王獻玲, 靳 明, 曹麗麗, 閏明濤, 徐建中

(河北大學 化學與環(huán)境科學學院 化學國家級實驗教學示范中心, 河北 保定 071002)

高等學校大型儀器共享平臺在學校科技發(fā)展和人才培養(yǎng)工作中具有重要地位,大型儀器作為一種優(yōu)質(zhì)的科研、教學資源,幫助學生掌握先進的技術(shù)手段,培養(yǎng)學生的研究與創(chuàng)新能力,是進行高水平實驗教學與科學研究的重要支撐,也是高校辦學實力與科研水平的重要標志[1]。

河北大學國家級化學實驗教學示范中心(以下簡稱實驗中心)共開設(shè)48門實驗課程,495個實驗項目,主要承擔化學與環(huán)境科學學院、藥學院、生命科學學院等12個本科專業(yè)的實驗教學工作、研究與創(chuàng)新實驗、化學競賽、科研和社會服務(wù)的開放任務(wù)。目前實驗中心用于儀器建設(shè)的投入已經(jīng)超過4 500千多萬元。實驗中心除了完成本科實驗教學任務(wù)外,還積極探索大型儀器如何更好地為本科生、研究生的科研服務(wù),更好地實現(xiàn)全面開放共享這一目標。

大型儀器使用運行效率是反映儀器設(shè)備工作狀態(tài)及生產(chǎn)效率的技術(shù)經(jīng)濟指標,用于衡量儀器設(shè)備是否達到充分利用[2-3]。實驗中心通過開展新型教學模式,降低大型儀器使用門檻；構(gòu)建信息化的大型儀器共享平臺,實行儀器信息透明化；制定完善的大型儀器管理條例；加強儀器管理隊伍的建設(shè)等一系列措施來促成實驗中心大型儀器的開放共享。

1 實施“三步走”教學模式,使大型儀器“平民化”

大型儀器尤其精密儀器大多數(shù)量有限,價格昂貴,結(jié)構(gòu)原理復(fù)雜,對操作者的技能要求高,一直以來使用門檻比較高,限制了學生接觸操作大型儀器的次數(shù)。另外,由于大型儀器理論知識學習與實踐操作上存在“時差”,造成了很多學生對大型儀器知識的遺忘或者掌握程度不夠,在實際用到大型儀器時手足無措。針對這一現(xiàn)象,我們開發(fā)并實施了大型儀器 “三步走”的教學模式,通過階梯式教學，有針對性地強化學生對大型儀器的掌握與熟練程度。

第一步,在大型儀器理論知識學習階段,增設(shè)儀器現(xiàn)場教學課時。面向?qū)W生開設(shè)儀器分析課程,學習大型儀器的設(shè)計思路、工作原理、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、測試方法以及結(jié)果分析等基礎(chǔ)知識,幫助學生建立大型儀器的初步概念。同時增設(shè)儀器現(xiàn)場教學課時,教師帶領(lǐng)學生到大型儀器實驗室進行現(xiàn)場教學。在實物對照下加深學生對儀器部件組成、測試路徑的認識。觀摩大型儀器的實際操作,學習測試樣品的預(yù)處理方法以及對測試結(jié)果或譜圖的解析等。理論與現(xiàn)場實際相貫穿教學,增加了學習的生動性與趣味性。

第二步,在本科化學實驗課程中穿插大型儀器教學,實驗內(nèi)容設(shè)計匹配大型儀器操作，加深學生對大型儀器設(shè)備的技能儲備?；瘜W是一門實驗性學科,實驗的過程就是鍛煉學生實驗技能,夯實理論基礎(chǔ)和培養(yǎng)創(chuàng)新能力的過程。大型儀器作為現(xiàn)代化的表征手段和檢驗工具,幫助學生了解最前沿的科學技術(shù)和檢測手段,在本科實驗教學中起到重要作用。實驗中心非常重視大型儀器在本科實驗中的應(yīng)用,將實驗課時設(shè)置為普通實驗操作和大型儀器應(yīng)用兩部分。學生由于實驗項目需求而對學習大型儀器充滿期待,教師會在實驗過程中切入大型儀器的知識講解與系統(tǒng)性培訓,示范并指導學生獨立完成大型儀器的調(diào)試、測試條件設(shè)置、實驗制備樣品的預(yù)處理及樣品檢測(表征)等一系列操作。結(jié)合實驗教學,將“求”與“學”理念融入其中,增加了大型儀器在本科實驗中的教學成效,豐富了實驗內(nèi)容的同時,加深了學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

