基于人才培養的大型儀器開放共享實踐與探索

劉海峰　霍冀川　王熙　鄭奎

摘 要：為了探索大型科研儀器開放共享在高校人才培養過程中所發揮的作用，結合西南科技大學分析測試中心大型儀器開放共享的建設經驗，分析了當前高校大型儀器開放共享平臺運行中存在的主要問題，探討了多重開放模式、課程改革、搭建虛擬仿真平臺以及健全保障機制在加大平臺開放力度方面的重要作用。

關鍵詞：大型儀器；開放共享；人才培養；高校

中圖分類號：C961 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2018）06-0063-03

Abstract： Based on opening and sharing experiences of large-scale instruments in forecasting and analysis center of Southwest University of Science and Technology （SWUST）， this thesis analyzes major problems in opening and sharing platform of college large-scale instruments， with the aim of exploring its function to talents cultivation. This thesis discusses importance of multiple opening mode， curriculum reform， virtual simulation platform construction and safeguard mechanism in promoting the opening platform.

Keywords： large-scale instruments； opening and sharing； talent cultivation； university

一、概述

隨著當今知識、經濟、社會的高速發展，國家對高等教育的投入越來越大，高校的硬件設施也得到了極大地改善[1，2]。由于大型儀器是高校從事教學工作、科學研究、社會服務的重要保障和衡量實驗條件、科研環境的重要標志，也是培養高層次人才、發展高科技的重要工具[3，4]，各個高校都利用各級專項基金購置了大批先進的大型儀器，其總價值不菲，辦學的硬件條件有了很大的改善；但長期以來形成的各自為政、盲目購置、分散放置、信息不暢、缺乏績效機制等因素卻嚴重制約了大型儀器設備的共享、利用率，造成極大的資源浪費。因此，高校的分析測試中心應用而生。在當今高校的體系中，分析測試中心無疑是其重要的組成部分，是高等學校進行教學、科研和服務社會的一個重要基地。分析測試中心集中了高校內大部分的大型精密儀器，避免了低水平的重復性購置，緩解了大型儀器運行、維護、維修經費的不足，提高了大型分析測試儀器的使用率和使用水平；同時，分析測試中心也是一個學科交叉和創新實踐的公共平臺，為培養高素質、創新型人才提供了硬件及技術支撐，還可為其他高校、科研機構、企業等提供服務，產生更好的社會效益。但是，在實際運行過程中，分析測試中心尚存在大型儀器開放力度不夠、平臺配套設施未及時跟上等問題，一定程度上影響和制約著平臺的開放力度。另外，在教育部開始實施大學生創新創業訓練計劃以來，傳統的教育思想觀念正悄然發生著變化；培養模式也從單一的技能或知識灌輸，改變為強化創新創業能力訓練、增強高校學生的創新創業能力，從而為國家建設培養高水平創新人才。因此，如何高效、合理地利用大型儀器資源，進一步優化分析測試中心這一優質資源平臺為大學本科學生、研究生進行研究型實驗教學服務，讓學生共享大型儀器資源，對于完善高校實踐教學體系和培養創新型人才而言具有重要的意義。

二、當前存在的主要問題

（一）平臺開放力度不夠

分析測試中心是大型科學儀器、設備共享的優質平臺，其目的是優化配置、科學集成、提高效率及管理水平，而平臺的開放力度和途徑則決定了其有效利用率的高低。目前，很多高校雖已成立分析測試中心并已運行多年，但平臺的管理手段還較為落后，平臺持續投入經費不足導致儀器很快落伍，平臺技術隊伍建設滯后，平臺開放模式傳統、單一等問題，導致平臺開放力度不大，遠不能滿足當前高素質人才培養的需求。另外，由于平臺大型儀器使用和操作中會涉及安全、使用成本等問題，與此相適應的管理和安全保障制度相對缺失，一定程度上也影響和制約著平臺的開放力度。

