安全科學(xué)與工程教學(xué)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與安全管理

朱建云， 李慶釗， 裴曉東

（中國(guó)礦業(yè)大學(xué)安全工程學(xué)院，安全工程實(shí)驗(yàn)中心，煤礦瓦斯與火災(zāi)防治教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇徐州221116）

0 引 言

2015 年11 月，國(guó)務(wù)院印發(fā)《統(tǒng)籌推進(jìn)世界一流大學(xué)和一流學(xué)科建設(shè)總體方案》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《方案》），來(lái)統(tǒng)籌推進(jìn)世界一流大學(xué)和一流學(xué)科建設(shè)?！斗桨浮分赋?，提高高校人才培養(yǎng)、科學(xué)研究、社會(huì)服務(wù)和文化傳承創(chuàng)新水平，使之成為知識(shí)發(fā)現(xiàn)和科技創(chuàng)新的重要力量、先進(jìn)思想和優(yōu)秀文化的重要源泉、培養(yǎng)各類(lèi)高素質(zhì)優(yōu)秀人才的重要基地，突出人才培養(yǎng)的核心［1］。

高校實(shí)驗(yàn)室是學(xué)生獲取知識(shí)，啟迪學(xué)生創(chuàng)新思維的重要基地，建設(shè)一流實(shí)驗(yàn)室是推進(jìn)高校“雙一流”建設(shè)的客觀(guān)要求，也是一流學(xué)科建設(shè)和發(fā)展的重要載體［2］。實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，是高水平人才、先進(jìn)儀器設(shè)備、優(yōu)質(zhì)教學(xué)成果及科技成果的有機(jī)結(jié)合體，其建設(shè)須具有科學(xué)性、系統(tǒng)性、合理性和可持續(xù)性［3］。實(shí)驗(yàn)室的規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)行和管理需根據(jù)各專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)、學(xué)科的需要以及社會(huì)需求進(jìn)行整體規(guī)劃、科學(xué)布局。大視野、大格局、高定位、高起點(diǎn)、高標(biāo)準(zhǔn)是雙一流實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的頂層設(shè)計(jì)的基本出發(fā)點(diǎn)［4-5］。

我校是國(guó)家“雙一流”建設(shè)高校，安全科學(xué)與工程是學(xué)校入選“雙一流”建設(shè)的2 個(gè)學(xué)科之一。學(xué)校提出，到21 世紀(jì)中葉把我校建成能源資源特色世界一流大學(xué)。因此，安全科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)對(duì)于推進(jìn)我校雙一流建設(shè)工作具有重要意義。

本文基于安全科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)課程體系的設(shè)置，重點(diǎn)闡述了安全工程實(shí)驗(yàn)室在實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式、實(shí)驗(yàn)室整體規(guī)劃以及實(shí)驗(yàn)室的安全管理等方面的探索工作，為高校實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)提供了參考。

1 安全科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

1.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是本科教學(xué)中的重要組成部分，是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的重要手段，是學(xué)生深入理解和鞏固基礎(chǔ)理論知識(shí)、應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題并進(jìn)行創(chuàng)新創(chuàng)造等能力培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)。安全工程作為“國(guó)家特色專(zhuān)業(yè)、江蘇省重點(diǎn)專(zhuān)業(yè)建設(shè)點(diǎn)”及“卓越安全工程師教育”培養(yǎng)點(diǎn)，結(jié)合國(guó)家“雙一流”建設(shè)指導(dǎo)意見(jiàn)和新時(shí)代高等教育國(guó)際合作育人的要求，安全工程專(zhuān)業(yè)以“厚基礎(chǔ)、強(qiáng)能力、寬適應(yīng)、重創(chuàng)新”為培養(yǎng)目標(biāo)，制定了“特色化＋模塊化＋精英化＋國(guó)際化”四化合一的全過(guò)程培養(yǎng)方案［6］。安全工程教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心在小班化教學(xué)的基礎(chǔ)上，依托安全工程學(xué)科豐富的教學(xué)與科研平臺(tái)［7］，提出了“寓研于教”與“寓創(chuàng)于學(xué)”的安全工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)新理念［8-9］，通過(guò)虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)課程體系與科研訓(xùn)練一體化的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了理論課程與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有機(jī)融合，形成了特色鮮明的實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程體系和研學(xué)一體式的教學(xué)方法，學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)貫穿于安全工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的全過(guò)程，取得了良好的效果［10］。

