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

（江蘇師范大學機電工程學院，江蘇徐州221116）

0 引 言

2017年2 月以來，教育部根據國民經濟和社會發展的新需求，積極在全國高校范圍內推進新工科建設。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”建設的號角已經吹響［1-2］。

機械制造業作為國民經濟的重要基礎產業，在新的需求下面臨許多新的挑戰，機械學科理所應當成為新工科建設中的重要組成部分。機械學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的機械類實驗室安全管理區別巨大，其安全管理的新機制亟待探索和完善。

1 新工科建設特點

自2016 年“新工科”的概念產生以來，學者們圍繞新工科的衍生背景、實踐意義以及人才培養內涵等進行多視角討論，對于新工科的基本范疇已經形成了共識。“新工科”既對應云計算、智能制造、機器人等新興產業，也包括對傳統工科專業的升級和改造［3-4］。新工科建設主要有如下特點。

（1）理念新。傳統的工科教育是以社會產業結構和其需求為出發點，為社會培養專業技術人才。①新工科則強調走出社會觀念的局限，新工科教育不僅要能夠支撐產業轉型升級，還要能夠催生新技術、孕育新產業，強調超前意識和前沿技術，從單純的服務于產業，到引領未來產業變革。②新工科是一次人才培養理念的變革。新工科教育是構建對學生進行全周期、多方位培養格局的嘗試，注重對工科學生創新能力、系統觀、領導力、開放視野以及綜合素質的培養。③新工科又是一次學科調整思路的變革。教育部高等教育司司長張大良在《新工科建設的六個問題導向》一文中強調，要問產業需求建專業，問技術發展改內容，問學校主體推改革，問學生志趣變方法，問內外資源創條件，問國際前沿立標準［5-6］。可見，新工科的理念新還在于其“動態”變革。

（2）結構優。學科建設要符合社會發展的需求，目前，社會發展對制造業提出的新要求：①從需求端看，消費者要求產品更加豐富多元，定制化生產成為更多客戶的新需求；②從供給端看，生產商需要不斷進行技術創新，在滿足客戶需求的基礎上實現生產的智能化、集成化，以求降低生產成本；從國家發展戰略角度來看，制造業的發展要從規模、速度的發展軌道轉向質量、效益的發展軌道，從高速發展向高質量發展轉變。制造業的發展對大學生的培養提出了新的要求，工科學生需要擁有更加全面的知識結構。新工科建設中，學科的結構要打破傳統的知識架構使學科建設更加符合社會和學生發展的需求。

（3）融合高。新工科是科學、應用科學、工程科學和工程實踐的創新與進步、不同學科交叉與交融，所形成的新興工程學科或領域、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邊界，打破學科藩籬，優化專業結構，加速學科交叉融合，以實踐和應用為目標，注重全過程的培養等。其次，學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計。新課程的出現也將是新工科學科融合的重要特征。

（4）更新快。隨著社會經濟的發展，人們對物質和文化追求將不斷增長，新工科作為催生新技術、孕育新產業、推動新變革的力量，其自身的發展必須要迅速。而某些領域新技術的不斷涌現，必將牽動新工科在相關領域的探索和發展。最后，受傳統學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科的發展方向

2.1 學科升級持續推進

《中國制造2025》指出，我國機械工業在自主創新能力、資源利用效率、產業結構水平、信息化程度、質量效益等方面與世界先進水平差距明顯，轉型升級和跨越發展的任務緊迫而艱巨。

未來機械設備的發展可以總結為幾個趨勢：①功能強大、尺寸極小，機械設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適應能力越來越強，未來在太空、深海、極寒、極熱等環境中工作的機械設備將越來越多，這些趨勢對機械設備的設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的發展趨勢，這對機械設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，機械學科需要適應機械工業發展趨勢的需求，催生新技術、支撐產業升級、孕育新產業。機械學科的“學科擴展”勢在必行［10］。

