面向新工科支撐一流學(xué)科建設(shè)的實驗中心建設(shè)與開放

姜喜迪， 仲淑姮，2， 杜莉莉，2

（1.中國礦業(yè)大學(xué)（北京）能源與礦業(yè)學(xué)院，北京 100083；2.煤炭安全開采與地質(zhì)保障國家級實驗教學(xué)示范中心，北京 100083）

0 引 言

新工科建設(shè)是具有我國特色的復(fù)雜系統(tǒng)工程，對高等教育發(fā)揮示范引領(lǐng)作用［1-2］。一流大學(xué)、一流學(xué)科、一流專業(yè)建設(shè)是我國自2017年起實施的又一國家戰(zhàn)略［3］。2017年“礦業(yè)工程”入選一流學(xué)科建設(shè)名單，2019年采礦工程專業(yè)入選首批國家一流專業(yè)。高水平的實驗平臺建設(shè)是一流學(xué)科、一流專業(yè)建設(shè)的重要保障，在一定程度上反映人才培養(yǎng)和科學(xué)研究水平［4］。

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

1 實驗中心發(fā)展歷程

實驗中心于2009年通過資源整合與優(yōu)化，建成采礦與安全實驗教學(xué)示范中心，服務(wù)于教學(xué)和科研工作，由于實驗中心對于人才培養(yǎng)、科學(xué)研究和社會服務(wù)發(fā)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(xué)示范中心。

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

基于強化實驗中心建設(shè)，人才培養(yǎng)實踐條件，改進采礦工程、安全工程專業(yè)工程教育專業(yè)認(rèn)證顯現(xiàn)的問題。實施實驗中心3年發(fā)展規(guī)劃，以人才培養(yǎng)、科技攻關(guān)、社會服務(wù)、學(xué)科發(fā)展為目標(biāo)，以實驗中心現(xiàn)有條件為基礎(chǔ)，投入專項資金進行實驗中心建設(shè)，建立適應(yīng)新工科建設(shè)及專業(yè)升級改造的實驗平臺。

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

2 實驗中心建設(shè)情況

2.1 實踐條件建設(shè)

2012年學(xué)科有礦壓、充填等10個實驗室，支持教學(xué)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(shè)備臺套數(shù)等因素，每個實驗項目支持3～4臺套同時實驗。2014～2016年學(xué)科3年實驗中心發(fā)展規(guī)劃建設(shè)，經(jīng)過學(xué)校和學(xué)科投入專項經(jīng)費，于逸夫?qū)嶒灅?1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(shè)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(shù)、礦山壓力、露天采礦工藝、金屬采礦工藝、虛擬實訓(xùn)教學(xué)、采動損害等15間實驗室的實驗中心，開設(shè)實驗項目300余項，基本滿足本科生教學(xué)實驗需求。實驗中心部分儀器設(shè)備及教學(xué)平臺見圖1。

圖1 實驗中心部分儀器設(shè)備

一流學(xué)科建設(shè)期間，為了對礦業(yè)工程學(xué)科的人才培養(yǎng)和學(xué)科建設(shè)提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)和有力的支撐，學(xué)科繼續(xù)加強實驗中心建設(shè)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(qū)實驗室建設(shè)，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(xué)科研服務(wù)能力。2014～2020年實驗中心建設(shè)專項經(jīng)費投入及建設(shè)內(nèi)容見表1。

表1 實驗中心建設(shè)經(jīng)費投入及建設(shè)內(nèi)容表

實驗儀器設(shè)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(jù)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(shè)備的安全，2019年全面啟動實時監(jiān)控系統(tǒng)，部分實驗室啟動門禁系統(tǒng)，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(shè)

