新工科背景下高校機械類實驗室安全管理機制探究

邵明輝， 張嘉鷺， 侯秀杰

（江蘇師范大學(xué)機電工程學(xué)院，江蘇徐州221116）

0 引 言

2017年2 月以來，教育部根據(jù)國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的新需求，積極在全國高校范圍內(nèi)推進新工科建設(shè)。2018 年3 月，教育部辦公廳公布了首批612 個“新工科”研究與實踐項目，“新工科”建設(shè)的號角已經(jīng)吹響［1-2］。

機械制造業(yè)作為國民經(jīng)濟的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，在新的需求下面臨許多新的挑戰(zhàn)，機械學(xué)科理所應(yīng)當成為新工科建設(shè)中的重要組成部分。機械學(xué)科的新探索必將帶來高校機械類實驗室的新變革。面對新的實驗需求，新工科背景下機械類實驗室的安全管理與傳統(tǒng)的機械類實驗室安全管理區(qū)別巨大，其安全管理的新機制亟待探索和完善。

1 新工科建設(shè)特點

自2016 年“新工科”的概念產(chǎn)生以來，學(xué)者們圍繞新工科的衍生背景、實踐意義以及人才培養(yǎng)內(nèi)涵等進行多視角討論，對于新工科的基本范疇已經(jīng)形成了共識?！靶鹿た啤奔葘?yīng)云計算、智能制造、機器人等新興產(chǎn)業(yè)，也包括對傳統(tǒng)工科專業(yè)的升級和改造［3-4］。新工科建設(shè)主要有如下特點。

（1）理念新。傳統(tǒng)的工科教育是以社會產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和其需求為出發(fā)點，為社會培養(yǎng)專業(yè)技術(shù)人才。①新工科則強調(diào)走出社會觀念的局限，新工科教育不僅要能夠支撐產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，還要能夠催生新技術(shù)、孕育新產(chǎn)業(yè)，強調(diào)超前意識和前沿技術(shù)，從單純的服務(wù)于產(chǎn)業(yè)，到引領(lǐng)未來產(chǎn)業(yè)變革。②新工科是一次人才培養(yǎng)理念的變革。新工科教育是構(gòu)建對學(xué)生進行全周期、多方位培養(yǎng)格局的嘗試，注重對工科學(xué)生創(chuàng)新能力、系統(tǒng)觀、領(lǐng)導(dǎo)力、開放視野以及綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。③新工科又是一次學(xué)科調(diào)整思路的變革。教育部高等教育司司長張大良在《新工科建設(shè)的六個問題導(dǎo)向》一文中強調(diào)，要問產(chǎn)業(yè)需求建專業(yè)，問技術(shù)發(fā)展改內(nèi)容，問學(xué)校主體推改革，問學(xué)生志趣變方法，問內(nèi)外資源創(chuàng)條件，問國際前沿立標準［5-6］?？梢?，新工科的理念新還在于其“動態(tài)”變革。

（2）結(jié)構(gòu)優(yōu)。學(xué)科建設(shè)要符合社會發(fā)展的需求，目前，社會發(fā)展對制造業(yè)提出的新要求：①從需求端看，消費者要求產(chǎn)品更加豐富多元，定制化生產(chǎn)成為更多客戶的新需求；②從供給端看，生產(chǎn)商需要不斷進行技術(shù)創(chuàng)新，在滿足客戶需求的基礎(chǔ)上實現(xiàn)生產(chǎn)的智能化、集成化，以求降低生產(chǎn)成本；從國家發(fā)展戰(zhàn)略角度來看，制造業(yè)的發(fā)展要從規(guī)模、速度的發(fā)展軌道轉(zhuǎn)向質(zhì)量、效益的發(fā)展軌道，從高速發(fā)展向高質(zhì)量發(fā)展轉(zhuǎn)變。制造業(yè)的發(fā)展對大學(xué)生的培養(yǎng)提出了新的要求，工科學(xué)生需要擁有更加全面的知識結(jié)構(gòu)。新工科建設(shè)中，學(xué)科的結(jié)構(gòu)要打破傳統(tǒng)的知識架構(gòu)使學(xué)科建設(shè)更加符合社會和學(xué)生發(fā)展的需求。

