基于人才培養(yǎng)的大型儀器開放共享實(shí)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(yǎng)過程中所發(fā)揮的作用，結(jié)合西南科技大學(xué)分析測試中心大型儀器開放共享的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，分析了當(dāng)前高校大型儀器開放共享平臺運(yùn)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(jī)制在加大平臺開放力度方面的重要作用。

關(guān)鍵詞：大型儀器；開放共享；人才培養(yǎng)；高校

中圖分類號：C961 文獻(xiàn)標(biāo)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(dāng)今知識、經(jīng)濟(jì)、社會的高速發(fā)展，國家對高等教育的投入越來越大，高校的硬件設(shè)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(xué)工作、科學(xué)研究、社會服務(wù)的重要保障和衡量實(shí)驗(yàn)條件、科研環(huán)境的重要標(biāo)志，也是培養(yǎng)高層次人才、發(fā)展高科技的重要工具[3，4]，各個(gè)高校都利用各級專項(xiàng)基金購置了大批先進(jìn)的大型儀器，其總價(jià)值不菲，辦學(xué)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(jī)制等因素卻嚴(yán)重制約了大型儀器設(shè)備的共享、利用率，造成極大的資源浪費(fèi)。因此，高校的分析測試中心應(yīng)用而生。在當(dāng)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(xué)校進(jìn)行教學(xué)、科研和服務(wù)社會的一個(gè)重要基地。分析測試中心集中了高校內(nèi)大部分的大型精密儀器，避免了低水平的重復(fù)性購置，緩解了大型儀器運(yùn)行、維護(hù)、維修經(jīng)費(fèi)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(shí)，分析測試中心也是一個(gè)學(xué)科交叉和創(chuàng)新實(shí)踐的公共平臺，為培養(yǎng)高素質(zhì)、創(chuàng)新型人才提供了硬件及技術(shù)支撐，還可為其他高校、科研機(jī)構(gòu)、企業(yè)等提供服務(wù)，產(chǎn)生更好的社會效益。但是，在實(shí)際運(yùn)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(shè)施未及時(shí)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(shí)施大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃以來，傳統(tǒng)的教育思想觀念正悄然發(fā)生著變化；培養(yǎng)模式也從單一的技能或知識灌輸，改變?yōu)閺?qiáng)化創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力訓(xùn)練、增強(qiáng)高校學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，從而為國家建設(shè)培養(yǎng)高水平創(chuàng)新人才。因此，如何高效、合理地利用大型儀器資源，進(jìn)一步優(yōu)化分析測試中心這一優(yōu)質(zhì)資源平臺為大學(xué)本科學(xué)生、研究生進(jìn)行研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)服務(wù)，讓學(xué)生共享大型儀器資源，對于完善高校實(shí)踐教學(xué)體系和培養(yǎng)創(chuàng)新型人才而言具有重要的意義。

二、當(dāng)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(xué)儀器、設(shè)備共享的優(yōu)質(zhì)平臺，其目的是優(yōu)化配置、科學(xué)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(yùn)行多年，但平臺的管理手段還較為落后，平臺持續(xù)投入經(jīng)費(fèi)不足導(dǎo)致儀器很快落伍，平臺技術(shù)隊(duì)伍建設(shè)滯后，平臺開放模式傳統(tǒng)、單一等問題，導(dǎo)致平臺開放力度不大，遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)前高素質(zhì)人才培養(yǎng)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(yīng)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(tǒng)式授課的局限