第三步,定期開展多種形式的大型儀器培訓活動。主要對學生的本科畢業(yè)設(shè)計、研究創(chuàng)新型項目、實驗室開放項目、研究生課題研究等提供服務(wù),根據(jù)學生對儀器的使用情況與知識的掌握程度展開培訓。培訓形式靈活多變,可以通過現(xiàn)場培訓、錄制微視頻、儀器講座以及通過論壇或交流群等現(xiàn)代化通訊手段實現(xiàn)大型儀器的學習與溝通。學生可根據(jù)自身學習需要報名參加儀器培訓,由大型儀器技術(shù)人員現(xiàn)場講解儀器的基本知識、操作要求、操作流程、注意事項等內(nèi)容,期間學生可就自己課題與技術(shù)人員展開細節(jié)討論。培訓后對學生進行單獨上機操作考核,學生考核合格后取得大型儀器使用資格。同時,新增了大型儀器微視頻教學,這種直觀的教學模式具有便捷、有針對性、富于感染力的優(yōu)勢,且拷貝容易,方便隨時學習和廣泛傳播。此外還通過論壇或交流群進行答疑與溝通,方便查漏補缺,隨時跟蹤收集大型儀器使用后的反饋問題。

大型儀器“三步走”教學以學生學習的發(fā)展階段為依據(jù)進行階梯式教學,不斷強化學生對大型儀器的理解與操作能力。消除了大型儀器門檻高,操作難等短板,真正實現(xiàn)大型儀器“平民化”。大型儀器全方位、覆蓋式教學自實施以來效果顯著,在實驗中心大型儀器的助力下,我院學生代表于河北省2017年第二屆大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育年會中斬獲“特等獎”1項,二等獎1項；2017年河北省 “挑戰(zhàn)杯”大學生課外學術(shù)科技作品競賽中取得特等獎2項、一等獎1項、二等獎2項的優(yōu)異成績。

2 構(gòu)建信息化共享平臺,實現(xiàn)大型儀器“服務(wù)化”

近年來,在“中西部高校提升綜合實力工程”、河北省“雙一流”高校建設(shè)的推動下,實驗中心大型儀器的數(shù)量、種類、質(zhì)量均得到了顯著提升,為培養(yǎng)學生的實驗創(chuàng)新技能提供了強有力的支撐。但是也面臨著大型儀器在教學之余長時間的閑置,機器的年運轉(zhuǎn)時數(shù)低；而科研平臺的大型儀器由于承擔著繁重的測試任務(wù),常處于超負荷運轉(zhuǎn)的局面。儀器資源的不合理配置,歸根結(jié)底是大型儀器信息開放程度不夠,難以實現(xiàn)儀器資源的全面共享。

“互聯(lián)網(wǎng)+”概念推動了信息化手段的發(fā)展,利用信息化和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)大型儀器網(wǎng)絡(luò)化管理,加速了大型儀器共享平臺的融合與創(chuàng)新[4-6]。我院于2013年開始建設(shè)“大型儀器共享平臺”,用于提升我院的綜合科研能力。自建立起,一直利用現(xiàn)代信息技術(shù)對大型儀器進行統(tǒng)一管理,有機調(diào)配,實現(xiàn)了儀器資源的優(yōu)化配置。該平臺多年的運行經(jīng)驗為實驗中心大型儀器開放共享提供了良好的借鑒。利用現(xiàn)代化的信息工具,將實驗中心大型儀器統(tǒng)一納入“大型儀器信息管理系統(tǒng)”,實行儀器信息公開化,儀器使用透明化管理,充分展現(xiàn)大型儀器的共享特性。一方面可以避免儀器設(shè)備的重復(fù)購置而造成浪費,實現(xiàn)資源的合理化配置。另一方面,通過分流可改善科研上長期“擁堵高峰”,而教學上“門可羅雀”的兩種懸殊局面。學生登入大型儀器共享管理系統(tǒng)可進行信息檢索、查詢所有儀器的使用參數(shù)、管理人員聯(lián)系方式、存放位置等相關(guān)信息；還能夠監(jiān)測當下儀器的工作狀態(tài)、使用者姓名、使用時長等信息,可結(jié)合自身需求與儀器使用情況進行網(wǎng)上預(yù)約；學生可在管理平臺下載儀器使用說明、注意事項等文件或視頻進行自學,也可報名參加定期舉辦的現(xiàn)場培訓。智能化、信息化的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)平臺為學生提供大型儀器查詢、學習、預(yù)約、反饋的一站式服務(wù),充分發(fā)掘了實驗中心優(yōu)質(zhì)大型儀器在教學與科研創(chuàng)新中的服務(wù)特性。

