面向新工科支撑一流学科建设的实验中心建设与开放

姜喜迪， 仲淑姮，2， 杜莉莉，2

（1.中国矿业大学（北京）能源与矿业学院，北京 100083；2.煤炭安全开采与地质保障国家级实验教学示范中心，北京 100083）

0 引 言

新工科建设是具有我国特色的复杂系统工程，对高等教育发挥示范引领作用［1-2］。一流大学、一流学科、一流专业建设是我国自2017年起实施的又一国家战略［3］。2017年“矿业工程”入选一流学科建设名单，2019年采矿工程专业入选首批国家一流专业。高水平的实验平台建设是一流学科、一流专业建设的重要保障，在一定程度上反映人才培养和科学研究水平［4］。

随着一流学科建设及新工科采矿与安全高层次人才培养改革与实践项目的实施，对实验中心的建设和开放运行也提出了更高的需求。在学校、学科专项经费支持下，实验中心也进入快速发展阶段。

1 实验中心发展历程

实验中心于2009年通过资源整合与优化，建成采矿与安全实验教学示范中心，服务于教学和科研工作，由于实验中心对于人才培养、科学研究和社会服务发挥的重要作用，以及取得的突出成效，于2010年被评为北京市实验教学示范中心。

2011年对中心实验仪器设备进一步优化整合，与地质工程专业实验平台联合共享，形成了一个多学科交叉的实验中心，2012年评为国家级实验教学示范中心建设单位，实验中心逐步完善。随着2014年、2019年采矿工程专业两轮工程教育专业认证进校评估，实验中心的仪器设备、管理运行体系等相对滞后的问题逐渐显现。

基于强化实验中心建设，人才培养实践条件，改进采矿工程、安全工程专业工程教育专业认证显现的问题。实施实验中心3年发展规划，以人才培养、科技攻关、社会服务、学科发展为目标，以实验中心现有条件为基础，投入专项资金进行实验中心建设，建立适应新工科建设及专业升级改造的实验平台。

随着一流学科的建设，实验中心在管理体制机制、条件建设等方面发展迅速，逐步成为对全校开放，服务于全校本科生、研究生课程及科学研究工作的共享实验中心。

2 实验中心建设情况

2.1 实践条件建设

2012年学科有矿压、充填等10个实验室，支持教学实验项目130余项，实验室分布于不同办公楼，相对分散，由于实验室空间限制，设备台套数等因素，每个实验项目支持3～4台套同时实验。2014～2016年学科3年实验中心发展规划建设，经过学校和学科投入专项经费，于逸夫实验楼11层、14层建立的实验中心，将原有部分分散实验室迁移、仪器设备更新增加，同时新建实验室，建成包括矿山压力、井巷工程、采矿新技术、矿山压力、露天采矿工艺、金属采矿工艺、虚拟实训教学、采动损害等15间实验室的实验中心，开设实验项目300余项，基本满足本科生教学实验需求。实验中心部分仪器设备及教学平台见图1。

图1 实验中心部分仪器设备

一流学科建设期间，为了对矿业工程学科的人才培养和学科建设提供更优质的服务和有力的支撑，学科继续加强实验中心建设的资金投入，2017～2020年建成了采矿安全虚拟仿真实验室，开辟沙河校区实验室建设，建成沙河采矿模型实验室、新能源实验室等5个实验室。进一步提升实验中心实践条件及教学科研服务能力。2014～2020年实验中心建设专项经费投入及建设内容见表1。

表1 实验中心建设经费投入及建设内容表

实验仪器设备的存放、运行，实验材料的储存、处理等涉及到实验室水、电、承重能力、空气湿度等多方面因素，根据实验器材的个性化需求，完成了10个实验室的改造。为了保证实验中心水、电、实验仪器设备的安全，2019年全面启动实时监控系统，部分实验室启动门禁系统，为实验中心开放运行提供保障。

2.2 实验中心运行管理体系建设

2.2.1 规范实验中心建设管理体系

一流的实验室要有一流的管理体系，为保障实验中心建设与规范管理、提高实验资源使用率，针对实验中心的特点，制定了职责分明的管理体系［5-6］。成立实验中心建设与管理工作组，由实验中心所属能源与矿业学院院长任组长，由主管实验室副院长任副组长，负责实验室发展规划；各系主管教学、科研实验的主任、实验中心主任负责实验室具体发展方案编制；实验人员负责执行实验中心投资方案、采购仪器设备等；设备管理员负责统筹管理实验中心仪器设备，设备存放情况、设备完好率、设备使用率等；实验中心督导负责评价实验室建设成效并提供发展建议，实验中心建设管理组织结构见图2。