（二）傳統式授課的局限

在高校，分析測試中心平臺大多開設分析測試技術或儀器分析類課程，通過理論+實驗課，來發揮儀器設備在學生創新實踐能力培養中的作用。在此過程中，往往由于課時的限制以及課程安排追求多而全的思想，使得學生實際動手操作儀器設備的機會非常少，操作大型儀器設備的機會則更少。這必然會影響學生對儀器設備的操作熟練程度，影響學生創新思維的發散空間和實踐創新能力的提高，導致相當一部分學生被動接受理論知識、似懂非懂，實驗課程應付通過，不久后又容易忘記。以西南科技大學分析測試中心的X射線熒光光譜分析方法為例，該課程的教學工作主要依托于研究生課程《現代分析測試技術》及本科生大學生科研創新班課程《物質成分分析》，其理論+實踐課時僅有約幾個學時，僅能向學生介紹儀器基本原理及常規制樣、分析方法。而X射線熒光光譜分析過程中，針對不同的樣品及檢測目的，制樣及測試過程便需要不同的方法，種類繁多，如樣品的基體效應（由于基體的化學組成而引起對待測元素特征熒光譜線強度的被吸收或增強效應）及物理狀態（由樣品的粒度、均勻性、密度和表面結構等因素所致）等的不同會對分析結果產生一定的影響，這些都需要通過樣品制備環節來解決。另外，盡管X射線熒光光譜分析試樣的物理形態可以是固體（粉末、壓片、塊樣）、薄樣、液體等，但樣品一般都需要通過一定的制樣步驟來制備，以便能獲得具有一定尺寸，厚度，表面平整，可放入儀器專用的樣品杯中的樣品，同時要求制樣過程具有良好的重現性。因此，較少的課時不僅不能讓學生深入掌握X射線熒光光譜分析中的基本原理、制樣方法選擇原則，更無法讓學生親自動手制備樣品、上機測試，顯然不利于實現大型儀器的開放共享和高水平創新人才的培養。

（三）功能開發利用效率低

在教育部“卓越工程師教育培養計劃”實施以來，各高校都積極地通過人才培養方案的修訂、課程體系的構建、實驗室裝備的改善等途徑，為大學生實踐創新能力的培養提供盡可能優質的條件；但同時卻在一定程度上忽視了大型儀器的功能開發利用，缺乏大型儀器功能介紹和展示的渠道和方式，使得學生對大型科學儀器的功能不夠了解，僅僅是知曉某些儀器的基本功能，這在一定程度上扼殺了學生創新思維拓展，限制學生創新能力提高的空間[4]。

（四）平臺配套設施未跟上

建立一套先進、人性化的保障體系，是分析測試中心能夠充分發揮大型儀器在學生創新實踐能力培養中作用的重要保證。目前，很多高校分析測試中心的平臺配套設施，包括管理制度、平臺開放多樣化建設、隊伍建設規劃、經費管理模式、管理手段、激勵機制等方面，都還不盡完善，這也制約了平臺的開放力度。

三、實踐與探索

針對當前大型儀器開放共享中存在的主要問題，并結合我校分析測試中心的實際情況，就如何立足于人才培養、推動分析測試中心大型儀器的開放共享，進行了一些實踐與探索。

（一）加大平臺開放力度

分析測試中心實驗平臺是研究生、本科生培養實踐創新能力的重要場所。因此，必須加大平臺的開放力度，鼓勵更多的學生進入實驗室開展實驗、檢測，上機操作儀器設備，才能有效發揮平臺大型儀器對人才培養的作用。

在平臺開放過程中，僅通過單一的傳統式授課以及常規測試業務，很難實現儀器的高度共享。受到高校自身學科特點的影響，這樣還會導致部分儀器使用供不應求、測試量極大，而部分儀器卻基本處于閑置狀態。因此，必須盡量保證平臺有多重開放模式。如在保證正常測試工作之外，依托于課程的教學工作可以按課程實施計劃進行平臺開放；同時，可增設綜合設計性實驗環節，允許學生分時段預約；而基于儀器功能開發的創新研究性實驗可以采取創新研究項目的方式開放。

