高校科研实验室安全建设探讨

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近年来，随着高校办学规模和科研事业的蓬勃发展，高校科研实验室承担的科研任务越来越多，实验内容越趋复杂，实验室科研人员数量也随之激增。遗憾的是伴随的实验室事故却也时有发生，造成了巨大的经济损失和人员伤亡，教训惨痛。教育部科技司关于开展2017年度高校科研实验室安全检查工作的通知中提出了“全覆盖、零容忍、严执法、重实效”的要求

1“人—机—环”系统模型

要预知风险，就得充分了解事故发生的规律。在分析实验事故的原因时，不能简单地归结为违规操作、粗心大意等表面浅层次原因，只有追本溯源剖开现象抓住本质，探究科研实验人员为什么会操作失误、违章违纪，找出不安全行为的根本原因，针对性地制定管理措施，才是有效控制和预防因不安全行为引发事故的必要途径。当前在对事故的原因统计分析中，世界各国普遍采用因果链锁模型[1]（见图1）。我国的国家标准伤亡事故分类GB6441-1986也是基于这种因果连锁模型制定的。该模型着重于从2个角度分析事故的原因，一是直接原因，人的不安全行为和物的不安全状态；二是更深一层的原因，管理缺陷。安全心理学就是以解释、预测和调控人的行为为目的，通过研究分析人的行为，揭示人的心理活动，最终达到减少或消除事故的科学[2]。“人—机—环”系统模型是安全心理学的重要理论基础（见图2），即把“人”作为系统中的一个环节，通过感官系统（如眼睛）接受机器材料的信息，经由大脑中枢神经系统的处理，再指挥运动器官系统（如手）操作和控制机器材料系统，形成“人—机”信息交流闭环系统，同时信息交流的效率受周围环境的影响，从而形成“人—机—环”系统。科研实验活动过程实质就是一个复杂的“人—机—环”系统信息交流的过程。在科研实验过程中，科研实验人员通过眼睛、耳朵、皮肤等感觉系统接收来自仪器或实验材料的信息，经中枢神经系统对信息进行综合分析判断，再指挥手、脚等运动系统开始操作，进行实验活动。同时，“人—机”所处的外部环境，如温度、噪声、人文环境等因素也会不断地干扰和影响“人—机”系统的效率。本文以该模型为依据，从安全心理学的角度出发，通过对高校科研实验室的运行现状进行分析，探索高校科研实验室的安全工作建设途径。

2安全行为与人心理活动的关系

根据美国心理学家马斯洛提出的需要层次论，人的需要按照重要程度分为5个层次：一是生理需要，二是安全需要，三是社交需要，四是尊重需要，五是自我实现需要。马斯洛认为人的需要由低向高逐层递升，低层次为基础性需要，高层次为发展性需要。只有当低层次的需要得到满足才能向高层次发展。可见，科研实验人员发挥主动性、创造性、追求发展，最终实现自我价值的前提之一就是安全需要的满足。早在20世纪初，著名的“霍桑实验”结果就表明，在生产活动中士气的主要影响因素是员工的心理因素而非物质条件[3]。德国人帕布斯•海恩分析了55万个机械事故，发现事故的发生是量的积累结果，技术和制度永远无法取代人自身的素质和责任心，即著名的海恩法则[4]。美国安全工程师海因里希调查了7.5万件工伤事故，发现98%是可以预防的，其中以人的不安全行为为主要原因的占89.8%，而以设备物质的不安全状态为主要原因的仅占10.2%[5]。李志红调查了2001—2013年全国高等院校和科研院所实验室发生的典型事故，58%的实验室事故都与人为因素有关[6]。可见，在“人—机—环”系统中，“人”的这个环节，是对作用过程效率的最大限制。高校科研实验室安全管理工作的关键就是要了解科研实验人员的心理活动特点，从而有效控制或者约束科研实验人员的不安全行为，达到安全进行科研工作的既定目标。

