經濟高效的大型精密儀器院級共享平臺搭建*

連歡 張翠忠 李志紅 劉鳳平 張貞發

廣西民族師范學院化學化工學院 廣西崇左 532200

0 引言

大型精密儀器是各大高校開展教學和科學研究的重要硬件支撐，在高校實踐教學、科學研究及服務社會方面扮演著不可或缺的角色，從一定程度上體現了一所高校的辦學水平和層次[1-2]。近些年來，伴隨國家教育發展戰略的部署和實施，各類地方高校的辦學規模逐漸加大，學校對硬件設施的投入增加，特別是用于教學和科研的大型精密儀器數量逐年增多。但由于相關管理機制和人才配備跟不上硬件設施擴充的步伐，資源難以充分利用，造成國家資源的浪費。

精密儀器一般是指：單價在10 萬元及以上的設備；單價不足10 萬元，但屬于成套購置或需配套使用，整套價格在10 萬元及以上；單價不足10 萬元，但屬于國外引進、教育部規定為貴重稀缺的精密儀器。儀器使用效率要求方面，教育部專用儀器設備800 小時/年,通用儀器設備1 400 小時/年。但國內高校大型儀器設備的利用率普遍不高，設備閑置、服務能力較弱的現象普遍存在，未達到國家管理服務和開放共享要求。地方高校的儀器投入與產出的矛盾更加突出。這是由于地方高校資金方面較困難，沒有充足資金購買大型精密儀器管理平臺，師生無法方便、及時地預約、使用到精密儀器[3-4]；另外，每個技術員負責的實驗設備數量較多且設備數量逐年增加，但實驗技術員隊伍難以補充人員，甚至流失，導致技術員工作量日益繁重。需要探索出既能夠提升儀器設備使用效益，又能夠減輕工作人員腦力和體力的方案。綜上所述，如何以最低的資金投入提高大型精密儀器的使用效益、緩解技術員工作壓力是地方高校亟待解決的問題。

1 設備管理現狀

目前，廣西民族師范學院化學與生物工程學院實驗管理中心在崗人員有分管副院長1 人，實驗室主任1 人，實驗員4 人，精密儀器技術員3 人，其中，精密儀器技術員不僅負責全學院的精密儀器操作維護及實驗室管理工作，還要兼做實驗教學相關的其他工作。實驗室人員結構和基本責任分工如圖1 所示。由圖可知，每個技術員負責的設備部分是親自測試的儀器設備，一部分是給學生自主操作的設備，還有一部分是教學設備，技術員還要承擔所負責的對應儀器的實踐教學任務以及實驗室的其他相關事務。

圖1 實驗室人員結構及分工圖

學院每年在校學生在兩千人左右，涉及精密儀器設備使用的學生在400 人左右。擁有5 萬元以上設備100 多臺，含10 萬元以上貴重精密儀器設備50 多套，其中有30 多套設備為學院內部共享設備，其余的為使用頻率較高的教師個人管理，即放置在課題組實驗室（將課題組實驗室統稱為功能實驗室）。其中，學院內部共享設備中有四臺60 萬以上的設備對社會開放，對外開放的設備目前主要為跟學院有合作的企業提供無償服務。

隨著“互聯網+”時代的到來，精密儀器設備信息化迎來新的發展契機，通過互聯網技術實現大型精密儀器設備的管理已成為實現精密儀器高效管理、提高設備使用效率、服務能力及其開放共享的有效途徑。因此，廣西民族師范學院在2019 年利用專業建設經費將實驗室基礎設施改造，補充大量進口精密儀器設備，并購買智慧實驗室系統，主要用于部分實訓室監控管理和大型精密儀器設備的預約使用，但該預約平臺的使用受局域網的限制，不能在其他網絡中登錄使用。局域網絡問題難以得到解決，導致這個看起來比較先進的預約平臺成為雞肋，但這并不妨礙精密儀器正常預約及使用。這幾年利用有限的資源和簡單的管理模式實現了各大精密儀器的快捷預約，沒有實驗設備信息閉塞和時空局限，學院各大精密儀器設備正常有序運行，為廣西民族師范學院的實踐教學、科學研究及社會服務提供了強有力的保障。

