生物实验教学安全教育考试系统建设探索

赵 珏，刘雪蕾，孟世勇

（1. 北京大学 生命科学学院，北京 100871；2. 北京大学 实验室与设备管理部，北京 100871）

随着我国高校招生规模的扩大，各类实验室数量和规模不断增加，部分高校实验室空间的增量已无法满足仪器设备和学生数量增长的要求，在很大程度上造成实验室过分拥挤等问题，并由此产生了相应的安全隐患。此外，由于我国中小学教育阶段对学生安全知识和能力的教育比较薄弱，导致大多数本科学生是在进入高校后才开始接触实验室安全知识，接受实验室安全教育，加之对高校本科教学实验室的安全管理和安全教育重视程度不够，造成许多学生的安全意识比较淡薄。据调查，在发生的实验室安全事故中，安全防范意识不足和操作不规范等人为因素所占的比例较高，而生物实验室在事发实验室中的所占比例更高。这使得国家各级管理部门高度重视生物实验室的安全问题，许多高校已将生物教学实验室安全教育列为生物学科的基础教育和生物人才培养的重要内容。因此，进一步加强高校生物实验教学安全教育、规范高校生物安全管理已经成为相关高校的一项重要的工作。

1 高校生物实验教学安全管理现状

1.1 生物实验教学是生命学科人才培养的基础内容

在各类理工科院校，实验课程是非常重要的实践课程，其质量的差异往往在很大程度上体现了一所学校的教学水平。在教学实验中，学生能够亲自动手做实验去验证和体会所学的书本知识，这将有效锻炼学生的实践动手能力。因此，实验过程的复杂性能够培养学生科学理性的思维，对于实验结果偏差的处理可以培养学生严谨的科学验证态度，对于结果未知的探索性实验能够培养学生的创造能力和对科学研究的兴趣。因此实验教学在培养学生将书本知识转化为实践动手能力的过程中具有其他课程不可替代的作用，是提高学生素质的必要途径。生物学是一门实验性学科，其实验教学环节能够使学生将所学的专业知识综合运用于特定的实验条件下，在学生的整个培养过程中发挥着将课堂所学从理论到实践、从专业到综合、从认知到掌握、从被动接受到主动求索进行有效转化的重要作用。

1.2 生物实验教学安全是创建世界一流大学的内在要求

安全稳定是高校创建世界一流大学的基本保障，是维护学校教学科研正常秩序的必要前提，是保证广大师生员工的生命安全的关键所在，同时也是建设平安校园，体现以人为本的教育理念的着力点。世界一流大学的重要标志之一，就是培养能够适应将来多种社会环境需求的高素质复合型人才。这样的人才除了具备丰富的专业知识外，还应具有完备的知识结构体系，其中各类安全知识和技能无疑是必须具备的素质之一。具备这种素质的人才能在将来的工作岗位上，凭借内化于心的安全理念和安全意识，把自己的工作建立在扎实的安全基础之上，在保护自身安全的同时，保护他人的生命安全，维护环境的安全。

1.3 生物实验教学安全管理应严格遵循国家法律法规

早在1992 年，国家教委就发布了《实验室工作规程》；1995 年，教育部出台了《高等学校基础课教学实验室评估办法》，这些法规的出台标志着我国高校实验室建设和管理法制化的开始。2017 年，教育部印发了《关于加强高校教学实验室安全工作的通知》，明确要求各高校开展系统的安全宣传教育，做好教学实验室安全工作。这些法规的发布使高校实验室建设和管理的法制化更加深入。

在生物安全方面，国际社会很早就认识到生物安全是一个重大的全球性问题，自世界卫生组织 1993年出版了《实验室生物安全手册》之后，随着生物科技的发展，不断对其进行修改和补充，现在已更新到第四版。国内各级政府主管部门对生物安全也非常重视，先后颁布了一系列相关法规。国务院颁布了《病原微生物实验室生物安全管理条例》，农业部发布了《关于加强兽医实验室生物安全管理的通知》《高致病性动物病原微生物实验室生物安全管理审批办法》和《兽医实验室生物安全管理规范》，教育部联合国家环境保护总局下发了《关于加强高等学校实验室排污管理的通知》，卫生部制定了《医疗机构临床实验室管理办法》和《微生物和生物医学实验室生物安全通用准则》，环境保护部公布了《病原微生物实验室生物安全环境管理办法》。在行业标准建设方面，国家相关部门颁布了《实验室生物安全通用要求(GB19489)》《生物安全实验室建筑技术规范(GB50346)》和《动物实验设施建筑技术规范(GB50447)》等一系列国家标准。此外，卫生部科教司已经专门设立了实验室管理处，并附设了国家生物安全专家委员会，主管实验室的生物安全建设。最近，中央全面深化改革委员会强调要从保护人民健康、保障国家安全、维护国家长治久安的高度，把生物安全纳入国家安全体系。科技部出台了《关于加强新冠病毒高等级病毒微生物实验室生物安全管理的指导意见》，进一步强调了加强生物实验室安全的规范管理。上述法规体系、标准体系和部门体系的设立和完善，已经将生物安全提升到国家安全的高度，对安全管理工作提出了强制性的要求。