3基于“人—机—环”模型的实验室安全状况分析

关于“人—机—环”系统，人类工效学将“人”定位为主体核心地位。在科研实验活动中科研实验人员是主体，他们的心理因素对科研实验活动过程的安全进行有着重要作用。本文的着眼点就是讨论科研实验人员的心理与安全行为的关系，及作为客体的设备仪器、实验材料和环境等因素如何通过影响科研实验人员的心理，进而影响科研实验人员的安全行为。3.1高校科研实验室科研实验人员的心理过程与安全。3.1.1高校科研实验室科研实验人员的一般心理过程与安全人的心理过程包括认知过程、情感过程和意志过程，均与安全行为密切相关。在认知过程中，分析与综合是思维的基本过程，两者关系密切。科研实验活动中需要通过对各种意外未知的信息进行不断地分析，同时做出综合判断，以做好充分的心理准备，来确定实验进展是否安全顺利、环境是否良好，还可以通过推理来获得应变能力。如果科研实验人员在认知过程中能够保持高的感觉、知觉敏锐度及准确性，并在实验操作中能够细致、认真、集中注意力，实验操作中的危险性就会有很大程度的降低。人的思想感情、意志性格会影响思维的准确性。工作的热情往往影响到思维活动的效率：热情高涨时，思维活动的效率就高，这时的思想明确、灵活机智、思维过程迅速；颓废、心灰意懒时，思维活动的效率就低，联想过程就进行得缓慢；情绪激动、急躁紧张会导致注意力分散，都影响思维的顺利进行。所以，善于控制与调节自己的情绪和行为，是培养良好的意志品质、保证安全的一个重要心理条件。意志的果断和坚韧在面对突发状况时显得难能可贵。心理素质较强的人头脑冷静沉着，思维敏捷果断，能急中生智，积极采取一切可行的方法进行自救，最大限度地降低事故的危害性。而心理素质较弱的人面临意外时，则表现为惊慌失措、动作紊乱，往往扩大和加重了事故的危害程度。科研实验由于其探索性，决定了有时是非常复杂的工作状态。只有科研实验人员对实验设计和有关操作的各种概念和要点理解得越准确、越全面，才越能对思维提供可靠的帮助，进而提升操作能力。在实验室的“人—机—环”系统中，科研实验人员起着主导作用，同时也是最难控制和最薄弱的环节。科学研究工作有着明显的特定工作行为特性，是一个复杂的心理过程。科研实验人员对基础理论知识的掌握、创造性思维的萌发、具体实验操作探索等，过程中的每一个环节都与人的心理活动密切相关，若其中一个环节出了问题，甚至是细节性的问题，都可能引起不安全行为，甚至导致事故发生。3.1.2高校科研实验室科研实验人员的个性心理过程与安全高校科研实验室除了完成科研任务，还肩负着培养学生的目标，所以实验室人员结构形成了博士后、博士、硕士、本科生梯度结构。这样的梯度结构使得科研实验人员的素质、经验、需要、人际关系等均参差不齐，势必不同人员的个性心理存在差异，尤其新进实验室的学生更是存在一个适应的过程，在这个过程中心理往往处于不安全状态。个性差异是遗传因素、环境因素、心理因素、生理因素的综合影响结果，而个性是影响个体行为的重要心理因素。科研实验人员的个性心理是可以被认识并逐渐改变的。根据科研实验人员所处的生活环境、所受的教育、以往的经历等因素的不同，认识每个人的个性，针对不同的个性心理采取相应的安全教育和管理方法，充分调动每个人的安全积极性和责任感，做好安全工作。