研究表明，引发实验室安全事故有三因素：人的不安全行为、环境的不安全条件以及物的不安全状态，人的不安全行为导致安全事故发生的概率为85%。因此，规范人的行为、提升人的安全认识、提高人的应急处理能力，能有效地预防和减少实验室安全事故发生的概率。

近期，实验室安全事故频发，对整个教育行业造成了无法挽回的重大损失。国家主要领导人明确指示，“要求深刻吸取事故教训，坚决防范重特大安全事故发生”。2019年2月，教育部、公安部召开学校安全工作电视电话会议，教育部陈宝生部长、公安部孙力军副部长讲话，要求“提升应急能力、狠抓重点领域整治”、“提高防范意识，狠抓安全宣传教育”等。

因此，针对高校实验室安全管理的严峻形势，按照“虚实结合、能实不虚”的原则，以创新科技开启安全宣教新模式，利用VR技术还原安全事故现场，通过身临其境的临场感和现场感，让学生亲身体验真实的事故过程和现场情景，从思想上高度认识事故危害，通过VR技术实现对安全事故的认知教育，达到预防和减少实验室安全事故发生的目的。项目借鉴自主式、沉浸式、互动式的学习理念，以安全知识和能力训练为主线，模拟多个安全事故现场，学生可充分体验知识培训、角色扮演、仿真练习、知识问答等多个环节，对于多个专业学生实验室安全知识的学习、规范操作和应急处理能力训练，具有通用和普遍意义。

（1）实验所属课程所占课时：16课时

（2）该实验项目所占课时： 2课时

本项目利用VR技术还原安全事故现场，实现“做不到、做不了、做不好、做不上”的实验可能，相比2D/3D的形式更具沉浸感，通过身临其境的临场感和现场感，让使用者亲身体验真实的事故过程和现场情景，进一步规范安全行为、提升安全认识、提高应急处理能力。学生可根据预设置的安全知识提前学习，选择实验室火灾安全事故、电气安全事故、危化品安全事故、生物安全事故、辐射安全事故、废弃物安全事故等应急处置场景，充分体验角色扮演、仿真练习、知识问答等多个环节。实验中各模块间相互独立，但总体考评，模拟操作与知识答题同步开展。对于具有不同认知程度、专业深度的学生来说，可“自主式”完成实验，生成“定制式”实验报告，切实提升学生的安全知识和应急处理能力。

知识点数量： 6 （个）

（1）仪器割伤类应急处理场景

实验室玻璃仪器、尖锐仪器众多，割伤事故时有发生，割伤后在第一时间如何处理关系到伤势后续的发展。

① 一般损伤的急救方法：

● 立即用肥皂和温水将伤处和周围的表皮洗净，拭干；

● 取消毒敷料一块，紧敷伤处，直至停止出血；

● 更换敷料，用绷带轻轻包扎伤处或用胶布固定住；

● 必要时，更换敷料与绷带，使保持洁净。

② 割伤的急救：

● 用冷开水或生理盐水冲洗伤口，擦干；

● 用碘酊或酒精消毒周围皮肤；

● 用消毒敷料紧敷伤口，至出血停止；

● 将伤口对拢，更换敷料，包扎伤口。

● 伤口深时，应按加压包扎法止血。

③ 刺伤的急救：刺伤较浅，先应取出异物，以防化脓，再按上法处理。刺伤较深，可能会损及深部重要组织，并发感染或破伤风，应送医院治疗。

④ 挫伤、裂伤轻者按前法处理，重者就医。挫伤时可在伤肢周围放置冰袋或作冷敷。待止血改用热敷，促进瘀血吸收。

（2）化学品洒出类应急处理场景

化学实验室用到的试剂众多，有些操作很容易引发实验事故，因此在进行试验前熟知可能发生的异常情况并了解处理办法可以在事故发生时保持镇定，最大限度降低异常事故带来的危害。

①当发现泄漏源，辨别泄漏物质（以pH试纸辨别泄漏物质）；

②就近寻找漏吸附棉，将吸附棉拿至泄漏源附近；

③封锁泄漏区并拨打电话通知相关部门；

④在安全许可下切断泄漏源；

⑤确认穿戴好防护具安全眼镜、面罩、防化手套、防化围裙、呼吸保护等；

⑥准备泄漏处理器材；

⑦清理泄漏物质。

（3）化学灼伤类应急处理场景

强酸、强碱及其它一些化学物质，具有强烈的刺激性和腐蚀作用，发生这些化学灼伤时，应用大量流动清水冲洗，再分别用低浓度的（2%~5%）弱碱（强酸引起的）、弱酸（强碱引起的）进行中和。处理后，再依据情况而定，作下一步处理。