在高校，分析測試中心平臺大多開設(shè)分析測試技術(shù)或儀器分析類課程，通過理論+實(shí)驗(yàn)課，來發(fā)揮儀器設(shè)備在學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)中的作用。在此過程中，往往由于課時(shí)的限制以及課程安排追求多而全的思想，使得學(xué)生實(shí)際動手操作儀器設(shè)備的機(jī)會非常少，操作大型儀器設(shè)備的機(jī)會則更少。這必然會影響學(xué)生對儀器設(shè)備的操作熟練程度，影響學(xué)生創(chuàng)新思維的發(fā)散空間和實(shí)踐創(chuàng)新能力的提高，導(dǎo)致相當(dāng)一部分學(xué)生被動接受理論知識、似懂非懂，實(shí)驗(yàn)課程應(yīng)付通過，不久后又容易忘記。以西南科技大學(xué)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(xué)工作主要依托于研究生課程《現(xiàn)代分析測試技術(shù)》及本科生大學(xué)生科研創(chuàng)新班課程《物質(zhì)成分分析》，其理論+實(shí)踐課時(shí)僅有約幾個(gè)學(xué)時(shí)，僅能向?qū)W生介紹儀器基本原理及常規(guī)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(yīng)（由于基體的化學(xué)組成而引起對待測元素特征熒光譜線強(qiáng)度的被吸收或增強(qiáng)效應(yīng)）及物理狀態(tài)（由樣品的粒度、均勻性、密度和表面結(jié)構(gòu)等因素所致）等的不同會對分析結(jié)果產(chǎn)生一定的影響，這些都需要通過樣品制備環(huán)節(jié)來解決。另外，盡管X射線熒光光譜分析試樣的物理形態(tài)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(shí)要求制樣過程具有良好的重現(xiàn)性。因此，較少的課時(shí)不僅不能讓學(xué)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(xué)生親自動手制備樣品、上機(jī)測試，顯然不利于實(shí)現(xiàn)大型儀器的開放共享和高水平創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。

（三）功能開發(fā)利用效率低

在教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”實(shí)施以來，各高校都積極地通過人才培養(yǎng)方案的修訂、課程體系的構(gòu)建、實(shí)驗(yàn)室裝備的改善等途徑，為大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提供盡可能優(yōu)質(zhì)的條件；但同時(shí)卻在一定程度上忽視了大型儀器的功能開發(fā)利用，缺乏大型儀器功能介紹和展示的渠道和方式，使得學(xué)生對大型科學(xué)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(xué)生創(chuàng)新思維拓展，限制學(xué)生創(chuàng)新能力提高的空間[4]。

（四）平臺配套設(shè)施未跟上

建立一套先進(jìn)、人性化的保障體系，是分析測試中心能夠充分發(fā)揮大型儀器在學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)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(shè)施，包括管理制度、平臺開放多樣化建設(shè)、隊(duì)伍建設(shè)規(guī)劃、經(jīng)費(fèi)管理模式、管理手段、激勵機(jī)制等方面，都還不盡完善，這也制約了平臺的開放力度。

三、實(shí)踐與探索

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

（一）加大平臺開放力度

分析測試中心實(shí)驗(yàn)平臺是研究生、本科生培養(yǎng)實(shí)踐創(chuàng)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(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室開展實(shí)驗(yàn)、檢測，上機(jī)操作儀器設(shè)備，才能有效發(fā)揮平臺大型儀器對人才培養(yǎng)的作用。

在平臺開放過程中，僅通過單一的傳統(tǒng)式授課以及常規(guī)測試業(yè)務(wù)，很難實(shí)現(xiàn)儀器的高度共享。受到高校自身學(xué)科特點(diǎn)的影響，這樣還會導(dǎo)致部分儀器使用供不應(yīng)求、測試量極大，而部分儀器卻基本處于閑置狀態(tài)。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(xué)工作可以按課程實(shí)施計(jì)劃進(jìn)行平臺開放；同時(shí)，可增設(shè)綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，允許學(xué)生分時(shí)段預(yù)約；而基于儀器功能開發(fā)的創(chuàng)新研究性實(shí)驗(yàn)可以采取創(chuàng)新研究項(xiàng)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(shù)據(jù)分析等方面的講座及培訓(xùn)班，切實(shí)讓有興趣或需求的學(xué)生能夠有充分的時(shí)間和機(jī)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(jī)操作測試樣品、分析數(shù)據(jù)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和實(shí)際動手的能力。培訓(xùn)完成后，可由中心領(lǐng)導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)室主任、儀器組實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員組成的考核小組對申請人進(jìn)行相關(guān)儀器理論及上機(jī)操作能力考核；考核合格者，予以發(fā)放相應(yīng)儀器的培訓(xùn)合格證書或上機(jī)證。取得獨(dú)立操作上機(jī)資格的學(xué)生，可以預(yù)約并獨(dú)立使用相應(yīng)的儀器進(jìn)行科學(xué)研究工作。

