中外高校力学实验室管理体系分析与探讨

黄 凯， 尹 颢， 何 勇

（武汉大学土木建筑工程学院，武汉430072）

0 引 言

力学学科实验正在经历由基础性到多样性、交叉性和前沿性的转型［1］。实验对象涉及更多新型材料，如仿生、智能材料等；实验方法呈现多样化的发展，如电测、光测、智能识别等方法；技术手段不断革新，如虚拟仿真和5G 技术等；实验设备更加智能和专业［2-3］。这些转变给力学实验室的管理工作带来了新的挑战。①力学实验室的科教活动类型在增加，管理内容需要及时有效地处理，运行效率亟待提高［4-5］。②更多不同层次的相关学科人员参与进来，他们对力学实验了解程度不同，这对于精细化的管理造成了难度。③仪器设备种类和使用量的增加也带来了潜在的安全隐患［6］，实验室管理标准需要进一步提高。为了应对这些转变，实现高效、精细和安全的管理，探访了法国、香港等地知名高校，总结其实验室管理体系特点，并针对目前国内力学实验室管理普遍存在的问题，结合力学学科发展目标，对力学实验中心的管理进行了实践探索。

1 国内外力学相关实验室管理体系特点

1.1 香港地区部分院校实验室的管理特点

香港高校力学相关的实验室，如香港科技大学机械与航天工程系（MAE）和先进制造研究所（AEMF）以及香港理工大学机械工程系（ME）等，建立了独具特色的管理体系［7-8］，在宏观上自由开放，微观上精细多元，为学科发展起到了良好的服务作用，其主要特点有：

（1）管理体系分级模块化嵌入校级体系，相对独立灵活，时效性强。“子模块”中的具体细项，如科室管理方案、设备管理制度等可自主定制，以发挥学科优势培养高素质人才。管理工作“由繁入简”，包括实验教学安排、设备采购、配件更新可以直接由学科团队论证，之后提交备案即可，提升了实验室的运行效率。

（2）室内活动规范化，学生和实验员犹如在不同轨道的高速列车，按既定路线有条不紊地行驶。实验室利用OA-STU管理信息系统，对相关学科的学生开放，激活学生卡实验权限（门禁和设备使用等），预约和使用设备都必须登记授权，使用情况记录在案，做到了“规范操作，有问必查，查必有方”。

（3）实验室设计专业化。通风管道、照明和消防喷头等集成吊顶，并分区块布置；提示标牌分类上墙；功能区合理分布，辅助配件和物品等紧凑地排列在四周，仪器设备放置在室中并预留操作空间；实验员工作区通过玻璃隔断与试验区紧密连接，方便工作与监管，具体细节可见图1。

（4）监管制度严密高效。仪器设备预约及使用、各类人员职责等条例被导入系统。学生在从事室内活动时若出现违反条例的情况，实验员立即发送处理邮件并暂停其使用权限，相关人员按时执行并反馈后，才可继续使用设备。

图1 香港高校部分实验室环境

1.2 法国部分实验室安全管理特色

法国高等科技学院（ENSTA ParisTec h）的管理体系秉持“保障供给、联动输出”的理念，减少重复性行政事务，重视科研产出，持续强化实验室安全管理，拥有适度优化的硬件系统，其特色有：

（1）不同类型科室将危险源分类，并设置处理办法。如固体力学实验室（Laboratoire de Mécanique des Solides，LMS）入室通道有防盗感应区和洁净区，大门两侧都有很明显的标牌，一侧介绍室内的科研成果、大型仪器和入室规则，另一侧公开室内危险源和安全事项，并附有紧急处理办法和联系方式。

（2）室内划分实验区和辅助功能区，合理利用空间，例如定制插座立桩和沿墙插座，布置于大型仪器周围，避免了使用时电线分布杂乱而产生的用电安全问题，使用后将所有接线放置于靠墙收线板；大型仪器配备专业可移动辅助台，使用时移动到指定地点，使用后可规范收纳，具体环境见图2。

