物理與材料實驗室教學和科研雙重功能的建設思考

高 華

(寧夏大學 物理與電子電氣工程學院, 寧夏 銀川 750021)

綜合性大學的實驗室作為理論教學的實踐平臺和科學研究的設備平臺,作用極其重要。對于實驗室的建設和管理問題,一直是困擾實驗室健康發展的難題。為了建立良好的實驗室管理體系,最大限度地發揮實驗室的教學和科研功能,很多學者進行了探索,如曹宇等對高校實驗室管理存在的問題進行了分析,認為存在學校重視程度不夠、實驗室管理觀念和體制相對落后、經費投入不合理、師資隊伍不夠穩定四大問題[1]。郭亞利等提出了以提高實踐能力培養為核心的實踐教學體系,從教學目標體系的確立、內容體系的架構、保障體系的完善、管理體系的完善等方面入手[2]。陳兵兵建議高校必須加強物理實驗室的規范化管理,提高實驗教學的質量[3]。汪靜等對中央與地方共建特色物理實驗室產學研一體化進行了思考[4]。陸紫生對海外一流院所的現代實驗室規劃和建設經驗對我國“雙一流”大學實驗室建設經驗借鑒進行了分析[5]。孫文靜等對高校科研實驗室建設進行了探究[6]。陳文倩等對高校教學實驗室建設效益進行了評價[7]。唐吉玉等對高校物理實驗室的安全管理進行了探討[8]。張占新等基于學生創新能力培養,思考了物理實驗室建設[9]。尤祖明等基于綜合改革視角討論了高校實驗室隊伍建設[10]。陳永軍等探索了基于量化考核的實驗技術人員管理模式[11]。

寧夏大學是教育部與寧夏回族自治區人民政府“部區合建”高校和國家“211工程”重點建設高校。物理與電子電氣工程學院是學校作為區域特色鮮明、服務地方能力突出、西部一流的高水平教學研究型大學的重要支撐。學校的物理與材料實驗室(以下簡稱“實驗室”)是以物理與電子電氣工程學院為依托單位,在自治區重點學科凝聚態物理基礎上規劃建設的。本文從實驗室目前現狀出發,深入思考實驗室建設,并提出了相關的建議。

1 物理與材料實驗室教學和科研現狀

物理與材料實驗室立足寧夏回族自治區經濟社會發展的總需求,按照“注重基礎、拓寬面向、提高素質、創新思維、突出能力”的思路,培養知識面廣、基礎扎實、實踐能力突出、綜合素質全面、具有創新意識與創業能力、適應基礎教育和經濟社會發展需要的高級專門人才。實驗室面向全院本科生和研究生開放,主要功能包括三個方面:

(1) 本科生和研究生的實驗教學。根據教學計劃和教學大綱,承擔全院物理學(教師教育)、物理學(應用物理)、新能源材料與器件專業本科生及研究生的實驗教學任務。實驗室應該準備好各類教學資料包括實驗教材和實驗指導書,借助多種教學手段，例如多媒體課件、軟件及教學節目,根據實驗具體情況,安排指導教師,充分保證實驗教學任務的完成,使得實驗教學質量不斷提高; 注意引導學生掌握科學的實驗方法,培養學生進行科學實驗的技巧和能力,訓練學生具備嚴謹的科學作風和態度,努力使實驗室成為學生能力培養和素質教育的重要基地。目前,基本能滿足做實驗1～2人一組的教學要求,每年接待全院3個專業近100名學生的物理與材料方面的實驗教學任務,平均每學年完成安排實驗近3 000人次。實驗室教學人員采用全院聘任制,充分體現出設備集中、資源共享的特點。實驗室采用分層次的教學模式,按照各專業的不同需要分為三類實驗教學形式,分別為基礎類實驗、綜合性類實驗、研究類實驗。對學生所做的每一個實驗項目進行考核,各實驗項目平均分即為該課程的總成績。學生根據自己專業特點及個人愛好,可自由選擇實驗項目和實驗時間,達到該課程的基本要求。

(2) 大學生創新實踐實訓。實驗室的實踐教學體系主要包括實驗教學、實訓教學、實習教學三個環節。其中,實驗教學對應理論課程設置,目的在于建立完整的知識體系,注重培養學生的動手能力、應變能力和創新能力; 實訓教學主要側重對學生的操作技能、技術應用能力和綜合能力的訓練,包括課程設計、畢業設計與畢業論文、技能競賽等; 實習教學包括認識實習、生產實習和畢業實習等環節,是將校內所學理論知識和技能向實際工作能力轉換的重要教學環節。在實際教學過程中,充分發揮實驗室的作用,努力提高綜合性、設計性實驗的比例和實驗效果。同時,實驗室面向承擔大學生創新訓練項目的學生開放,為提高學生創新能力提供實驗平臺。

