新工科背景下高校机械类实验室安全管理机制探究

邵明辉， 张嘉鹭， 侯秀杰

（江苏师范大学机电工程学院，江苏徐州221116）

0 引 言

2017年2 月以来，教育部根据国民经济和社会发展的新需求，积极在全国高校范围内推进新工科建设。2018 年3 月，教育部办公厅公布了首批612 个“新工科”研究与实践项目，“新工科”建设的号角已经吹响［1-2］。

机械制造业作为国民经济的重要基础产业，在新的需求下面临许多新的挑战，机械学科理所应当成为新工科建设中的重要组成部分。机械学科的新探索必将带来高校机械类实验室的新变革。面对新的实验需求，新工科背景下机械类实验室的安全管理与传统的机械类实验室安全管理区别巨大，其安全管理的新机制亟待探索和完善。

1 新工科建设特点

自2016 年“新工科”的概念产生以来，学者们围绕新工科的衍生背景、实践意义以及人才培养内涵等进行多视角讨论，对于新工科的基本范畴已经形成了共识。“新工科”既对应云计算、智能制造、机器人等新兴产业，也包括对传统工科专业的升级和改造［3-4］。新工科建设主要有如下特点。

（1）理念新。传统的工科教育是以社会产业结构和其需求为出发点，为社会培养专业技术人才。①新工科则强调走出社会观念的局限，新工科教育不仅要能够支撑产业转型升级，还要能够催生新技术、孕育新产业，强调超前意识和前沿技术，从单纯的服务于产业，到引领未来产业变革。②新工科是一次人才培养理念的变革。新工科教育是构建对学生进行全周期、多方位培养格局的尝试，注重对工科学生创新能力、系统观、领导力、开放视野以及综合素质的培养。③新工科又是一次学科调整思路的变革。教育部高等教育司司长张大良在《新工科建设的六个问题导向》一文中强调，要问产业需求建专业，问技术发展改内容，问学校主体推改革，问学生志趣变方法，问内外资源创条件，问国际前沿立标准［5-6］。可见，新工科的理念新还在于其“动态”变革。

（2）结构优。学科建设要符合社会发展的需求，目前，社会发展对制造业提出的新要求：①从需求端看，消费者要求产品更加丰富多元，定制化生产成为更多客户的新需求；②从供给端看，生产商需要不断进行技术创新，在满足客户需求的基础上实现生产的智能化、集成化，以求降低生产成本；从国家发展战略角度来看，制造业的发展要从规模、速度的发展轨道转向质量、效益的发展轨道，从高速发展向高质量发展转变。制造业的发展对大学生的培养提出了新的要求，工科学生需要拥有更加全面的知识结构。新工科建设中，学科的结构要打破传统的知识架构使学科建设更加符合社会和学生发展的需求。

（3）融合高。新工科是科学、应用科学、工程科学和工程实践的创新与进步、不同学科交叉与交融，所形成的新兴工程学科或领域、新范式和新工科教育等综合概念［7-9］。新工科要求高校重新审视专业边界，打破学科藩篱，优化专业结构，加速学科交叉融合，以实践和应用为目标，注重全过程的培养等。其次，学科的交融必定带来课程的交融，因此新工科还要求对课程的边界进行再设计。新课程的出现也将是新工科学科融合的重要特征。

（4）更新快。随着社会经济的发展，人们对物质和文化追求将不断增长，新工科作为催生新技术、孕育新产业、推动新变革的力量，其自身的发展必须要迅速。而某些领域新技术的不断涌现，必将牵动新工科在相关领域的探索和发展。最后，受传统学科不断升级和改造的影响，新工科将得到不断地扩展和延伸。

2 新工科背景下机械类学科的发展方向

2.1 学科升级持续推进

《中国制造2025》指出，我国机械工业在自主创新能力、资源利用效率、产业结构水平、信息化程度、质量效益等方面与世界先进水平差距明显，转型升级和跨越发展的任务紧迫而艰巨。

未来机械设备的发展可以总结为几个趋势：①功能强大、尺寸极小，机械设备的功能将越来越强大，而其中零部件则会越来越小，越来越精密；②适应能力越来越强，未来在太空、深海、极寒、极热等环境中工作的机械设备将越来越多，这些趋势对机械设备的设计和制造提出了更加苛刻的要求；③越来越智能，智能制造将成为制造业的发展趋势，这对机械设备的信息化和智能化程度提出了更高的要求。新工科背景下，机械学科需要适应机械工业发展趋势的需求，催生新技术、支撑产业升级、孕育新产业。机械学科的“学科扩展”势在必行［10］。