（3）融合高。新工科是科學(xué)、應(yīng)用科學(xué)、工程科學(xué)和工程實踐的創(chuàng)新與進步、不同學(xué)科交叉與交融，所形成的新興工程學(xué)科或領(lǐng)域、新范式和新工科教育等綜合概念［7-9］。新工科要求高校重新審視專業(yè)邊界，打破學(xué)科藩籬，優(yōu)化專業(yè)結(jié)構(gòu)，加速學(xué)科交叉融合，以實踐和應(yīng)用為目標，注重全過程的培養(yǎng)等。其次，學(xué)科的交融必定帶來課程的交融，因此新工科還要求對課程的邊界進行再設(shè)計。新課程的出現(xiàn)也將是新工科學(xué)科融合的重要特征。

（4）更新快。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們對物質(zhì)和文化追求將不斷增長，新工科作為催生新技術(shù)、孕育新產(chǎn)業(yè)、推動新變革的力量，其自身的發(fā)展必須要迅速。而某些領(lǐng)域新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，必將牽動新工科在相關(guān)領(lǐng)域的探索和發(fā)展。最后，受傳統(tǒng)學(xué)科不斷升級和改造的影響，新工科將得到不斷地擴展和延伸。

2 新工科背景下機械類學(xué)科的發(fā)展方向

2.1 學(xué)科升級持續(xù)推進

《中國制造2025》指出，我國機械工業(yè)在自主創(chuàng)新能力、資源利用效率、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)水平、信息化程度、質(zhì)量效益等方面與世界先進水平差距明顯，轉(zhuǎn)型升級和跨越發(fā)展的任務(wù)緊迫而艱巨。

未來機械設(shè)備的發(fā)展可以總結(jié)為幾個趨勢：①功能強大、尺寸極小，機械設(shè)備的功能將越來越強大，而其中零部件則會越來越小，越來越精密；②適應(yīng)能力越來越強，未來在太空、深海、極寒、極熱等環(huán)境中工作的機械設(shè)備將越來越多，這些趨勢對機械設(shè)備的設(shè)計和制造提出了更加苛刻的要求；③越來越智能，智能制造將成為制造業(yè)的發(fā)展趨勢，這對機械設(shè)備的信息化和智能化程度提出了更高的要求。新工科背景下，機械學(xué)科需要適應(yīng)機械工業(yè)發(fā)展趨勢的需求，催生新技術(shù)、支撐產(chǎn)業(yè)升級、孕育新產(chǎn)業(yè)。機械學(xué)科的“學(xué)科擴展”勢在必行［10］。

2.2 不同學(xué)科深度融合

近日，國務(wù)院辦公廳印發(fā)的《關(guān)于機械工業(yè)調(diào)結(jié)構(gòu)促轉(zhuǎn)型增效益的指導(dǎo)意見》中明確要求“加快實現(xiàn)機械工業(yè)由大變強”。在政策和社會發(fā)展的引導(dǎo)下，以機器人、智能制造、數(shù)控技術(shù)等為特征的機械裝備制造業(yè)日新月異，技術(shù)融合、產(chǎn)業(yè)融合、管理融合進一步加強。傳統(tǒng)的機電液控制將向通信技術(shù)、人工智能、生命科學(xué)、仿生機械等領(lǐng)域發(fā)展，傳統(tǒng)的機械設(shè)計、機械制造、機械理論將無法滿足未來機械學(xué)科的發(fā)展，學(xué)科交叉融合將進一步增強。

2.3 學(xué)科分支不斷衍生

第一次工業(yè)革命催生了機械學(xué)科的誕生，第二次工業(yè)革命的出現(xiàn)，使得機械呈現(xiàn)出了高速化、精密化、輕量化、自動化的發(fā)展方向，機械設(shè)計學(xué)、機械強度學(xué)、機械制造工藝學(xué)、液壓傳動學(xué)等學(xué)科分支形成［11］。20世紀五六十年代，第三次技術(shù)革命使機械理論得到了飛躍式發(fā)展，摩擦學(xué)、機械電子學(xué)、機器人等分支誕生并發(fā)展。隨著智能制造、機器人、互聯(lián)網(wǎng)甚至是大數(shù)據(jù)的發(fā)展，機械學(xué)科將產(chǎn)生大量值得研究并發(fā)展的領(lǐng)域，新的學(xué)科分支也必將隨之誕生。

