大学生科研训练过程中的实验安全问题及对策
朱淼
[摘 要]安全问题是高等院校学生工作和教学工作的重中之重。在社会大力弘扬创新精神的环境下，大学生从事科研活动的热情和积极性被充分调动起来，大学生走进实验室从事科研实验的现象已十分普遍。然而，大学生一般不具备独立的科研能力，在参与科研活动的过程中，由于他们自律性差、管理松散，存在较大的安全隐患。针对大学生参与科研活动的行为特点，明确其中的安全问题并尽早采取相应的对策进行干预，对维护学生的生命财产安全和校园教学秩序稳定具有重要意义。
[关键词]大学生;科研训练;实验;安全;教学
[中图分类号] G642.423 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2022）03-0252-03
随着我国高等教育质量的不断提升和人才培养方案的不断优化，高等院校对学生科学研究兴趣和能力的培养早已不限于研究生的范畴，现已普遍下沉到本科[1]或专科教学阶段[2]。在社会鼓励创新创业及各类课外科技竞赛如挑战杯、创新创业大赛和實验大赛等的引导下，大学生参与系统的科研活动已从早期少数研究型高校的尝试探索（如清华大学的学生研究训练计划、北京大学的本科生科研训练项目等），发展到如今遍及包括研究型高校、教学型高校和职业院校在内的各级各类高等院校。可以说，科研训练已成为大学生课外能力训练最重要的组成部分之一。然而，与研究生不同，大学生一般不具备独立的科研能力，教学计划中缺少必要的实验安全课程及专业教育。大学生参与科研活动普遍存在管理粗放、规范欠缺、监督不到位、安全隐患大等问题。下面笔者从大学生在科研活动的几个突出特点入手，谈谈目前大学生科研训练过程中的实验安全问题及对策。
一、大学生从事科研活动的特点
（一）缺乏系统安全教育，安全意识淡薄
当前，科研训练虽在本专科教学阶段广泛开展，但其并不属于传统本专科教学计划中的内容。因此，鲜有院校针对本科生开展系统的实验安全教育，甚至连相关内容的选修课也极为少见。这导致大学生在开展科研活动时，对实验过程中的材料、试剂、仪器、电路或化学反应等的危险性认识严重不足。如果身边没有相关案例发生，学生极易产生麻痹大意的心理，即“无知者无畏”。另外，一旦实验过程中发生了意外，学生由于不知道如何正确处理，面对安全事故不知所措或手忙脚乱，不但不能保证人身和财产安全，还可能加重事故的危害性，造成更为严重的后果。
（二） 心理态度不严肃，实验过程不专注
与研究生从事专业的研究工作不同，大学生从事科研活动更多是出于个人兴趣爱好或好奇心，二者对待科研的心理态度不同。个人兴趣为主的科研活动往往对实验过程的规范性要求不高，实验过程更为随意。尤其是在以竞赛为目的的科研活动中，学生通常组队进行，聊天、玩闹现象时有发生，造成学生在实验过程中频繁分心，甚至心不在焉，对仪器状态、化学反应过程等疏于监控，埋下了极大的安全隐患。
（三） 实验时间分散，周期跨度长
大学生参加科研活动只能利用有限的课余时间进行。科研实验的周期一般较长，在这样的情况下，完成一个实验所需的时间被分散到每天当中，不仅增加了总的实验周期和安全风险，更使得部分学生因为图省事，不愿意及时清理用品和关闭实验仪器，使一些具有危险性的实验材料长时间摆放于桌面，实验设备长时间处于工作或待机状态，这都增加了科研活动的安全隐患。
（四） 科研技能欠缺，实验设计欠合理
由于尚未接受过系统训练，大学生的科研技能普遍较为欠缺，低年级的大学生甚至连相关专业知识都比较缺乏。因此在进行科研活动时，经常出现实验设计本身不科学、不合理的问题，而有些不合理的实验设计会造成严重的安全事故。比如，在对材料耐热性能不清楚的情况下，对材料长时间加热处理导致爆裂;设计的电路及连接线不能满足负载的功率需求引发着火;搭建的实验平台或模型等因力学强度不够或结构设计不符合力学原理而在工作中突然失效解体等。
（五） 权责不清，管理不严，责任心不强
不少大学生参加科研活动时抱着“试一试”“感受感受”或“参与一下”的心态，因此没有把所参与的科研活动上升到责任和义务的高度去对待。大学生科研活动虽有带队教师或研究生管理，但大学生与指导教师、研究生之间并没有明确的师生责任约束，因此指导教师、研究生实际活动中常常疏于管理，甚至在授权学生团队进入实验室后任由其操作仪器设备进行实验，指导人员并不知情的情况屡见不鲜。久而久之，学生对实验活动的安全责任心必将有所松懈，对安全事故疏于防范。
