面向新工科支撐一流學科建設的實驗中心建設與開放

姜喜迪， 仲淑姮，2， 杜莉莉，2

（1.中國礦業大學（北京）能源與礦業學院，北京 100083；2.煤炭安全開采與地質保障國家級實驗教學示范中心，北京 100083）

0 引 言

新工科建設是具有我國特色的復雜系統工程，對高等教育發揮示范引領作用［1-2］。一流大學、一流學科、一流專業建設是我國自2017年起實施的又一國家戰略［3］。2017年“礦業工程”入選一流學科建設名單，2019年采礦工程專業入選首批國家一流專業。高水平的實驗平臺建設是一流學科、一流專業建設的重要保障，在一定程度上反映人才培養和科學研究水平［4］。

隨著一流學科建設及新工科采礦與安全高層次人才培養改革與實踐項目的實施，對實驗中心的建設和開放運行也提出了更高的需求。在學校、學科專項經費支持下，實驗中心也進入快速發展階段。

1 實驗中心發展歷程

實驗中心于2009年通過資源整合與優化，建成采礦與安全實驗教學示范中心，服務于教學和科研工作，由于實驗中心對于人才培養、科學研究和社會服務發揮的重要作用，以及取得的突出成效，于2010年被評為北京市實驗教學示范中心。

2011年對中心實驗儀器設備進一步優化整合，與地質工程專業實驗平臺聯合共享，形成了一個多學科交叉的實驗中心，2012年評為國家級實驗教學示范中心建設單位，實驗中心逐步完善。隨著2014年、2019年采礦工程專業兩輪工程教育專業認證進校評估，實驗中心的儀器設備、管理運行體系等相對滯后的問題逐漸顯現。

基于強化實驗中心建設，人才培養實踐條件，改進采礦工程、安全工程專業工程教育專業認證顯現的問題。實施實驗中心3年發展規劃，以人才培養、科技攻關、社會服務、學科發展為目標，以實驗中心現有條件為基礎，投入專項資金進行實驗中心建設，建立適應新工科建設及專業升級改造的實驗平臺。

隨著一流學科的建設，實驗中心在管理體制機制、條件建設等方面發展迅速，逐步成為對全校開放，服務于全校本科生、研究生課程及科學研究工作的共享實驗中心。

2 實驗中心建設情況

2.1 實踐條件建設

2012年學科有礦壓、充填等10個實驗室，支持教學實驗項目130余項，實驗室分布于不同辦公樓，相對分散，由于實驗室空間限制，設備臺套數等因素，每個實驗項目支持3～4臺套同時實驗。2014～2016年學科3年實驗中心發展規劃建設，經過學校和學科投入專項經費，于逸夫實驗樓11層、14層建立的實驗中心，將原有部分分散實驗室遷移、儀器設備更新增加，同時新建實驗室，建成包括礦山壓力、井巷工程、采礦新技術、礦山壓力、露天采礦工藝、金屬采礦工藝、虛擬實訓教學、采動損害等15間實驗室的實驗中心，開設實驗項目300余項，基本滿足本科生教學實驗需求。實驗中心部分儀器設備及教學平臺見圖1。

圖1 實驗中心部分儀器設備

一流學科建設期間，為了對礦業工程學科的人才培養和學科建設提供更優質的服務和有力的支撐，學科繼續加強實驗中心建設的資金投入，2017～2020年建成了采礦安全虛擬仿真實驗室，開辟沙河校區實驗室建設，建成沙河采礦模型實驗室、新能源實驗室等5個實驗室。進一步提升實驗中心實踐條件及教學科研服務能力。2014～2020年實驗中心建設專項經費投入及建設內容見表1。

表1 實驗中心建設經費投入及建設內容表

實驗儀器設備的存放、運行，實驗材料的儲存、處理等涉及到實驗室水、電、承重能力、空氣濕度等多方面因素，根據實驗器材的個性化需求，完成了10個實驗室的改造。為了保證實驗中心水、電、實驗儀器設備的安全，2019年全面啟動實時監控系統，部分實驗室啟動門禁系統，為實驗中心開放運行提供保障。

2.2 實驗中心運行管理體系建設

2.2.1 規范實驗中心建設管理體系

一流的實驗室要有一流的管理體系，為保障實驗中心建設與規范管理、提高實驗資源使用率，針對實驗中心的特點，制定了職責分明的管理體系［5-6］。成立實驗中心建設與管理工作組，由實驗中心所屬能源與礦業學院院長任組長，由主管實驗室副院長任副組長，負責實驗室發展規劃；各系主管教學、科研實驗的主任、實驗中心主任負責實驗室具體發展方案編制；實驗人員負責執行實驗中心投資方案、采購儀器設備等；設備管理員負責統籌管理實驗中心儀器設備，設備存放情況、設備完好率、設備使用率等；實驗中心督導負責評價實驗室建設成效并提供發展建議，實驗中心建設管理組織結構見圖2。

