朱建云， 李庆钊， 裴晓东

（中国矿业大学安全工程学院，安全工程实验中心，煤矿瓦斯与火灾防治教育部重点实验室，江苏徐州221116）

0 引 言

2015 年11 月，国务院印发《统筹推进世界一流大学和一流学科建设总体方案》（以下简称《方案》），来统筹推进世界一流大学和一流学科建设。《方案》指出，提高高校人才培养、科学研究、社会服务和文化传承创新水平，使之成为知识发现和科技创新的重要力量、先进思想和优秀文化的重要源泉、培养各类高素质优秀人才的重要基地，突出人才培养的核心［1］。

高校实验室是学生获取知识，启迪学生创新思维的重要基地，建设一流实验室是推进高校“双一流”建设的客观要求，也是一流学科建设和发展的重要载体［2］。实验室的建设是一项系统工程，是高水平人才、先进仪器设备、优质教学成果及科技成果的有机结合体，其建设须具有科学性、系统性、合理性和可持续性［3］。实验室的规划、建设、运行和管理需根据各专业特点、学科的需要以及社会需求进行整体规划、科学布局。大视野、大格局、高定位、高起点、高标准是双一流实验室建设的顶层设计的基本出发点［4-5］。

我校是国家“双一流”建设高校，安全科学与工程是学校入选“双一流”建设的2 个学科之一。学校提出，到21 世纪中叶把我校建成能源资源特色世界一流大学。因此，安全科学与工程专业实验室的建设对于推进我校双一流建设工作具有重要意义。

本文基于安全科学与工程专业实验课程体系的设置，重点阐述了安全工程实验室在实验教学模式、实验室整体规划以及实验室的安全管理等方面的探索工作，为高校实验室的建设提供了参考。

1 安全科学与工程实验教学模式

1.1 实验教学方法

实验教学是本科教学中的重要组成部分，是培养创新人才的重要手段，是学生深入理解和巩固基础理论知识、应用所学知识解决实际问题并进行创新创造等能力培养的重要环节。安全工程作为“国家特色专业、江苏省重点专业建设点”及“卓越安全工程师教育”培养点，结合国家“双一流”建设指导意见和新时代高等教育国际合作育人的要求，安全工程专业以“厚基础、强能力、宽适应、重创新”为培养目标，制定了“特色化＋模块化＋精英化＋国际化”四化合一的全过程培养方案［6］。安全工程教学实验中心在小班化教学的基础上，依托安全工程学科丰富的教学与科研平台［7］，提出了“寓研于教”与“寓创于学”的安全工程创新人才培养新理念［8-9］，通过虚实结合的实验课程体系与科研训练一体化的实验平台，实现了理论课程与实验教学的有机融合，形成了特色鲜明的实验教学课程体系和研学一体式的教学方法，学生创新意识和创新能力的培养贯穿于安全工程实验教学的全过程，取得了良好的效果［10］。

1.2 实验教学课程体系

作为安全科学与工程“双一流”学科群的核心，安全工程重点建设“低死亡、低伤害、低排放、新工科”（三低一新）的生产与生态安全领域。安全工程实验课程体系及实验室建设以煤矿安全为背景，向公共安全、大安全的方向进行拓新发展。从创新实验课程体系、更新实验教学内容、改进实验教学模式等角度出发，对安全工程实验教学进行优化改革，构建了一个与安全工程专业培养目标相适应、以综合能力与科学素养培养为主线的“一体化、分阶段、多层次”的实验课程体系。

安全工程实验教学课程主要包括“基础实验”“专业实验（I）”及“专业实验（II）”3 个部分，针对不同层次学生共分3 个阶段分别实施，课程体系如图1 所示。

图1 实验课程体系

（1）安全基础实验主要包括“工业场所气候参数测定、通风管道中点压力的测定、有毒有害爆炸性气体浓度测定、可燃液体的闪点和燃点测定、固体可燃物引燃温度测定、材料氧指数测定、工业噪声测量与频谱分析、颜色实验和照明工程测量、救护装备综合实验、电气安全综合实验”等。通过实验使学生巩固和加深对所学基础课程理论知识理解，强化学生动手能力和分析解决实际问题的能力，为专业课学习打下基础。