①酸烧伤：常见的为硫酸、盐酸、硝酸烧伤。此外尚有氢氟酸、石炭酸、草酸等。它们的特点是使组织脱水蛋白沉淀、凝固，故烧伤后创面迅速成痂、界限清楚，因此限制了继续向深部侵蚀。

②碱烧伤：常见的碱烧伤有苛性碱、石灰及氨水等，其发生率比酸烧伤高。碱烧伤的特点是与组织蛋白结合，形成碱性蛋白化合物，易于溶解，进一步使创面加深；皂化脂肪组织；使细胞脱水而致死，并产热加理损伤。因此它造成损伤比酸烧伤严重。

（4）火灾类应急处理场景

火灾应急处理基本方法主要分为四大类，依次为隔离法、窒息法、冷却法和化学制剂法，每种方法都有每种方法的使用范围，方法不正确，会带来一定的安全隐患。火灾应急处理的方法需要根据火情去判定，合适的灭火方法会对火情起到有效的控制并消除。

 ①隔离法：将着火的地方或物体与周围的可燃物隔离或移开，燃烧就会因缺少可燃物质而停止。实际运用时，如将可靠近火源的可燃、易燃和助燃的物品搬走；把着火的物体移到安全的地方；关闭可燃气体、液体管道的阀门，减少和终止可燃物质进入燃烧区域等。

②窒息法：阻止空气流入燃烧区域或用不燃烧的物质冲淡空气，使燃烧物得不到足够的氧气而熄灭。实际应用是时，如用石棉毯、湿麻袋、黄沙、灭火器等不燃烧或难燃烧物质覆盖在物体上；封闭起火的船舱、建筑的门窗、孔洞等和设备容器的顶盖，窒息燃烧源。

③冷却法：将灭火剂直接喷射到燃烧物上；以降低燃烧物的温度。当燃烧物的温度降低到该物的燃点以下，燃烧就停止了。或者将灭火剂喷洒到火源附近的可燃物上，防止辐射热影响而起火。
       ④化学抑制灭火法：将化学灭火剂喷入燃烧区使之参与燃烧的化学反应，从而使燃烧停止。

（5）中毒类应急处理场景

实验室常见的化学致癌物有：石棉、砷化物、铬酸盐、溴乙锭等。剧毒物有：氰化物、砷化物、乙腈、甲醇、氯化氢、汞及其化合物等。中毒的原因主要是由于不慎吸入、误食或由皮肤渗入。

①误食了酸或碱，不要催吐，可先立即大量饮水，误食碱者再喝些牛奶，误食酸者，饮水后再服Mg(OH)2乳剂，最后饮些牛奶；

②吸入了毒气，立即转移室外，解开衣领，休克者应施以人工呼吸，但不要用口对口法；

③ 砷和汞中毒者应立即送医院急救。

（6）触电类应急处理场景

触电后应立即拉下电闸，尽快地用绝缘物（干燥的木棒、竹杆）将触电者与电源隔离。必要时进行人工呼吸；当发生的事情较严重时，做了上述急救后速送医院治疗。

本实验充分利用虚实结合特点，在实验室已有的实体处理装置的基础上结合虚拟仿真软件，构成完整的实验教学体系，具体为：

1.硬件：电脑，灭火器等用于处理的实践装备。

2.软件：基于实验室安全应急处理场景模拟的特点，结合实际，为了突破实验室事故真实发生的制约性，开发了具有自主知识产权的实验室安全应急处理虚拟仿真软件。具体包括实验设备有：