2.2 不同學科深度融合

近日，國務院辦公廳印發的《關于機械工業調結構促轉型增效益的指導意見》中明確要求“加快實現機械工業由大變強”。在政策和社會發展的引導下，以機器人、智能制造、數控技術等為特征的機械裝備制造業日新月異，技術融合、產業融合、管理融合進一步加強。傳統的機電液控制將向通信技術、人工智能、生命科學、仿生機械等領域發展，傳統的機械設計、機械制造、機械理論將無法滿足未來機械學科的發展，學科交叉融合將進一步增強。

2.3 學科分支不斷衍生

第一次工業革命催生了機械學科的誕生，第二次工業革命的出現，使得機械呈現出了高速化、精密化、輕量化、自動化的發展方向，機械設計學、機械強度學、機械制造工藝學、液壓傳動學等學科分支形成［11］。20世紀五六十年代，第三次技術革命使機械理論得到了飛躍式發展，摩擦學、機械電子學、機器人等分支誕生并發展。隨著智能制造、機器人、互聯網甚至是大數據的發展，機械學科將產生大量值得研究并發展的領域，新的學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特點

3.1 實驗室功能趨向多元

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

3.2 實驗室共享度高

新工科背景下，學科交叉將成為“新常態”，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對象。比如生物學研究中的生物摩擦學、語言學中的神經語言學，傳統的生物學和語言學實驗室就難以滿足學科發展的需求。此外，在教學和科研中，實驗室積累大量的科研和管理數據，這些數據往往得不到有效利用，未來隨著學科的發展和交融，實驗室產生的大量實驗數據也將成為寶貴財富，實驗數據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。

3.3 產業結合緊密

目前，大部分高校的機械類實驗室主要功能是承擔教學和科研任務，其中教學任務為主。在新工科背景下，高校實驗室將承擔更多催生新技術，支撐產業升級的任務。高校實驗室與產業的結合將更加緊密，來自企業和科研單位的研究人員將帶著生產一線的“課題”到高校實驗室學習和研究，高校實驗室也將真正成為新技術研發的“溫床”。

3.4 實驗室設備更新加速

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

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］。根據新工科背景下機械類實驗室的建設特點，實驗室的安全管理將發生新的變化，人、財、物的安全管理仍需加強，數據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。

4.1 實驗室安全教育面臨新挑戰

目前，高校開展實驗安全教育大多是以專業或者班級為單位開展，安全教育的主要形式以指導教師或管理人員講授，學生參加安全知識考核等傳統方式為主。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、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違章行為，隨堂安全教育和現有管理模式面臨較大挑戰。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，應對新挑戰。

4.2 實驗設備安全隱患增多

高校師生在進入實驗室實驗之前，除學習安全知識以外，還要熟悉實驗設備性能和技術管理規范，掌握實驗設備操作規程。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、科研等單位的人員都將進入高校實驗室，傳統的安全培訓方式方法很難滿足實驗室開放的現實要求。新工科建設背景下，實驗室高精尖設備臺套數增加，對操作規范的要求也將更高，但實驗人員的職業道德、安全意識、專業技能存在千差萬別，實驗室安全隱患急劇增加，實驗設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、創造性和綜合性。實驗人員對實驗結果的預判會存在偏差，不可預期的實驗結果極有可能對實驗設備造成損害。CAD／CAM／CAE／CAPP實驗室還面臨病毒入侵等風險。

4.3 物品安全管理需要進一步規范

2018 年12 月，北京某高校市政與環境工程實驗室進行垃圾滲濾液污水處理科研實驗時發生爆炸，3名參與實驗的研究生不幸遇難。涉事實驗室內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、出庫要更加規范，危險品購買、使用要更加專業，物品存放、管控要更加科學。由于實驗室開放力度加大，出入實驗室的人數更多，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

實驗數據是實驗人員基于試驗收集的重要信息，是實驗教學和科學研究的重要研究對象，具有極強的知識產權特征。隨著實驗室開放，使用率增高，實驗室將產生大量的實驗數據，這些數據通常直接存儲在實驗設備內。由于實驗室的開放性，一些數據可能會被其他使用者無意間破壞或者惡意篡改。隨著企業、科研院所、高校等科研人員的廣泛進入，高校實驗室將產生大量涉密數據，很多用戶信息被記錄。如何保護用戶信息，防范實驗數據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特點和管理要求的基礎上，擬從安全理念、管理機制、信息化建設、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