2.2 不同学科深度融合

近日，国务院办公厅印发的《关于机械工业调结构促转型增效益的指导意见》中明确要求“加快实现机械工业由大变强”。在政策和社会发展的引导下，以机器人、智能制造、数控技术等为特征的机械装备制造业日新月异，技术融合、产业融合、管理融合进一步加强。传统的机电液控制将向通信技术、人工智能、生命科学、仿生机械等领域发展，传统的机械设计、机械制造、机械理论将无法满足未来机械学科的发展，学科交叉融合将进一步增强。

2.3 学科分支不断衍生

第一次工业革命催生了机械学科的诞生，第二次工业革命的出现，使得机械呈现出了高速化、精密化、轻量化、自动化的发展方向，机械设计学、机械强度学、机械制造工艺学、液压传动学等学科分支形成［11］。20世纪五六十年代，第三次技术革命使机械理论得到了飞跃式发展，摩擦学、机械电子学、机器人等分支诞生并发展。随着智能制造、机器人、互联网甚至是大数据的发展，机械学科将产生大量值得研究并发展的领域，新的学科分支也必将随之诞生。

3 新工科背景下机械类实验室的建设特点

3.1 实验室功能趋向多元

传统机械类实验室，如液压与气动、机械设计、数控加工、公差配合与测量技术等实验室功能单一，只能承担某一项教学或科研任务，随着机械工业的发展，未来行业所需人才将是掌握计算机、智能制造、机器人、自动控制、通信、材料等知识的复合型人才。高校机械类实验室将建设成门类齐全，功能多元的现代化实验室。为充分利用实验室资源，提高使用效益，实验室和设备功能的多元化将成为未来实验室发展的趋势。

3.2 实验室共享度高

新工科背景下，学科交叉将成为“新常态”，机械类实验室的使用者将不仅仅局限于机械类师生，其他理工科师生甚至文科师生也将成为机械类实验室的服务对象。比如生物学研究中的生物摩擦学、语言学中的神经语言学，传统的生物学和语言学实验室就难以满足学科发展的需求。此外，在教学和科研中，实验室积累大量的科研和管理数据，这些数据往往得不到有效利用，未来随着学科的发展和交融，实验室产生的大量实验数据也将成为宝贵财富，实验数据共享将成为机械类实验室共享的重要途径。高校实验室开放共享将拓展到企业和科研单位，外单位科研人员进入高校实验室也将成为常态。

3.3 产业结合紧密

目前，大部分高校的机械类实验室主要功能是承担教学和科研任务，其中教学任务为主。在新工科背景下，高校实验室将承担更多催生新技术，支撑产业升级的任务。高校实验室与产业的结合将更加紧密，来自企业和科研单位的研究人员将带着生产一线的“课题”到高校实验室学习和研究，高校实验室也将真正成为新技术研发的“温床”。

3.4 实验室设备更新加速

目前，很多高校的机械类实验室，尤其是承担教学任务的实验室，设备陈旧，很多实验设备的“年龄”要超过学生的年龄，学生围绕着一批“古董”开展实验。实验设备故障频发，实验效果差强人意，学生实践积极性不高。此外，由于设备陈旧功能落后，很多实验项目尤其是创新实验无法完成。新工科背景下，高校实验室不仅要满足大学生学习新知识的需求，还将承担更多的科研任务，实验设备的更新换代将大幅度加速。

4 新工科背景下机械类实验室安全管理要求

实验室管理工作中安全是底线，我们一定要守住这个底线［12］。根据新工科背景下机械类实验室的建设特点，实验室的安全管理将发生新的变化，人、财、物的安全管理仍需加强，数据安全将成为实验室安全管理的重要组成部分。随着“新工科”建设的深入推进，高校机械类实验室的安全管理将面临新的挑战。

4.1 实验室安全教育面临新挑战

目前，高校开展实验安全教育大多是以专业或者班级为单位开展，安全教育的主要形式以指导教师或管理人员讲授，学生参加安全知识考核等传统方式为主。新工科背景下实验室的功能趋向多元化、共享化，实验室将同时面向不同的单位开放，实验人员也不再以班级为单位整建制出入实验室，过去以专业、班级为单位的安全教育显然不能满足未来实验室安全教育的需求。此外，由于实验室开放力度增大，课后进入实验室开展实验的师生人数也将随之增加，加之部分人员在实验过程中，存在不遵守管理制度、不按要求操作等故意违规违章行为，随堂安全教育和现有管理模式面临较大挑战。因此，新工科背景下，实验室“人”的安全问题将更加突出，实验室安全教育急需探寻新举措，应对新挑战。