（3）仪器设备在使用前，必须经过实验员考核，从而防止了人为干扰。仪器设备配备有提醒装置，学生使用完后若在一定时间内没有按规范关闭设备或者完成记录，该装置将响起提示音，辅助约束学生遵循室内规范，让实验室的安全系数得到提高。

2 力学实验室管理的普遍问题与思考

随着高校科研项目的增多，实验室的开放程度加大，入室开展课题的人员日益增多［9］。与此同时，实验室的管理出现了一些普遍的问题，主要表现为管理体系缺乏合理规划，组织机构松散，导致管理分工和责任不明确，具体表现在：

图2 法国高等科技学院部分实验室内细节

（1）管理体系不严密，制度执行程度不够，缺乏有效监管，在后期运营时，出现人浮于事的现象，造成管理上的松懈和资源的浪费；

（2）由于力学学科实验涉及的领域的扩大，特别是基础力学实验课程，包含机械、土木、电气、水利水电等多个学科［10-11］，还有特色培养计划的实行，如卓越计划中的实验教学改革［12］，传统管理制度在合理性、针对性和有效性上无法满足实验的客观要求，影响了课堂教学的效果［13］；

（3）缺乏专业的管理团队和专职实验管理员，学校投入资源不足，导致实验室日常管理、实验培训、仪器维护等难以满足日益增长的实验管理需求［14-15］；

（4）管理细节监控不到位，存在实验室安全、人员安全和仪器设备安全等安全隐患［16］。

针对这些问题，实验室在规划阶段应有前瞻性，考虑学科发展方向，搭建好管理体系构架，采用切实有效的方案严格执行。管理体系需要充分适应本地“水土”，即融入国内高校体制下的运作条件和各方面环境。生搬硬套虽然在短期内会有一定的效果，但也会造成一些矛盾和负担，长远上不利于学科发展。根据现有资源和学科发展的需要“量体裁衣”，不能为了节省开支而忽略细节，也不可急于求成。因此可以从管理要素入手，搭建即时有效的管理框架，分清各类人员职责，完善管理制度和监督手段，建设专业的实验室管理队伍和科学化的场地，在管理细节上形成“主动防护、辅助监管”的机制。

3 力学实验室管理的实践举措

基于以上考察分析，力学实验中心以力学学科前沿的发展与突破为目标，充分吸取先进实验室的管理经验，强调科教结合和高端科研人才的培养，对实验室管理体系进行了以下初步的探索。

3.1 管理框架的搭建——实现实验过程监管

实验中心设有专门组织机构包括管理团队和学术团队，设置实验员和安全负责人，体系清晰，各级责任明确，形成“信息系统－人员职责－程序处理”的管理框架，建立了信息化闭环OA管理模式，实验员可通过手机一键掌控实验室运行状况。以具体实验为例，学生在手机上申请预约设备，实验员审核试验内容，在系统上安排培训时间，并激活入室门禁、设备使用等权限。随后学生在系统上观看设备操作培训，管理员安排操作考试，通过后在预定时间内使用设备。每台设备的使用记录都自动导入到设备管理数据库，使用过程中遇到问题，系统自动检测并通知管理员。有违反规定情况（如设备操作不当、未归还工具等），管理员通过邮件通知学生按规定处理，出现多次违反情况，则由实验员在系统上备注，并限制相应权限，具体流程和操作界面见图3。这种体系解决了监管不力或者有制度不执行的情况，避免了依赖学生或实验管理员上报、管理滞后和信息不畅等缺点，确保了监管工作的实效性和数据收集的准确性。

图3 实验过程管理流程图和手机端界面

3.2 实用性管理制度的定制和持续优化

实验室管理制度由中心组织机构统一规划论证，采取“规划定制、运营自由、注重效率”的纲领，根据每个科室的空间设计、运行状态和实验功能，定制不同的具体管理条例细项。例如，多场耦合实验室张贴《室内活动积分管理办法》，对室内的科教活动进行积分化管理。学生进入室内未穿鞋套扣5 分，工具随意摆放扣5 分，试验完成后做好卫生并检查室内安全加5分等，期间积分不达到要求者，被限制部分权限。设置奖励机制，鼓励教师和学生提出管理上的意见和建议，由实验员汇总。团队负责人定期召开讨论会议，将这些提议改进和优化，并在系统上更新。这样不仅发挥了组织机构的作用，优化了实验员的工作，而且对于学生良好习惯的培养起到了积极作用。