（1）培训类教学软件

● 实验室电气安全教育培训库

● 实验室危化品安全教育培训库

● 实验室生物安全教育培训库

● 实验室辐射安全教育培训库

● 实验室设备安全教育培训库

● 实验室废弃物安全教育培训库

● 实验室安全VR教育培训库

（2）事故处理虚拟仿真软件

● 实验室火灾应急处理

● 实验室仪器割伤类应急处理

● 实验室中毒应急处理

● 实验室触电应急处理

● 实验室化学灼伤应急处理

       ● 实验室化学品洒出类应急处理

实验材料：灭火器，不锈钢桶，煤油，木材。

预设参数：知识点资源、题库资源、软件资源齐备，网络条件良好，学生登录即可开始实验。（软件正在建设中，预设参数还未配置。）

（举例说明采用的教学方法的使用目的、实施过程与实施效果）

本实验教学过程中高度融合实体与仿真软件，充分遵循“能实不虚、虚实结合、以虚拓实、相互补充”的原则开展教学活动。开始实验时，学生需进入实验室安全知识培训库内学习，要求学生对应急事故的发生原因和处置过程有一个基本的了解。实验过程中，要求学生通过预设参数（软件建设中）完整地针对实验室安全事故应急处理的可操作内容进行反复操作，最终使每位学生系统性地掌握安全事故处理的全流程操作。在实验过程中，具体的教学方法为：

（1）自主式

自主式是以学生作为学习的主体，通过学生独立地分析、探索、实践等方法来实现学习目标。本实验的培训软件功能，即实现了自主学习。不同专业、不同知识掌握度的学生可以自主选择学习的内容模块。事故处理场景模拟软件，是本实验的主要部分，提供的实验室火灾应急处理、实验室仪器割伤类应急处理、实验室中毒应急处理、实验室触电应急处理、实验室化学灼伤应急处理、实验室化学品洒出类应急处理等虚拟场景，学生可以根据日常学习情况，与安全知识自我要求程度，自主体验实验软件的学习过程。

（2）设计式

在实验过程中，学生进入“事故处理虚拟仿真软件”后，直至最终完成实验报告，始终贯彻设计式教学方法。以“实验室火灾应急处理”为例，学生在火灾场景中，根据火灾的轻重，燃烧物的性质，周围环境和现有条件进行设施选择，自主设计灭火方案，并对石棉布、干沙土、水、泡沫灭火器、二氧化碳灭火器、四氯化碳火器、水蒸气、石墨粉等灭火工具的选择，不断优化和改进灭火方案。学生通过综合运用知识，自主设计合理的灭火方案，最终实现规范性灭火的要求。这一系列过程中，采用“半命题作文”的方式，给学生足够的发挥余地，通过自主设计，灵活运用所学知识，培养创新能力。

（3）互动式

在开发每一个模块实验项目时，对于实验操作，均设置了“教学模式”、“练习模式”、“测试模式”。其中“教学模式”以三维视频展示整个实验的正确操作步骤，同时针对一些关键步骤或注意事项，教师设置了一些问题，给出答案；“练习模式”即是针对这些关键步骤展开，需要学生必须掌握或巩固；“测试模式”是学生掌握这些关键步骤基础上，正确规范地操作并完成实验。从而体现出教师后台针对实验知识点设置问题给学生并形成互动，培养动手能力。

通过“自主式”、“设计式”和“互动式”等教学方法的应用，可以拓展知识的深度和广度、延伸虚拟实验内容的时间和空间。从而激发学生的学习兴趣和潜能，促使学生灵活运用所学知识，在完成理论与实践的结合的同时，显著提升学生解决实际问题的能力。通过该教学方法，在现有常规教学基础上显著提升学生的综合能力。

（学生交互性操作步骤应不少于10步）

（1）实验方法描述

基于互联网和信息技术的网络学习平台，由于其具有信息量大、互动界面生动形象、不受时空条件限制、可替代危险性作业等优点，已经成为课堂教学的重要延伸。将实际实验过程中不允许或者不希望出现的事故现场，采用虚拟仿真的形式展现出来，让学生在3D环境中自主进行线上学习和训练，以提升其安全意识、规范操作和应急处理能力，具有非常重要的现实意义。

本项目以实验室安全知识和规范为主线，结合学生的学习认知规律和知识之间的逻辑递进关系，构建了包含知识培训、角色扮演、仿真练习、知识问答等多个环节的内容体系；教学过程中，学生在教师的指导下，按照“自主式”、“设计式”、“互动式”模式，完成线上和线下的学习和训练。