1.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程體系

作為安全科學(xué)與工程“雙一流”學(xué)科群的核心，安全工程重點(diǎn)建設(shè)“低死亡、低傷害、低排放、新工科”（三低一新）的生產(chǎn)與生態(tài)安全領(lǐng)域。安全工程實(shí)驗(yàn)課程體系及實(shí)驗(yàn)室建設(shè)以煤礦安全為背景，向公共安全、大安全的方向進(jìn)行拓新發(fā)展。從創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課程體系、更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式等角度出發(fā)，對(duì)安全工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行優(yōu)化改革，構(gòu)建了一個(gè)與安全工程專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)相適應(yīng)、以綜合能力與科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)為主線(xiàn)的“一體化、分階段、多層次”的實(shí)驗(yàn)課程體系。

安全工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程主要包括“基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)”“專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)（I）”及“專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)（II）”3 個(gè)部分，針對(duì)不同層次學(xué)生共分3 個(gè)階段分別實(shí)施，課程體系如圖1 所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)課程體系

（1）安全基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)主要包括“工業(yè)場(chǎng)所氣候參數(shù)測(cè)定、通風(fēng)管道中點(diǎn)壓力的測(cè)定、有毒有害爆炸性氣體濃度測(cè)定、可燃液體的閃點(diǎn)和燃點(diǎn)測(cè)定、固體可燃物引燃溫度測(cè)定、材料氧指數(shù)測(cè)定、工業(yè)噪聲測(cè)量與頻譜分析、顏色實(shí)驗(yàn)和照明工程測(cè)量、救護(hù)裝備綜合實(shí)驗(yàn)、電氣安全綜合實(shí)驗(yàn)”等。通過(guò)實(shí)驗(yàn)使學(xué)生鞏固和加深對(duì)所學(xué)基礎(chǔ)課程理論知識(shí)理解，強(qiáng)化學(xué)生動(dòng)手能力和分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力，為專(zhuān)業(yè)課學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

（2）安全專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)（I）是安全工程專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)實(shí)踐課程，主要包括“開(kāi)式標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)洞及風(fēng)速測(cè)量?jī)x表校正、閉式環(huán)形風(fēng)洞及風(fēng)速測(cè)量?jī)x表校正實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、各類(lèi)氣壓儀器及氣壓傳感器檢定校驗(yàn)、通風(fēng)巷道流場(chǎng)測(cè)定、通風(fēng)流場(chǎng)參數(shù)快速在線(xiàn)測(cè)試實(shí)驗(yàn)及通風(fēng)斷面自動(dòng)測(cè)量、通風(fēng)巷道摩擦阻力測(cè)定、局部阻力測(cè)定、主通風(fēng)機(jī)性能測(cè)定、角聯(lián)風(fēng)網(wǎng)穩(wěn)定性、巷道風(fēng)量調(diào)節(jié)、通風(fēng)機(jī)聯(lián)合運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)、可控循環(huán)通風(fēng)模擬、礦井安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)模擬、空調(diào)降溫系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、礦用自動(dòng)風(fēng)門(mén)控制及注漿監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控PLC綜合實(shí)驗(yàn)”等，通過(guò)實(shí)驗(yàn)使學(xué)生掌握解決煤礦安全生產(chǎn)所涉及的各系統(tǒng)測(cè)試的能力。