二、针对大学生科研活动中实验安全问题的对策和建议
通过对大学生科研活动的特点分析可以看出，大学生开展科研实验工作具有一定的特殊性[3]，安全问题更加突出。在长期带领大学生开展科研活动的过程中，我们总结出了一些积极有效的实验安全事故预防措施。现以理化科研实验为例，谈谈大学生实验安全问题的几点对策。
（一）规范制度，进行系统安全教育
建立科学、严谨的实验室安全规范，并在学生实验开始前进行实验安全教育和培训是实验安全防范最为直接、有效的手段之一。针对大学生对待实验心理态度不严肃的特点，对大学生的实验安全教育必须系统化、细节化，并尽可能多地运用视频影像、案例分析、实地演示等多种方式进行多样化的安全教育。例如，学生要进行一个采用化学气相沉积法制备石墨烯的实验[4]，那么在进入实验室开始实验活动之前，指导教师和相关负责人就要对学生进行两轮实验安全教育：
第一轮进行综合性安全教育，包括实验室的安全规范和守则、实验室基本情况介绍、实验室安全风险教育和紧急情况处置方法等。这一轮安全教育中特别要注意的是不能泛泛而谈，而是要想方设法地让学生感同身受，对安全风险有明确的感触。比如我们在向学生强调使用气瓶向反应炉供气时，要控制气路中的压力，不让其过高，一般不要超过4个大气压。多数学生对4个大气压的压力究竟有多大是没有直观感受的，但是如果我们告诉学生，4个大气压相当于老式爆米花机开盖时的仓内压力，这样就会使学生对气压的大小有一个直观的感受，明确这一气压的破坏力到底有多大，学生在实验中就能自觉地引起重视了。
第二轮要针对学生所做的具体实验进行细致的安全风险分析。我们建议学生对所要开展的实验自行进行安全风险分析，并以表格的形式列明、上交。例如对化学气相沉积法制备石墨烯这一实验来说，安全风险主要由两部分组成：一部分是化学试剂和气体的安全风险，一部分是实验设备和操作风险。因此，在实验前，学生应当对两部分风险因素进行逐一分析并明确处理方法，形成如表1所示的实验安全风险分析表。
学生在经过独立的实验风险分析过程后，可对实验过程中的风险因素形成较为深刻的了解，并使自己具备一定的应急处理知识和能力，在实际操作时就会主动进行防范和安全干预，从而降低实验安全风险。
（二）充分调研，优选安全实验方案
有时实现同一实验目的有多种可供选择的实验方案。例如制备石墨烯时，有机械剥离法、化学气相沉积法、氧化还原法等多种方法可供选择。其中机械剥离法是纯物理方法，通过胶带在高定向热解石墨表面反复粘贴撕开得到单层石墨烯，几乎不存在任何安全风险;而化学气相沉积法则会涉及表1中所述的各项安全风险;氧化还原法相对化学气相沉积法在实验设备方面的风险较低，但其中用到大量的浓硫酸、高锰酸钾等强氧化性化学试剂，也存在较高的安全风险。此外，在同一方法中，也存在不同的实验方案选择。例如在化学气相沉积法中，我们可以选择乙醇、甲烷、乙炔、甲苯等多种碳源进行石墨烯生长，但它们的安全性有很大区别。因此，在选择制备方法时，应视研究需要选择最安全的方法和方案，能采用机械剥离法制备时，就不要采用化学气相沉积法和氧化还原法。但是如果机械剥离法制备的石墨烯不能满足研究需要，比如要制备大面积的石墨烯薄膜时，就不得不采用化学气相沉积法，这时就要引导学生充分调研，选用安全风险最低的试剂和实验方案。
（三）多措并举，进行有效安全监控
安全监控是提升实验安全保障能力的重要手段。但是，与工业企业不同，高校等科研场所的安全监控在使用力度和效果上并不尽如人意，有设备无维护、有监控无监管的现象普遍存在[6]。造成这一问题的主要原因是，高校科研实验内容具有高度不确定性，同一实验室可能一个学期要进行数十个内容不同、安全风险不同的实验，所涉及的实验设备和操作方法也不尽相同。这使得学校安保部门无法及时掌握实验室的安全风险变化，甚至完全不清楚存在何种安全风险。因此，安全监控只有由实验主体负责，才能真正落实监控监管的作用。与传统的有线视频监控不同，在当前5G技术已发展成熟并广泛使用的条件下，安防设备也已实现了无线远程视频监控的功能。在实践过程中，我们在管式电阻炉、真空干燥箱附近点对点地安装了具有无线监控功能的摄像头，并要求实验主体人员在手机上安装监控客户端，对实验状况随时随地进行观察，再配合原有的楼宇视频监控系统和仪器设备警报系统，全面提升对实验安全的监控监管。