3 制定完善的管理制度,使用大型儀器“規(guī)范化”

大型儀器開放應(yīng)規(guī)范化、科學化、程序化,必須制定完善的大型儀器管理制度與運行機制[7]。為建立完善的大型儀器管理體系，我校先后制定了“河北大學貴重儀器設(shè)備管理辦法 ”“河北大學大型儀器設(shè)備面向本科生開放管理辦法”等文件,規(guī)范了大型儀器 “統(tǒng)一領(lǐng)導、歸口管理、分級負責、責任到人”的管理原則,做到合理配置、有效整合、開放共享、科學使用,提高大型儀器設(shè)備的使用效益。要求大型儀器設(shè)備面向所有本科生開放,并定期開展大型儀器設(shè)備使用培訓、知識講座；大型儀器設(shè)備支持創(chuàng)新訓練和科研實踐等學生自主利用儀器設(shè)備進行的實踐活動,為大型儀器充分服務(wù)于全校師生提供了有力保障。

實驗中心大型儀器作為實驗室優(yōu)質(zhì)資源在確保圓滿完成本科生教學的任務(wù)后,應(yīng)充分發(fā)揮服務(wù)全校師生的價值。為了保證大型儀器的正常運轉(zhuǎn),實現(xiàn)大型儀器的全面共享開放式服務(wù),實驗中心制定了相應(yīng)的大型儀器開放管理制度,以“制度”促發(fā)展,建立了一種大型儀器可持續(xù)性發(fā)展模式。

3.1 執(zhí)行預(yù)約制,填寫實驗中心儀器借用申請

實驗中心大型儀器承擔本科生實驗教學任務(wù),同時兼顧學生的創(chuàng)新實踐與科學研究,大型儀器使用預(yù)約制可以做到對教學科研的合理統(tǒng)籌。儀器管理人員可根據(jù)本學期大型儀器的教學使用情況提前做出計劃,并將教學安排發(fā)布在大型儀器信息管理系統(tǒng)上,學生可根據(jù)系統(tǒng)信息進行儀器預(yù)約。此外,為了大型儀器的使用更加規(guī)范化,確保學生在操作儀器時保持端正謹慎的態(tài)度,實驗中心要求使用人必須辦理借用手續(xù),填寫“河北大學化學與環(huán)境科學學院實驗中心儀器借用憑證”。使用人要做到認真閱讀注意事項,遵守實驗室行為守則、正確操作大型儀器、維護實驗室的環(huán)境衛(wèi)生、確保實驗室安全等,如出現(xiàn)惡意損壞、丟失儀器或配件等行為將被納入大型儀器“黑名單”并接受相應(yīng)的處罰。預(yù)約制與借用制規(guī)范了實驗中心大型儀器的共享模式,維持了大型儀器健康良好的使用秩序。這樣既保證了實驗教學質(zhì)量,又實現(xiàn)了實驗中心大型儀器的高效運轉(zhuǎn)。