（3）安全專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)（II）是具有一定科研性質(zhì)的專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)，目的在于通過(guò)實(shí)驗(yàn)提高學(xué)生開(kāi)展創(chuàng)新探索的科研能力和良好的科學(xué)素養(yǎng)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要包括“煤層自燃標(biāo)志性氣體及阻化實(shí)驗(yàn)、煤層自燃傾向性吸氧實(shí)驗(yàn)、煤與瓦斯突出參數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)、煤自燃絕熱氧化實(shí)驗(yàn)、煤層瓦斯壓力測(cè)定實(shí)驗(yàn)、瓦斯?jié)舛葴y(cè)定及瓦斯爆炸實(shí)驗(yàn)、粉塵濃度測(cè)定、粉塵粒徑分布測(cè)定、粉塵接觸角測(cè)定、煤塵爆炸性鑒定實(shí)驗(yàn)”等。通過(guò)該類(lèi)實(shí)驗(yàn)使學(xué)生初步了解煤礦安全領(lǐng)域的前沿專(zhuān)業(yè)問(wèn)題，初步培養(yǎng)設(shè)計(jì)方案解決問(wèn)題的能力。

教師是知識(shí)的傳播者，是教育的主導(dǎo)者，他們的言行會(huì)對(duì)兒童產(chǎn)生直接影響?？箲?zhàn)時(shí)期的知識(shí)分子認(rèn)識(shí)到教師在教育中發(fā)揮的重要作用，認(rèn)為教師不僅要教育兒童，而且要訓(xùn)練民眾、推進(jìn)地方事業(yè)的發(fā)展。1938年，陳國(guó)鈞在《復(fù)興民族小學(xué)教師的責(zé)任》中提出，教師在抗戰(zhàn)中責(zé)任重大，一是要“教育未來(lái)中國(guó)的主人翁”“中國(guó)未來(lái)的主人翁，就是現(xiàn)在的兒童”，二是要“訓(xùn)練學(xué)校所在地的民眾”“要肩負(fù)起訓(xùn)練民眾的責(zé)任”，三是要“推進(jìn)當(dāng)?shù)氐牡胤绞聵I(yè)，以增進(jìn)抗戰(zhàn)效率”［13］。

2 實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

2.1 實(shí)驗(yàn)室規(guī)劃

圖2 部分購(gòu)置與自制的實(shí)驗(yàn)儀器裝置

《中國(guó)礦業(yè)大學(xué)一流學(xué)科建設(shè)高校建設(shè)方案》中對(duì)安全科學(xué)與工程學(xué)科提出了培養(yǎng)世界一流安全工程新工科人才的重點(diǎn)建設(shè)任務(wù)，指出要?jiǎng)?chuàng)建安全、測(cè)繪、化工、管理、環(huán)境、熱物理等多學(xué)科交叉融合的安全工程新工科專(zhuān)業(yè)，致力于培養(yǎng)熱愛(ài)安全專(zhuān)業(yè)、理論基礎(chǔ)扎實(shí)、工程實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)水平高、具備國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的卓越安全工程師［11］。安全工程教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的頂層設(shè)計(jì)正是以“卓越安全工程師”的培養(yǎng)為精準(zhǔn)定位，結(jié)合煤礦安全背景下保持礦山安全特色、發(fā)展“大安全”的需求和趨勢(shì)，以大視野、大格局、高定位、高起點(diǎn)、高標(biāo)準(zhǔn)為目標(biāo)，通過(guò)完善實(shí)驗(yàn)室設(shè)施建設(shè)、改善實(shí)驗(yàn)環(huán)境、提升實(shí)驗(yàn)室服務(wù)教學(xué)科研的水平來(lái)建設(shè)一流的專(zhuān)業(yè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室，以此支撐和推動(dòng)“雙一流”學(xué)科的發(fā)展和拓新。

2.2 實(shí)驗(yàn)儀器

近年來(lái)，安全工程教學(xué)實(shí)驗(yàn)室不斷加強(qiáng)建設(shè)、加大經(jīng)費(fèi)投入，不斷充實(shí)和更新實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備，完善實(shí)驗(yàn)室配置，保障實(shí)驗(yàn)室的安全和儀器設(shè)備的良好運(yùn)行，提升其服務(wù)于教學(xué)科研實(shí)驗(yàn)的能力。

