接受過系統(tǒng)訓(xùn)練，大學(xué)生的科研技能普遍較為欠缺，低年級的大學(xué)生甚至連相關(guān)專業(yè)知識都比較缺乏。因此在進(jìn)行科研活動(dòng)時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)本身不科學(xué)、不合理的問題，而有些不合理的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)會(huì)造成嚴(yán)重的安全事故。比如，在對材料耐熱性能不清楚的情況下，對材料長時(shí)間加熱處理導(dǎo)致爆裂;設(shè)計(jì)的電路及連接線不能滿足負(fù)載的功率需求引發(fā)著火;搭建的實(shí)驗(yàn)平臺或模型等因力學(xué)強(qiáng)度不夠或結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不符合力學(xué)原理而在工作中突然失效解體等。

（五） 權(quán)責(zé)不清，管理不嚴(yán)，責(zé)任心不強(qiáng)

不少大學(xué)生參加科研活動(dòng)時(shí)抱著“試一試”“感受感受”或“參與一下”的心態(tài)，因此沒有把所參與的科研活動(dòng)上升到責(zé)任和義務(wù)的高度去對待。大學(xué)生科研活動(dòng)雖有帶隊(duì)教師或研究生管理，但大學(xué)生與指導(dǎo)教師、研究生之間并沒有明確的師生責(zé)任約束，因此指導(dǎo)教師、研究生實(shí)際活動(dòng)中常常疏于管理，甚至在授權(quán)學(xué)生團(tuán)隊(duì)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后任由其操作儀器設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，指導(dǎo)人員并不知情的情況屢見不鮮。久而久之，學(xué)生對實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的安全責(zé)任心必將有所松懈，對安全事故疏于防范。

二、針對大學(xué)生科研活動(dòng)中實(shí)驗(yàn)安全問題的對策和建議

通過對大學(xué)生科研活動(dòng)的特點(diǎn)分析可以看出，大學(xué)生開展科研實(shí)驗(yàn)工作具有一定的特殊性[3]，安全問題更加突出。在長期帶領(lǐng)大學(xué)生開展科研活動(dòng)的過程中，我們總結(jié)出了一些積極有效的實(shí)驗(yàn)安全事故預(yù)防措施?，F(xiàn)以理化科研實(shí)驗(yàn)為例，談?wù)劥髮W(xué)生實(shí)驗(yàn)安全問題的幾點(diǎn)對策。

（一）規(guī)范制度，進(jìn)行系統(tǒng)安全教育

建立科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)室安全規(guī)范，并在學(xué)生實(shí)驗(yàn)開始前進(jìn)行實(shí)驗(yàn)安全教育和培訓(xùn)是實(shí)驗(yàn)安全防范最為直接、有效的手段之一。針對大學(xué)生對待實(shí)驗(yàn)心理態(tài)度不嚴(yán)肅的特點(diǎn)，對大學(xué)生的實(shí)驗(yàn)安全教育必須系統(tǒng)化、細(xì)節(jié)化，并盡可能多地運(yùn)用視頻影像、案例分析、實(shí)地演示等多種方式進(jìn)行多樣化的安全教育。例如，學(xué)生要進(jìn)行一個(gè)采用化學(xué)氣相沉積法制備石墨烯的實(shí)驗(yàn)[4]，那么在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室開始實(shí)驗(yàn)活動(dòng)之前，指導(dǎo)教師和相關(guān)負(fù)責(zé)人就要對學(xué)生進(jìn)行兩輪實(shí)驗(yàn)安全教育：

第一輪進(jìn)行綜合性安全教育，包括實(shí)驗(yàn)室的安全規(guī)范和守則、實(shí)驗(yàn)室基本情況介紹、實(shí)驗(yàn)室安全風(fēng)險(xiǎn)教育和緊急情況處置方法等。這一輪安全教育中特別要注意的是不能泛泛而談，而是要想方設(shè)法地讓學(xué)生感同身受，對安全風(fēng)險(xiǎn)有明確的感觸。比如我們在向?qū)W生強(qiáng)調(diào)使用氣瓶向反應(yīng)爐供氣時(shí)，要控制氣路中的壓力，不讓其過高，一般不要超過4個(gè)大氣壓。多數(shù)學(xué)生對4個(gè)大氣壓的壓力究竟有多大是沒有直觀感受的，但是如果我們告訴學(xué)生，4個(gè)大氣壓相當(dāng)于老式爆米花機(jī)開蓋時(shí)的倉內(nèi)壓力，這樣就會(huì)使學(xué)生對氣壓的大小有一個(gè)直觀的感受，明確這一氣壓的破壞力到底有多大，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中就能自覺地引起重視了。