可以从以下4方面考虑：（1）人的特定能力可以通过学习和培训得以提高，所以在学生开展实验工作以前，根据实验方案的设计，提前对实验中所涉及到的试剂及仪器进行了解和学习，尤其应通过培训，掌握仪器和试剂的安全操作知识及在紧急状态下的应变知识，从而提高应付突发事件的能力以保证实验的安全进行。（2）运用纪律来培养意志品质，加强意志力的自我培养、提高对挫折的承受力。意志的坚韧对于克服工作、生活中的困难，降低事故危害程度是可贵的品质，要达到熟练的技能需要后天的努力，需要坚韧的意志力。只有良好的意志自制性，才能自觉地按照规章制度办事，积极主动地去执行已经做出的决定。（3）积极安全态度的形成与转变是一个复杂的心理过程，与安全知识、工作经验、技术水平及群体影响等因素有关。因此，可以通过改善实验室条件，引导学生积极参与安全活动，或运用群体影响，创造具有安全约束力的实验室工作环境，或加强安全教育与培训等途径形成积极的安全态度。个人的态度具有内涵性和稳定性，规范的安全管理能够对人的态度进行正确的引导，促使其向积极的态度转变。（4）人的体力、情绪、智力和各种生理机能的变化受生物节律的影响。据报道，在各类事故中有80%以上的人处于节律低潮期。那么在实验室的管理中，可以倡导每个学生绘制自己的生物节律变化曲线，根据曲线安排实验活动。个人综合素质的提高对生物节律的不良影响有着重要的抑制作用。实验室可以阶段性地对科研实验人员的个性心理进行调查评估，了解和掌握其在气质、性格、能力、节律等方面的个性心理情况，然后根据具体情况针对性地制定应对措施。同时针对不良的个性心理，应通过心理教育手段来改变，以提高其应对、处理紧急事件的能力。3.1.3高校科研实验室科研实验人员的异常心理因素与安全实验的进展总是迂回曲折的，科研实验人员在实验进程中势必会遇到挫折、面临压力和疲劳等异常心理因素。力不从心或者压力很大都容易产生心理疲劳。研究表明，压力与工作成果呈倒U关系[7]，压力过大，人的精神就会紧张疲惫、思想不集中、注意力分散、效率和控制能力降低、安全行为受到影响。有时科研实验人员在巨大的科研压力下，会产生挫折、沮丧、悲观等心理障碍，进而引发失误行为。心理上若存在反抗、对立情绪，还会违反章程野蛮操作，酿成事故。在对以往安全事故原因的分析中，往往忽视心理健康因素的影响，而实际上，许多安全事故正是由于人身体或心理不良状态的扩大化而导致的。对此，就要帮助科研实验人员采取积极的行为适应压力，改变对挫折情境的认知和评估以消除其心理疲劳。首先，开展心理治疗，疏导受挫者的失常感情，缓和其情绪上的压力，解除其心理上的负担，使其提高认识水平，树立对人对事正确的观点和态度，提高控制情绪的能力；其次，安排力所能及的科研任务，做到劳逸结合，始终保持充沛的经历和敏捷的反应，避免引起心理疲劳；最后，要尽力通过学习交流提高科研能力和操作水平，增加个人目标实现的可行性。3.2高校科研实验室材料设备与安全。在“人—机—环”系统中，针对高校科研实验室，机是客体，包括科研实验人员需要接触并接受信息反馈的仪器设备和试剂材料2部分。人类工效学认为，产品和服务应围绕人的本性思考，在技术上尽可能地智能化，具备安全设计，耐失误，以适应人的需求[8]。3.2.1符合人类工效学设计的材料、仪器设备一些实验事故和科研实验人员的不安全行为与仪器设备的设计和布置不适宜有相当大的关系。要控制实验室内操作人员的不安全行为，一个很重要的方面就是在实验室建设中，选择实验设备仪器或其他材料时，尽可能选择构造性能良好、科学技术水平高、适合人的生理心理特点、含有耐失误设计、便于操作、尽量减少人的错误反应、人机匹配自动化程度高的，从而达到安全、舒适、高效的目的。