2.2.1 規(guī)范實驗中心建設(shè)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(shè)與規(guī)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(zé)分明的管理體系［5-6］。成立實驗中心建設(shè)與管理工作組，由實驗中心所屬能源與礦業(yè)學(xué)院院長任組長，由主管實驗室副院長任副組長，負(fù)責(zé)實驗室發(fā)展規(guī)劃；各系主管教學(xué)、科研實驗的主任、實驗中心主任負(fù)責(zé)實驗室具體發(fā)展方案編制；實驗人員負(fù)責(zé)執(zhí)行實驗中心投資方案、采購儀器設(shè)備等；設(shè)備管理員負(fù)責(zé)統(tǒng)籌管理實驗中心儀器設(shè)備，設(shè)備存放情況、設(shè)備完好率、設(shè)備使用率等；實驗中心督導(dǎo)負(fù)責(zé)評價實驗室建設(shè)成效并提供發(fā)展建議，實驗中心建設(shè)管理組織結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 實驗中心建設(shè)與管理小組

2.2.2 完善實驗中心安全管理體系

（1）嚴(yán)把安全準(zhǔn)入關(guān)。建立安全管理規(guī)定、安全管理保障體系，制定“實驗室安全教育與實驗室準(zhǔn)入制度”“學(xué)生實驗守則”“實驗室安全管理辦法”等規(guī)章制度［6］。建立科學(xué)有效的實驗中心準(zhǔn)入制度，保證實驗中心安全工作的落實［7］。規(guī)定了安全培訓(xùn)內(nèi)容：安全知識、安全技能、思想教育、法制教育、預(yù)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(xùn)責(zé)任人。實驗中心定期組織實驗室安全培訓(xùn)，每學(xué)期2次面授培訓(xùn)及配套的考核?？己藶樵诰€考試，達到90分以上者，視為合格，可下載合格證書，本學(xué)期有效；否則必須重新培訓(xùn)再考核。同時將培訓(xùn)資料上網(wǎng)，便于教師、學(xué)生自主學(xué)習(xí)。

此外，對于進入實驗室學(xué)生，針對性地進行設(shè)備注意事項及操作培訓(xùn)，每個實驗室都掛有相關(guān)注意事項，對于儀器設(shè)備有相應(yīng)注意事項及操作說明，避免操作不當(dāng)引起安全事故。實驗中心以安全培訓(xùn)為抓手，通過監(jiān)控系統(tǒng)，遇到可疑或者違規(guī)現(xiàn)象，嚴(yán)格按照學(xué)校、實驗中心相關(guān)規(guī)定及時處理，將安全隱患防于未然，實驗室開放至今，未出現(xiàn)過安全事故。

（2）建立了實驗中心安全責(zé)任人制度。規(guī)定了嚴(yán)格的實驗室交接與安全管理措施。實驗中心設(shè)有安全管理員，具體對接上級部分的安全檢查工作任務(wù)、安全培訓(xùn)、內(nèi)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(xué)院的院長、主管副院長為實驗中心的安全責(zé)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(xùn)、陪同安全檢查等，為各系的實驗室安全責(zé)任人；各實驗室分室的負(fù)責(zé)人，具體負(fù)責(zé)實驗分室的儀器設(shè)備、實驗室環(huán)境、水、電等安全。嚴(yán)格規(guī)定藥品采購程序、藥品存放原則，杜絕實驗室大量存放化學(xué)試劑的現(xiàn)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(xiàn)場的安全責(zé)任人，確保每個環(huán)節(jié)都有責(zé)任人，建立并完善實驗中心安全管理體系［8］，安全責(zé)任組織架構(gòu)如圖3所示。

圖3 實驗中心安全責(zé)任組織架構(gòu)

