加強大型儀器服務平臺建設 提高共享服務能力

權茂華, 孫建林, 毛璟紅, 薛潤東

(北京科技大學 材料國家級實驗教學示范中心, 北京 100083)

大型儀器是分析檢測科研成果的主要手段,是衡量科研實力的一項指標[1],大型儀器在實驗教學和科研工作中,重要作用不言而喻。近年來,隨著國家對科研工作的大力資助,大型高端精密儀器的種類和數量不斷增加,各大高校、科研院所紛紛成立了相應的測試服務平臺[2]。管理好大型儀器,并加強服務平臺建設,成為新形勢下實驗室管理工作的重點。

1 大型儀器服務平臺的主要職能和重要作用

本文所指的大型儀器是指價格在100萬元以上的精密科研測試儀器或者設備。在科研工作中,大型儀器是開展高層次科學研究必備的硬件資源[3],在高校教學中,大型儀器還是培養創新人才的主要媒介。實踐是培養創造力、創新能力的動力和源泉[4-5],開展大型儀器實驗課程是推廣材料表征技術、培養創新人才、助力科研的主要渠道。

隨著高校大型儀器數量規模迅速擴大,發揮其硬件資源優勢,面向社會為科技創新服務,是新時期國家對高?？萍假Y源管理工作設立的目標[6]。因此,新形勢下除了要發揮其在科研、教學中的作用外,為社會創新科技提供技術支持和保障是大型儀器服務平臺管理的工作重心[7-9]。本文結合北京科技大學材料國家級實驗教學示范中心電鏡服務平臺的建設經驗,通過分析大型儀器在實驗教學、測試服務以及日常管理中的特殊性和不利因素,從大型儀器服務平臺建設思路、管理方法、技術共享等三個層面探討服務平臺運行管理和建設路徑。

2 大型儀器服務平臺建設和管理的問題

2.1 大型儀器掣肘實驗教學開展

實驗教學宗旨是通過實踐加深學生對理論知識的理解,使他們學會運用理論知識解決實際問題。然而,大型儀器受諸多因素影響,不利于開展大規模實驗教學。其一,大型儀器屬于精密儀器,價格昂貴,數量少；其二,大型儀器實驗結果需經復雜的儀器調試過程方能獲得,歷時時間長；其三,對材料測試結果的分析處理及其結論,應滿足相應的國際/國家標準,要經過嚴格篩選。這些因素限制了大型儀器在實驗教學中發揮作用,成為普及大型儀器使用的掣肘。

2.2 大型儀器價格昂貴,購置者共享意愿低

高校大型儀器的購置主要有兩個途徑,一是學院申請采購計劃統籌購置,二是個人通過申請科研經費購置。大型儀器購置后專用現象嚴重,使得優勢資源分散、不能共享。導致購置者共享意愿低的原因是：

(1) 大型儀器的專用性強。對使用者專業素養要求高,操作復雜,管理維護工作繁瑣,專業性強。

(2) 成本高，購置周期長。從經費申請、審批、采購、運輸、安裝到調試運行,視儀器的精密程度,最短要1年,有的甚至要3年才能完成,時間耗費較大。

(3) 維修難度大。大型儀器一旦發生故障,從檢測故障源到排除故障需要很長周期。此外,需要聘請專業維修人員進行維修,維修經費開支大。

2.3 大型儀器故障頻發,維修周期長

大型儀器屬于昂貴精密儀器,構造復雜,對運行環境有特殊要求,稍有不慎便故障頻發,而排除故障耗時較長,減少了大型儀器有效開放時間。大型儀器的故障主要有儀器故障和人為故障兩種。儀器故障包括三種類型：運行環境不滿足儀器工作條件導致的故障；運行時間過長、零件磨損嚴重導致的故障；維護不當導致的故障。人為故障主要是指人為誤操作導致的儀器故障和違反儀器使用規則導致的故障,例如有的大型儀器禁止測試磁性樣品,如果使用者違規測試磁性試樣,就會導致儀器內部發生故障。

3 新形勢下大型儀器服務平臺建設和管理舉措

3.1 建設特色教學模式,培養創新人才

降低學生對大型儀器、精密儀器的恐懼感,激發學生勇于實踐的熱情,實行分組授課制,保證每位學生的操作時間。此外,依據教學大綱并結合現已公布的國際/國家標準編寫實驗教材“電子顯微分析實用方法”,將理論與實踐緊密地結合,把標準化內容引入到專業課教學中[10],規范實驗項目的操作流程。提升學生“標準化”觀念,踐行高素質創新人才培養理念。大型儀器實驗教學改革探索了材料學科人才培養的新模式,為國際交流、技術對接奠定了堅實基礎,同時也開辟了具有工科特色的人才培養新途徑。

3.2 科學管理,嚴格維護,提升儀器服務效率

要把儀器管理好,就要建立有序的使用制度、監察制度,保證有效開放時間,才能從根本上解決本位主義思想壁壘,發揮大型儀器的高端優勢,真正實現大型儀器的共享。首先,要建立有序的開放制度,嚴格規范儀器檢測范圍和被測試樣的種類,依據試樣的特點分類處理,提升儀器的使用效率。其次,建立嚴格的監察制度,設立儀器負責人,具體責任落實到位,每臺大型儀器分別建立各自的檢查制度,定期檢修,降低儀器故障,并設立專用維修經費。保證大型儀器24 h開放,解決小隱患避免大隱患,有效縮短儀器故障排除時間。再次,設立使用人員考核制度。規范使用人的操作方式,減低誤操作導致儀器故障的頻率。電鏡服務平臺的每臺儀器自成體系,獨立管理,共享平臺僅負責統籌管理和任務分配。