1.4 生物实验教学安全管理存在的不足

高校实验室具有数量众多、性质各异、设备密集、各类安全因素较多、人员复杂且流动性大、使用频率高、实验种类较多、操作复杂且部分实验操作周期长等一系列特征。为了保证生物实验教学的安全，任课教师一般尽量避免开设危险性较大的实验。对所开设的生物实验，实验室及教师一般采取强制性管理措施，通常制定严格的操作步骤和安全防范要求，配备必要的安全防护器材等。这种管理方式使学生失去了通过有一定风险的实验培养安全应对技能的机会，同时也会牵扯任课教师的精力，占用学生的上课时间，并且也无法做到实验安全的全面性。此外，学生在教学实验中有依赖实验教师保证实验安全的倾向，且由于实验操作等安全知识也不是教学考试的内容，造成学生对教学实验安全不够重视，导致实验室安全事故依然时有发生。如何既让学生充分发挥其主观能动性完成实验，又能保证实验教学的安全进行，这是实验教师需要认真研究的一个问题。

1.5 生物实验教学安全教育内容不足

传统的实验室安全教育主要采取课堂教学、资料学习、专题讲座、宣传海报和现场讲评等形式。这些形式的安全教育一般受众有限，缺乏灵活性和全面性。鉴于实验室安全教育全程化、全员化、全时化的特点，网络平台的安全教育学习和考试方式更适合实验室安全教育的手段[1]。许多国内外高校已经建立了全校性的实验室安全教育考试系统，但是校级安全教育和考试平台建立之后，并非就万事大吉。国外的先进实验室安全管理经验表明，按照不同的人员、不同的学习阶段，以及不同的专业和设施要求进行有针对性的安全教育和考试，是做好安全管理工作的有效方法[2]。校级安全教育和考试平台往往需要顾及对全校各类人员和专业的普适性，特别是在国内各高校实验室安全管理专业人员有限的情况下，其内容对各专业的不同特点，以及不同人在不同学习阶段的特殊需求难以作到及时调整，迫切需要开发能够满足不同实验教学要求，并具有针对性和灵活性的专业安全教育考试系统。

2 生物教学实验室安全管理的难点与对策

2.1 生物教学实验室安全管理的难点

就实验室安全事故的种类而言，高校生物实验室除了具有一般高校教学实验室的特点外，更具有操作对象可能具有感染性，并且实验室废弃物可能同样具有感染风险，需要进行特殊处理等一系列特点[3]。这导致生物实验室的安全问题更为突出，与其他专业实验室相比所造成的危害性更大。如微生物实验室事故不仅可能直接导致实验室操作人员的感染，也可造成其他人群的感染；各类转基因生物材料如果不经处理就释放到环境中，对生态环境安全和生物多样性的保持会造成严重危害，并最终对人类的身体健康构成威胁。近年来，国内外均有生物实验室事故发生，并导致实验人员乃至社会公众受害，甚至造成社会恐慌。

此外，生物教学实验多为本科生设置，目的在于帮助学生逐步熟悉科研实验方法，建立科学的方法论。报考医学院校的本科生应该是在本科生中对生物医学相对更感兴趣的群体，他们的生物安全知识应该是同龄人中相对更高的。但据调查显示，生物医学类本科生的实验室安全知识，特别是有关生物安全方面的基本知识实际是比较匮乏的[4]。更令人担心的是这些学生中经历过实验室伤害的人数将近一半，而知道如何正确应对实验室意外事件的学生人数只有10%左右[5]。具有正确应对实验室意外事件能力的前提是熟知各类安全知识。对于生物学科而言，除了学习通用实验室安全知识以外，更需要特别增加与生物相关的安全知识的教育和培训，并将其运用到生物实验的具体实践中加以磨合，才能最终建立起生物安全的理念和意识，并自觉运用在今后的实际工作中，起到保证实验安全的作用。

