安全科學與工程教學實驗室建設與安全管理

朱建云， 李慶釗， 裴曉東

（中國礦業大學安全工程學院，安全工程實驗中心，煤礦瓦斯與火災防治教育部重點實驗室，江蘇徐州221116）

0 引 言

2015 年11 月，國務院印發《統籌推進世界一流大學和一流學科建設總體方案》（以下簡稱《方案》），來統籌推進世界一流大學和一流學科建設。《方案》指出，提高高校人才培養、科學研究、社會服務和文化傳承創新水平，使之成為知識發現和科技創新的重要力量、先進思想和優秀文化的重要源泉、培養各類高素質優秀人才的重要基地，突出人才培養的核心［1］。

高校實驗室是學生獲取知識，啟迪學生創新思維的重要基地，建設一流實驗室是推進高校“雙一流”建設的客觀要求，也是一流學科建設和發展的重要載體［2］。實驗室的建設是一項系統工程，是高水平人才、先進儀器設備、優質教學成果及科技成果的有機結合體，其建設須具有科學性、系統性、合理性和可持續性［3］。實驗室的規劃、建設、運行和管理需根據各專業特點、學科的需要以及社會需求進行整體規劃、科學布局。大視野、大格局、高定位、高起點、高標準是雙一流實驗室建設的頂層設計的基本出發點［4-5］。

我校是國家“雙一流”建設高校，安全科學與工程是學校入選“雙一流”建設的2 個學科之一。學校提出，到21 世紀中葉把我校建成能源資源特色世界一流大學。因此，安全科學與工程專業實驗室的建設對于推進我校雙一流建設工作具有重要意義。

本文基于安全科學與工程專業實驗課程體系的設置，重點闡述了安全工程實驗室在實驗教學模式、實驗室整體規劃以及實驗室的安全管理等方面的探索工作，為高校實驗室的建設提供了參考。

1 安全科學與工程實驗教學模式

1.1 實驗教學方法

實驗教學是本科教學中的重要組成部分，是培養創新人才的重要手段，是學生深入理解和鞏固基礎理論知識、應用所學知識解決實際問題并進行創新創造等能力培養的重要環節。安全工程作為“國家特色專業、江蘇省重點專業建設點”及“卓越安全工程師教育”培養點，結合國家“雙一流”建設指導意見和新時代高等教育國際合作育人的要求，安全工程專業以“厚基礎、強能力、寬適應、重創新”為培養目標，制定了“特色化＋模塊化＋精英化＋國際化”四化合一的全過程培養方案［6］。安全工程教學實驗中心在小班化教學的基礎上，依托安全工程學科豐富的教學與科研平臺［7］，提出了“寓研于教”與“寓創于學”的安全工程創新人才培養新理念［8-9］，通過虛實結合的實驗課程體系與科研訓練一體化的實驗平臺，實現了理論課程與實驗教學的有機融合，形成了特色鮮明的實驗教學課程體系和研學一體式的教學方法，學生創新意識和創新能力的培養貫穿于安全工程實驗教學的全過程，取得了良好的效果［10］。

1.2 實驗教學課程體系

作為安全科學與工程“雙一流”學科群的核心，安全工程重點建設“低死亡、低傷害、低排放、新工科”（三低一新）的生產與生態安全領域。安全工程實驗課程體系及實驗室建設以煤礦安全為背景，向公共安全、大安全的方向進行拓新發展。從創新實驗課程體系、更新實驗教學內容、改進實驗教學模式等角度出發，對安全工程實驗教學進行優化改革，構建了一個與安全工程專業培養目標相適應、以綜合能力與科學素養培養為主線的“一體化、分階段、多層次”的實驗課程體系。

安全工程實驗教學課程主要包括“基礎實驗”“專業實驗（I）”及“專業實驗（II）”3 個部分，針對不同層次學生共分3 個階段分別實施，課程體系如圖1 所示。

圖1 實驗課程體系

（1）安全基礎實驗主要包括“工業場所氣候參數測定、通風管道中點壓力的測定、有毒有害爆炸性氣體濃度測定、可燃液體的閃點和燃點測定、固體可燃物引燃溫度測定、材料氧指數測定、工業噪聲測量與頻譜分析、顏色實驗和照明工程測量、救護裝備綜合實驗、電氣安全綜合實驗”等。通過實驗使學生鞏固和加深對所學基礎課程理論知識理解，強化學生動手能力和分析解決實際問題的能力，為專業課學習打下基礎。