比如，生物实验室的高压蒸汽消毒柜的选择，根据人体的反馈速度，电子数显屏幕比指针仪表更方便准确判断，尤其是若带有安全保护装置——自动联锁装置，在压力和温度出现异常时，柜门则自动锁死，操作人员即使判断失误，也会将失误无害化。再例如高速冷冻离心机，如果选择人机匹配智能化高、具有防失误设计的，当学生操作的转速要求与转子不相匹配时，则仪器自动防护程序启动，禁止运转。离心结束，在转速未降到零以前，离心机的盖子自动锁死，无法打开。这样就大大降低了因操作失误而造成的仪器伤人事故。噪音和振动也会降低操作者的反应能力和注意力水平，使失误率提高，所以选择仪器设备时应该提高降低噪音和减少震动的标准。例如超声波破碎仪的使用就要格外注意选择屏蔽效果好的材料。再如生物安全柜如果有警示装置，在紫外灯开启时，柜门若处于开启状态，则自动报警提示操作者，这样就防范了由于操作失误而造成的辐射伤害。另外，基于大数据产业和信息技术的虚拟仿真技术的迅猛发展，智能型虚拟实验平台陆续被构建，这应该是目前实验室安全保障行之有效的方法之一。虚拟实验是一种动态的体验，是现有实验室的数字化和虚拟化，由虚拟实验台、虚拟器材库和开放式实验室管理系统组成，基于Web3D技术、虚拟现实平台构建的开放式网络化的虚拟实验教学系统[9-11]。虚拟现实技术，构建模拟实验平台，使其作为桥梁，虚实结合，从而使科研实验人员在实际操作中有娴熟的操作技巧和镇定的头脑来敏捷地应对异常情况。如果每个实验室都能结合自己的情况开发建立一个相应的虚拟实验平台，让科研实验人员在实际操作之前，尤其是涉及高危的创新性科研实验时，先在虚拟实验平台上，对各种仪器原理功能、操作方法熟练掌握，对于危险有毒等特殊试剂的使用注意事项和配制方法提前得到充分的了解和演练，以及提前对各种突发状况进行评估，对安全的保障就起到了非常重要的作用。现在各大高校已经普遍认识到了虚拟仿真实验平台在科研工作和教学工作方面的应用价值。在国外，美国科罗拉多大学开设了PhET交互式虚拟仿真实验室，英国开放大学也构建了与课堂平行的三维虚拟环境。在国内，截至2015年，我国已陆续建设有200个国家级虚拟仿真教学中心。2017年办公厅了关于2017—2020年开展示范性虚拟仿真实验教学项目的通知，推动高校积极探索线上线下虚实结合的教学科研新模式[12-13]。3.2.2多种风险预防分析方法的采用在“机”这个环节，还有一项很重要的工作就是采用有效的方法提前预防分析，风险评估，规避仪器设备、材料试剂操作中可能出现的失误，例如HAZOP分析方法的采用。HAZOP（hazardandoperabilityanalysis）即危险与可操作性分析，它能够对实验活动操作过程进行系统、详细的分析和检查，对各环节要素进行全面描述并提问，找出可能出现偏差或漏洞失误的原因，确定这些可能发生的现象是否会上升为危险源[14]。继而通过HAZOP分析对造成可能危险源的原因、后果做好风险评估。最终针对危险因素制定基本防范措施，做好应急预案。有些高校实验室已经将HAZOP分析方法应用在设备仪器以及材料的管理中。HAZOP分析方法是一种辨识危险的强力有效的手段，使用HAZOP分析方法可以准确地把握危险试剂和仪器设备操作过程中的注意事项和侧重点，是降低风险水平、提高实验操作安全的一种稳定有效的手段。这些安全细节的改进，是实验室安全运行的基础。随着科技的发展和高校科研实验室管理的不断探索和实践，会有越来越多的更加安全、更加符合人类工效设计的设备材料及分析方法被引入高校科研实验室建设。3.3高校科研实验室环境因素与安全。