圖2 實驗中心建設與管理小組

2.2.2 完善實驗中心安全管理體系

（1）嚴把安全準入關。建立安全管理規定、安全管理保障體系，制定“實驗室安全教育與實驗室準入制度”“學生實驗守則”“實驗室安全管理辦法”等規章制度［6］。建立科學有效的實驗中心準入制度，保證實驗中心安全工作的落實［7］。規定了安全培訓內容：安全知識、安全技能、思想教育、法制教育、預防教育等，確定本科生、碩士研究生、博士研究生、教師的安全培訓責任人。實驗中心定期組織實驗室安全培訓，每學期2次面授培訓及配套的考核。考核為在線考試，達到90分以上者，視為合格，可下載合格證書，本學期有效；否則必須重新培訓再考核。同時將培訓資料上網，便于教師、學生自主學習。

此外，對于進入實驗室學生，針對性地進行設備注意事項及操作培訓，每個實驗室都掛有相關注意事項，對于儀器設備有相應注意事項及操作說明，避免操作不當引起安全事故。實驗中心以安全培訓為抓手，通過監控系統，遇到可疑或者違規現象，嚴格按照學校、實驗中心相關規定及時處理，將安全隱患防于未然，實驗室開放至今，未出現過安全事故。

（2）建立了實驗中心安全責任人制度。規定了嚴格的實驗室交接與安全管理措施。實驗中心設有安全管理員，具體對接上級部分的安全檢查工作任務、安全培訓、內部安全檢查、隱患排查等安全工作，安全管理員與中心所屬學院的院長、主管副院長為實驗中心的安全責任人；各系主任、主管副主任組織各系安全政策、安全制度培訓、陪同安全檢查等，為各系的實驗室安全責任人；各實驗室分室的負責人，具體負責實驗分室的儀器設備、實驗室環境、水、電等安全。嚴格規定藥品采購程序、藥品存放原則，杜絕實驗室大量存放化學試劑的現象，有毒藥品、易制毒品、貴重物品實行雙人管理。落實實驗中心、各系、各實驗分室、實驗現場的安全責任人，確保每個環節都有責任人，建立并完善實驗中心安全管理體系［8］，安全責任組織架構如圖3所示。

圖3 實驗中心安全責任組織架構

3 實驗中心開放運行管理

隨著學校三全育人體系的構建及新工科改革與實踐項目的實施，本科生全程導師制貫穿本科培養的全過程，課程設置上大一、大二的專業導論、科研導論、選題訓練，到大三、大四的大學生創新訓練項目、大學生創業實踐項目，本科生參與科學研究和創新研究成為“必修課”，對實驗中心開放運行需求與日俱增。

3.1 實驗中心開放管理

實驗中心面向全校師生開放，開放時間為周一至周日上午8：00～11：30，下午13：30～21：30；開放內容可以分為：課程實驗，學生自立題目、自行設計的實驗，學生參加教師的科研課題、大學科創新訓練項目、大學生創新創業實踐、互聯網＋創新創業大賽、挑戰杯、采礦工程實踐作品大賽等實驗（實踐）訓練項目。

實驗中心建立完善的臺賬登記制度，所有進入實驗中心的師生需要建立入室臺賬，記錄具體實驗項目、實驗時間、實驗人員等，對于使用5 000元以上儀器設備，需要另外登記使用儀器設備使用保養記錄。

3.2 實驗中心開放預約機制

實驗中心設有網上預約登記平臺，對全校師生開放。申請人進入中心網站入口，首次登錄應根據學號或者工號注冊，填寫申請進入實驗室的詳細信息，系統根據信息庫判斷是否滿足開放條件（約束開放條件如：實驗內容使用耗材是否充足、實驗內容安全性是否合規等）；通過篩查后，根據“實驗室安全教育與實驗室準入制定”，判斷預約進入實驗室的師生是否有本學期的安全培訓合格證，若沒有參加本學期線下培訓并考試合格，需要在線學習實驗室安全知識，參加線上安全考試，達到90分以上；進入開放預約流程，隨機生成門禁二維碼，在預約時間進入對應實驗室；現場學習儀器設備操作注意事項及實驗流程。網上預約流程圖見圖4。

圖4 實驗室使用預約流程

3.3 開放運行軟硬件支撐

實驗室開放除了增加實驗管理人員的資金投入外，實驗儀器耗損維修、實驗材料的消耗等方面的投入也不斷增加［9］，為了保障開放機制的長期有序運行，學科投入專項經費用于實驗中心的開放運行。包括本科生全員參與大學生創新訓練項目經費、學科競賽專項經費以及大學生創業實踐專項經費。學校每年撥款用于中心實踐條件建設經費，包含實驗設備的購置、維修、實驗耗材的采購等，其中5%用于實驗中心開放運行專項經費。