3 新工科背景下機械類實驗室的建設(shè)特點

3.1 實驗室功能趨向多元

傳統(tǒng)機械類實驗室，如液壓與氣動、機械設(shè)計、數(shù)控加工、公差配合與測量技術(shù)等實驗室功能單一，只能承擔某一項教學(xué)或科研任務(wù)，隨著機械工業(yè)的發(fā)展，未來行業(yè)所需人才將是掌握計算機、智能制造、機器人、自動控制、通信、材料等知識的復(fù)合型人才。高校機械類實驗室將建設(shè)成門類齊全，功能多元的現(xiàn)代化實驗室。為充分利用實驗室資源，提高使用效益，實驗室和設(shè)備功能的多元化將成為未來實驗室發(fā)展的趨勢。

3.2 實驗室共享度高

新工科背景下，學(xué)科交叉將成為“新常態(tài)”，機械類實驗室的使用者將不僅僅局限于機械類師生，其他理工科師生甚至文科師生也將成為機械類實驗室的服務(wù)對象。比如生物學(xué)研究中的生物摩擦學(xué)、語言學(xué)中的神經(jīng)語言學(xué)，傳統(tǒng)的生物學(xué)和語言學(xué)實驗室就難以滿足學(xué)科發(fā)展的需求。此外，在教學(xué)和科研中，實驗室積累大量的科研和管理數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)往往得不到有效利用，未來隨著學(xué)科的發(fā)展和交融，實驗室產(chǎn)生的大量實驗數(shù)據(jù)也將成為寶貴財富，實驗數(shù)據(jù)共享將成為機械類實驗室共享的重要途徑。高校實驗室開放共享將拓展到企業(yè)和科研單位，外單位科研人員進入高校實驗室也將成為常態(tài)。

3.3 產(chǎn)業(yè)結(jié)合緊密

目前，大部分高校的機械類實驗室主要功能是承擔教學(xué)和科研任務(wù)，其中教學(xué)任務(wù)為主。在新工科背景下，高校實驗室將承擔更多催生新技術(shù)，支撐產(chǎn)業(yè)升級的任務(wù)。高校實驗室與產(chǎn)業(yè)的結(jié)合將更加緊密，來自企業(yè)和科研單位的研究人員將帶著生產(chǎn)一線的“課題”到高校實驗室學(xué)習(xí)和研究，高校實驗室也將真正成為新技術(shù)研發(fā)的“溫床”。

3.4 實驗室設(shè)備更新加速

目前，很多高校的機械類實驗室，尤其是承擔教學(xué)任務(wù)的實驗室，設(shè)備陳舊，很多實驗設(shè)備的“年齡”要超過學(xué)生的年齡，學(xué)生圍繞著一批“古董”開展實驗。實驗設(shè)備故障頻發(fā)，實驗效果差強人意，學(xué)生實踐積極性不高。此外，由于設(shè)備陳舊功能落后，很多實驗項目尤其是創(chuàng)新實驗無法完成。新工科背景下，高校實驗室不僅要滿足大學(xué)生學(xué)習(xí)新知識的需求，還將承擔更多的科研任務(wù)，實驗設(shè)備的更新?lián)Q代將大幅度加速。

4 新工科背景下機械類實驗室安全管理要求

實驗室管理工作中安全是底線，我們一定要守住這個底線［12］。根據(jù)新工科背景下機械類實驗室的建設(shè)特點，實驗室的安全管理將發(fā)生新的變化，人、財、物的安全管理仍需加強，數(shù)據(jù)安全將成為實驗室安全管理的重要組成部分。隨著“新工科”建設(shè)的深入推進，高校機械類實驗室的安全管理將面臨新的挑戰(zhàn)。