第二輪要針對學(xué)生所做的具體實(shí)驗(yàn)進(jìn)行細(xì)致的安全風(fēng)險(xiǎn)分析。我們建議學(xué)生對所要開展的實(shí)驗(yàn)自行進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)分析，并以表格的形式列明、上交。例如對化學(xué)氣相沉積法制備石墨烯這一實(shí)驗(yàn)來說，安全風(fēng)險(xiǎn)主要由兩部分組成：一部分是化學(xué)試劑和氣體的安全風(fēng)險(xiǎn)，一部分是實(shí)驗(yàn)設(shè)備和操作風(fēng)險(xiǎn)。因此，在實(shí)驗(yàn)前，學(xué)生應(yīng)當(dāng)對兩部分風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行逐一分析并明確處理方法，形成如表1所示的實(shí)驗(yàn)安全風(fēng)險(xiǎn)分析表。

學(xué)生在經(jīng)過獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)分析過程后，可對實(shí)驗(yàn)過程中的風(fēng)險(xiǎn)因素形成較為深刻的了解，并使自己具備一定的應(yīng)急處理知識和能力，在實(shí)際操作時(shí)就會(huì)主動(dòng)進(jìn)行防范和安全干預(yù)，從而降低實(shí)驗(yàn)安全風(fēng)險(xiǎn)。

（二）充分調(diào)研，優(yōu)選安全實(shí)驗(yàn)方案

有時(shí)實(shí)現(xiàn)同一實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠卸喾N可供選擇的實(shí)驗(yàn)方案。例如制備石墨烯時(shí)，有機(jī)械剝離法、化學(xué)氣相沉積法、氧化還原法等多種方法可供選擇。其中機(jī)械剝離法是純物理方法，通過膠帶在高定向熱解石墨表面反復(fù)粘貼撕開得到單層石墨烯，幾乎不存在任何安全風(fēng)險(xiǎn);而化學(xué)氣相沉積法則會(huì)涉及表1中所述的各項(xiàng)安全風(fēng)險(xiǎn);氧化還原法相對化學(xué)氣相沉積法在實(shí)驗(yàn)設(shè)備方面的風(fēng)險(xiǎn)較低，但其中用到大量的濃硫酸、高錳酸鉀等強(qiáng)氧化性化學(xué)試劑，也存在較高的安全風(fēng)險(xiǎn)。此外，在同一方法中，也存在不同的實(shí)驗(yàn)方案選擇。例如在化學(xué)氣相沉積法中，我們可以選擇乙醇、甲烷、乙炔、甲苯等多種碳源進(jìn)行石墨烯生長，但它們的安全性有很大區(qū)別。因此，在選擇制備方法時(shí)，應(yīng)視研究需要選擇最安全的方法和方案，能采用機(jī)械剝離法制備時(shí)，就不要采用化學(xué)氣相沉積法和氧化還原法。但是如果機(jī)械剝離法制備的石墨烯不能滿足研究需要，比如要制備大面積的石墨烯薄膜時(shí)，就不得不采用化學(xué)氣相沉積法，這時(shí)就要引導(dǎo)學(xué)生充分調(diào)研，選用安全風(fēng)險(xiǎn)最低的試劑和實(shí)驗(yàn)方案。

（三）多措并舉，進(jìn)行有效安全監(jiān)控

安全監(jiān)控是提升實(shí)驗(yàn)安全保障能力的重要手段。但是，與工業(yè)企業(yè)不同，高校等科研場所的安全監(jiān)控在使用力度和效果上并不盡如人意，有設(shè)備無維護(hù)、有監(jiān)控?zé)o監(jiān)管的現(xiàn)象普遍存在[6]。造成這一問題的主要原因是，高?？蒲袑?shí)驗(yàn)內(nèi)容具有高度不確定性，同一實(shí)驗(yàn)室可能一個(gè)學(xué)期要進(jìn)行數(shù)十個(gè)內(nèi)容不同、安全風(fēng)險(xiǎn)不同的實(shí)驗(yàn)，所涉及的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和操作方法也不盡相同。這使得學(xué)校安保部門無法及時(shí)掌握實(shí)驗(yàn)室的安全風(fēng)險(xiǎn)變化，甚至完全不清楚存在何種安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，安全監(jiān)控只有由實(shí)驗(yàn)主體負(fù)責(zé)，才能真正落實(shí)監(jiān)控監(jiān)管的作用。與傳統(tǒng)的有線視頻監(jiān)控不同，在當(dāng)前5G技術(shù)已發(fā)展成熟并廣泛使用的條件下，安防設(shè)備也已實(shí)現(xiàn)了無線遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控的功能。在實(shí)踐過程中，我們在管式電阻爐、真空干燥箱附近點(diǎn)對點(diǎn)地安裝了具有無線監(jiān)控功能的攝像頭，并要求實(shí)驗(yàn)主體人員在手機(jī)上安裝監(jiān)控客戶端，對實(shí)驗(yàn)狀況隨時(shí)隨地進(jìn)行觀察，再配合原有的樓宇視頻監(jiān)控系統(tǒng)和儀器設(shè)備警報(bào)系統(tǒng)，全面提升對實(shí)驗(yàn)安全的監(jiān)控監(jiān)管。

