生物实验室仪器操作与实验安全系统性培训体系建设

亓树艳， 李 华， 孙书洪， 孔 宇， 龙建纲

(西安交通大学 生命科学与技术学院，西安 710049)

0 引 言

学生进入研究生学习阶段后，学习模式发生变化，由之前的集中学习逐渐转变为独立思考和独立操作，特别是进入实验室开展课题研究后，由于各个课题研究小组研究方向不同，学生需要单独操作多种仪器设备，需要具备专业操作知识和技能。而生物实验室实验仪器种类繁多、操作复杂，且会涉及有毒有害、易燃易爆、强酸强碱、致病微生物等安全问题。因此，如何有效提高学生的动手能力，降低实验仪器损坏率，确保实验安全，是生物实验室研究生科研训练阶段面临的主要问题，亟需建立一套实验仪器与实验安全系统性培训体系，使研究生能够尽快熟悉实验室仪器设备，掌握常用仪器设备的正确操作，提高其使用效率，同时确保学生人身、实验设备以及实验室环境安全。

1 生物实验室仪器使用及实验安全现状

仪器设备是生物实验室的重要技术装备，是进行教学、科研和社会服务的基本条件[1-4]，近年来国家加大了对高等教育经费的投入，使各高校对实验室仪器的投入也有了大幅增长，实验环境和硬件资源都有了很大改善，很多先进的仪器设备开始大量运用于教学科研[5-7]。随着高等教育事业的蓬勃发展，高校实验室的安全管理也面临着随之带来的新问题，近来时有发生的高校实验室安全事故引起了社会的强烈反响，也为实验室的运行和管理敲响了警钟[8-10]。

1.1 实验室人员流动性大，基础训练水平参差不齐

生物实验室每学期都会接纳新入学研究生，其中,有些学生是本校毕业，对实验室的小型仪器设备有一定了解，有些来自外校，对实验室的仪器设备完全没有接触。由于知识掌握及对实验仪器了解程度不同，导致很多学生在实验过程中损坏实验仪器设备或因操作不当导致实验结果重复性差、偏差较大等。特别是有些学生由于安全意识淡薄，不注意操作规范，导致一些潜在的安全隐患，甚至威胁到人身财产安全。

1.2 仪器设备使用不规范

实践经验发现，很多研究生理论水平很高，但是实践动手能力和解决实际问题的能力相对较差[11]。在进入生物实验室开始独立操作时，不会使用大型仪器，甚至都不能熟练正确使用常规仪器。比如移液枪使用完毕之后未调回最大量程、离心机使用结束之后未清洁腔体；不会设置PCR仪程序、甚至从未使用过酶标仪、激光共聚焦等。这些生物实验室仪器设备使用技能的欠缺必然会影响研究生科研工作的顺利进行。

对于小型的仪器设备，如移液枪、离心机、高压灭菌锅等，大部分学生都会使用，但是很少能按标准流程进行操作，尤其是忽视仪器的维护保养，导致仪器出现不必要的故障及损伤，影响实验结果的准确性。

对于大型的仪器设备，如酶标仪、激光共聚焦仪等，由于操作流程比较复杂，基本上每台仪器可能只有几个学生能够熟练掌握操作，其他学生需要使用的时候就只能通过指导或是通过自己的理解进行操作，导致设备容易出现人为损坏问题。大型仪器设备维修成本高，造成科研经费不必要的浪费；维修所需时间长，影响实验的顺利开展。

另外，在仪器设备的使用过程中存在着重使用、轻维修和保养的现象，只要设备还能运行就一直使用，以至于小故障变大故障，最终影响科研工作的进行[12]。还有些仪器设备由于使用频率不高，出现故障之后使用者没有及时报修，导致很长时间之后才会被下一个使用者发现；如果有代用设备，则该损坏设备就没人理会，导致故障愈来愈严重。仪器设备的故障一般都是由直接使用者最先发现，如果使用者在发现故障后马上进行处理就大大地减小损失，简化维修过程。否则微小故障没有被消除而继续强行运转，就会导致更大的损坏，从而加大维修难度，造成更大的经济损失[13]。

1.3 实验安全意识淡薄，培训不足

仪器设备的使用安全问题关系到仪器本身安全、操作者及实验室环境安全[14]。同时，针对生物学实验室的特殊性，除了仪器设备导致的一些安全问题外，还存在一些特殊的安全问题，包括物理、化学和生物因素[15]。目前对压力容器、生化试剂、病原微生物等的使用、处理，很多学生没有经过系统学习，包括不清楚危化品需要从特定厂家购买、不知道如何处理实验过程中产生的废弃物等。无论哪一问题出现，都可能对实验操作人员健康、实验环境甚至室外造成威胁[16]。

