美國大學(xué)大型共享實驗平臺管理模式探索及啟示

何 敏，王啟立，何亞群，楊 峰

（1. 徐州工程學(xué)院 機電工程學(xué)院，江蘇 徐州 221018；2. 中國礦業(yè)大學(xué) 化學(xué)工程學(xué)院，江蘇 徐州 221116）

在“新工科”[1-2]“工程教育專業(yè)認證”[3-4]加快培養(yǎng)新興領(lǐng)域工程科技人才教育理念的倡導(dǎo)下，為實現(xiàn)“交叉融合，實踐教學(xué)，立足基礎(chǔ)科學(xué)新發(fā)現(xiàn)”[5]的要求，新興及交叉研究領(lǐng)域?qū)Ω黝悓嶒炇乙约按笮?、精密儀器設(shè)備的功能提出了更多、更高的要求。在學(xué)科交叉、研究領(lǐng)域涉及面廣又需深度融合的大背景下，國內(nèi)外越來越多的科研院所致力于推廣大型實驗室及儀器設(shè)備共享模式，以便有效整合實驗物質(zhì)資源和人力資源[6]，便于開展交叉研究。此舉一方面提高了儀器設(shè)備的使用率[7]，另一方面也節(jié)約了實驗室及維護費用，避免了大型儀器設(shè)備的重復(fù)建設(shè)。此外，具有不同學(xué)科背景的研究者思想的交匯為交叉學(xué)科的發(fā)展開辟了新的路徑，利于成果轉(zhuǎn)化。

而在大型共享實驗平臺的建設(shè)過程中，如何在確保儀器設(shè)備和人員安全的基礎(chǔ)上實現(xiàn)高效開放，既提高設(shè)備利用率、儀器完好率，又能為使用者提供更高效、便捷的服務(wù)是實驗室及儀器設(shè)備開放共享過程中面臨的挑戰(zhàn)。國內(nèi)外許多高校在不斷摸索適合自身的經(jīng)驗和方式，以便充分利用實驗室資源。黃利利[8]、鮑鴻[9]等探索了區(qū)域大學(xué)城實驗室資源共享模式，論述了構(gòu)建共享平臺的必要性，為整合區(qū)域性實驗資源提供解決方案。高俊鋒[10]、錢小明[11]等論述了開放實驗室管理存在的難題在于缺乏有效的開放管理體制，沒有考慮學(xué)生的認知過程，缺乏專業(yè)教師的指導(dǎo)，并提出了有益的開放模式及其相應(yīng)的保障方案。董嘉佳[12]在開放式實驗室管理機制方面提出自助式的管理模式，在節(jié)約管理人力成本的同時培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力。閆方亮等[13]論述了以集成化檢驗檢測為服務(wù)項目的米格共享實驗室在促進研發(fā)與成果轉(zhuǎn)化方面的探索及有益經(jīng)驗。在共享平臺實際管理操作層面，何亞群[14-15]、張麗英[16]等分享了實驗室管理軟硬件設(shè)施建設(shè)的實施成效，為集約化代替事務(wù)性工作提供了良好的范例。另外，許多學(xué)者根據(jù)在國外的研究經(jīng)歷，探索了國外高校專業(yè)實驗室的情況，如鄭惠玲[17]對美國耶魯大學(xué)實驗室的管理機制進行了分析。顧艷紅等[18]闡述了明尼蘇達大學(xué)開放實驗室的管理模式，從培養(yǎng)學(xué)生非技術(shù)能力方面為加快我國開放實驗室管理提供了一些有益的經(jīng)驗。程敬麗[19]、田德美[20]等分別以密西根大學(xué)和猶他大學(xué)為例，介紹了化學(xué)實驗室在實驗安全、實驗過程、試劑管理、廢液處理及安全教育等方面的管理方式以及美國 EHS管理體系在大學(xué)實驗室安全管理方面所起的作用。吳偉等[21]以加州大學(xué)洛杉磯分校材料化學(xué)實驗室為例，介紹了該校的培訓(xùn)制度，管理體系和儀器設(shè)備的高效運行情況。曲劍波等[22]對澳大利亞新南威爾士大學(xué)的實驗室管理體系進行了調(diào)研。