4.2 实验设备安全隐患增多

高校师生在进入实验室实验之前，除学习安全知识以外，还要熟悉实验设备性能和技术管理规范，掌握实验设备操作规程。实践中很多高校采用实验室准入制度，对进入实验室的人员进行实验操作规程和安全知识测试，只有达到测试要求才准许进入实验室实验。但是，随着实验室开放共享程度的不断提高，高校以外的企业、科研等单位的人员都将进入高校实验室，传统的安全培训方式方法很难满足实验室开放的现实要求。新工科建设背景下，实验室高精尖设备台套数增加，对操作规范的要求也将更高，但实验人员的职业道德、安全意识、专业技能存在千差万别，实验室安全隐患急剧增加，实验设备自身的安全将会受到更大的威胁。此外，科研实验具有极强的探索性、创造性和综合性。实验人员对实验结果的预判会存在偏差，不可预期的实验结果极有可能对实验设备造成损害。CAD／CAM／CAE／CAPP实验室还面临病毒入侵等风险。

4.3 物品安全管理需要进一步规范

2018 年12 月，北京某高校市政与环境工程实验室进行垃圾渗滤液污水处理科研实验时发生爆炸，3名参与实验的研究生不幸遇难。涉事实验室内随意堆放了大量的水泥、镁粉、磷酸、磷酸钠、催化剂等。这些物品的随意堆放，不仅产生安全隐患而且影响了实验室人员的安全撤离。惨痛的事实告诉我们，实验室“物”的规范管理不容忽视。

新工科背景下实验室的功能更加多元，实验设备更新加快，维保用品种类繁多，实验耗材用量增加，实验室“三废”问题日益突出，这对实验室物品的管理提出了更高要求。实验耗材入库、出库要更加规范，危险品购买、使用要更加专业，物品存放、管控要更加科学。由于实验室开放力度加大，出入实验室的人数更多，流动性更强，出入实验室的时间更加灵活，实验室“物”的管理将面临更多新问题，实验室安全将增加新隐患。

4.4 信息安全成为重要组成部分

实验数据是实验人员基于试验收集的重要信息，是实验教学和科学研究的重要研究对象，具有极强的知识产权特征。随着实验室开放，使用率增高，实验室将产生大量的实验数据，这些数据通常直接存储在实验设备内。由于实验室的开放性，一些数据可能会被其他使用者无意间破坏或者恶意篡改。随着企业、科研院所、高校等科研人员的广泛进入，高校实验室将产生大量涉密数据，很多用户信息被记录。如何保护用户信息，防范实验数据的泄漏将成为实验室安全保护工作的重点。因此，实验室信息安全将成为新工科背景下高校实验安全管理面临的新问题。

5 新工科背景下机械类实验室安全管理机制

在分析新工科背景下机械类实验室建设特点和管理要求的基础上，拟从安全理念、管理机制、信息化建设、虚拟仿真资源四个方面着手，探索高校机械类实验室安全管理的新机制。

5.1 强化实验室安全新理念

传统实验室安全教育通常只围绕本次实验相关的工艺、技术、操作等问题开展，对安全原理、理念却很少涉及。安全教育是单次的、短暂的，缺少系统性和主动性。较多的实验人员和实验室管理员认为实验室安全事故是不可避免的，其影响单一且短暂。普遍存在实验室安全事故的发生概率只能降低，而不能绝对避免的错误思想，对实验室安全认识明显不足，缺少“一切事故都可以避免”的新思维、新理念。

新工科背景下的实验室安全工作，要让实验室安全理念从“要我安全”向“我要安全”“我能安全”转变［13］。转变强化新理念，①改进工作方式和方法，注重团队精神的培养，力争让所有与实验室安全相关的人员都能树立科学的安全理念，养成良好的安全习惯，掌握扎实的安全技能，并积极投身于安全工作。在保证自身安全、设备安全的同时，提醒身边人员注意安全。②将安全教育与个人成长和国家安全紧密结合。实验室安全不仅关系个人事业发展、家庭幸福，还对国家发展、社会稳定有重大影响。