3 實驗中心開放運行管理

隨著學(xué)校三全育人體系的構(gòu)建及新工科改革與實踐項目的實施，本科生全程導(dǎo)師制貫穿本科培養(yǎng)的全過程，課程設(shè)置上大一、大二的專業(yè)導(dǎo)論、科研導(dǎo)論、選題訓(xùn)練，到大三、大四的大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目、大學(xué)生創(chuàng)業(yè)實踐項目，本科生參與科學(xué)研究和創(chuàng)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(nèi)容可以分為：課程實驗，學(xué)生自立題目、自行設(shè)計的實驗，學(xué)生參加教師的科研課題、大學(xué)科創(chuàng)新訓(xùn)練項目、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐、互聯(lián)網(wǎng)＋創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、挑戰(zhàn)杯、采礦工程實踐作品大賽等實驗（實踐）訓(xùn)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(shè)備，需要另外登記使用儀器設(shè)備使用保養(yǎng)記錄。

3.2 實驗中心開放預(yù)約機制

實驗中心設(shè)有網(wǎng)上預(yù)約登記平臺，對全校師生開放。申請人進入中心網(wǎng)站入口，首次登錄應(yīng)根據(jù)學(xué)號或者工號注冊，填寫申請進入實驗室的詳細(xì)信息，系統(tǒng)根據(jù)信息庫判斷是否滿足開放條件（約束開放條件如：實驗內(nèi)容使用耗材是否充足、實驗內(nèi)容安全性是否合規(guī)等）；通過篩查后，根據(jù)“實驗室安全教育與實驗室準(zhǔn)入制定”，判斷預(yù)約進入實驗室的師生是否有本學(xué)期的安全培訓(xùn)合格證，若沒有參加本學(xué)期線下培訓(xùn)并考試合格，需要在線學(xué)習(xí)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(yù)約流程，隨機生成門禁二維碼，在預(yù)約時間進入對應(yīng)實驗室；現(xiàn)場學(xué)習(xí)儀器設(shè)備操作注意事項及實驗流程。網(wǎng)上預(yù)約流程圖見圖4。

圖4 實驗室使用預(yù)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(xué)科投入專項經(jīng)費用于實驗中心的開放運行。包括本科生全員參與大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目經(jīng)費、學(xué)科競賽專項經(jīng)費以及大學(xué)生創(chuàng)業(yè)實踐專項經(jīng)費。學(xué)校每年撥款用于中心實踐條件建設(shè)經(jīng)費，包含實驗設(shè)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(jīng)費。

為確保實驗中心儀器設(shè)備的完善管理、維修及時、儀器設(shè)備使用維修符合臺賬記錄，實驗中心各實驗分室安裝了監(jiān)控系統(tǒng)，實時了解各實驗室情況，開展儀器設(shè)備及時維修，責(zé)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(shù)人員的管理水平、專業(yè)知識、業(yè)務(wù)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(shù)人員每學(xué)期至少參加2次實驗技術(shù)培訓(xùn)，確保專業(yè)技術(shù)水平與時俱進，專業(yè)知識、專業(yè)能力滿足實驗中心開放運行要求。

4 實驗中心建設(shè)與開放運行成效

4.1 實驗中心建設(shè)成效

礦業(yè)工程一流學(xué)科建設(shè)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(shè)備100余臺，極大改善了實驗教學(xué)條件和裝備水平，有力緩解了部分實驗儀器設(shè)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(chuàng)造性地解決了礦業(yè)類學(xué)生實習(xí)實踐困難問題，沙河采礦模型實驗室定期對昌平區(qū)中小學(xué)生開展科普活動，發(fā)揮高校支持中小學(xué)建設(shè)引領(lǐng)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(yè)及相近學(xué)科專業(yè)的實習(xí)實踐難題，保障一流學(xué)科專業(yè)的實踐教學(xué)質(zhì)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(xué)實驗”首批國家級虛擬仿真實驗教學(xué)一流課程對服務(wù)西部教學(xué)發(fā)揮重要作用。