（四）拔本塞源，使用本质安全设备
本质安全型设备是在人操作失误或工作状态异常时，能够自动采取措施消除安全风险，保证自身安全运行，且不对外输出风险，具有抵御和防范风险输入能力的设备[7]。人的不安全行为不可能完全避免，因此在实验过程中，采用本质安全型设备，自动保证设备的安全运行是解决安全问题的另一有效方法。设备的本质安全化是当前先进设备制造的重要发展方向，目前实验中常用的较为先进的高温设备、高电压设备和防爆设备等许多配备有专门的本质安全系统，如电流、温度限制系统，电、热和危险气体隔离屏障等。实验室在有条件的情况下，应尽可能选用本质安全设备，进一步降低实验设备和操作中的安全风险。
（五）強化管理，安全责任落实到人
针对在实验过程中出现的学生心理态度不严肃、没有责任心及教师疏于管理等问题，我们在对学生进行安全教育后，应要求学生在进行实验活动前签订安全责任书，明确学生对实验安全管理应当承担的责任和义务，也明确师生之间的管理责任。这样可以将安全责任落实到人，使安全管理权责明确、有据可依，也端正了学生对待实验安全的态度，让安全问题在学生的实验过程中警钟长鸣。
（六）着力培养，提升学生科研技能
提升学生的科研技能是避免不科学的实验设计，降低实验过程中误操作概率的根本手段。为强化大学生科研技能的培养，我们对进入实验室的大学生团队指定经验丰富的高年级学长为其进行一对一的实验方案设计和科研技能指导，带队教师定期以组会、单独交谈等方式对学生实验过程给予分析建议。在指导过程中，我们借鉴了翻转课堂的教学理念，让学生真正成为实验过程中的主体[8]。不论学生的研究经验、水平如何，我们都先鼓励其自主设定实验方案，然后再通过反复讨论，逐渐引导学生对实验方案进行自主修改完善，帮助其通过细致认真的思考达到科研技能和素养由内而外的提升，而不仅仅停留在“老师说什么，我做什么”的被动学习上。
三、结语
近年来，高校中实验安全事故时有发生，教训十分惨痛。与以往研究生是科研活动的主体不同，目前参与科研活动的学生已普遍扩展到包括本专科生在内的所有大学生。科研活动和实验参与人员众多，实验设备密集，安全形势更为严峻。安全问题无小事，实验安全是高等院校教学工作的重中之重。在大学生广泛参与实验工作的今天，认清大学生开展科研实验活动的行为特点，明确其中的安全隐患并有针对性地采取措施进行干预，对维护校园教学秩序、保障学生的生命财产安全有重要意义，应引起广大教育工作者的高度重视。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 王忠军，黄蜜，刘丽丹.本科生参与科研对创造力和可就业能力的影响：基于心理学专业的研究[J].高等理科教育，2020（4）：53-60，106.
[2] 蔡晨晨.产教融合视阈下高职学生科研创新能力提升路径探究[J]. 教育现代化， 2019（67）：31-32.
[3] 王娟，程艳霞.我国高校本科生科研能力培养的探讨[J]. 中国林业教育，2016（6）：17-19.
[4] 杜淼，张光荣.石墨烯的制备及其应用研究进展[J]. 无机盐工业， 2019（3）：12-15.
[5] 赛默飞世尔科技（中国）有限公司. 产品安全技术说明书[DB/OL].https：//www.alfa.com/zh-cn/catalog/sds/035648.
[6] 朱明.关于高校消防安全管理的现状与发展的探讨[J]. 时代报告，2019（6）：182-183.
[7] 孙刚.提升设备设施本质安全水平[J].化工管理，2017（2）：272.
[8] 王才东，李晓科，肖艳秋，等.翻转课堂在现代设计理论与方法教学中的应用与研究[J].高教学刊，2020（28）：92-95.
[责任编辑：钟 岚]
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