         （2）步骤要求

 阶段一：知识培训

步骤1：实验室安全知识库学习

         学生以学号为账号，登录软件开始实验，每个学生一个账号，账号记录实验进度与实时数据，教师账号可以监督学生的具体学习情况，包括登录时间、观看时长等，还可以进行在线考核。

阶段二：仿真练习

本阶段为实验室主要环节，分为如下步骤：

步骤2：确认自身所处的环境

主要进行实验室大环境的熟悉，例如：确认自己在实验楼的位置，确认安全出口、急救药箱、灭火器、灭火毯以及紧急喷淋洗眼器的位置，通过这个模块让学生养成进入陌生区域先熟悉逃生通道及防护用品位置的习惯。

步骤3：实验室安全隐患的排查

实验室物品种类繁多，环境复杂，存在着诸多不安定因素，极易引发安全事故，要特别注意实验室规则遵守及仪器设备的按规使用，需经常对实验室进行隐患排查，发现不合适现象及时纠正，将危险遏制在萌芽状态，防患于未然。本模块设置了数十种实验室常见的隐患点，例如：人员着装不合适、药品存储不合理、多台大功率电器共用插排、加热电源开启后等众多隐患。等待学生去发现隐患并讲解正确处理方法，提升了学生的安全知识储备及事故处理技能。

步骤4：火灾事故及逃生演习

火灾性事故的发生具有普遍性，几乎所有的实验室都可能发生。此模拟条件下，有警铃火焰浓烟等特效出现，分散操作者注意力，干扰其判断能力，要求操作者要在保障自身生命安全的前提下，迅速做出应对反应，在150秒内逃生成功。例如：面对电器火灾时迅速切断电源，灭火毯和灭火器的正确使用以及正确的逃生和自我保护等。

步骤5：仪器割伤类应急处理

该实验中，学生可判断割伤（玻璃或铁器刺伤等）伤口情况，排查是否内有异物；先取出异物，如轻伤可用蒸馏水、生理盐水或硼酸液擦洗伤处；然后涂上红药水(或紫药水)，必要时撒些消炎粉，并用消毒纱布包扎，或贴创口贴；伤势较重时，则先用酒精在伤口周围清洗消毒，再用纱布按住伤口压迫止血，并立即送往医院。

步骤6：实验室中毒应急处理

实验中，学生可根据中毒者情况，若毒物误入口，立即内服5-10ml稀CuSO4温水溶液；用手伸入咽喉促使呕吐毒物；刺激性、有毒气体吸入误吸入煤气等有毒气体时，应立即在室外呼吸新鲜空气；误吸入溴蒸气、氯气等有毒气体时，立即吸入少量酒精和乙醚的混合蒸气，以便解毒, 同时应到室外呼吸新鲜空气。

步骤7：实验室化学灼伤应急处理

实验中，学生先判断属于哪类性质腐蚀。受强酸的腐蚀，先用大量水冲洗，然后涂上碳酸氢钠油膏。如受氢氟酸腐蚀受伤，应迅速用水冲洗，再用稀苏打溶液（碳酸氢钠饱和溶液或1%-2%乙酸溶液）冲洗，然后浸泡在冰冷的饱和硫酸镁溶液中半小时，最后涂敷氧化锌软膏（或硼酸软膏）。受强碱腐蚀，立即用大量水冲洗，然后用1%柠檬酸或3%硼酸溶液冲洗。当碱液溅入眼睛时，先用水冲洗，再用饱和的硼酸溶液冲洗，最后滴入蓖麻油（然后用蒸馏水冲洗）。碱金属氰化物、氢氰酸灼伤皮肤：用高锰酸钾溶液洗，再用硫化铵溶液漂洗，然后用水冲洗。溴灼伤皮肤：立即用乙醇洗涤，然后用水冲净，涂上甘油或烫伤油膏。苯酚灼伤皮肤：先用大量水冲洗，然后用乙醇（70%）-氯化铁（1mol/L-1）的混合液进行洗涤。

步骤8：实验室触电应急处理

触电后应立即拉下电闸，尽快地用绝缘物（干燥的木棒、竹杆）将触电者与电源隔离。必要时进行人工呼吸；当发生的事情较严重时，做了上述急救后速送医院治疗。

步骤9：实验过程中有毒试剂洒出应急处理

实验过程中某些化学试剂具有强烈的刺激性和毒害作用，发生这些化学品洒出时，及时正确处理可减轻人员伤害。本模块模拟实验室内甲醛泄漏的场景，提供正确的处理办法，万一事故发生，操作者可以从容处理，避免慌乱带来的次生灾害。