(3) 開展科學研究工作。根據需要積極為科學研究工作的開展創造條件。實驗室應努力提高實驗技術,實現現代儀器的功能開發和利用,完善實驗條件,以確保高質量、高效率地完成科研實驗工作,提供良好的實驗平臺，為全院教師完成科研任務作出貢獻。

2 實驗室教學和科研功能規范化管理

2.1 建立有效的實驗室管理制度

實驗室制度在實驗室管理中起著重要作用,進入實驗室的所有人員,必須認真按照實驗室的各項管理規章制度執行。實驗室相關規章制度應掛在實驗室內部墻壁上,并及時更新和更換。實驗室制度的建立和規范,是實驗人員在實驗室工作中的經驗教訓總結。實驗室應建立和規范公共實驗室制度,制定“實驗室工作守則”“實驗室安全制度”“實驗室儀器管理辦法”“貴重儀器管理辦法”“實驗室材料管理辦法”“實驗室經費使用辦法”“實驗室設施有償使用辦法”“實驗室信息管理制度”“學生實驗守則”等[1-11]。

2.2 規范實驗室使用管理

凡申請進入實驗室進行實驗研究或使用儀器的所有實驗人員,必須嚴格按照實驗室的管理條例以及相關儀器的操作說明進行工作,使用中如操作不當造成儀器損壞,由使用者照價賠償,并記錄在案,嚴重違反規定者暫停課題組的使用權。所有的實驗申請者只能是本學院在編的專職教職員工,學生實驗的申請者必須由指導教師代為申請,費用及相關事項均由指導教師負責。

2.3 規范儀器設備管理

實驗室的儀器設備是國家的財產,是學校固定資產的重要組成部分。必須制定實驗室儀器設備管理辦法以便于加強對儀器設備的管理。實驗人員自覺接受該管理辦法的約束,做好儀器清潔衛生等日常維護以及使用記錄工作,維護實驗室安全包括防火防水防盜。使用完畢按儀器實際運行時間計算價格,計價標準要保證能夠彌補儀器維護費用和消耗品成本費用; 應該嚴格管理、合理收費,確保儀器設備始終處于良好工作狀態。

實驗室里放置有各種類型、數量較多的儀器設備,為了保證儀器設備的安全使用,必須制定嚴格的管理制度和具體儀器設備的操作規程,積極做好實驗室儀器設備的保養、維護和檢修工作,提高儀器設備的完好率、利用率以及實驗開出率。嚴格按管理制度和操作規程使用,發現問題及時反映,及時處理解決。儀器設備借用需經管理人員同意,保證按期歸還,管理人員須記錄在冊。實驗室儀器出現故障要及時維修,要有儀器設備損壞和維修記錄。因違反操作規程或責任事故造成儀器設備損壞和丟失,應根據損失情況進行經濟賠償。儀器設備不得隨意拆卸和改造,如果確實需要改造時,須經相關領導批準,備案方可拆改。儀器設備的使用說明書、圖紙,驗收報告等資料必須妥善保管。儀器設備帳、物、檔案相符率要達到100%,并定期核對。

貴重儀器是實驗室教學和科研設備中的核心部分,為了盡可能發揮這類儀器裝備的作用,進一步提高使用效益,適應物理與電子電氣工程學院實驗教學、創新實踐實訓和科研工作發展的需要,應制定精密貴重儀器管理辦法。凡是單臺價值在40萬元以上的實驗儀器均視為貴重儀器。實驗室貴重儀器在完成學生實驗教學基礎上,為了發揮貴重儀器的多種功能,提升儀器設備的利用效率,教職工經申請批準后可以進行教學和科研實驗。貴重儀器設備必須派專人負責,專人管理。相關工作人員必須經過嚴格的培訓和考核才能允許操作使用、維護和管理這些貴重儀器設備,并建立對應的管理辦法。除對學生進行實驗教學外,應制定實驗室對外開放測試的收費標準,所收費用先由實驗室代為收取,再由學校財務部門統一核算管理,用于補償儀器設備的日常運行、損耗、維護及支出必要的勞務費用[1-11]。