傳統實驗室安全教育通常只圍繞本次實驗相關的工藝、技術、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”轉變［13］。轉變強化新理念，①改進工作方式和方法，注重團隊精神的培養，力爭讓所有與實驗室安全相關的人員都能樹立科學的安全理念，養成良好的安全習慣，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合。實驗室安全不僅關系個人事業發展、家庭幸福，還對國家發展、社會穩定有重大影響。

新工科背景下機械類實驗室將面臨更加復雜的安全環境，只有轉變理念從源頭開始預防，科學、嚴謹、理性、細致的控制每一個環節，才能實現本質安全，杜絕一切事故的發生。

5.2 探索安全管理新機制

新工科建設背景下，學科交叉融合度進一步提升，實驗室資源開放及設備共享力度加大，實驗室的安全管理需要更專業、系統、精細。當前，很多高校在相關安全法規政策的指導下，結合校情建立權責分明的高校實驗室安全管理領導體制，成立安全管理隊伍。但是，安全管理團隊缺少專業、系統的安全知識培訓，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和管理，亟須一支適應新形勢要求的安全管理團隊。依靠“專兼并重”的組織辦法，建設一支整體素質高、技術能力強的安全技術專家隊伍。即在不改變原有工作體系、人事制度的基礎上，加強專職安全管理隊伍的培訓，同時選拔有擔當、敢作為、愛奉獻、善溝通，專業技術扎實且實踐經驗豐富的專任教師、實驗教師參與安全管理工作，遴選品學兼優的大學生組建實驗室安全管理學生隊伍，參與安全監督工作。不改變原有工作體系和人事制度，最大限度保證隊伍結構的穩定性、合理性；專職安全管理隊伍培訓注重安全管理技術和水平的提升；實驗室安全管理學生隊伍，不僅起到內部監督警示作用，還能帶動身邊人關注實驗室安全。

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，還容易出現管理失誤［14-15］。新工科背景下的實驗室建設、管理需要開發建設信息化系統。信息化系統集安全教育、使用管理、設備維護、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，線上學習通識類安全教育課程，考核合格后方可提出實驗申請預約；學習準入類安全教育課程并通過考核后可以預約實驗；學習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。

實驗設備和物品的使用，用戶通過系統手機端APP掃碼獲得，系統會對設備和物品的使用生成日志，記錄實驗設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，系統將關閉該用戶的賬號并記入個人實驗電子檔案。此外，針對實驗數據安全，信息化系統施行實驗數據密級分類管理。用戶開展實驗前可根據自己保密需求選擇不同等級的密級，系統為不同密級的實驗提供對應的數據密級保護。

5.4 開發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實驗資源的更新換代，大大減少學校實驗成本；實驗人員不僅可以通過互聯網隨時隨地進入虛擬仿真實驗系統，還可以通過網絡平臺共享實驗、協同工作，進而實現復雜困難實驗的異地分布式多人協同作業；由于大型機械設備的虛擬化，實驗人員可輕松觀察其內部結構及工作過程，進而提高了實驗的安全性。

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

因此，建設基于互聯網技術的虛擬仿真實驗資源并在線開放，可有效推進高新技術融入實驗教學，進而拓展實驗教學的廣度和深度、延伸實驗教學的時間和空間，改進現有實驗教學方法，大大降低實驗安全事故的發生，提高實驗室的安全程度。

6 結 語

隨著新工科建設的發展，機械類學科將迎來發展的新機遇，實驗室建設步伐也會相應加快。新工科背景下機械類實驗室的安全管理較傳統機械類實驗室將發生較大變化。為了應對這種變化，高校實驗室工作人員必須盡快適應新環境，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，以實現實驗室安全管理工作的規范化、制度化和信息化。