為確保實驗中心儀器設備的完善管理、維修及時、儀器設備使用維修符合臺賬記錄，實驗中心各實驗分室安裝了監控系統，實時了解各實驗室情況，開展儀器設備及時維修，責任到人［10］。為實驗中心開放共享長期有序進行提供保障。

提高實驗技術人員的管理水平、專業知識、業務能力，加大實驗人員引進力度，組成碩士研究生、博士研究生為主的實驗團隊。要求實驗技術人員每學期至少參加2次實驗技術培訓，確保專業技術水平與時俱進，專業知識、專業能力滿足實驗中心開放運行要求。

4 實驗中心建設與開放運行成效

4.1 實驗中心建設成效

礦業工程一流學科建設期間，實驗中心改造、遷移實驗室15個、新建實驗室5個，采購實驗設備100余臺，極大改善了實驗教學條件和裝備水平，有力緩解了部分實驗儀器設備緊張的矛盾。特別是新建成的采礦安全虛擬仿真實驗室、沙河采礦模型實驗室創造性地解決了礦業類學生實習實踐困難問題，沙河采礦模型實驗室定期對昌平區中小學生開展科普活動，發揮高校支持中小學建設引領作用。采礦安全虛擬仿真實驗室在疫情期間解決采礦工程專業及相近學科專業的實習實踐難題，保障一流學科專業的實踐教學質量。其中采礦安全虛擬仿真實驗室的“綜采放頂煤虛擬仿真教學實驗”首批國家級虛擬仿真實驗教學一流課程對服務西部教學發揮重要作用。

4.2 服務一流學科教學科研能力顯著提升

依托實驗中心，2019年啟動的礦業工程學科雙一流本科拔尖人才培養項目，加快推動本科生交叉學科實驗教學改革以及實驗課程建設［4，11］。依托實驗中心的硬件資源，將學科科研團隊的最新研究成果及前沿研究方向引入本科生、研究生的實驗教學，同時引入相關學科的最新研究方向，力求學生實驗內容與礦業工程學科及相關交叉學科的前沿動態相匹配。近5年課程負責人設計改革實驗項目20余項。在課程建設中，開設“金屬礦床地下開采課程設計”“地下建設結構設計課程設計”等礦業工程領域的多門實踐課程，實現了理論學習、實驗操作、實踐應用全方位教學［11］。

雙一流建設期間實驗中心得快速發展，不僅對實驗教學發揮重要作用，對校內外科研團隊也提供更優質實驗服務。每年完成科研實驗項目數百項，支撐學科師生發表高水平學術論文百余篇及授權發明專利十余項，同時為科研反哺教學提供依托，對礦業工程及相關學科的發展提供有力支撐。

4.3 建成高效開放共享的實驗中心

實驗中心開放對學生科研興趣、科研能力以及創新思維、創新意識、創新實踐的培養發揮了重要作用［12-14］。實驗中心支持礦業工程及相關學科的大學生創新訓練項目、大學生創業實踐項目、互聯網＋創新創業大賽、采礦工程實踐作品大賽等學科競賽及其他個性化實驗需求。2018年～2020年，實驗中心累計服務師生上萬人次，年均服務本科生4 000余名，年均實驗超過6萬人時數。

近年來學科本科生依托實驗中心積極參加采礦工程實踐作品大賽、互聯網＋創新創業大賽、“挑戰杯”中國大學生創業計劃競賽等競賽，取得豐碩成果。2020年學生獲互聯網＋大賽國家級銅獎、挑戰杯創業計劃國家級銅獎、采礦工程實踐作品大賽一等獎等24項獎勵。近5年采礦工程專業平均每7名本科生就有1名學生參加學科競賽獲獎，平均每6名本科生就有1名學生發表學術論文。

5 結 語

新工科改革實踐背景下，服務礦業工程學科的實驗中心實現了資源的優化整合，形成了特色鮮明的實驗技術平臺、完善了實驗中心管理運行體系，建立了實驗中心開放共享機制，開辟了沙河校區實驗室建設開放，對一流學科建設的人才培養、科學研究、社會服務起到了支撐作用，為新工科采礦與安全高層次人才培養探索與實踐項目的有序開展及順利結題獲評結題優秀項目提供了保障，促進了學科間的交叉融合，尤其是沙河采礦模型實驗室、采礦安全虛擬仿真實驗室，在2018年的本科教學審核評估、2019年的采礦工程、安全工程、2020年的環境工程、測繪工程等專業的工程教育專業認證中得到了評估專家的一致認可。實驗中心還被評為煤炭行業科普基地，持續發揮一流學科社會服務的示范引領作用。

隨著礦業工程一流學科建設的深入，對實驗中心提出了更高的要求，特別是2020年新冠疫情的發生，對實驗教學提出了新的要求，在現有的國家級一流虛擬仿真實驗教學的基礎上探索更多的線上實驗教學資源［15-16］。未來5年，實驗中心將加大實驗隊伍、線上資源、虛擬仿真、儀器設備標準化流程等方面建設投入，為一流學科的持續建設提供更有力的支撐。