2.2 生物教学实验室安全管理的对策

目前，各高校一般比较注重安全知识的培训和考核，对实验过程中的安全操作培训和考核则多有忽视。有学者建议不同专业的学院应该结合自身专业特点开展培训和演练[6]，有的学校已经在这方面开始进行实践探索[7]。我校早在2010 年就已经在校级安全教育考试平台上进行了初步尝试[8]。虽然这一尝试取得了比较好的效果，在一定程度上弥补了上述不足，但仍然存在专业覆盖不够深入、试题更新不够灵活、任课教师操作不便等缺憾。

为了进一步发挥上述系统的长处，改进其不足之处，我们设计开发了本科生实验室安全教育考试系统，将网络上丰富的教学资源纳入系统，让学生自由选择学习时间，提高学生的学习兴趣。学生可以利用课外时间自主学习和考试，以此获得比较全面的实验室基础安全知识和了解特定实验操作程序，帮助学生树立实验室安全防护观念。该系统可由专业任课教师自行控制，可以及时针对不同的需求进行内容调整。系统培训及考核内容除了常见的通用实验室安全知识以外，重点增加了生物方面的安全知识，特别是增加了与实验操作密切相关的安全知识。任课教师可根据当期实验内容，结合学生不同的学科和年级等因素，选择考核的试题范围、出题比例，由试题库自动组成考卷，具有高度的灵活性和针对性。教师可在上课之前了解学生对即将开始的实验课所涉及的安全事项的掌握程度与不足，便于在课堂上进行有针对性地讲解和补充，比较有效地强化学生的实验室安全防护观念。这样学生在接受安全培训考核之后能够将所学知识运用到实验中，这种学以致用的安排不但提高了学生的学习兴趣，同时能够从学生方面保证实验安全。

3 生物实验教学安全教育考试系统的内容设计

3.1 生物实验教学安全教育考试系统试题的分类

为了增加针对性，有些安全教育考试系统将试题按难易程度分为科普级、中级和高级，以适应从本科生到研究生的不同专业需要[9-10]。这种设置有其合理的一面，但也存在不足。首先这种试题难易程度的划分，包括其后期出题比例的选择，受主观影响比较大，不利于稳定测试和横向比较。更重要的是，某一专业的学生，无论是初入学的本科生还是临近毕业的高年级研究生，他们所遇到的本专业实验室安全风险并不会有明显区分。反之，倒是低年级学生更容易由于缺少必要的专业安全知识和突发事件应对经验，而导致对自身和他人伤害的实验室安全事故。

因此本系统采用更简洁的分类方式，将试题仅分为两类：一类是实验室通识试题，适用于所有学生，这部分试题包括消防和用电安全、通用仪器设备安全、危险化学品安全、放射防护安全等常见内容；另一类是生物通识和生物各专业试题，如保护生物学、动物学、细胞生物学、分子生物学和植物学等生物类专业试题。其测试内容超过了通常综合安全教育考试系统所覆盖的深度和广度，该部分试题适用于各生物分支专业的所有学生。这一分类的好处是，学生在全面掌握实验室通用安全知识的同时，充分了解本专业在实际工作中可能遇到的实验室安全问题，掌握其安全知识，培养突发事件的应对处理能力。这样在一开始就对学生提出较高标准的专业安全要求，避免由于没有及时了解本专业的特定安全知识而造成安全事故。由于各分支专业试题数量相对有限，且与日常专业操作密切相关，从我们的实践结果来看，学生实际上对这类试题更感兴趣，并且也没有对低年级学生造成难度上的困扰。

3.2 生物实验教学安全教育考试系统的功能

3.2.1 生物实验教学安全教育考试系统的一般特性

本实验教学安全教育考试系统对登录考试系统的学生进行身份识别，通过系统自动验证或人工验证后才能继续学习和考试，保证了系统的安全运行。系统也可以作为实验室准入要求的一个环节，让全体学生进行必要的实验室安全知识的学习和考试，通过考试后方能允许学生进入后续的具体实验内容学习以及进入实验室开展实验。同时系统保持着良好的开放性，对于访问学者、实习生和课题合作者等高校常见的非本单位临时人员，可以通过人工临时授权的方式使用该系统，满足进入实验室之前的安全教育和考试要求后，进入实验室。系统选用已经成熟的在线教育考试编程，保证大量学生同时在线考试时系统依然能够稳定运行，此外系统增强了其可维护性和可扩展性。