安全工程實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備的建設(shè)采取“購(gòu)置與自制相結(jié)合、虛擬平臺(tái)與實(shí)物相結(jié)合、教學(xué)儀器與科研儀器相結(jié)合”的模式。例如，實(shí)驗(yàn)課程體系中的氣候參數(shù)測(cè)定、瓦斯?jié)舛葴y(cè)定、瓦斯含量測(cè)定、瓦斯放散初速度測(cè)定、粉塵物性參數(shù)測(cè)定等所用標(biāo)準(zhǔn)儀器設(shè)備采用購(gòu)置的方式；而用于模擬礦山通風(fēng)及管網(wǎng)系統(tǒng)、通風(fēng)流場(chǎng)粉塵濃度測(cè)定及除塵實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、用于模擬瓦斯爆炸的可視化平臺(tái)等專(zhuān)用實(shí)驗(yàn)裝置則采用自行研發(fā)的方式進(jìn)行建設(shè)［12-13］，部分實(shí)驗(yàn)儀器裝置如圖2 所示。

受安全科學(xué)與工程礦山安全專(zhuān)業(yè)方向的制約，部分實(shí)驗(yàn)諸如“礦井通風(fēng)阻力測(cè)定”“礦井大型通風(fēng)機(jī)性能檢測(cè)”“新井通風(fēng)系統(tǒng)仿真”及“煤巷掘進(jìn)綜合防突”等內(nèi)容是煤礦安全生產(chǎn)的重要內(nèi)容，然而由于該類(lèi)實(shí)驗(yàn)測(cè)試內(nèi)容必須在煤礦井下現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，且測(cè)試周期較長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)室條件下無(wú)法完全滿(mǎn)足測(cè)試要求，而將學(xué)生帶至井下進(jìn)行教學(xué)實(shí)驗(yàn)也不符合煤礦的安全規(guī)定。針對(duì)這一難題，構(gòu)建了以虛擬現(xiàn)實(shí)為手段的模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，如圖3 所示。通過(guò)在虛擬平臺(tái)上進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，完全能夠使實(shí)驗(yàn)者掌握礦山安全專(zhuān)業(yè)方向模擬現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)的全過(guò)程，保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果［14］。

圖3 部分虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)

截至目前，實(shí)驗(yàn)室已擁有可用于教學(xué)科研的購(gòu)置儀器3 260 臺(tái)套、自制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)34 臺(tái)套。通過(guò)教學(xué)與科研儀器的協(xié)調(diào)共享，提高了儀器設(shè)備的使用率，優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)室環(huán)境空間，為卓越安全工程師優(yōu)秀人才的培養(yǎng)和教學(xué)科研服務(wù)提供了軟硬件基礎(chǔ)。

3 實(shí)驗(yàn)室安全管理

3.1 安全制度建設(shè)

實(shí)驗(yàn)室管理制度是確保實(shí)驗(yàn)室正常運(yùn)行和完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)必須遵循的規(guī)范和準(zhǔn)則，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室管理制度建設(shè)是實(shí)驗(yàn)室管理科學(xué)化、規(guī)范化的必要條件，也是一流學(xué)科和一流實(shí)驗(yàn)室的重要體現(xiàn)。由于高校實(shí)驗(yàn)室具有危險(xiǎn)源種類(lèi)多、人員流動(dòng)性大的特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)者安全意識(shí)淡薄、操作不規(guī)范是各類(lèi)實(shí)驗(yàn)室安全事故的主要誘因，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室安全建設(shè)是提高人員安全意識(shí)、預(yù)防和減少實(shí)驗(yàn)室安全事故的重要途徑之一［15］。為此，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)室基于自身定位、專(zhuān)業(yè)方向和實(shí)驗(yàn)體系，構(gòu)建了《中國(guó)礦業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)室安全管理辦法（中礦大［2015］33 號(hào)）》，制定了所有實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器的使用操作步驟及安全注意事項(xiàng)，編制了安全工程專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教材。強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)室的安全檢查與監(jiān)督，通過(guò)對(duì)學(xué)生進(jìn)行宣傳教育，提高其實(shí)驗(yàn)的安全防范意識(shí)。