此外，平臺還可以每年定期面對全校本科生、研究生舉辦樣品處理、儀器操作、數據分析等方面的講座及培訓班，切實讓有興趣或需求的學生能夠有充分的時間和機會深入掌握儀器分析原理，能夠自己動手制備各種不同的樣品并能上機操作測試樣品、分析數據，培養學生獨立思考和實際動手的能力。培訓完成后，可由中心領導、實驗室主任、儀器組實驗技術人員組成的考核小組對申請人進行相關儀器理論及上機操作能力考核；考核合格者，予以發放相應儀器的培訓合格證書或上機證。取得獨立操作上機資格的學生，可以預約并獨立使用相應的儀器進行科學研究工作。

（二）進行課程改革

大多分析測試中心的課程均以《分析測試技術》為主，輔以其他儀器分析原理或實驗類課程，以達到教學目的。由于課程涉及專業面廣、內容多，實踐教學環節學時較少，導致學生學習效果不佳，不能綜合利用現代分析測試技術解決科研過程中遇到的實際問題。因此，課程改革需要將各種分析測試方法模塊化，方便不同專業的學生依據自己的專業、課題特點進行選擇，有利于深淺結合，達到最佳學習效果。另外，課程改革以培養高素質人才為目標，以提高學生競爭能力為重點，必須加大實踐教學的力度，教學與科研緊密結合，大力提倡和促進學生主動、自主學習。同時，課程內容不僅要求科學性、先進性、要反映相關學科領域最新科技成果，還要有趣味性、兼容性，最好將其模塊化的理論及實踐教學內容進行錄像，并建立精品課程資源網站，實現優質教學資源共享。

（三）搭建虛擬仿真平臺

為了進一步提高學生對儀器設備的操作熟悉程度，搭建虛擬儀器仿真平臺是十分必要的[5，6]。虛擬儀器仿真平臺可以利用專業軟件，實現對大型儀器功能的仿真，將儀器功能虛擬化，學生可通過虛擬仿真平臺操作一臺虛擬儀器，其界面和功能與實際的儀器基本一致。尤其是對于高價值的大型精密儀器而言，虛擬儀器仿真平臺的作用相當重要。學生在上機之前，可以先通過虛擬仿真平臺學習儀器的基本操作方法，模擬訓練儀器的操作技能，在虛擬環境中學習儀器的操作技巧，就像實際操作真實環境中的儀器一樣。在虛擬平臺上，每個操作流程與實際儀器的要求都基本一致，而且操作過程中還有錯誤提示功能，當操作者出現錯誤操作時，系統會自動提示并指出錯誤原因。這樣，可以為操作真實的大型儀器打下堅實的基礎。

（四）健全保障機制

建立一套先進、人性化的保障體系，包括管理制度、平臺開放多樣化建設、隊伍建設規劃、經費管理模式、管理手段、激勵機制等方面，是平臺能夠充分發揮大型儀器在學生創新實踐能力培養中作用的重要保證。

1. 學校及平臺層面必須建立科學的大型儀器管理制度。必須圍繞學校的人才培養要求和教學、科研需要，加強儀器購置前的論證。必須制定大型儀器管理制度，規范儀器設備的日常管理。必須明確儀器負責制度，并培養學生愛護儀器設備的自覺性和使用儀器的責任感。必須制定大型儀器共享管理辦法，可通過設立大型儀器共享基金等方式鼓勵教師及學生有效使用大型儀器設備，提高儀器設備投入的效率效益，充分發揮儀器設備在人才培養中的作用。