新工科背景下机械类实验室将面临更加复杂的安全环境，只有转变理念从源头开始预防，科学、严谨、理性、细致的控制每一个环节，才能实现本质安全，杜绝一切事故的发生。

5.2 探索安全管理新机制

新工科建设背景下，学科交叉融合度进一步提升，实验室资源开放及设备共享力度加大，实验室的安全管理需要更专业、系统、精细。当前，很多高校在相关安全法规政策的指导下，结合校情建立权责分明的高校实验室安全管理领导体制，成立安全管理队伍。但是，安全管理团队缺少专业、系统的安全知识培训，部分安全管理人员仅具备通识类实验室安全知识，安全管理力量仍需加强。

新工科背景下的实验室建设和管理，亟须一支适应新形势要求的安全管理团队。依靠“专兼并重”的组织办法，建设一支整体素质高、技术能力强的安全技术专家队伍。即在不改变原有工作体系、人事制度的基础上，加强专职安全管理队伍的培训，同时选拔有担当、敢作为、爱奉献、善沟通，专业技术扎实且实践经验丰富的专任教师、实验教师参与安全管理工作，遴选品学兼优的大学生组建实验室安全管理学生队伍，参与安全监督工作。不改变原有工作体系和人事制度，最大限度保证队伍结构的稳定性、合理性；专职安全管理队伍培训注重安全管理技术和水平的提升；实验室安全管理学生队伍，不仅起到内部监督警示作用，还能带动身边人关注实验室安全。

5.3 加强实验室管理信息化

提升信息化程度是新工科背景下实验室发展的必然要求，也是实验室安全的重要保障。目前，大部分实验室的使用和管理均依托实验工作人员，不但效率低，还容易出现管理失误［14-15］。新工科背景下的实验室建设、管理需要开发建设信息化系统。信息化系统集安全教育、使用管理、设备维护、人机档案管理等功能为一体。管理端由实验室管理人员控制，使用端面向用户开放。用户申请开展实验前，首先实名注册账号，线上学习通识类安全教育课程，考核合格后方可提出实验申请预约；学习准入类安全教育课程并通过考核后可以预约实验；学习专项类安全教育课程后，提交实验方案、计划，通过管理方审核后，获得实验室准入电子证书方可开展实验。

实验设备和物品的使用，用户通过系统手机端APP扫码获得，系统会对设备和物品的使用生成日志，记录实验设备和物品的使用和借用信息。如果用户在使用过程中存在失信等行为，系统将关闭该用户的账号并记入个人实验电子档案。此外，针对实验数据安全，信息化系统施行实验数据密级分类管理。用户开展实验前可根据自己保密需求选择不同等级的密级，系统为不同密级的实验提供对应的数据密级保护。

5.4 开发完善虚拟仿真实验资源

目前，虚拟仿真实验资源深受高校和科研单位的青睐。虚拟仿真实验资源不会产生任何原材料消耗及机器损耗，使用后期只需少量投入就可实现实验资源的更新换代，大大减少学校实验成本；实验人员不仅可以通过互联网随时随地进入虚拟仿真实验系统，还可以通过网络平台共享实验、协同工作，进而实现复杂困难实验的异地分布式多人协同作业；由于大型机械设备的虚拟化，实验人员可轻松观察其内部结构及工作过程，进而提高了实验的安全性。

以数控加工实验为例，虚拟仿真实验资源可以深度模拟机床设备的运输、安装、调试、维护，机械零件的运动、刀具切削工件等产生的振动和噪声等，以及机床在非正常工作状态下的碰撞、切割、故障等不可及、不可逆的工况，达到了良好的教学效果。

因此，建设基于互联网技术的虚拟仿真实验资源并在线开放，可有效推进高新技术融入实验教学，进而拓展实验教学的广度和深度、延伸实验教学的时间和空间，改进现有实验教学方法，大大降低实验安全事故的发生，提高实验室的安全程度。

6 结 语

随着新工科建设的发展，机械类学科将迎来发展的新机遇，实验室建设步伐也会相应加快。新工科背景下机械类实验室的安全管理较传统机械类实验室将发生较大变化。为了应对这种变化，高校实验室工作人员必须尽快适应新环境，不断加强对实验室安全的研究。高校需要在实验室安全管理方面给予更多人力、财力、物力和智力支持，以实现实验室安全管理工作的规范化、制度化和信息化。