（2）安全专业实验（I）是安全工程专业的专业基础实践课程，主要包括“开式标准风洞及风速测量仪表校正、闭式环形风洞及风速测量仪表校正实验系统、各类气压仪器及气压传感器检定校验、通风巷道流场测定、通风流场参数快速在线测试实验及通风断面自动测量、通风巷道摩擦阻力测定、局部阻力测定、主通风机性能测定、角联风网稳定性、巷道风量调节、通风机联合运转实验、可控循环通风模拟、矿井安全监测监控系统模拟、空调降温系统实验、矿用自动风门控制及注浆监测系统实验、安全监测监控PLC综合实验”等，通过实验使学生掌握解决煤矿安全生产所涉及的各系统测试的能力。

（3）安全专业实验（II）是具有一定科研性质的专业实验，目的在于通过实验提高学生开展创新探索的科研能力和良好的科学素养。实验内容主要包括“煤层自燃标志性气体及阻化实验、煤层自燃倾向性吸氧实验、煤与瓦斯突出参数测定实验、煤自燃绝热氧化实验、煤层瓦斯压力测定实验、瓦斯浓度测定及瓦斯爆炸实验、粉尘浓度测定、粉尘粒径分布测定、粉尘接触角测定、煤尘爆炸性鉴定实验”等。通过该类实验使学生初步了解煤矿安全领域的前沿专业问题，初步培养设计方案解决问题的能力。

教师是知识的传播者，是教育的主导者，他们的言行会对儿童产生直接影响。抗战时期的知识分子认识到教师在教育中发挥的重要作用，认为教师不仅要教育儿童，而且要训练民众、推进地方事业的发展。1938年，陈国钧在《复兴民族小学教师的责任》中提出，教师在抗战中责任重大，一是要“教育未来中国的主人翁”“中国未来的主人翁，就是现在的儿童”，二是要“训练学校所在地的民众”“要肩负起训练民众的责任”，三是要“推进当地的地方事业，以增进抗战效率”［13］。

2 实验室建设

2.1 实验室规划

图2 部分购置与自制的实验仪器装置

《中国矿业大学一流学科建设高校建设方案》中对安全科学与工程学科提出了培养世界一流安全工程新工科人才的重点建设任务，指出要创建安全、测绘、化工、管理、环境、热物理等多学科交叉融合的安全工程新工科专业，致力于培养热爱安全专业、理论基础扎实、工程实践能力强、创新创业水平高、具备国际竞争力的卓越安全工程师［11］。安全工程教学实验室的顶层设计正是以“卓越安全工程师”的培养为精准定位，结合煤矿安全背景下保持矿山安全特色、发展“大安全”的需求和趋势，以大视野、大格局、高定位、高起点、高标准为目标，通过完善实验室设施建设、改善实验环境、提升实验室服务教学科研的水平来建设一流的专业教学实验室，以此支撑和推动“双一流”学科的发展和拓新。

2.2 实验仪器

近年来，安全工程教学实验室不断加强建设、加大经费投入，不断充实和更新实验仪器设备，完善实验室配置，保障实验室的安全和仪器设备的良好运行，提升其服务于教学科研实验的能力。

安全工程实验室仪器设备的建设采取“购置与自制相结合、虚拟平台与实物相结合、教学仪器与科研仪器相结合”的模式。例如，实验课程体系中的气候参数测定、瓦斯浓度测定、瓦斯含量测定、瓦斯放散初速度测定、粉尘物性参数测定等所用标准仪器设备采用购置的方式；而用于模拟矿山通风及管网系统、通风流场粉尘浓度测定及除尘实验平台、用于模拟瓦斯爆炸的可视化平台等专用实验装置则采用自行研发的方式进行建设［12-13］，部分实验仪器装置如图2 所示。