此外，实验操作水平的高低不仅直接关系到实验结果准确性与科研项目的进度，也与实验室安全密切相关。研究生实验操作水平参差不齐，也会增加实验安全隐患的产生几率。如何提高研究生的实验动手能力、强化研究生的科研素质、培养研究生的实验安全意识是研究生培养初期中急需解决的问题。

2 生物实验室针对研究生仪器操作及实验安全培训体系建设

针对以上问题，为了提高学生在实验过程中的动手操作能力，减少仪器设备操作事故的发生，降低仪器损坏率，维护实验室安全，生命学院生物工程系实验室经过多年的实践积累，探索建立了培训体系和保障体系相结合的研究生实验仪器操作及实验安全系统性培训体系：①学校专门设置实验室网上安全培训，要求学生通过实验室安全准入在线考核,培训研究生安全理论知识；②学院设置实验课助教岗位，要求每位研究生担任实验课助教，进行半独立操作训练,提升研究生独立、安全操作能力；③生物工程系开设“生命科学仪器操作及实验安全”课程，对研究生进行理论及实践操作培训,使研究生掌握实验仪器正确使用和保养维护技能，以及实验安全操作技能；④导师对研究生进行针对性教育——查漏补缺，完善操作技能并进一步提升实验安全意识。而在研究生的日常科研工作中，严格贯彻仪器设备使用预约制度，使实验仪器使用制度化、规范化，并促使学生养成良好的科研习惯，同时经常举办前沿实验技术和大型仪器设备培训讲座，以随时巩固、更新研究生所学知识。通过建立学校、学院、系所和导师的培训体系，提升学生实验仪器操作技能和实验安全操作能力；通过建立仪器设备预约制度和经常性的培训讲座，敦促学生养成良好的科研习惯并巩固、更新实验理论知识和操作技能。

2.1 实验安全在线考试系统的应用

实验室是进行实验教学和科学研究的重要场所。实验室安全对整个学校的安全和稳定至关重要，是建设平安校园、构建和谐社会的重要内容。实验室安全工作的重点在于预防事故的发生。在师生进入实验室学习和工作前，有必要学习实验室安全知识，掌握实验室安全操作技能，将安全隐患消灭在萌芽状态，防患于未然。实验室与资产管理处早在2013年就建立了实验室安全考试系统，生命学院生物工程系积极成为第一批参与单位。凡新入校需要进入实验室的人员，必须先在在线题库中学习安全知识，认真学习“实验室安全教育手册”，并通过在线的实验室安全考试，取得合格证书，才有资格开通门禁并获准进入实验室。目的在于使广大师生员工增强实验室安全意识，自觉遵守学校和实验室的各项规章制度，具备基本的实验室安全知识，规范科学地进行实验，确保教学科研工作的顺利进行。所有学生在进入实验室工作和学习之前，必须仔细阅读该手册，并签“实验室安全责任书”。

2.2 设置实验课助教岗位

实验准备工作在整个实验中占有举足轻重的地位[17]。实验准备过程是一个繁琐的复杂的过程，参与实验课的准备除了能更进一步掌握实验仪器的操作之外，还能训练学生对实验的耐心和理解，提高学生的动手能力，在亲自动手过程中使自己得到锻炼、综合素质得到提升，对研究生以后的科研有很大的帮助。

研一学习阶段除日常上课学习外，主要是查阅文献、确定研究方向，并不一定会进入实验室开展具体科研工作，为了使学生能够有更多机会参与操作实验仪器，巩固所学知识，我系探索建立了实验课助教模式，给实验课设置助教岗位。积极鼓励研究生一年级学生报名担任实验课程助教，参与实验准备工作。这个过程是个半独立操作的过程，如果过程中遇到什么问题还可以请实验技术人员进行指导，对这些学生而言是一个很好巩固学习的机会。通过几年的摸索和实践，实验课助教的形式较好地锻炼了参与者的独立操作能力,实际动手能力和科研素质，使之成为研究生培养过程中由理论向实践转变的踏板。

2.3 开设生命科学仪器操作及实验安全课程

实验室安全知识在线学习、考核制度的建立，使研究生具备了一定的理论知识，但在实验过程中如何进行正确、安全操作仍存在缺失。为了弥补这一缺失，生命学院生物工程系针对研究生新生开设了生命科学仪器操作及实验安全课程。该课程包含了生物学实验室主要仪器设备的操作培训、实验室安全培训和安全应急情况处理的演练。