图2 实验中心建设与管理小组

2.2.2 完善实验中心安全管理体系

（1）严把安全准入关。建立安全管理规定、安全管理保障体系，制定“实验室安全教育与实验室准入制度”“学生实验守则”“实验室安全管理办法”等规章制度［6］。建立科学有效的实验中心准入制度，保证实验中心安全工作的落实［7］。规定了安全培训内容：安全知识、安全技能、思想教育、法制教育、预防教育等，确定本科生、硕士研究生、博士研究生、教师的安全培训责任人。实验中心定期组织实验室安全培训，每学期2次面授培训及配套的考核。考核为在线考试，达到90分以上者，视为合格，可下载合格证书，本学期有效；否则必须重新培训再考核。同时将培训资料上网，便于教师、学生自主学习。

此外，对于进入实验室学生，针对性地进行设备注意事项及操作培训，每个实验室都挂有相关注意事项，对于仪器设备有相应注意事项及操作说明，避免操作不当引起安全事故。实验中心以安全培训为抓手，通过监控系统，遇到可疑或者违规现象，严格按照学校、实验中心相关规定及时处理，将安全隐患防于未然，实验室开放至今，未出现过安全事故。

（2）建立了实验中心安全责任人制度。规定了严格的实验室交接与安全管理措施。实验中心设有安全管理员，具体对接上级部分的安全检查工作任务、安全培训、内部安全检查、隐患排查等安全工作，安全管理员与中心所属学院的院长、主管副院长为实验中心的安全责任人；各系主任、主管副主任组织各系安全政策、安全制度培训、陪同安全检查等，为各系的实验室安全责任人；各实验室分室的负责人，具体负责实验分室的仪器设备、实验室环境、水、电等安全。严格规定药品采购程序、药品存放原则，杜绝实验室大量存放化学试剂的现象，有毒药品、易制毒品、贵重物品实行双人管理。落实实验中心、各系、各实验分室、实验现场的安全责任人，确保每个环节都有责任人，建立并完善实验中心安全管理体系［8］，安全责任组织架构如图3所示。

图3 实验中心安全责任组织架构

3 实验中心开放运行管理

随着学校三全育人体系的构建及新工科改革与实践项目的实施，本科生全程导师制贯穿本科培养的全过程，课程设置上大一、大二的专业导论、科研导论、选题训练，到大三、大四的大学生创新训练项目、大学生创业实践项目，本科生参与科学研究和创新研究成为“必修课”，对实验中心开放运行需求与日俱增。

3.1 实验中心开放管理

实验中心面向全校师生开放，开放时间为周一至周日上午8：00～11：30，下午13：30～21：30；开放内容可以分为：课程实验，学生自立题目、自行设计的实验，学生参加教师的科研课题、大学科创新训练项目、大学生创新创业实践、互联网＋创新创业大赛、挑战杯、采矿工程实践作品大赛等实验（实践）训练项目。

实验中心建立完善的台账登记制度，所有进入实验中心的师生需要建立入室台账，记录具体实验项目、实验时间、实验人员等，对于使用5 000元以上仪器设备，需要另外登记使用仪器设备使用保养记录。

3.2 实验中心开放预约机制

实验中心设有网上预约登记平台，对全校师生开放。申请人进入中心网站入口，首次登录应根据学号或者工号注册，填写申请进入实验室的详细信息，系统根据信息库判断是否满足开放条件（约束开放条件如：实验内容使用耗材是否充足、实验内容安全性是否合规等）；通过筛查后，根据“实验室安全教育与实验室准入制定”，判断预约进入实验室的师生是否有本学期的安全培训合格证，若没有参加本学期线下培训并考试合格，需要在线学习实验室安全知识，参加线上安全考试，达到90分以上；进入开放预约流程，随机生成门禁二维码，在预约时间进入对应实验室；现场学习仪器设备操作注意事项及实验流程。网上预约流程图见图4。

图4 实验室使用预约流程

3.3 开放运行软硬件支撑

实验室开放除了增加实验管理人员的资金投入外，实验仪器耗损维修、实验材料的消耗等方面的投入也不断增加［9］，为了保障开放机制的长期有序运行，学科投入专项经费用于实验中心的开放运行。包括本科生全员参与大学生创新训练项目经费、学科竞赛专项经费以及大学生创业实践专项经费。学校每年拨款用于中心实践条件建设经费，包含实验设备的购置、维修、实验耗材的采购等，其中5%用于实验中心开放运行专项经费。

为确保实验中心仪器设备的完善管理、维修及时、仪器设备使用维修符合台账记录，实验中心各实验分室安装了监控系统，实时了解各实验室情况，开展仪器设备及时维修，责任到人［10］。为实验中心开放共享长期有序进行提供保障。