3.2.2 生物实验教学室安全教育考试系统的专业特性

系统的形式变化对使用者的体验改善固然十分重要，但最能体现其专业性的是试题库的建设与运用。在试题库建设方面，由于教学实验室的主要服务对象是低年级本科生，他们在实验室学习和操作实验的同时，学习和掌握相应的安全知识和技能，因此我们在试题内容上力求与其开展的实验紧密结合。这些试题使学生对安全知识本身有所了解，并能够在实验中进行体会，反过来加深其对安全知识的理解和安全操作能力的提高。如在使用生物安全柜或高压灭菌锅这些生物实验室的特殊设备之前，提示学生对这些设备的安全注意事项给予重点关注，并将其相关内容加入学生的考试试卷中，考查其特定安全知识结构和知识点的掌握情况。对发现的学生关于安全知识的缺乏或理解偏差的共性问题，在后续课堂讲解或演示中予以重点强调和说明。为此，该系统对任课教师进行了充分授权，教师可以根据学生的特点，选择试题范围，教师可以手动、自动或半自动组织试卷，使组卷既有严谨的科学性，又有充分的灵活性，更好地满足不同学生的实际需要。

3.2.3 生物实验教学室安全教育考试系统功能的优化设计

实验教学安全教育考试系统仍有一些不足，是后续应该逐步加以改进和完善的。试题库的试题格式比较单一，目前只有纯文本格式。今后应逐步增加各类多媒体互动形式的试题，特别是虚拟现实技术的迅猛发展，为试题库的改进提供了很大的可能性。出于自动判卷的需求，目前系统题目类型仅限于客观选择题，虽然可以满足知识覆盖面的要求，但对参考学生的知识系统性，以及主观能动性的考查依然有欠缺。在短期内人工智能技术手段还不能达到处理主观题判读的情况下，可以借助教师课堂提问或综合操作考查等方式予以解决。目前该试题库有1 000 余道各类试题，已经达到了一些校级试题库初期建设的试题数量水平[11-12]。其中有大约一半是生物安全类试题，已经大大超过了一般综合安全教育考试系统的生物医学类安全试题的数量和比例[7]。但仍有神经生物学、发育生物学、免疫生物学和生物化学等很多各具特色的生物分支学科未能涵盖，今后仍需要进一步扩大生物分支专业的覆盖面，充实试题内容，力争做到全面覆盖。最后一点是系统版权保护方面的措施仍然薄弱，对考生盗取试题用于其他目的等不端行为缺少有效的防范措施，这方面的改善仍有赖于全社会公众版权意识和法律保护水平的提高。

4 多种形式相结合协同推进生物实验教学安全教育

目前，很多高校开设了必修或选修的实验室安全教育课程，一般是 16～32 学时，1～2 个学分。要在这么短的时间内全面讲授各类安全知识显然是不够的，但课堂教学在集中系统性地传授安全知识和帮助学生理解掌握这些知识仍有其独到的优势。比如在安全管理的历史发展沿革、管理法规的条块归纳、专业知识的系统构架和安全标准的横向比较等方面，课堂教学可以有效帮助学生进行理解、整理和总结。而在线的安全教育考试系统，以及其他安全教育方式可以作为课堂教学的有力补充，这些方式具有灵活多样、形象生动、互动性强、细节清晰等诸多功能。上述多种安全教育方式可以相互结合，使学生通过丰富多样而生动的形式，结合课堂教学，获得更加全面、深入而系统的安全教育，更好地掌握实验室安全知识和技能，为在实际工作中熟练运用这些知识和技能，保证实验室安全打下坚实的基础。这样的教学思路也符合教育部“金课”建设的指导精神。灵活多样的教育方式相结合，相对于单纯的课堂教学或网络教育，拓展了课程的深度和广度。理论讲授与实践操作相结合增加了课程的融合度，通用知识与专业要求相结合提升了学业的挑战度，最终的结果是切实提高了课程教学质量，保证了实验安全，使教师和学生从中受益。

5 结语

生物实验教学安全教育考试系统克服了传统安全教育方式内容有限、形式单一、受众不全、时效性差、对象模糊、学生积极性不高等诸多不足，增加了安全教育的专业性和针对性，提高了生物实验教学安全教育的效率和成效。从具有广泛代表性的国家自然科学基金委面上项目过去5 年来的资金分配来看，生物医学类实验室所获的资助约占其资助总额的40%，而高校实验室又占其全部资助实验室的 1/3。可见做好高校生物医学类实验室生物安全教育管理工作对全国实验室安全工作具有重要意义，这种做法如果推广到更多的生物医学实验室乃至其他专业，将有助于提高我国高校实验室安全教育的整体专业化水平。