（二）進(jìn)行課程改革

大多分析測試中心的課程均以《分析測試技術(shù)》為主，輔以其他儀器分析原理或?qū)嶒?yàn)類課程，以達(dá)到教學(xué)目的。由于課程涉及專業(yè)面廣、內(nèi)容多，實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)學(xué)時(shí)較少，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)效果不佳，不能綜合利用現(xiàn)代分析測試技術(shù)解決科研過程中遇到的實(shí)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(yè)的學(xué)生依據(jù)自己的專業(yè)、課題特點(diǎn)進(jìn)行選擇，有利于深淺結(jié)合，達(dá)到最佳學(xué)習(xí)效果。另外，課程改革以培養(yǎng)高素質(zhì)人才為目標(biāo)，以提高學(xué)生競爭能力為重點(diǎn)，必須加大實(shí)踐教學(xué)的力度，教學(xué)與科研緊密結(jié)合，大力提倡和促進(jìn)學(xué)生主動、自主學(xué)習(xí)。同時(shí)，課程內(nèi)容不僅要求科學(xué)性、先進(jìn)性、要反映相關(guān)學(xué)科領(lǐng)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(shí)踐教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行錄像，并建立精品課程資源網(wǎng)站，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源共享。

（三）搭建虛擬仿真平臺

為了進(jìn)一步提高學(xué)生對儀器設(shè)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(yè)軟件，實(shí)現(xiàn)對大型儀器功能的仿真，將儀器功能虛擬化，學(xué)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(shí)際的儀器基本一致。尤其是對于高價(jià)值的大型精密儀器而言，虛擬儀器仿真平臺的作用相當(dāng)重要。學(xué)生在上機(jī)之前，可以先通過虛擬仿真平臺學(xué)習(xí)儀器的基本操作方法，模擬訓(xùn)練儀器的操作技能，在虛擬環(huán)境中學(xué)習(xí)儀器的操作技巧，就像實(shí)際操作真實(shí)環(huán)境中的儀器一樣。在虛擬平臺上，每個(gè)操作流程與實(shí)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(dāng)操作者出現(xiàn)錯誤操作時(shí)，系統(tǒng)會自動提示并指出錯誤原因。這樣，可以為操作真實(shí)的大型儀器打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（四）健全保障機(jī)制

建立一套先進(jìn)、人性化的保障體系，包括管理制度、平臺開放多樣化建設(shè)、隊(duì)伍建設(shè)規(guī)劃、經(jīng)費(fèi)管理模式、管理手段、激勵機(jī)制等方面，是平臺能夠充分發(fā)揮大型儀器在學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)中作用的重要保證。

1. 學(xué)校及平臺層面必須建立科學(xué)的大型儀器管理制度。必須圍繞學(xué)校的人才培養(yǎng)要求和教學(xué)、科研需要，加強(qiáng)儀器購置前的論證。必須制定大型儀器管理制度，規(guī)范儀器設(shè)備的日常管理。必須明確儀器負(fù)責(zé)制度，并培養(yǎng)學(xué)生愛護(hù)儀器設(shè)備的自覺性和使用儀器的責(zé)任感。必須制定大型儀器共享管理辦法，可通過設(shè)立大型儀器共享基金等方式鼓勵教師及學(xué)生有效使用大型儀器設(shè)備，提高儀器設(shè)備投入的效率效益，充分發(fā)揮儀器設(shè)備在人才培養(yǎng)中的作用。