3.3 與國際知名企業共建實驗室,共享優勢資源

針對大型儀器構造復雜、工作環境苛刻的特點,維護大型儀器高效運行是建設大型儀器服務平臺工作的先決條件。除了建立嚴格、科學的管理體制以外,與大型儀器生產企業共建實驗室是維護儀器的有效途徑。這具有兩方面的特殊意義,其一在技術層面上,可借助企業專業技術人才和先進硬件資源,開啟技術交流渠道,使大型儀器服務平臺優先獲得技術支持,技術與應用環節有效銜接,搭建工程師和學生交流媒介,激發學生勇于實踐的創造力。其二在儀器維護層面上,可有效保障儀器高效運轉、零故障。2011年5月,我校與德國卡爾蔡司納米技術公司聯合共建電子顯微鏡合作實驗室,并定期舉辦技術交流會,在儀器維護方面取得了良好效果。經過升級改造后,使實驗室陳舊的掃描電鏡能夠在實驗教學和測試服務中正常運行。

3.4 加強實驗技術人才隊伍建設,提升科研服務水平

大型儀器的管理者是共享平臺的軟實力,也是發揮大型儀器功能的重要因素。在儀器平臺的建設中,在配備高端、先進儀器的同時,更要注重實驗技術人才隊伍的建設[11]。大型儀器能否在科研、教學中提供技術支撐,在社會服務中發揮經濟效益,實驗技術人員的技術能力和水平至關重要。設立再深造機制,鼓勵青年實驗技術人員研修博士學位或出國深造。定期召開技術交流會,搭建與技術專家交流平臺,實現技術互通、經驗共享,提升測試服務水平。材料國家級實驗教學示范中心電鏡服務平臺70%人員具有博士學歷,其中再深造人員占75%。每學期國內技術交流2次,校內技術交流2次。近3年實驗技術人員承擔國家級科研任務4項。

3.5 擴大技術共享,建立培訓體系,提升平臺共享服務能力

通過建立培訓體系、開展技術交流,提升大型儀器服務平臺共享能力,是促進服務平臺發展的有效途徑。所謂共享不僅包含設備共享,更重要的是技術、人才的共享。材料國家級實驗教學示范中心電鏡服務平臺,通過開展技術培訓,實現了技術、人才、設備的共享及相互融合、相互促進。

(1) 擴大技術培訓規模,提升技術推廣力度。技術培訓是提升技術水平、培養人才、推廣新技術應用的手段。在大型儀器培訓頻次上,由原來的每年1屆增加到每年2屆,由資深專家講授基礎理論應用難點,同時邀請電鏡技術應用工程師宣講新技術及應用方法。在大型儀器培訓方式上,增設了實踐操作環節,邀請專業技師與學生、實驗技術人員面對面交流,實地演練互動。

(2) 開設精準培訓課程,加強專業人才培養。所謂精準培訓是指面向博士研究生,依據其科研領域,設定針對性較強的電鏡培訓課程。采取自主選擇學習形式、時間的培訓方式,旨在培養電鏡人才,提升博士研究生科研工作能力。經過精準培訓獲得電鏡獨立操作資格的學生,在科研工作中都有突出表現。例如,2012級材料冶金專業學生李強,其獨立完成拍攝的電鏡照片,于2017年發表在國際頂級雜志Nano Letter上；2013級材料科學與工程專業學生王瑋,因其在材料結構表征中的突出表現,于2015年獲得博士研究生國家獎學金；2014級材料科學與工程專業學生王雪嬌,獲得北京科技大學第十三屆研究生學術論壇優秀論文獎。

(3) 建立標準化操作培訓流程,加速儀器共享。依據現行國際/國家標準建立標準操作流程[12],對不同類型儀器分別設置不同的培訓課程,讓被培訓者掌握不同類型電鏡操作流程的區別,從而有利于擴大儀器共享范圍,還可減少人為誤操作導致的儀器故障。獲得獨立操作資格的學生,可在校內、外相同類型的電鏡上操作。例如,2016級和2013級材料科學與工程專業的研究生畢鵬和王子豪等獲得透射電鏡獨立操作資格后,赴日參與校際合作科研工作。

3.6 發揮示范輻射作用,重視科技創新活動

據不完全統計,近三年材料國家級實驗教學示范中心電鏡服務平臺共接待國內外10余所高校材料學科同行交流參觀120人次；接待暑期夏令營課外實踐學生超過180人次；用于支持大學生科研訓練計劃(student research training program)免費開放的機時達40 h。

4 結語

在科技主導經濟快速發展的今天,大型測試儀器服務平臺的建設和發展,是加速科技發展的基礎條件。結合高校大型儀器管理的現狀,以教學促建設,踐行服務、培訓雙模式并軌運行的建設管理方法；在教學、測試環節踐行國際/國家標準,提升實驗教學質量和測試服務水平；優化儀器管理細節,加速人才隊伍建設；形成實驗教學、培訓服務、儀器維護環環相扣,環環相關的大型儀器管理機制,能夠為加快大型測試儀器服務平臺建設和健全服務平臺管理機制提供借鑒。