（2）安全專業實驗（I）是安全工程專業的專業基礎實踐課程，主要包括“開式標準風洞及風速測量儀表校正、閉式環形風洞及風速測量儀表校正實驗系統、各類氣壓儀器及氣壓傳感器檢定校驗、通風巷道流場測定、通風流場參數快速在線測試實驗及通風斷面自動測量、通風巷道摩擦阻力測定、局部阻力測定、主通風機性能測定、角聯風網穩定性、巷道風量調節、通風機聯合運轉實驗、可控循環通風模擬、礦井安全監測監控系統模擬、空調降溫系統實驗、礦用自動風門控制及注漿監測系統實驗、安全監測監控PLC綜合實驗”等，通過實驗使學生掌握解決煤礦安全生產所涉及的各系統測試的能力。

（3）安全專業實驗（II）是具有一定科研性質的專業實驗，目的在于通過實驗提高學生開展創新探索的科研能力和良好的科學素養。實驗內容主要包括“煤層自燃標志性氣體及阻化實驗、煤層自燃傾向性吸氧實驗、煤與瓦斯突出參數測定實驗、煤自燃絕熱氧化實驗、煤層瓦斯壓力測定實驗、瓦斯濃度測定及瓦斯爆炸實驗、粉塵濃度測定、粉塵粒徑分布測定、粉塵接觸角測定、煤塵爆炸性鑒定實驗”等。通過該類實驗使學生初步了解煤礦安全領域的前沿專業問題，初步培養設計方案解決問題的能力。

教師是知識的傳播者，是教育的主導者，他們的言行會對兒童產生直接影響。抗戰時期的知識分子認識到教師在教育中發揮的重要作用，認為教師不僅要教育兒童，而且要訓練民眾、推進地方事業的發展。1938年，陳國鈞在《復興民族小學教師的責任》中提出，教師在抗戰中責任重大，一是要“教育未來中國的主人翁”“中國未來的主人翁，就是現在的兒童”，二是要“訓練學校所在地的民眾”“要肩負起訓練民眾的責任”，三是要“推進當地的地方事業，以增進抗戰效率”［13］。

2 實驗室建設

2.1 實驗室規劃

圖2 部分購置與自制的實驗儀器裝置

《中國礦業大學一流學科建設高校建設方案》中對安全科學與工程學科提出了培養世界一流安全工程新工科人才的重點建設任務，指出要創建安全、測繪、化工、管理、環境、熱物理等多學科交叉融合的安全工程新工科專業，致力于培養熱愛安全專業、理論基礎扎實、工程實踐能力強、創新創業水平高、具備國際競爭力的卓越安全工程師［11］。安全工程教學實驗室的頂層設計正是以“卓越安全工程師”的培養為精準定位，結合煤礦安全背景下保持礦山安全特色、發展“大安全”的需求和趨勢，以大視野、大格局、高定位、高起點、高標準為目標，通過完善實驗室設施建設、改善實驗環境、提升實驗室服務教學科研的水平來建設一流的專業教學實驗室，以此支撐和推動“雙一流”學科的發展和拓新。

2.2 實驗儀器

近年來，安全工程教學實驗室不斷加強建設、加大經費投入，不斷充實和更新實驗儀器設備，完善實驗室配置，保障實驗室的安全和儀器設備的良好運行，提升其服務于教學科研實驗的能力。

安全工程實驗室儀器設備的建設采取“購置與自制相結合、虛擬平臺與實物相結合、教學儀器與科研儀器相結合”的模式。例如，實驗課程體系中的氣候參數測定、瓦斯濃度測定、瓦斯含量測定、瓦斯放散初速度測定、粉塵物性參數測定等所用標準儀器設備采用購置的方式；而用于模擬礦山通風及管網系統、通風流場粉塵濃度測定及除塵實驗平臺、用于模擬瓦斯爆炸的可視化平臺等專用實驗裝置則采用自行研發的方式進行建設［12-13］，部分實驗儀器裝置如圖2 所示。