4.2 服務(wù)一流學(xué)科教學(xué)科研能力顯著提升

依托實驗中心，2019年啟動的礦業(yè)工程學(xué)科雙一流本科拔尖人才培養(yǎng)項目，加快推動本科生交叉學(xué)科實驗教學(xué)改革以及實驗課程建設(shè)［4，11］。依托實驗中心的硬件資源，將學(xué)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(xué)，同時引入相關(guān)學(xué)科的最新研究方向，力求學(xué)生實驗內(nèi)容與礦業(yè)工程學(xué)科及相關(guān)交叉學(xué)科的前沿動態(tài)相匹配。近5年課程負(fù)責(zé)人設(shè)計改革實驗項目20余項。在課程建設(shè)中，開設(shè)“金屬礦床地下開采課程設(shè)計”“地下建設(shè)結(jié)構(gòu)設(shè)計課程設(shè)計”等礦業(yè)工程領(lǐng)域的多門實踐課程，實現(xiàn)了理論學(xué)習(xí)、實驗操作、實踐應(yīng)用全方位教學(xué)［11］。

雙一流建設(shè)期間實驗中心得快速發(fā)展，不僅對實驗教學(xué)發(fā)揮重要作用，對校內(nèi)外科研團隊也提供更優(yōu)質(zhì)實驗服務(wù)。每年完成科研實驗項目數(shù)百項，支撐學(xué)科師生發(fā)表高水平學(xué)術(shù)論文百余篇及授權(quán)發(fā)明專利十余項，同時為科研反哺教學(xué)提供依托，對礦業(yè)工程及相關(guān)學(xué)科的發(fā)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(xué)生科研興趣、科研能力以及創(chuàng)新思維、創(chuàng)新意識、創(chuàng)新實踐的培養(yǎng)發(fā)揮了重要作用［12-14］。實驗中心支持礦業(yè)工程及相關(guān)學(xué)科的大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目、大學(xué)生創(chuàng)業(yè)實踐項目、互聯(lián)網(wǎng)＋創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、采礦工程實踐作品大賽等學(xué)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(wù)師生上萬人次，年均服務(wù)本科生4 000余名，年均實驗超過6萬人時數(shù)。

近年來學(xué)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(lián)網(wǎng)＋創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、“挑戰(zhàn)杯”中國大學(xué)生創(chuàng)業(yè)計劃競賽等競賽，取得豐碩成果。2020年學(xué)生獲互聯(lián)網(wǎng)＋大賽國家級銅獎、挑戰(zhàn)杯創(chuàng)業(yè)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(yè)平均每7名本科生就有1名學(xué)生參加學(xué)科競賽獲獎，平均每6名本科生就有1名學(xué)生發(fā)表學(xué)術(shù)論文。

5 結(jié) 語

新工科改革實踐背景下，服務(wù)礦業(yè)工程學(xué)科的實驗中心實現(xiàn)了資源的優(yōu)化整合，形成了特色鮮明的實驗技術(shù)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(qū)實驗室建設(shè)開放，對一流學(xué)科建設(shè)的人才培養(yǎng)、科學(xué)研究、社會服務(wù)起到了支撐作用，為新工科采礦與安全高層次人才培養(yǎng)探索與實踐項目的有序開展及順利結(jié)題獲評結(jié)題優(yōu)秀項目提供了保障，促進了學(xué)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(xué)審核評估、2019年的采礦工程、安全工程、2020年的環(huán)境工程、測繪工程等專業(yè)的工程教育專業(yè)認(rèn)證中得到了評估專家的一致認(rèn)可。實驗中心還被評為煤炭行業(yè)科普基地，持續(xù)發(fā)揮一流學(xué)科社會服務(wù)的示范引領(lǐng)作用。

隨著礦業(yè)工程一流學(xué)科建設(shè)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(fā)生，對實驗教學(xué)提出了新的要求，在現(xiàn)有的國家級一流虛擬仿真實驗教學(xué)的基礎(chǔ)上探索更多的線上實驗教學(xué)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(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化流程等方面建設(shè)投入，為一流學(xué)科的持續(xù)建設(shè)提供更有力的支撐。