（四）拔本塞源，使用本質(zhì)安全設(shè)備

本質(zhì)安全型設(shè)備是在人操作失誤或工作狀態(tài)異常時(shí)，能夠自動(dòng)采取措施消除安全風(fēng)險(xiǎn)，保證自身安全運(yùn)行，且不對外輸出風(fēng)險(xiǎn)，具有抵御和防范風(fēng)險(xiǎn)輸入能力的設(shè)備[7]。人的不安全行為不可能完全避免，因此在實(shí)驗(yàn)過程中，采用本質(zhì)安全型設(shè)備，自動(dòng)保證設(shè)備的安全運(yùn)行是解決安全問題的另一有效方法。設(shè)備的本質(zhì)安全化是當(dāng)前先進(jìn)設(shè)備制造的重要發(fā)展方向，目前實(shí)驗(yàn)中常用的較為先進(jìn)的高溫設(shè)備、高電壓設(shè)備和防爆設(shè)備等許多配備有專門的本質(zhì)安全系統(tǒng)，如電流、溫度限制系統(tǒng)，電、熱和危險(xiǎn)氣體隔離屏障等。實(shí)驗(yàn)室在有條件的情況下，應(yīng)盡可能選用本質(zhì)安全設(shè)備，進(jìn)一步降低實(shí)驗(yàn)設(shè)備和操作中的安全風(fēng)險(xiǎn)。

（五）強(qiáng)化管理，安全責(zé)任落實(shí)到人

針對在實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的學(xué)生心理態(tài)度不嚴(yán)肅、沒有責(zé)任心及教師疏于管理等問題，我們在對學(xué)生進(jìn)行安全教育后，應(yīng)要求學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)活動(dòng)前簽訂安全責(zé)任書，明確學(xué)生對實(shí)驗(yàn)安全管理應(yīng)當(dāng)承擔(dān)的責(zé)任和義務(wù)，也明確師生之間的管理責(zé)任。這樣可以將安全責(zé)任落實(shí)到人，使安全管理權(quán)責(zé)明確、有據(jù)可依，也端正了學(xué)生對待實(shí)驗(yàn)安全的態(tài)度，讓安全問題在學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程中警鐘長鳴。

（六）著力培養(yǎng)，提升學(xué)生科研技能

提升學(xué)生的科研技能是避免不科學(xué)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，降低實(shí)驗(yàn)過程中誤操作概率的根本手段。為強(qiáng)化大學(xué)生科研技能的培養(yǎng)，我們對進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室的大學(xué)生團(tuán)隊(duì)指定經(jīng)驗(yàn)豐富的高年級學(xué)長為其進(jìn)行一對一的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)和科研技能指導(dǎo)，帶隊(duì)教師定期以組會(huì)、單獨(dú)交談等方式對學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程給予分析建議。在指導(dǎo)過程中，我們借鑒了翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)理念，讓學(xué)生真正成為實(shí)驗(yàn)過程中的主體[8]。不論學(xué)生的研究經(jīng)驗(yàn)、水平如何，我們都先鼓勵(lì)其自主設(shè)定實(shí)驗(yàn)方案，然后再通過反復(fù)討論，逐漸引導(dǎo)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行自主修改完善，幫助其通過細(xì)致認(rèn)真的思考達(dá)到科研技能和素養(yǎng)由內(nèi)而外的提升，而不僅僅停留在“老師說什么，我做什么”的被動(dòng)學(xué)習(xí)上。

三、結(jié)語

近年來，高校中實(shí)驗(yàn)安全事故時(shí)有發(fā)生，教訓(xùn)十分慘痛。與以往研究生是科研活動(dòng)的主體不同，目前參與科研活動(dòng)的學(xué)生已普遍擴(kuò)展到包括本專科生在內(nèi)的所有大學(xué)生?？蒲谢顒?dòng)和實(shí)驗(yàn)參與人員眾多，實(shí)驗(yàn)設(shè)備密集，安全形勢更為嚴(yán)峻。安全問題無小事，實(shí)驗(yàn)安全是高等院校教學(xué)工作的重中之重。在大學(xué)生廣泛參與實(shí)驗(yàn)工作的今天，認(rèn)清大學(xué)生開展科研實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的行為特點(diǎn)，明確其中的安全隱患并有針對性地采取措施進(jìn)行干預(yù)，對維護(hù)校園教學(xué)秩序、保障學(xué)生的生命財(cái)產(chǎn)安全有重要意義，應(yīng)引起廣大教育工作者的高度重視。

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[責(zé)任編輯：鐘 嵐]