受安全科學與工程礦山安全專業方向的制約，部分實驗諸如“礦井通風阻力測定”“礦井大型通風機性能檢測”“新井通風系統仿真”及“煤巷掘進綜合防突”等內容是煤礦安全生產的重要內容，然而由于該類實驗測試內容必須在煤礦井下現場進行，且測試周期較長。實驗室條件下無法完全滿足測試要求，而將學生帶至井下進行教學實驗也不符合煤礦的安全規定。針對這一難題，構建了以虛擬現實為手段的模擬實驗平臺，如圖3 所示。通過在虛擬平臺上進行模擬實驗，完全能夠使實驗者掌握礦山安全專業方向模擬現場實驗的全過程，保證實驗教學的效果［14］。

圖3 部分虛擬仿真實驗教學平臺

截至目前，實驗室已擁有可用于教學科研的購置儀器3 260 臺套、自制實驗平臺34 臺套。通過教學與科研儀器的協調共享，提高了儀器設備的使用率，優化了實驗室環境空間，為卓越安全工程師優秀人才的培養和教學科研服務提供了軟硬件基礎。

3 實驗室安全管理

3.1 安全制度建設

實驗室管理制度是確保實驗室正常運行和完成實驗教學目標必須遵循的規范和準則，加強實驗室管理制度建設是實驗室管理科學化、規范化的必要條件，也是一流學科和一流實驗室的重要體現。由于高校實驗室具有危險源種類多、人員流動性大的特點，實驗者安全意識淡薄、操作不規范是各類實驗室安全事故的主要誘因，加強實驗室安全建設是提高人員安全意識、預防和減少實驗室安全事故的重要途徑之一［15］。為此，中國礦業大學實驗室基于自身定位、專業方向和實驗體系，構建了《中國礦業大學實驗室安全管理辦法（中礦大［2015］33 號）》，制定了所有實驗教學儀器的使用操作步驟及安全注意事項，編制了安全工程專業實驗教材。強化實驗室的安全檢查與監督，通過對學生進行宣傳教育，提高其實驗的安全防范意識。

3.2 安全管理

（1）風險程度評估。掌握實驗室的危險源對于實驗室的管理具有重要意義［16］。安全工程實驗室部分實驗由于涉及瓦斯等易燃易爆氣體，其對該區域設備的電氣安全性能具有更高的要求。為此，安全實驗室通過對不同實驗區域進行功能劃分，采取隱形風險進行區域化管理。使用Delphi和CVM組合賦權的方式對不同量綱指標進行最優權重分析，使用ALARP進行風險分級劃分并建立風險矩陣，實現了涉氣類實驗室復雜安全問題的定量分析［17］。

（2）安全準入制度。準入制度是實驗室安全管理的重要組成部分，獲得實驗室準入證明是實驗者具有一定安全認知資格的體現，也是實驗室安全的基本保障之一。通過實施安全準入制度的實驗室安全培訓，簽署實驗安全承諾書、安全責任書、危險物品使用備案表等，促使實驗人員深入認識實驗室的危險源，強化個人的防護技巧，了解實驗室安全管理要求和制度，提高安全意識，規范實驗操作，從而減少實驗室安全事故的發生。

（3）安全設施及監控。高校教學科研工作的正常進行離不開實驗室，實驗室正成為知識和技術高度集中的區域，構建軟硬件設施來進行實驗室的安全監管顯得至關重要。安全工程專業實驗室在對各區域進行功能劃分和涉氣區域危險性評價的基礎上，所有涉氣區域采用標準化的氣路輸送，所有涉氣實驗要求實驗者必須穿防靜電實驗服、佩戴護目鏡及手套等防護用品。為了便于監管，所有實驗室均安裝了門禁和視頻監控，確保了實驗室安全準入制度執行到位。

4 結 語

實驗室的建設、管理與運行是一項系統工程，實驗室的建設只有與專業培養目標相適應、與實驗課程體系相匹配、與專業背景相結合，才能更好地體現實驗室的特色，更好的發揮實驗室在創新人才培養中的積極作用。安全科學與工程專業以“厚基礎、強能力、寬適應、重創新”為培養目標，實驗教學以“特色化＋模塊化＋精英化＋國際化”四化合一的全過程培養方案為基礎，通過創新虛實結合的實驗課程體系、完善實驗室設施建設、改善實驗環境、強化安全防護裝備及管理制度，提升了實驗室服務教學科研的水平，推動了我校雙一流建設工作的進程。