3.3 建设空间感强、导向式的实验场地

实验室室外通道和大门预留大型设备移动和安全逃生空间，将消防、安防、照明等系统的使用空间定位，并安装于室内外顶部。采用新风循环系统，循环过滤室内空气，对精密仪器设备起到防尘作用。进门设置除尘地垫，用过道的空间标识提醒入室人员需穿鞋套。室内铺设防火防潮绝缘PVC地板，通过不同颜色的标记线将大型仪器设备周围划分区域，每个区域有功能标示和操作指示牌，时刻提醒学生遵守相应的规则。四周靠墙区分别摆放资料柜、样品制备台、数据处理区与配件工具柜，每个柜子贴有物品明细单（定期更新）。按辅助器材的使用位置，规划弱电区，预制节省空间的环墙插座和冲水口，学生在接线或者打磨、冲洗样品时，直接在此区域完成准备，不会对中间实验区产生干扰。大型仪器设备的位置预留实验区和监管区，例如力学试验机外2 m处采用可移动式的透明隔断，实验员在隔断区内实验，区外监测。无论是学生还是工作人员，在进入室内以后，就能被有序地内部空间环境所引导，激发强烈的秩序感，在各类标识所指引下各司其职，自觉遵守规则。“工欲善其事，必先利其器”，作为实验室管理平台，这种空间感强的场地，在规范学生行为上起到了良好的促进作用。

3.4 注重安全要素管理细节

在软件制度方面，实验室定期组织实验员和学生进行安全培训，包括消防和安防设备的使用、用电、设备等危险源的防护等，并组织网上考试和线下演习，通过考试后才准予入室。每个学期都会邀请安全方面的专家，举办安全知识会议讲座，以讲解、现场演示实例和师生配合参与形式，普及安全知识。将这些安全培训和纪实内容制作成视频集锦，在实验室门口外墙电视屏上轮播，强化大家的安全意识。根据每间实验室的功能和具体内容，确定不同的安全注意事项，以疲劳实验室为例，室内拥有2 台力学测试机及2 台同步测量仪器，涉及宏观和偏微观实验，危险源主要涉及高低频机械运作、高低温、切削磨损等，门口展示这些危险源标牌，室内每台设备贴上操作警示牌，学生可参照墙上指示标牌分类处理。

在硬件防护方面，实验室十分重视消防安全，采用国内先进的联动式系统，室外有警报器和自动应急系统，室内顶部配备惰性气体喷头。即便在室内无人时发生特殊小概率情况，如电路故障引起的烟雾或火苗，烟感器检测后也能自动触发联动系统，进而扑灭火源。安防系统拥有夜间高清视频监控、红外监控和自动报警功能，确保实验室财产安全。针对每台大型仪器设备的工作状况和特点，实验室设置相应的防护装置。例如，在25 t荷载试验机的空间周围，安装可拆卸式的保护罩，防止试样断裂时可能造成设备损坏和人身伤害。教学拉伸压缩试验机两侧设有安全区域和禁止标线，防止学生观测实验现象时出现安全问题，并附加压头限位，以免学生误操作产生的安全隐患。实验室内发生的所有实验活动有记录、有监管、可控制。

4 结 语

力学学科的特点和其正在面临的转型使力学实验室需要管理更繁杂的科教活动和更多不同学科的人员。为实现高效、精细和安全的实验室管理，需充分考虑学科发展和国内高校体制下的运营环境。职责清晰的管理框架、行之有效监管方式和一流的实验场地。力学实验中心在这些方面持续坚定创新发展，试运行以来，为科研工作人员和学生提供了良好的工作平台，科研成果产出质量逐年提升，实验教学效果日益凸显，成为校内优秀的实验示范基地，获得了更多与力学相关学科和行业的聚焦和合作。在此过程中，中心实验室也逐步了解了学科前沿对实验室管理的更多需求，并以此契机来谋求更进一步的发展。