步骤10：实验报告生成

（1） 是否记录每步实验结果：○是   ○否

（2） 实验结果与结论要求：○实验报告  ○心得体会  ○其他

（3） 其他描述：

实验结果要求完全实现演示画面中的控制要求，或学生自己提出的控制要求，学生可以自行检查，最终提交实验报告，报告中给出实验步骤，详细描述调试过程和心得体会。

1.培训成绩由在线时长及互动答疑表现决定。设定最低在线学习时长，同时根据同学在线互动答疑的内容和表现进行相应赋分，达到80分以上才可进入下一阶段进行学习。

2.课堂成绩由软件练习分数以及理论答题成绩组成，理论题与软件相辅相成，引导学生进行深入思考。课堂学习首先由教师对安全知识、软件学习及注意事项进行讲解，接下来由学生进行上机练习，练习结束进行理论答题，练习情况和答题情况由电脑直接给出相关成绩。

        3.问答成绩由软件操作成绩及在线理论答题成绩组成。设定考试软件操作时间和在线理论答题时间，让同学在规定时间内进行操作和答题，操作和答题情况由电脑直接给出相关成绩。

4.课后实践主要在于实际灭火器的选择及使用。由教师讲解各种灭火器的灭火原理、使用方法和注意事项，设定几类火灾隐患，让同学根据火灾类型选择灭火器进行实地灭火，由教师根据规范和熟练情况进行赋分。

上述能力的考核主要通过实验报告体现，从专业认证角度，拟通过以下观测点进行量化评价：

（1） 专业与年级要求

● 涉及生化类实验室事故处理场景使用学生，适用于化学化工类专业，大一学生到大二学生；

● 涉及普通火灾、触电类实验室事故处理场景使用学生，适用于大一学生到大二学生。

（2） 基本知识和能力要求等

● 具备化学基础知识和基本操作技能；

熟悉国家对于安全、环境保护等方面的方针、政策和法规；

（1） 本校上线时间 ：2018年9月

（2） 已服务过的本校学生人数：300人

（3） 是否纳入到教学计划： ○是  ○否

(勾选“是”，请附所属课程教学大纲）

（4） 是否面向社会提供服务：○是  ○否

（5） 社会开放时间 ：2019年1月，已服务人数: 50人。

（1）说明客户端到服务器的带宽要求（需提供测试带宽服务）

● 已有网络带宽：上下行带宽50M以上。

● 网络硬件条件：

● 网络软件环境：

（2）说明能够支持的同时在线人数（需提供在线排队提示服务）并发相应数量：

● 非在线仿真并发响应数量：单台服务器支持200用户；

在线仿真并发数量：1000-2000用户。

（1）计算机操作系统和版本要求

  Windows server 2008 R2 以上。

（2）其他计算终端操作系统和版本要求

  Windows7、8、10。

（3）支持移动端：○是  ○否

（1）需要特定插件  ○是  ○否

（勾选“是”，请填写）插件名称                 插件容量             
                               下载链接                 