4.1 實驗室安全教育面臨新挑戰(zhàn)

目前，高校開展實驗安全教育大多是以專業(yè)或者班級為單位開展，安全教育的主要形式以指導(dǎo)教師或管理人員講授，學(xué)生參加安全知識考核等傳統(tǒng)方式為主。新工科背景下實驗室的功能趨向多元化、共享化，實驗室將同時面向不同的單位開放，實驗人員也不再以班級為單位整建制出入實驗室，過去以專業(yè)、班級為單位的安全教育顯然不能滿足未來實驗室安全教育的需求。此外，由于實驗室開放力度增大，課后進入實驗室開展實驗的師生人數(shù)也將隨之增加，加之部分人員在實驗過程中，存在不遵守管理制度、不按要求操作等故意違規(guī)違章行為，隨堂安全教育和現(xiàn)有管理模式面臨較大挑戰(zhàn)。因此，新工科背景下，實驗室“人”的安全問題將更加突出，實驗室安全教育急需探尋新舉措，應(yīng)對新挑戰(zhàn)。

4.2 實驗設(shè)備安全隱患增多

高校師生在進入實驗室實驗之前，除學(xué)習(xí)安全知識以外，還要熟悉實驗設(shè)備性能和技術(shù)管理規(guī)范，掌握實驗設(shè)備操作規(guī)程。實踐中很多高校采用實驗室準入制度，對進入實驗室的人員進行實驗操作規(guī)程和安全知識測試，只有達到測試要求才準許進入實驗室實驗。但是，隨著實驗室開放共享程度的不斷提高，高校以外的企業(yè)、科研等單位的人員都將進入高校實驗室，傳統(tǒng)的安全培訓(xùn)方式方法很難滿足實驗室開放的現(xiàn)實要求。新工科建設(shè)背景下，實驗室高精尖設(shè)備臺套數(shù)增加，對操作規(guī)范的要求也將更高，但實驗人員的職業(yè)道德、安全意識、專業(yè)技能存在千差萬別，實驗室安全隱患急劇增加，實驗設(shè)備自身的安全將會受到更大的威脅。此外，科研實驗具有極強的探索性、創(chuàng)造性和綜合性。實驗人員對實驗結(jié)果的預(yù)判會存在偏差，不可預(yù)期的實驗結(jié)果極有可能對實驗設(shè)備造成損害。CAD／CAM／CAE／CAPP實驗室還面臨病毒入侵等風(fēng)險。

4.3 物品安全管理需要進一步規(guī)范

2018 年12 月，北京某高校市政與環(huán)境工程實驗室進行垃圾滲濾液污水處理科研實驗時發(fā)生爆炸，3名參與實驗的研究生不幸遇難。涉事實驗室內(nèi)隨意堆放了大量的水泥、鎂粉、磷酸、磷酸鈉、催化劑等。這些物品的隨意堆放，不僅產(chǎn)生安全隱患而且影響了實驗室人員的安全撤離。慘痛的事實告訴我們，實驗室“物”的規(guī)范管理不容忽視。

新工科背景下實驗室的功能更加多元，實驗設(shè)備更新加快，維保用品種類繁多，實驗耗材用量增加，實驗室“三廢”問題日益突出，這對實驗室物品的管理提出了更高要求。實驗耗材入庫、出庫要更加規(guī)范，危險品購買、使用要更加專業(yè)，物品存放、管控要更加科學(xué)。由于實驗室開放力度加大，出入實驗室的人數(shù)更多，流動性更強，出入實驗室的時間更加靈活，實驗室“物”的管理將面臨更多新問題，實驗室安全將增加新隱患。

4.4 信息安全成為重要組成部分

實驗數(shù)據(jù)是實驗人員基于試驗收集的重要信息，是實驗教學(xué)和科學(xué)研究的重要研究對象，具有極強的知識產(chǎn)權(quán)特征。隨著實驗室開放，使用率增高，實驗室將產(chǎn)生大量的實驗數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)通常直接存儲在實驗設(shè)備內(nèi)。由于實驗室的開放性，一些數(shù)據(jù)可能會被其他使用者無意間破壞或者惡意篡改。隨著企業(yè)、科研院所、高校等科研人員的廣泛進入，高校實驗室將產(chǎn)生大量涉密數(shù)據(jù)，很多用戶信息被記錄。如何保護用戶信息，防范實驗數(shù)據(jù)的泄漏將成為實驗室安全保護工作的重點。因此，實驗室信息安全將成為新工科背景下高校實驗安全管理面臨的新問題。