科研实验人员在从事实验的过程中，就是在不断地与环境进行信息交流的过程，环境因素在实验室的安全活动中起着非常重要的作用。在“人—机—环”系统中，“人—机”所处的外部环境因素，如物质环境（温度、照明、标识等）、群体的性质、管理行为等也将不断地影响和干扰此系统的效率。实验室、家庭、社会等环境因素都是影响科研实验人员心理健康的因素。毋庸置疑，良好的环境有助于降低事故的发生率，减少事故的严重程度。3.3.1实验室空间环境实验室空间物质环境的设计，如果布局合理、空间充足、清洁卫生，环境温度、采光、照明合适、并能有效控制噪音，对健康心理的形成都有很大的益处[15-16]。学习区、休息讨论区与实验区分区域进行，实验区根据实验内容、仪器试剂的操作要求以及会不会造成污染等原则可继续细分为不同的区域。不同的区域贴有颜色鲜明的警示标志，这样进入不同的区域，操作人员潜意识就会有相应的心理准备。3.3.2实验室心理环境实验室中的任何一个人都不是孤立的存在，每一个实验室或科研团队都是一个群体结构。其他的学生、教师作为环境以其自身的特点影响和制约着实验室群体内的每一个人的行为。当然，实验室群体中的每一个学生为了适应实验室环境也会表现出与单独情况下不同的心理反应和行为方式，使其安全心理和安全行为产生不同的影响和不同的变化。这就意味着群体环境对安全的影响具有两面性：如果学生之间人际关系紧张，会使学生，尤其是新进入实验室的学生产生紧张感，注意力分散，操作容易失误甚至导致事故的发生；如果学生之间互相关心帮助，及时沟通，就会有融洽的科研气氛，减轻个体的心理压力，而合作互补是安全操作的必要条件。陆翠岩等[17]研究发现，学生所生活的群体内部关系状况、群体凝聚力、群体行为规范及群体思维等对学生都有相当大的影响。最明显的是团队里的士气作为一种心理倾向，如果低落会很快地弥散和影响个体的心理状况，容易产生疲劳和分散注意力，从而发生不安全行为。所以实验室群体意识、凝聚力、士气，对保证实验室个体的安全行为具有重要价值。激励手段可以提升团队的士气和斗志，示范引领作用可以强化团队管理，利用群体的约束力推动安全管理不失为一种有效的措施。实验室中具有优秀品德、才能出众、知识渊博、技术精湛并与他人情感融洽的高年级学生，一般在群体中的影响力比较大，可以通过嘉奖的方式激励大家向他们看齐，不断地提高他们的影响力，这是一种很有效的方式。每一个高校科研实验室应该尽量将自己的团队，尤其是合作同一个项目的科研团队，建成一个高质量的有效群体，即具有较强的群体意识、凝聚力和高昂士气的团队。这样的群体里的个体之间，配合默契，心理上的相容性和互补性高，能遵章守纪，自觉地标准化操作，会大量减少不安全行为。可持续发展的管理模式不仅是制度的建立，更是个体与团体之间和谐关系的建立。3.3.3实验室安全管理环境的建立高校科研实验室安全管理是一项综合型、协作性和技术性较高的工作，需要多层次、多部门协作管理[18]。2015年教育部有对高校科研实验室进了全面的安全现场检查，有力地推动了高校科研实验室安全管理体系的建立。首先，要根据实验室的建设发展不断完善实验室安全运行制度和有效的监管机制。赵明、彭华松等[19-20]提出的严格实验室准入制度、建立安全工作奖惩制度、建立实验室多层次管理联动运行机制等，以及及时根据实验室的发展需要完善安全制度的规范化和可操作性建设，在学校统一领导下构建由学校、二级单位和实验室组成的三级联动安全管理责任体系，借鉴布拉德利安全曲线建立实验室安全管理模式等，都是目前行之有效的运行制度和监管机制。