3.2 實行大型儀器“專人專管”制

學校設(shè)立專門的大型儀器管理技術(shù)崗位,實行大型儀器“專人專管”,并執(zhí)行專門的考核和績效獎勵制度。大型儀器具有精密度高,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,操作技能性強等特點,因此要完成大型儀器的分析測試、功能技術(shù)開發(fā)、儀器設(shè)備優(yōu)化與維護、日常培訓等工作,對儀器管理人員的知識水平與專業(yè)素質(zhì)都有較高的要求。目前,美國、日本等一些發(fā)達國家的高校已經(jīng)實現(xiàn)了大型儀器專人管理制,高薪聘請學歷層次高,專業(yè)技術(shù)精湛的人才負責大型儀器的日常運行與維護、師生技術(shù)培訓和開放式服務(wù)等,大幅提升了大型儀器于教學科研的服務(wù)質(zhì)量[8]。實驗中心要求大型儀器技術(shù)人員全程參與大型儀器的安裝、調(diào)試、檢測及工程師培訓等一系列工作。負責儀器專用資料和配件的保管、耗材的購置；熟練掌握儀器的使用、性能維護并承擔大型儀器的培訓任務(wù)；統(tǒng)計并處理儀器使用問題反饋；負責大型儀器日常開放工作等,切實做到大型儀器“好時常運轉(zhuǎn),用時有指導,壞了及時修”?！皩Ｈ藢９堋边€方便技術(shù)人員與工程師溝通,有利于遠程指導簡單維修、操作系統(tǒng)更新、儀器新功能拓展等工作的展開,大大降低了大型儀器的損壞率,延長了使用壽命,提高了服務(wù)質(zhì)量。

3.3 建立大型儀器績效考核與獎勵機制

完善的大型儀器績效考核與獎勵機制對提高大型儀器使用率、提高本科實驗教學水平和深化實驗室機制改革都有重要的意義[9]。為加強大型儀器管理,提高大型儀器設(shè)備的使用效益,根據(jù)“河北大學貴重儀器設(shè)備年度使用效益考核辦法”對大型儀器設(shè)備進行年度使用效益考核?？己藢ο鬄閱蝺r或成套價20萬元以上,建賬超過一年的大型儀器?？己朔譃槿剑?1)儀器管理人員自查。技術(shù)人員對儀器進行年度工作運行總結(jié),如服務(wù)實驗教學人數(shù)、科研項目的科研成果、測試樣品數(shù)目以及服務(wù)科研成果等；填寫“河北大學教學類貴重儀器設(shè)備年度使用效益考核表”。(2)學院考核。學院依據(jù)儀器的管理情況、運行時數(shù)、樣品測試數(shù)目、服務(wù)項目人才培養(yǎng)、功能開發(fā)及設(shè)備完好率等核算大型儀器效益考核分數(shù)。(3)學?？己恕Ｓ蓪W校聘請相關(guān)專家組成核查組,對學院考核情況進行檢查核實,對各院大型儀器年度使用效益情況給予評價并于網(wǎng)上進行公布。對于使用效益突出的機組給予適當?shù)莫剟?突出大型儀器管理正向激勵作用,實現(xiàn)大型儀器績效考核獎勵與大型儀器日常開放運行的良性循環(huán)。

3.4 落實有償使用,實現(xiàn)大型儀器可持續(xù)性發(fā)展

合理、科學制訂大型儀器共享設(shè)備計劃會帶來投資后的經(jīng)濟效益,合理使用創(chuàng)收效益不僅能延長共享大型儀器設(shè)備使用壽命,還對全局共享計劃的制訂有著深遠的意義[10-11]。實驗中心大型儀器采用有償服務(wù)的模式,以儀器的價值、操作難易程度、測試時間、耗材及維護經(jīng)費等為依據(jù)合理制定大型儀器收費標準。對實驗中心本科生實驗提供無償服務(wù),并確保實驗教學高質(zhì)量完成,而對其他形式的師生開放則按照收費標準收取適當?shù)馁M用。落實大型儀器無償與有償相結(jié)合使用制度,體現(xiàn)了資源共享的公平與透明,約束廣大師生規(guī)范使用大型儀器,避免了對大型儀器資源的私自占有和無限制使用。所收取費用成立大型儀器專項基金,用作購買儀器配件耗材和儀器維修,或作為優(yōu)秀實驗人員的獎勵績效經(jīng)費,可提高中心儀器的工作效能,實現(xiàn)大型儀器可持續(xù)性發(fā)展。

4 重視管理人才培養(yǎng),使大型儀器管理“專業(yè)化”