5 新工科背景下機械類實驗室安全管理機制

在分析新工科背景下機械類實驗室建設(shè)特點和管理要求的基礎(chǔ)上，擬從安全理念、管理機制、信息化建設(shè)、虛擬仿真資源四個方面著手，探索高校機械類實驗室安全管理的新機制。

5.1 強化實驗室安全新理念

傳統(tǒng)實驗室安全教育通常只圍繞本次實驗相關(guān)的工藝、技術(shù)、操作等問題開展，對安全原理、理念卻很少涉及。安全教育是單次的、短暫的，缺少系統(tǒng)性和主動性。較多的實驗人員和實驗室管理員認為實驗室安全事故是不可避免的，其影響單一且短暫。普遍存在實驗室安全事故的發(fā)生概率只能降低，而不能絕對避免的錯誤思想，對實驗室安全認識明顯不足，缺少“一切事故都可以避免”的新思維、新理念。

新工科背景下的實驗室安全工作，要讓實驗室安全理念從“要我安全”向“我要安全”“我能安全”轉(zhuǎn)變［13］。轉(zhuǎn)變強化新理念，①改進工作方式和方法，注重團隊精神的培養(yǎng)，力爭讓所有與實驗室安全相關(guān)的人員都能樹立科學(xué)的安全理念，養(yǎng)成良好的安全習(xí)慣，掌握扎實的安全技能，并積極投身于安全工作。在保證自身安全、設(shè)備安全的同時，提醒身邊人員注意安全。②將安全教育與個人成長和國家安全緊密結(jié)合。實驗室安全不僅關(guān)系個人事業(yè)發(fā)展、家庭幸福，還對國家發(fā)展、社會穩(wěn)定有重大影響。

新工科背景下機械類實驗室將面臨更加復(fù)雜的安全環(huán)境，只有轉(zhuǎn)變理念從源頭開始預(yù)防，科學(xué)、嚴謹、理性、細致的控制每一個環(huán)節(jié)，才能實現(xiàn)本質(zhì)安全，杜絕一切事故的發(fā)生。

5.2 探索安全管理新機制

新工科建設(shè)背景下，學(xué)科交叉融合度進一步提升，實驗室資源開放及設(shè)備共享力度加大，實驗室的安全管理需要更專業(yè)、系統(tǒng)、精細。當前，很多高校在相關(guān)安全法規(guī)政策的指導(dǎo)下，結(jié)合校情建立權(quán)責分明的高校實驗室安全管理領(lǐng)導(dǎo)體制，成立安全管理隊伍。但是，安全管理團隊缺少專業(yè)、系統(tǒng)的安全知識培訓(xùn)，部分安全管理人員僅具備通識類實驗室安全知識，安全管理力量仍需加強。

新工科背景下的實驗室建設(shè)和管理，亟須一支適應(yīng)新形勢要求的安全管理團隊。依靠“專兼并重”的組織辦法，建設(shè)一支整體素質(zhì)高、技術(shù)能力強的安全技術(shù)專家隊伍。即在不改變原有工作體系、人事制度的基礎(chǔ)上，加強專職安全管理隊伍的培訓(xùn)，同時選拔有擔當、敢作為、愛奉獻、善溝通，專業(yè)技術(shù)扎實且實踐經(jīng)驗豐富的專任教師、實驗教師參與安全管理工作，遴選品學(xué)兼優(yōu)的大學(xué)生組建實驗室安全管理學(xué)生隊伍，參與安全監(jiān)督工作。不改變原有工作體系和人事制度，最大限度保證隊伍結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、合理性；專職安全管理隊伍培訓(xùn)注重安全管理技術(shù)和水平的提升；實驗室安全管理學(xué)生隊伍，不僅起到內(nèi)部監(jiān)督警示作用，還能帶動身邊人關(guān)注實驗室安全。