其次，构建多层次培训体系。通过实施有效的安全教育，如根据心理学的规律研究切实可行、不流于形式的安全教育途径和方法，培养人的安全意识和安全技能等。北京大学倡导“安全知识、安全意识、责任意识以及事故应对技能是个人素质的重要组成部分，更是高素质人才必备的特质”，从入校起就普及安全常识[21]。蔡霞等[22]对复旦大学157名研究生进行了生物安全知识问卷调查，结果发现学生对生物安全相关的法律法规和相应的管理制度的认知度较低，分别为54.14%和69.21%，对与实际操作相关的安全常识和如何正确用消毒灭菌剂处理废弃物的认知度仅为73.57%和76.43%。对在实验中如何进行风险评估并有效规避风险及实验室发生突发事故时应如何正确处理的认知度分别为73.14%和80.89%，也有待提高。因此，在高校中进行系统的安全教育及培训十分必要。国外高校也非常重视实验室安全管理环境的建设。美国高校提出了“环境、健康和安全”管理系统，着重建设安全工作管理体系，有力保障实验室的安全运行。英国高校对各个层级的安全检查与培训工作格外重视。日本高校在投入大量经费用于安全软硬件建设的同时，也大力建设校园文化与安全意识，形成了安全、环保的良性循环[21]。正面有效的安全管理行为对实验室的安全运转具有非常重要的意义。科研实验人员的心理健康状况不仅与个人自身因素和实验室环境有关，也受家庭环境和社会环境因素的影响，如社会传媒、政治经济条件、家庭关系等。叶茂林等[23]研究表明，农村籍硕士生幸福感指数显著低于城市籍硕士生，与社会支持、父母受教育程度等因素有关。杨蔚[24]提出新媒体作为一把“双刃剑”对大学生的心态带来了很大的影响，如功利化倾向、社会负面情绪增多、沉迷虚拟世界对现实人际关系冷漠等。高校科研实验室安全环境的建立，在某种程度上就是指在管理中有效地建设安全文化，促进安全氛围的形成，以便通过积极的心理暗示，引导安全行为的培养，形成良好的安全习惯，这是安全管理的一个重要方面。

4总结与思考

通过“人—机—环”系统模型对高校实验室的安全状况进行分析，可总结出科研实验人员的安全关系，见图3。在对高校科研实验室安全建设时，可以尝试从安全心理学的视角出发，根据高校科研实验室的工作特点，参考科研实验人员的一般心理活动特点对实验室进行布局规划，提高安全细节的改进，选择更符合人类工效学的仪器设备材料。同时，做好细节营造氛围，制度规范落实到位，改良环境加强安全文化建设。可以通过对个性心理活动特点的分析，探究导致违章违纪行为的原因是内部原因还是外部原因，通过对个性心理活动稳定性的分析，看违章失误操作是否为偶然行为，通过对个性心理活动可控性的分析，可预测科研实验人员在特定的实验环境中违章风险的可能性，提前进行预防。还可以根据个性心理特点，从知觉、情感、意志、行为4个方面对一些经常有不安全行为的人进行心理疏导，重点教育，对他们的性格、气质、能力进行全面分析，根据他们的特点针对性地强化安全教育和培训，逐步引导他们改变对安全不利的心理素质，建立良好的心理安全素质。高校科研实验室的安全建设是一件长期的系统的工作，它是“人—机—环”动态系统的良性运转，即具备健康的心理素质、强烈的安全意识、自觉的安全行为的科研实验人员—先进科学符合人体生理心理特点的仪器设备实验材料—能与科研实验人员进行良好信息交流的大环境（包括：实验室环境、管理环境、心理环境、甚至家庭环境、社会环境）。这一有机组合动态过程的建立，不仅标志着实验室安全管理的不断发展，同时也是安全文化建设不断升华的过程。

作者:王莉 单位:西北农林科技大学