2. 重視分析測試隊伍建設。由于現代大型儀器的服務內容和對象涉及到多種學科和專業，而且某一門課程或某一項科研課題的完成，也往往需要多學科研究人員相互配合。加之現代儀器設備的結構精密復雜、科技含量高，必須具有相當水平的專業技術人員使用和維護，這就需要建立一支由現代分析測試人員，儀器設備維護、維修人員，管理人員組成的跨學科教師實驗技術人員隊伍。因此，平臺需要采取學歷提升、有計劃短期培訓、工作崗位自主學習等措施不斷提高教師和實驗技術人員的學歷層次及教學、科研和分析測試能力，重點抓好教師和技術人員的分析測試能力建設，在提高出具數據的精度、準確度的同時，還要拓展對數據的解釋能力。每臺儀器交叉配備技術考核合格的專門從事儀器操作和維護的技術人員1～2人，同時負責該儀器相關的基礎理論與方法的理論和實踐教學工作、相關課題的研究工作和儀器的開發研究工作等。

3. 保證經費的持續投入。目前，高校中重購置輕管理的情況還較為嚴重，往往將資金投入到購置新設備中，缺少配套的儀器維護資金，無力維持已有的設備。現代大型精密儀器普遍購置費貴、維修成本高。有些大型設備開一次機，僅耗材就得幾百或上千元，更換一個配件就得需要幾萬元到幾十萬元，平臺無力對其維修，造成設備長期閑置，處于報廢的邊緣。再者，很多現代儀器更顯換代快，其技術先進性、精密程度及質量隨著時間的推移而很快落后和降低。因此，每年必須有足夠的專項經費用于儀器的維護、維修及更新換代，才能保證平臺的先進性。

4. 實現網上預約管理。開放共享的大型儀器信息應在校園網上公布，包括儀器基本信息、主要性能指標、功能及服務范圍、收費標準和聯系電話等。建立優質儀器資源共享平臺，其綜合管理系統網絡平臺可實現預約、開放權限時限、人員、實驗項目和儀器設備使用等多要素協同的全過程管理[1]。系統還可附加其他功能，如儀器使用機時管理系統，可對上機操作人員的機時自動進行準確的記錄；以及賬戶充值、計費系統，方便校內外用戶進行測試費用的處理。

5. 建立科學合理的大型儀器開放共享效益評價及激勵機制。定時對大型儀器的開放共享效益進行評估，主要涉及機時利用、人才培養、科研成果、服務收入、功能利用與開放等。對于發揮效益好的大型儀器設備，要給予表揚和獎勵。其中，要在儀器設備績效考核中設立與學生實踐創新能力培養有關的考核指標，引導和促進儀器設備在人才培養方面發揮更大作用。

四、結束語

學校的分析測試中心在大型儀器資源整合、開放共享方面進行了十余年的探索，通過對大型分析測試儀器專管共用，提高了管理水平和儀器使用與開發水平，為學校的教學科研以及周邊社會提供了良好的服務。但高校高水平創新人才的培養是一個系統工程，如何進一步提高大型儀器的管理水平，充分發揮其在學生創新實踐能力培養中的作用，需要我們今后更多的探索和研究。

參考文獻：

[1]劉恩岐，張建萍，唐仕榮，等.大型儀器設備開放共享管理模式的實踐與探索[J].實驗室研究與探索，2016，35（5）：285-287.

[2]羅琴，自俊青，李智峰，等.地方高校分析測試中心建設管理運行模式探討[J].實驗科學與技術，2014，12（4）：173-175.

[3]費克文，倪光峰，王伏玲.高校大型儀器設備開放共享實踐與探索[J].實驗室研究與探索，2011，30（9）：400-402.

[4]蔡兵，劉姝伶，尹玲娜，等.高校大型儀器設備開放共享的實踐與探索[J].實驗室研究與探索，2014，33（2）：259-263.

[5]周俊，李宜祥，洪霞.儀器設備開放共享培養學生實踐創新能力[J].實驗室研究與探索，2013，32（8）：478-481.

[6]胡芒谷，吳曉玲，何世偉.探索建設專業分析測試中心提高科學儀器設備共享水平[J].科學成果管理與研究，2014（6）：15-16.

[7]宋照風，吳艷平，劉弋潞，等.大型儀器設備開放共享平臺建設的探索[J].高教學刊，2015（13）：88-89.