2 簡易平臺建設

2.1 管理平臺搭建

2015 年，實驗室管理軟件短缺，沒有其他便捷使用設備的途徑，更沒有預約使用儀器設備的預約途徑，且當時只有一名技術員，所有精密儀器設備均需要親自操作測試，基本都是學生或教師送樣品過來，由技術員進行測試，測試完畢拷貝數據發送給相應的學生或教師。但一名技術員很難面面俱到，技術員像流水線操作工一樣，工作量非常大，且很多樣品不能及時測試，儀器設備運行情況等信息無法透明。為了便于統一管理設備，實現設備運行情況信息透明公開化，便于管理統計實驗室使用率等數據，提升實驗設備使用效率，技術員利用工作常用的騰訊QQ 建立一個可容納500 人的精密儀器預約群，以社群管理為途徑，在實驗室管理上做出以下改革：

1）建立簡單明了的實驗室管理制度；

2）儀器設備使用流程；

3）儀器設備使用在線預約；

4）培訓學生，實現部分設備學生自主操作。

簡單的實驗室管理制度及儀器使用要求均以群公告的形式體現，讓學生通過發送已經既定的Excel表格到群文件的形式來預約設備。與之前相比，儀器利用率有效提高，儀器使用過程中留有電子檔案，但是學生和教師要經常下載最新文檔表格，然后再填寫預約信息并上傳群文件，不可避免的是如果有多個人同時下載并上傳文檔會導致部分預約信息被漏掉，但這種情況是少數，當時設備數量很少，預約人數也沒有現在多，大多數情況下不會出現這種遺漏。直到2018 年騰訊在線文檔橫空出世，為實驗管理平臺提供了極大的便利。將預約文件遷移到在線文檔不僅可以免去不斷上傳文檔的麻煩，還可以實現多人同時在線編輯，這在原有基礎上更加便捷，有效增強設備資源供需的透明度，使用效率進一步提升。

2.2 平臺管理

互聯網只是一個工具，如何使工具發揮最大價值的關鍵在于管理。首先是群成員的管理，群成員由指導教師、學生及實驗技術員構成，學生畢業就會自動退群，因此群成員始終都沒有超過500 人。技術員、指導教師及學生的群昵稱分別有統一的格式，方便識別。比如技術員昵稱為“技術員—張三—（SEM/XRD/AFM）”。儀器設備預約使用規范及群規則都在群公告里簡明展現。目前，由于技術員缺乏，有一部分儀器設備完全開放給學生自主操作使用（稱為其他精密設備），每學期組織兩次以上的線下培訓，每個指導教師派代表學習，后續把操作視頻上傳至群文件或拷貝給指導教師以供學生和指導教師學習鞏固。貴重精密儀器設備的使用，如掃描電子顯微鏡（SEM）、X 射線粉末衍射儀（XRD）等操作及維護成本較高的設備需要技術員親自操作測試，但測試樣品的制作是由學生自主完成的，樣品制作方法及注意事項等以視頻的方式記錄并上傳群文件供學生自主學習。學生準備好樣品之后，提前一天在線填寫樣品信息，填好之后私聊對應的技術員，提醒技術員確認。學生在儀器使用時間找技術員拿鑰匙開門，開門后先檢查衛生和設備情況，確認沒有問題后正式使用。在使用過程中遇到問題可以通過QQ 在線私聊技術員，報告故障。使用完畢后，向技術員報告使用情況，如需檢查，則在檢查通過后鎖門即可。一般實行互相監督管理，如果下一位儀器使用者使用前發現問題，則追究上一位使用者的責任。所以基本上學生使用完鎖門拍照給技術員確認即可。技術員如果在其他儀器上測樣，也可以通過QQ 在線指導學生排除故障。如果故障問題較大則停止測樣，由技術員抽時間親自排查故障。在線文檔可以多人編輯，部分內容有可能被誤刪，雖然在實際使用過程中幾乎沒有發生過誤刪除數據的情況，但依然需要定期備份數據。實驗設備的安全管理離不開前期的學生教育，這種管理模式剛開始會有些困難，當在校所有師生都適應這種模式后，會影響下一屆學生，在這種良性氛圍的熏陶下，后面使用的學生就會自覺遵守管理規定。此外，指導教師的作用也不容小覷，因此前期在指導教師實驗設備使用規范的培訓上會花些時間，責任落實到每個指導教師后，指導教師會嚴格要求學生遵守管理規范。