5.3 加強實驗室管理信息化

提升信息化程度是新工科背景下實驗室發(fā)展的必然要求，也是實驗室安全的重要保障。目前，大部分實驗室的使用和管理均依托實驗工作人員，不但效率低，還容易出現(xiàn)管理失誤［14-15］。新工科背景下的實驗室建設(shè)、管理需要開發(fā)建設(shè)信息化系統(tǒng)。信息化系統(tǒng)集安全教育、使用管理、設(shè)備維護、人機檔案管理等功能為一體。管理端由實驗室管理人員控制，使用端面向用戶開放。用戶申請開展實驗前，首先實名注冊賬號，線上學(xué)習(xí)通識類安全教育課程，考核合格后方可提出實驗申請預(yù)約；學(xué)習(xí)準入類安全教育課程并通過考核后可以預(yù)約實驗；學(xué)習(xí)專項類安全教育課程后，提交實驗方案、計劃，通過管理方審核后，獲得實驗室準入電子證書方可開展實驗。

實驗設(shè)備和物品的使用，用戶通過系統(tǒng)手機端APP掃碼獲得，系統(tǒng)會對設(shè)備和物品的使用生成日志，記錄實驗設(shè)備和物品的使用和借用信息。如果用戶在使用過程中存在失信等行為，系統(tǒng)將關(guān)閉該用戶的賬號并記入個人實驗電子檔案。此外，針對實驗數(shù)據(jù)安全，信息化系統(tǒng)施行實驗數(shù)據(jù)密級分類管理。用戶開展實驗前可根據(jù)自己保密需求選擇不同等級的密級，系統(tǒng)為不同密級的實驗提供對應(yīng)的數(shù)據(jù)密級保護。

5.4 開發(fā)完善虛擬仿真實驗資源

目前，虛擬仿真實驗資源深受高校和科研單位的青睞。虛擬仿真實驗資源不會產(chǎn)生任何原材料消耗及機器損耗，使用后期只需少量投入就可實現(xiàn)實驗資源的更新?lián)Q代，大大減少學(xué)校實驗成本；實驗人員不僅可以通過互聯(lián)網(wǎng)隨時隨地進入虛擬仿真實驗系統(tǒng)，還可以通過網(wǎng)絡(luò)平臺共享實驗、協(xié)同工作，進而實現(xiàn)復(fù)雜困難實驗的異地分布式多人協(xié)同作業(yè)；由于大型機械設(shè)備的虛擬化，實驗人員可輕松觀察其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作過程，進而提高了實驗的安全性。

以數(shù)控加工實驗為例，虛擬仿真實驗資源可以深度模擬機床設(shè)備的運輸、安裝、調(diào)試、維護，機械零件的運動、刀具切削工件等產(chǎn)生的振動和噪聲等，以及機床在非正常工作狀態(tài)下的碰撞、切割、故障等不可及、不可逆的工況，達到了良好的教學(xué)效果。

因此，建設(shè)基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的虛擬仿真實驗資源并在線開放，可有效推進高新技術(shù)融入實驗教學(xué)，進而拓展實驗教學(xué)的廣度和深度、延伸實驗教學(xué)的時間和空間，改進現(xiàn)有實驗教學(xué)方法，大大降低實驗安全事故的發(fā)生，提高實驗室的安全程度。

6 結(jié) 語

隨著新工科建設(shè)的發(fā)展，機械類學(xué)科將迎來發(fā)展的新機遇，實驗室建設(shè)步伐也會相應(yīng)加快。新工科背景下機械類實驗室的安全管理較傳統(tǒng)機械類實驗室將發(fā)生較大變化。為了應(yīng)對這種變化，高校實驗室工作人員必須盡快適應(yīng)新環(huán)境，不斷加強對實驗室安全的研究。高校需要在實驗室安全管理方面給予更多人力、財力、物力和智力支持，以實現(xiàn)實驗室安全管理工作的規(guī)范化、制度化和信息化。