3.2 安全管理

（1）風(fēng)險(xiǎn)程度評(píng)估。掌握實(shí)驗(yàn)室的危險(xiǎn)源對(duì)于實(shí)驗(yàn)室的管理具有重要意義［16］。安全工程實(shí)驗(yàn)室部分實(shí)驗(yàn)由于涉及瓦斯等易燃易爆氣體，其對(duì)該區(qū)域設(shè)備的電氣安全性能具有更高的要求。為此，安全實(shí)驗(yàn)室通過(guò)對(duì)不同實(shí)驗(yàn)區(qū)域進(jìn)行功能劃分，采取隱形風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行區(qū)域化管理。使用Delphi和CVM組合賦權(quán)的方式對(duì)不同量綱指標(biāo)進(jìn)行最優(yōu)權(quán)重分析，使用ALARP進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)劃分并建立風(fēng)險(xiǎn)矩陣，實(shí)現(xiàn)了涉氣類(lèi)實(shí)驗(yàn)室復(fù)雜安全問(wèn)題的定量分析［17］。

（2）安全準(zhǔn)入制度。準(zhǔn)入制度是實(shí)驗(yàn)室安全管理的重要組成部分，獲得實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)入證明是實(shí)驗(yàn)者具有一定安全認(rèn)知資格的體現(xiàn)，也是實(shí)驗(yàn)室安全的基本保障之一。通過(guò)實(shí)施安全準(zhǔn)入制度的實(shí)驗(yàn)室安全培訓(xùn)，簽署實(shí)驗(yàn)安全承諾書(shū)、安全責(zé)任書(shū)、危險(xiǎn)物品使用備案表等，促使實(shí)驗(yàn)人員深入認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)室的危險(xiǎn)源，強(qiáng)化個(gè)人的防護(hù)技巧，了解實(shí)驗(yàn)室安全管理要求和制度，提高安全意識(shí)，規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作，從而減少實(shí)驗(yàn)室安全事故的發(fā)生。

（3）安全設(shè)施及監(jiān)控。高校教學(xué)科研工作的正常進(jìn)行離不開(kāi)實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)室正成為知識(shí)和技術(shù)高度集中的區(qū)域，構(gòu)建軟硬件設(shè)施來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室的安全監(jiān)管顯得至關(guān)重要。安全工程專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室在對(duì)各區(qū)域進(jìn)行功能劃分和涉氣區(qū)域危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，所有涉氣區(qū)域采用標(biāo)準(zhǔn)化的氣路輸送，所有涉氣實(shí)驗(yàn)要求實(shí)驗(yàn)者必須穿防靜電實(shí)驗(yàn)服、佩戴護(hù)目鏡及手套等防護(hù)用品。為了便于監(jiān)管，所有實(shí)驗(yàn)室均安裝了門(mén)禁和視頻監(jiān)控，確保了實(shí)驗(yàn)室安全準(zhǔn)入制度執(zhí)行到位。

4 結(jié) 語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)、管理與運(yùn)行是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)只有與專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)相適應(yīng)、與實(shí)驗(yàn)課程體系相匹配、與專(zhuān)業(yè)背景相結(jié)合，才能更好地體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的特色，更好的發(fā)揮實(shí)驗(yàn)室在創(chuàng)新人才培養(yǎng)中的積極作用。安全科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)以“厚基礎(chǔ)、強(qiáng)能力、寬適應(yīng)、重創(chuàng)新”為培養(yǎng)目標(biāo)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)以“特色化＋模塊化＋精英化＋國(guó)際化”四化合一的全過(guò)程培養(yǎng)方案為基礎(chǔ)，通過(guò)創(chuàng)新虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)課程體系、完善實(shí)驗(yàn)室設(shè)施建設(shè)、改善實(shí)驗(yàn)環(huán)境、強(qiáng)化安全防護(hù)裝備及管理制度，提升了實(shí)驗(yàn)室服務(wù)教學(xué)科研的水平，推動(dòng)了我校雙一流建設(shè)工作的進(jìn)程。