课程采用讲用结合的模式，使学生在学习各实验仪器原理、操作方法及注意事项的同时，能亲自操作和使用课程中涉及的所有实验仪器。在课程学习过程中，先通过PPT讲解，以生动的形式向学生介绍仪器设备的工作原理、使用注意事项及维护保养方法，提高了学生对实验仪器设备的使用及日常维护意识，为确保学生都能对仪器设备进行实际操作，将学生分成若干组，由多位指导老师分别带领各组学生进行相关仪器的实际操作，并随堂解决学生在操作过程中遇到的具体问题。对于大型仪器设备，必须要取得相应证书才能在以后的实验过程中自己动手操作。通过该课程的学习，使学生基本掌握实验室常用仪器设备的正确操作，同时也逐步加强学生对实验仪器的日常保养维护意识。该课程还针对危险化学品的使用、生物安全、用水用电用火安全、实验室废弃物处理、仪器的安全操作以及发生突发事件的应急处理进行培训和演练，使学生进一步提高实验室安全意识并掌握相关技能。

2.4 导师针对性教育

由于各个课题研究小组研究方向不同，所需用到的仪器设备以及涉及实验室的安全问题的侧重点也会不同。因此，由导师进行研究生独立科研之前的最后针对性教育是十分必要的，有查漏补缺，画龙点睛之功效。研究生导师会根据所从事科研方向在学生开展课题之前有侧重点的对学生进行针对性安全教育，邀请课题组学生广泛讨论，以前车为鉴，以实际操作为来源，将自身经验和教训传授给即将从事科研工作的新生。同时每个导师门下设置专门的督察人员，负责课题组学生的实验规范指导。

“凡事预则立，不预则废”，在研究生独立科研之前尽可能地做好各项培训、预防工作，对保证研究生科研工作的顺利开展具有重要意义。

2.5 仪器设备预约和经常性培训讲座的开展

为了保障生物实验室长期良好运转，生物工程系还建立仪器设备预约制度和经常性的培训讲座，培养学生良好的科研习惯并巩固、更新实验理论知识和操作技能。仪器设备的网上预约制度可借助计算机技术较好地实现网络化和规范化管理，研究生随时通过网络浏览实验室中各项仪器设备的使用情况，预约情况，从而更科学合理地安排自己的科研工作。仪器设备预约制度在保证实验室有序运转的基础上，很大程度提高了仪器设备的使用效率和学生的科研效率。

大型仪器的操作熟练程度直接影响研究生的科研工作[18]，为了提高研究生大型仪器的使用技术和使用效率，除了在上述课程中对研究生进行大型仪器的培训之外，还会还不定期聘请仪器公司的技术人员来校为学生开设讲座培训，讲解相关仪器设备的具体操作、最新技术进展和应用领域等。通过仪器设备培训讲座，开拓了学生的视野，使学生了解到各种大型仪器最前沿的科学动态，使其掌握的相关仪器知识得到及时的更新与补充，也有利于学生在科研工作中开发仪器新功能。

3 建设成效及存在问题

3.1 建设成效

生物实验室针对研究生仪器操作与实验安全系统性培训体系建立1年多以来，取得了一定的成效。目前生物实验室研究生全员通过实验安全在线考试系统，取得了合格证书；通过“生命科学仪器操作及实验安全”课程的学习，学生实验仪器操作技能和实验安全操作能力有了显著提升，有2位研究生取得了操作激光共聚焦显微镜的合格证书，2位研究生取得了操作流式细胞仪的合格证书。1年多以来，实验室仪器使用效率大幅提高，实验仪器的损坏率逐渐降低，本年度仪器维修费用比上年度减少了近20%，同时实现了全年零事故，保证了实验室的安全运转。

3.2 存在主要问题

虽然培训体系取得了一定成效，但仍存在一些问题：①学生的学习主动性及积极性有待进一步加强；②在实践操作培训方面，由于部分大型仪器设备数量有限，无法保证在有限的课堂学习时间内让每一位学生都有独立动手操作的机会；③规章制度尚不健全，仍缺乏有效的监督管理措施。

在今后的工作中，应充分调动学生的积极性和学习兴趣，使其能主动参与到学习中来，并尝试利用课余时间，对学生开展培训，争取让每一位学生都能掌握大型仪器设备操作，同时进一步建立完善的制度体系，保证实验室规范运行，为培养出素质高、动手能力强，勤于创新，适应社会需求的应用型人才而努力。

4 结 语

生命学院生物工程系多年来积极探索，采用集中学习和自学相结合、理论学习和实践操作相结合、系所全面培训和导师针对性培训相结合，对研究生新生展开多层次、全方位和持续性的实验仪器操作和实验安全培训，并通过建立仪器设备预约制度来完善实验室仪器设备管理，逐步构建起了成熟的研究生实验仪器与实验安全系统性培训体系，使研究生的科研能力得到了较大提高，确保了实验室高效稳定地运行，为培养创新型人才和保障高水平科研成果提供了很好保障。但实验仪器操作与实验安全培训是一项不断变化、复杂而艰巨的工作，还需要在长期实践过程中不断总结经验并继续改进。