（2）其他计算终端非操作系统软件配置要求（需说明是否可提供相关软件下载服务）

        Windows 平台：浏览器64位Firefox 56以上，64位Chrome 61以上；

（1）计算机硬件配置要求

● CPU：酷睿i5以上

● 主频：2.4GHz及以上

● 内存：8G 以上，推荐16G

● 网卡：千兆网卡

（2）其他计算终端硬件配置要求

        无。

（1）计算机特殊外置硬件要求

        为提升3D场景渲染效果，可借助3D环形屏幕系统、VR头盔等外部接入设备。学生借助这些拓展类设备，可以更好地理解不同参数变化下的思政课实验内容。

（2）其他计算终端特殊外置硬件要求

        无。

（1） 项目系统是否完成国家信息安全等级保护  ○是  ○否  

      （勾选“是”，请填写） 二 级

开发技术：

     3D仿真，DirectX11

开发工具：

     Unity3D

      Visual Studio 2010

     Visual Studio 2013

      Sublime Text3

运行环境：

       贴图分辨率：2048x2048

       每帧渲染次数：1次

       显示刷新率：60fps

       分辨率：1920x1080

项目品质（如：单场景模型总面数、贴图分辨率、每帧渲染次数、动作反馈时间、显示刷新率、分辨率等）：

       Python, C++, HTML5

（体现虚拟仿真实验教学项目建设的必要性及先进性、教学方式方法、评价体系及对传统教学的延伸与拓展等方面的特色情况介绍。）

（1）需求导向，寓教于乐：本项目精准对接学生安全知识和操作教学中的迫切需求，选择具有普遍适应性的知识内容体系，按照“虚实结合、能实不虚"的原则，构筑了趣味性、互动性的虚拟情境和真实场景科学结合的学习环境，有利于帮助学生实验室安全应急真实能力的提高。

（2）由“入手”到“入脑、入心”：本虚拟仿真实验以实验室真实事故场景为载体，在现有虚拟仿真手段的基础上运用拓扑网络分析运算技术，采用任务驱动式教学，将虚拟仿真过程聚焦于风险应变能力及应急处理能力的模拟操作和和抉择性判断，实现以学生为核心的自主探究式学习，使学生从灌输式教学理论缺乏实践，上升为通过“入手”到“入脑”再到“入心”的达到渐进式、潜意识培养的效果。

（3）不限标准答案：本虚拟仿真实验涉及了常见的实验室安全事故，通过虚拟仿真模拟多种互动式场景，学生在使用软件时，可以结合自身掌握情况，自主选择体验场景，软件将实时记录学生的学习过程、操作过程、知识答题过程等。实验最终的评价体系中，综合纳入面对实验室事故处理的准确性、及时性、安全性等多角度评估，以“不限标准答案”的方式对学生应急处理进行评价和反馈；

      （4）灵活拓展与延伸：本虚拟仿真实验特别注重专业学生自主学习能力的培养，设置了多个自主体验的实验环节，自由选择多种安全事故场景，真实还原，获得实时实验结果，使学生在做的过程中充分思考，灵活拓展。此外，本虚拟仿真实验还非常适合于非专业学生的通识教育，以及不同年龄、学历层次人员的各种科普教学需求，开放对象灵活多变。

（本实验教学项目今后5年继续向高校和社会开放服务计划及预计服务人数）

    （1）持续建设与更新：本虚拟仿真软件为框架性，具有良好的拓展性、灵活性，将紧密结合国家实验室安全政策，持续优化更新实验室事故的情景、知识点、事故种类等实验室安全事故库，满足新时代下的更严格实验室安全需求，与时俱进。此外，本虚拟仿真软件为提升使用效果和场景品质，研发了应用软件版，以进一步扩大受益面，不断更新体验效果。

    （2）面向高校的教学推广应用计划：将进一步依托“数字化网络教学平台”，将虚拟仿真实验从校内共享拓展至省内乃至全国，为兄弟院校（本、专、职）提供教学资源。本项目计划在两年内实现浙江省内15个高校共享。

   （3）面向社会的推广与持续服务计划：将充分发挥高校的教学科研和“政、产、学、研、用”的优势，开发满足社会与生产力发展需求的实验教学资源，为不同层次需求的环境保护科普教育服务。

1.政治审查意见（必须提供）

（本校党委须对项目团队成员情况进行审查，并对项目内容的政治导向进行把关，确保项目正确的政治方向、价值取向。须由学校党委盖章。无统一格式要求。）

2.校外评价意见（可选提供）

      （评价意见作为项目有关学术水平、项目质量、应用效果等某一方面的佐证性材料或补充材料，可由项目应用高校或社会应用机构等出具。评价意见须经相关单位盖章，以1份为宜，不得超过２份。无统一格式要求。）

本学校已按照申报要求对申报的虚拟仿真实验教学项目在校内进行公示，并审核实验教学项目的内容符合申报要求和注意事项、符合相关法律法规和教学纪律要求等。经评审评价，现择优申报。

本虚拟仿真实验教学项目如果被认定为“浙江省虚拟仿真实验教学项目”，学校将严格贯彻省教育厅的要求，承诺将监督和保障该实验教学项目面向高校和社会开放，并提供教学服务不少于5年，支持和监督教学服务团队对实验教学项目进行持续改进完善和服务。

    （其他需要说明的意见。）

                               主管校领导（签字）：

                                     （学校公章）

                                             年    月    日