2.4 規范實驗教學管理

認真做好實驗教學的各項準備工作,檢查儀器設備、材料等是否完備,精心指導學生按照實驗操作說明做好實驗。使用儀器設備時,必須嚴格按照操作程序進行。注意培養學生嚴謹的科學精神及創新思想,提升學生分析和解決實際問題的綜合能力。在開展實驗教學前,要提前準備實驗教學大綱、實驗教材、儀器設備使用說明、實驗規程、實驗掛圖、實驗注意事項等相關資料。

實驗教學必須規范,只能由具有指導實驗資質的教師或實驗技術人員進行講授。任課教師必須參加所負責實驗課程的巡查指導工作,解答學生在實驗過程中提出的各種問題。實驗完成以后,實驗技術人員應該要求學生按照規定保持實驗室環境整潔有序,并對儀器設備進行逐一檢查。如果發現有人因不當操作致使儀器設備受損,當即予以追究責任。建立實驗教學檔案,主要包括以下資料:實驗教學文檔、實驗教師教案和試做報告及實驗開出情況記錄; 儀器設備的使用、維護、修理情況; 學生實驗報告、學生在實驗操作過程中常見問題的情況說明及處理辦法; 有關實驗室建設、實驗基地建設、實驗教學研究的文件資料及提高實驗教學質量的相關文獻等。積極進行實驗教學改革研究和實踐,對教學體系、內容、手段和方法開展有意義的探索,不斷改進實驗教學方法; 積極借助現代化實驗手段用于輔助實驗教學,切實提升實驗教學質量[1-11]。

2.5 規范經費管理

物理與材料實驗室經費主要包括:實驗室建設及運行費用; 收取的設備有償使用費; 實驗室的維持費; 學校下撥的水電費。實驗室負責管理各項經費,對各項經費設立專項帳簿,做好專款專用。

(1) 物理與材料實驗室運行及建設經費的使用:建設費包括:房屋、設備、人才引進等費用; 運行費包括:自主研究、國際交流、日常運行設備維護、更新改造等費用。

(2) 收取的設備有償使用費:主要用于實驗室各項科學研究實驗器具、耗材、工具的購置及儀器維護等相關費用的補充; 此外還包括有關的人員培訓、管理費以及必要的實驗輔助勞務費等項的支出。

(3) 實驗室的維持費:主要用于本科生實驗教學的實驗器具、耗材、工具的購置及儀器維護等相關費用。

(4) 學校下撥的水電費:用于實驗室日常維護及本科生教學實驗所用的水電費等。

3 實驗室教學和科研隊伍管理

目前,物理與材料實驗室擁有一支相對穩定、愛崗敬業,集教學和管理為一體的教學隊伍。現有專職教師和管理人員10余名,具有副高以上職稱的教師占60%以上,多人次被評為自治區級、校級優秀教師及先進工作者。自2018年以來累計承擔國家自然科學基金項目等各類項目10余項,在國內外各類學術刊物上發表論文50余篇。為了更好地管理實驗室,加強實驗室人才培養,在學院主管院長的直接領導下,實行實驗室主任負責制,配備實驗室主任、副主任、專職人員及大型儀器設備技術責任人。各類人員應該有各自明確的責任分工,既各司其職,又有團結合作,努力完成各項工作。

3.1 實驗室管理人員

實驗室主任主持全面工作,負責實驗室總體發展規劃、任務和管理; 組織貫徹執行有關規章制度、建立實驗教學課程體系、管理實驗室經費; 協調實驗室人員的工作任務、對他們進行思想政治教育和年度考核等工作; 實驗室副主任負責分管實驗室的國有資產,包括實驗設備和計算軟件等具體管理; 協助實驗室主任負責實驗室的各項日常管理及相關教學和科研服務工作。

3.2 實驗室專職技術管理服務人員

(1) 根據教學和科研對實驗工作的要求,編制實驗教學計劃,制定具體實驗方案,認真履行實驗室崗位職責,完成實驗課的教學工作。

(2) 負責對常規儀器進行日常管理和基本維護,編制本實驗室的儀器設備和耗材采購計劃以及設備檢修計劃; 及時處理工作中出現的各種技術問題,排除各種安全隱患,管好用好維護好實驗室的儀器設備,保證實驗室和實驗儀器的安全; 積極做好實驗室人員的日常出入情況登記以及儀器設備使用情況記錄。

(3) 開展對實驗教學、技術和手段的新探索,進行儀器設備功能的利用開發、升級改造,使儀器設備功能得以擴展,積極掌握國內外實驗技術動態,在做好基本實踐性教學工作的前提下,開發科技實驗項目和進行技術應用研究。