提高实验技术人员的管理水平、专业知识、业务能力，加大实验人员引进力度，组成硕士研究生、博士研究生为主的实验团队。要求实验技术人员每学期至少参加2次实验技术培训，确保专业技术水平与时俱进，专业知识、专业能力满足实验中心开放运行要求。

4 实验中心建设与开放运行成效

4.1 实验中心建设成效

矿业工程一流学科建设期间，实验中心改造、迁移实验室15个、新建实验室5个，采购实验设备100余台，极大改善了实验教学条件和装备水平，有力缓解了部分实验仪器设备紧张的矛盾。特别是新建成的采矿安全虚拟仿真实验室、沙河采矿模型实验室创造性地解决了矿业类学生实习实践困难问题，沙河采矿模型实验室定期对昌平区中小学生开展科普活动，发挥高校支持中小学建设引领作用。采矿安全虚拟仿真实验室在疫情期间解决采矿工程专业及相近学科专业的实习实践难题，保障一流学科专业的实践教学质量。其中采矿安全虚拟仿真实验室的“综采放顶煤虚拟仿真教学实验”首批国家级虚拟仿真实验教学一流课程对服务西部教学发挥重要作用。

4.2 服务一流学科教学科研能力显著提升

依托实验中心，2019年启动的矿业工程学科双一流本科拔尖人才培养项目，加快推动本科生交叉学科实验教学改革以及实验课程建设［4，11］。依托实验中心的硬件资源，将学科科研团队的最新研究成果及前沿研究方向引入本科生、研究生的实验教学，同时引入相关学科的最新研究方向，力求学生实验内容与矿业工程学科及相关交叉学科的前沿动态相匹配。近5年课程负责人设计改革实验项目20余项。在课程建设中，开设“金属矿床地下开采课程设计”“地下建设结构设计课程设计”等矿业工程领域的多门实践课程，实现了理论学习、实验操作、实践应用全方位教学［11］。

双一流建设期间实验中心得快速发展，不仅对实验教学发挥重要作用，对校内外科研团队也提供更优质实验服务。每年完成科研实验项目数百项，支撑学科师生发表高水平学术论文百余篇及授权发明专利十余项，同时为科研反哺教学提供依托，对矿业工程及相关学科的发展提供有力支撑。

4.3 建成高效开放共享的实验中心

实验中心开放对学生科研兴趣、科研能力以及创新思维、创新意识、创新实践的培养发挥了重要作用［12-14］。实验中心支持矿业工程及相关学科的大学生创新训练项目、大学生创业实践项目、互联网＋创新创业大赛、采矿工程实践作品大赛等学科竞赛及其他个性化实验需求。2018年～2020年，实验中心累计服务师生上万人次，年均服务本科生4 000余名，年均实验超过6万人时数。

近年来学科本科生依托实验中心积极参加采矿工程实践作品大赛、互联网＋创新创业大赛、“挑战杯”中国大学生创业计划竞赛等竞赛，取得丰硕成果。2020年学生获互联网＋大赛国家级铜奖、挑战杯创业计划国家级铜奖、采矿工程实践作品大赛一等奖等24项奖励。近5年采矿工程专业平均每7名本科生就有1名学生参加学科竞赛获奖，平均每6名本科生就有1名学生发表学术论文。

5 结 语

新工科改革实践背景下，服务矿业工程学科的实验中心实现了资源的优化整合，形成了特色鲜明的实验技术平台、完善了实验中心管理运行体系，建立了实验中心开放共享机制，开辟了沙河校区实验室建设开放，对一流学科建设的人才培养、科学研究、社会服务起到了支撑作用，为新工科采矿与安全高层次人才培养探索与实践项目的有序开展及顺利结题获评结题优秀项目提供了保障，促进了学科间的交叉融合，尤其是沙河采矿模型实验室、采矿安全虚拟仿真实验室，在2018年的本科教学审核评估、2019年的采矿工程、安全工程、2020年的环境工程、测绘工程等专业的工程教育专业认证中得到了评估专家的一致认可。实验中心还被评为煤炭行业科普基地，持续发挥一流学科社会服务的示范引领作用。

随着矿业工程一流学科建设的深入，对实验中心提出了更高的要求，特别是2020年新冠疫情的发生，对实验教学提出了新的要求，在现有的国家级一流虚拟仿真实验教学的基础上探索更多的线上实验教学资源［15-16］。未来5年，实验中心将加大实验队伍、线上资源、虚拟仿真、仪器设备标准化流程等方面建设投入，为一流学科的持续建设提供更有力的支撑。