受安全科学与工程矿山安全专业方向的制约，部分实验诸如“矿井通风阻力测定”“矿井大型通风机性能检测”“新井通风系统仿真”及“煤巷掘进综合防突”等内容是煤矿安全生产的重要内容，然而由于该类实验测试内容必须在煤矿井下现场进行，且测试周期较长。实验室条件下无法完全满足测试要求，而将学生带至井下进行教学实验也不符合煤矿的安全规定。针对这一难题，构建了以虚拟现实为手段的模拟实验平台，如图3 所示。通过在虚拟平台上进行模拟实验，完全能够使实验者掌握矿山安全专业方向模拟现场实验的全过程，保证实验教学的效果［14］。

图3 部分虚拟仿真实验教学平台

截至目前，实验室已拥有可用于教学科研的购置仪器3 260 台套、自制实验平台34 台套。通过教学与科研仪器的协调共享，提高了仪器设备的使用率，优化了实验室环境空间，为卓越安全工程师优秀人才的培养和教学科研服务提供了软硬件基础。

3 实验室安全管理

3.1 安全制度建设

实验室管理制度是确保实验室正常运行和完成实验教学目标必须遵循的规范和准则，加强实验室管理制度建设是实验室管理科学化、规范化的必要条件，也是一流学科和一流实验室的重要体现。由于高校实验室具有危险源种类多、人员流动性大的特点，实验者安全意识淡薄、操作不规范是各类实验室安全事故的主要诱因，加强实验室安全建设是提高人员安全意识、预防和减少实验室安全事故的重要途径之一［15］。为此，中国矿业大学实验室基于自身定位、专业方向和实验体系，构建了《中国矿业大学实验室安全管理办法（中矿大［2015］33 号）》，制定了所有实验教学仪器的使用操作步骤及安全注意事项，编制了安全工程专业实验教材。强化实验室的安全检查与监督，通过对学生进行宣传教育，提高其实验的安全防范意识。

3.2 安全管理

（1）风险程度评估。掌握实验室的危险源对于实验室的管理具有重要意义［16］。安全工程实验室部分实验由于涉及瓦斯等易燃易爆气体，其对该区域设备的电气安全性能具有更高的要求。为此，安全实验室通过对不同实验区域进行功能划分，采取隐形风险进行区域化管理。使用Delphi和CVM组合赋权的方式对不同量纲指标进行最优权重分析，使用ALARP进行风险分级划分并建立风险矩阵，实现了涉气类实验室复杂安全问题的定量分析［17］。

（2）安全准入制度。准入制度是实验室安全管理的重要组成部分，获得实验室准入证明是实验者具有一定安全认知资格的体现，也是实验室安全的基本保障之一。通过实施安全准入制度的实验室安全培训，签署实验安全承诺书、安全责任书、危险物品使用备案表等，促使实验人员深入认识实验室的危险源，强化个人的防护技巧，了解实验室安全管理要求和制度，提高安全意识，规范实验操作，从而减少实验室安全事故的发生。

（3）安全设施及监控。高校教学科研工作的正常进行离不开实验室，实验室正成为知识和技术高度集中的区域，构建软硬件设施来进行实验室的安全监管显得至关重要。安全工程专业实验室在对各区域进行功能划分和涉气区域危险性评价的基础上，所有涉气区域采用标准化的气路输送，所有涉气实验要求实验者必须穿防静电实验服、佩戴护目镜及手套等防护用品。为了便于监管，所有实验室均安装了门禁和视频监控，确保了实验室安全准入制度执行到位。

4 结 语

实验室的建设、管理与运行是一项系统工程，实验室的建设只有与专业培养目标相适应、与实验课程体系相匹配、与专业背景相结合，才能更好地体现实验室的特色，更好的发挥实验室在创新人才培养中的积极作用。安全科学与工程专业以“厚基础、强能力、宽适应、重创新”为培养目标，实验教学以“特色化＋模块化＋精英化＋国际化”四化合一的全过程培养方案为基础，通过创新虚实结合的实验课程体系、完善实验室设施建设、改善实验环境、强化安全防护装备及管理制度，提升了实验室服务教学科研的水平，推动了我校双一流建设工作的进程。