3.3 實驗室聘請教師擔任大型儀器設備技術責任人

(1) 開展現代教學技術和手段的研究,探索大型實驗平臺多種功能的應用,根據教學和科研對實驗工作的要求,指導并協助其他教師或研究生進行實驗。

(2) 負責大型儀器的采購、調試、日常管理和維護; 管好用好維護好大型貴重儀器,積極處理工作中出現的各種技術問題,及時排除各種安全隱患,保證實驗室和實驗儀器的安全。每一臺大型儀器相關技術問題均由相關的責任教師負責; 責任教師在該儀器設備采購時需提供相關技術功能要求、用途說明,并編制實驗設備使用規程等。

4 實驗室教學和科研功能拓展

為了加強實驗室教學和科研功能,擬規劃設立6個二級實驗室,包括近代物理實驗室、中學物理實驗研究實驗室、光電材料與器件實驗室、材料物理性能實驗室、儲能材料與器件實驗室、材料制備與微觀組織實驗室。實驗室建成以后將成為學院進行教學、科學研究、技術研發的重要實驗平臺和研究基地。實驗室規劃目標是擁有專職和兼職教師30人,實驗室面積為2 000 m2以上。實驗室作為學院教學和科研公共實驗平臺,通過儀器共享、資源管理、經費統籌、大型設備專人負責等方式進行管理和建設,滿足了物理與電子電氣工程學院的教學和科研需求,同時還提供對學校內部其他學院和兄弟單位的儀器共享服務。作為西部地區高校建設的物理與材料實驗室,充分利用自身的實驗教學資源和教學水平,將會對自治區物理與材料相關專業本科生及研究生實驗教學起到一定的示范指導作用。

未來應首先建立和完善實驗室工作制度,使各項工作有章可循。按照實驗教學工作的實際需要,加強對實驗技術人員的管理,充分調動技術人員工作的自覺性和積極性,高效地做好本職工作。對實驗室工作人員要加強人才梯隊建設,不斷提高他們自身的專業化水平,努力做好學院下達的各項工作。這有助于整合學院現有物理類和材料類實驗室,打破各個實驗室條塊分割、實驗資源不能共享、培養過程標準不一致的現狀,形成規范統一的實驗培養體系。

嚴格執行學院的有關規定,為實驗室的日常運行和儀器設備的正常使用提供保證。實驗室工作人員應精心使用、維護和保管儀器設備,認真做好日常維護工作,特別是校驗和維修記錄,使儀器設備始終處于完好狀態,確保實驗結果的可信度和實驗數據的精確度。

實驗室在確保做好實驗教學、創新實踐實訓和科研工作的基本前提下,應加強與社會各行業的聯系,積極開展技術開發、多種類型的學術和技術交流活動及社會性服務工作。積極創造條件向全校教師、學生和社會開放,發揮實驗室學術和技術優勢,進一步提高儀器設備的使用效益; 建立和健全規范的財務制度,制定合理的儀器使用收費標準。實驗室應大力開展校內外合作,以及實驗技術相互交流活動。

5 實驗室的發展思考

(1) 實驗室建設應納入學院發展規劃中,突出學院特色,制訂符合實際的近期和長遠規劃,各項建設規劃都要綜合考慮學院現有的學科發展水平、儀器設備硬件、經費投入等現實因素,并報學院批準,方可安排實施。實驗室的建設首先要盡可能發揮原有設備的功能,考慮設備投資效益,要認真選好需要購買實驗設備的型號,注重體系化建設,盡快形成實驗能力并投入使用。購置貴重儀器設備之前,應進行廣泛征求意見和充分調研論證,要杜絕重復投資和建設。

(2) 實驗室要實行科學化和制度化管理,建立和健全各項規章制度,落實崗位責任制。實驗室應按規定做好儀器設備和設施的日常維護。

(3) 實驗室對納入實踐教學計劃的課程,實行無償服務,優先滿足本科教學實驗工作,實驗學時和機時計入設備利用率和開出率指標。實驗室對全校教師、學生和社會開放,進行科學研究和技術服務,實行有償服務,按規定核收相關費用,在學校設立獨立的財務賬戶,并原則上實行專款專用,用于實驗室日常維護和管理。

(4) 應定期開展學術交流和管理研究,開展實驗室工作及投資效率的評估、評比活動,提高整體管理水平; 積極配合學院對教師、實驗人員、研究生等進行培養,提高教師、實驗人員、研究生等的實驗水平與研究能力。