2. 重視分析測試隊(duì)伍建設(shè)。由于現(xiàn)代大型儀器的服務(wù)內(nèi)容和對象涉及到多種學(xué)科和專業(yè)，而且某一門課程或某一項(xiàng)科研課題的完成，也往往需要多學(xué)科研究人員相互配合。加之現(xiàn)代儀器設(shè)備的結(jié)構(gòu)精密復(fù)雜、科技含量高，必須具有相當(dāng)水平的專業(yè)技術(shù)人員使用和維護(hù)，這就需要建立一支由現(xiàn)代分析測試人員，儀器設(shè)備維護(hù)、維修人員，管理人員組成的跨學(xué)科教師實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員隊(duì)伍。因此，平臺需要采取學(xué)歷提升、有計(jì)劃短期培訓(xùn)、工作崗位自主學(xué)習(xí)等措施不斷提高教師和實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員的學(xué)歷層次及教學(xué)、科研和分析測試能力，重點(diǎn)抓好教師和技術(shù)人員的分析測試能力建設(shè)，在提高出具數(shù)據(jù)的精度、準(zhǔn)確度的同時(shí)，還要拓展對數(shù)據(jù)的解釋能力。每臺儀器交叉配備技術(shù)考核合格的專門從事儀器操作和維護(hù)的技術(shù)人員1～2人，同時(shí)負(fù)責(zé)該儀器相關(guān)的基礎(chǔ)理論與方法的理論和實(shí)踐教學(xué)工作、相關(guān)課題的研究工作和儀器的開發(fā)研究工作等。

3. 保證經(jīng)費(fèi)的持續(xù)投入。目前，高校中重購置輕管理的情況還較為嚴(yán)重，往往將資金投入到購置新設(shè)備中，缺少配套的儀器維護(hù)資金，無力維持已有的設(shè)備?，F(xiàn)代大型精密儀器普遍購置費(fèi)貴、維修成本高。有些大型設(shè)備開一次機(jī)，僅耗材就得幾百或上千元，更換一個(gè)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(shè)備長期閑置，處于報(bào)廢的邊緣。再者，很多現(xiàn)代儀器更顯換代快，其技術(shù)先進(jìn)性、精密程度及質(zhì)量隨著時(shí)間的推移而很快落后和降低。因此，每年必須有足夠的專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)用于儀器的維護(hù)、維修及更新?lián)Q代，才能保證平臺的先進(jìn)性。

4. 實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上預(yù)約管理。開放共享的大型儀器信息應(yīng)在校園網(wǎng)上公布，包括儀器基本信息、主要性能指標(biāo)、功能及服務(wù)范圍、收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)和聯(lián)系電話等。建立優(yōu)質(zhì)儀器資源共享平臺，其綜合管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)平臺可實(shí)現(xiàn)預(yù)約、開放權(quán)限時(shí)限、人員、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和儀器設(shè)備使用等多要素協(xié)同的全過程管理[1]。系統(tǒng)還可附加其他功能，如儀器使用機(jī)時(shí)管理系統(tǒng)，可對上機(jī)操作人員的機(jī)時(shí)自動進(jìn)行準(zhǔn)確的記錄；以及賬戶充值、計(jì)費(fèi)系統(tǒng)，方便校內(nèi)外用戶進(jìn)行測試費(fèi)用的處理。

5. 建立科學(xué)合理的大型儀器開放共享效益評價(jià)及激勵機(jī)制。定時(shí)對大型儀器的開放共享效益進(jìn)行評估，主要涉及機(jī)時(shí)利用、人才培養(yǎng)、科研成果、服務(wù)收入、功能利用與開放等。對于發(fā)揮效益好的大型儀器設(shè)備，要給予表揚(yáng)和獎勵。其中，要在儀器設(shè)備績效考核中設(shè)立與學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)有關(guān)的考核指標(biāo)，引導(dǎo)和促進(jìn)儀器設(shè)備在人才培養(yǎng)方面發(fā)揮更大作用。

四、結(jié)束語

學(xué)校的分析測試中心在大型儀器資源整合、開放共享方面進(jìn)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(fā)水平，為學(xué)校的教學(xué)科研以及周邊社會提供了良好的服務(wù)。但高校高水平創(chuàng)新人才的培養(yǎng)是一個(gè)系統(tǒng)工程，如何進(jìn)一步提高大型儀器的管理水平，充分發(fā)揮其在學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)中的作用，需要我們今后更多的探索和研究。

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