設備管理預約流程圖如圖2 所示。把設備分成三大類進行管理：一類是教學設備，這類設備專注于實踐教學，主要使用人員是技術員和承擔實踐課程任務的專任教師；二類是科研設備，主要用于科研，主要使用人員是技術員；三類是其他精密儀器設備，這類設備主要是已經在課堂教學中學習過的和操作相對簡單、維護成本相對較低的設備，這部分設備是給學生自主操作的。關于儀器設備的維護，每個學期都會結合上一年的耗材使用情況及儀器本身的需求，給每臺儀器設備制定維護方案，然后根據方案和計劃定期維護即可。如果在使用過程中出現故障，即臨時故障，需要即時采取措施，排查故障，若故障難以消除，則走報修流程，報修是指相關負責的技術員提交材料給學校，按學校的辦公流程審批，審批后通知技術員聯系工程師進行維修。學生不熟悉操作，就要參加每學期安排的線下操作培訓，錯過培訓時間的學生要跟著其他學生學習三次以上才可以獨立上機操作。有了清晰的管理思路，平臺就會有序運行。

圖2 精密儀器管理流程圖

3 平臺效果

在這種管理模式下，精密儀器能夠順利完成精密儀器預約→實驗室安全使用→故障報修→儀器維護等系列事件的處理，而且能夠提高學生自主操作能力和自主應用能力，恰好滿足應用型人才培養的目標，保障實踐教學和科學研究的順利開展。一般的信息化軟件管理系統包含使用人登記→開通磁卡信息功能→預約→由系統根據設備空閑狀態分配使用順序→培訓材料的下載和學習→自測系統測試合格→預約通過→獲得許可→刷卡上機→狀態監測（樣品數量、測試時長實時監控）→根據時長繳納費用→跟蹤回訪及意見反饋（包括參與的科研項目、發表論文情況、成果轉化等信息）[5]。其中預約、使用登記、儀器設備使用狀態及分配、測試時長、樣品數量、項目及論文成果等信息都可以在在線表格里統計實現。因為學院儀器還處在免費開放的狀態，不存在繳費問題。線上預約平臺的搭建建立起使用者和管理者之間的溝通渠道，增強了教學和科研資源的透明度，提高了教學和科研資源的使用效率。使得技術人員體力勞動和腦力勞動的壓力有所緩解，工作效率大幅提升，學生的自主操作能力和實際應用能力得以培養。到目前為止，該管理模式已經形成良性循環，能夠保證實驗教學和科研的有序開展。

4 平臺優缺點

在新世紀高等教育教學改革工程的推動下，眾多高校開始構建從儀器預約平臺建設到科研應用的儀器分析實驗教學體系[6]。平臺的搭建更加直觀簡潔地架構了科研儀器和儀器分析實驗教學之間的橋梁。一般的在線預約系統對網絡環境有較高的要求，如河北醫科大學藥學院的儀器預約系統需要在校園網的環境下才能使用，校園網暢通才能保證系統的正常運行，此外，還需要具有一定管理經驗的專業技術人員挖掘資源，進而開發基于網絡環境的實驗資源共享平臺[7]。相比之下，目前搭建的平臺有諸多優點：不受時間、地域、網絡環境等限制；不需要專業的技術人員維護網絡系統；方便直觀，不需培訓，無需注冊賬號，人人都可以上手預約；不用花費任何經費構建，利用唾手可得的資源就可以實現。然而這樣簡易的平臺管理模式也有缺陷：只用于設備數量不是特別多的地方高校；設備狀態數據需要技術員導出表格，分析統計學年教學數據；在線表格多人在線編輯存在被誤刪的風險；操作培訓不夠詳盡、系統。但這些缺點都可以有針對性地解決。

5 結束語

近些年來，在這種經濟簡易的管理模式下，科學研究、教學設備都得以有序開展，避免了資源閑置和使用沖突。針對操作培訓不夠系統化的問題，錄制精密儀器操作視頻，通過學校已經擁有的第三方教學平臺（學習通、大學MOOC 等）構建儀器應用類培訓課程，為師生提供優質精良的培訓內容，更加優化儀器設備資源的利用，進一步提升設備資源的使用效益。