高校購置高端精密的大型儀器,對管理人員的素質(zhì)、技能及服務(wù)水平提出了更高的要求。只有構(gòu)建一支素質(zhì)高、技術(shù)精湛、結(jié)構(gòu)合理又有服務(wù)意識和奉獻精神的實驗技術(shù)隊伍,才能使大型儀器設(shè)備的使用水平得到提高,功能得以開發(fā)和拓展,維護維修工作得到保證,教學、科研的水平才能隨之得到提高[12-13]。近年來,實驗中心非常重視實驗技術(shù)隊伍的建設(shè),特別是將大型儀器管理團隊作為大型儀器共享平臺建設(shè)的重要部分，專門成立了分析儀器設(shè)備管理團隊,負責原子吸收光譜、高效液相、紅外紫外、熒光、氣質(zhì)聯(lián)用、TOC、BET等大型儀器設(shè)備的運行管理,實行實驗中心大型儀器綜合化、專業(yè)化管理模式。在人才隊伍培養(yǎng)中堅持做到如下工作：

(1) 堅持“引進來,走出去”原則 ,提高管理人員的專業(yè)素質(zhì)。設(shè)立專門的大型儀器技術(shù)崗位,提高技術(shù)人員準入標準,對于管理人員的學歷、技能等提出更高的要求。嚴格設(shè)置招聘流程,對儀器的日常管理與實踐技能著重考查,經(jīng)過“筆試、面試+復(fù)試”層層篩選確定最終人選。新入職的青年教師要由老教師帶領(lǐng),實行為期一年的1+1幫帶實習,幫助新人熟悉業(yè)務(wù),盡快適應(yīng)并投入到工作崗位中。除了將優(yōu)秀人才“引進來”,學院還鼓勵青年教師“走出去”,到更廣闊的環(huán)境學習深造,提高水平。學院設(shè)立了大型儀器專用基金支持中心技術(shù)人員外出參加大型儀器交流培訓,開拓視野,學習更先進、更便捷、更專業(yè)的檢測手段,了解儀器最新的發(fā)展狀況,積極探索大型儀器功能拓展以及性能優(yōu)化,不斷提升大型儀器的管理理念與水平,進一步推動了實驗中心大型儀器開放共享工作進展。

(2) “以需促建”鼓勵大型儀器功能研發(fā)與自制儀器項目。充分發(fā)揮儀器技術(shù)人員的自身優(yōu)勢,激勵大型儀器功能拓展與自制新型儀器項目。2017年,實驗中心獲得河北大學立項的自制儀器研發(fā)項目共7項,其中由實驗中心技術(shù)員主持研發(fā)了“紅外光譜實驗室安全智能系統(tǒng)”，用于實現(xiàn)大型儀器的自動控制、遠程控制和實驗室安全預(yù)警,系統(tǒng)模塊可感應(yīng)室內(nèi)濕度、溫度與煙信號并控制除濕機開關(guān),一旦出現(xiàn)異常即會馬上發(fā)出報警,確保了儀器工作環(huán)境的穩(wěn)定與安全。另外,自制的“紅外樣品穿梭器”可以同時放入背景和樣品,通過控制背景和樣品架在測試倉中的位置,在不打開樣品倉的條件下進行測試,從而有效排除空氣中水汽和二氧化碳對樣品光譜的干擾,提高了紅外測試結(jié)果的精準度。中心以需求促發(fā)展,實現(xiàn)產(chǎn)學研相結(jié)合,推動了大型儀器的研發(fā)工作；也提高了技術(shù)人員內(nèi)涵修養(yǎng),促成了技術(shù)人員由“熟練工”向“骨干精英”的質(zhì)變。

5 結(jié)語

實現(xiàn)化學實驗中心大型儀器的開放共享對于人才培養(yǎng)、科研創(chuàng)新以及綜合辦學水平的提升有著非常重要的意義,是機遇同時也面臨著各種挑戰(zhàn)。河北大學化學實驗中心在實現(xiàn)大型儀器設(shè)備開放共享的道路上前進了一步，還需要不斷地完善與創(chuàng)新,積極探索出更適應(yīng)現(xiàn)代高校發(fā)展實情的開放模式。