為探索具有交叉性、綜合性大型共享實驗平臺的運作模式，筆者結(jié)合在美國賓夕法尼亞州立大學(xué)材料研究所（Material Research Institute，MRI）實驗室進行研究工作的切身經(jīng)歷，就美國大學(xué)大型共享實驗室的現(xiàn)狀進行探索，并提出幾點思考與建議。

1 美國大學(xué)大型共享實驗平臺的管理

美國賓夕法尼亞州立大學(xué)是全球百強高校，其工程學(xué)科在全球擁有很高的聲譽。從1907年開始，該校就一直是美國材料研究領(lǐng)域的先驅(qū)。MRI實驗室整合重建于2001年，下設(shè)材料表征實驗室、納米制造實驗室、材料計算中心和 2D晶團合成實驗室，集成了表征、制造、理論、合成這4種實驗解決方案，以促進多學(xué)科教育和材料創(chuàng)新為使命，希望其開展的無國界研究及培養(yǎng)出的學(xué)生能夠在材料技術(shù)領(lǐng)域進行交流與創(chuàng)新。該實驗室擁有 585 m2的安靜實驗室，880 m2的納米無塵室（1000級/100級），各類核心設(shè)備 250臺（套），其研究經(jīng)費總和在美國位列前三，其中跨學(xué)科交流為總研究經(jīng)費做出了較大貢獻。該學(xué)科涉及全校5個學(xué)院和15個系，200多名教職員工，100名研究員，并將全校與材料研究與應(yīng)用相關(guān)的學(xué)科（材料科學(xué)、化學(xué)、物理、生物、醫(yī)學(xué)、工程學(xué)、農(nóng)學(xué)、高級計算技術(shù)、地球礦產(chǎn)等）以及課題組人員匯集到一個平臺上，最終目標(biāo)是創(chuàng)造新知識，并將材料技術(shù)轉(zhuǎn)讓給工業(yè)界和政府；集培訓(xùn)、教學(xué)、科研、成果轉(zhuǎn)化為一體，不僅是實驗室和儀器的集合，而且體現(xiàn)了一種新的研究方式和運作模式。

大型開放共享實驗室吸引大批研究者和企業(yè)人士，這也意味著實驗室工作量的增加。在解決由于實驗項目增多而導(dǎo)致工作量增加的問題上，該實驗室在人力資源管理上有較好的做法。高效的管理系統(tǒng)承擔(dān)了大部分的事務(wù)性管理工作，使設(shè)備管理人員不需要在計時、計費、耗材管理等事務(wù)性工作上花費太多的時間，設(shè)備管理人員的時間用于培訓(xùn)、維護及設(shè)備操作這類核心工作上。另外，實驗室還聘任相關(guān)專業(yè)的兼職學(xué)生，從事樣品制備，機械加工等輔助性工作。該實驗室的管理運作模式具有以下特點。

1.1 準(zhǔn)入制度

實驗室及儀器共享平臺旨在提高實驗室及儀器設(shè)備安全正確的使用率，使用人員首先應(yīng)具備良好的安全意識和科學(xué)態(tài)度。嚴謹?shù)臏?zhǔn)入制度是保證這一過程安全的首要條件。進入MRI實驗室的所有用戶必須完成所有的先期培訓(xùn)，才能被授權(quán)訪問樓宇及其內(nèi)部的實驗室。要獲得準(zhǔn)入許可需要完成以下3個步驟。

步驟 1：安全培訓(xùn)。涉及準(zhǔn)入的安全培訓(xùn)由環(huán)境健康安全部（Department of Environmental Health and Safety，EHS）這一專職實驗室及研究安全的管理部門執(zhí)行。它所執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)一致，其執(zhí)行人員不屬于MRI實驗室。以個人ID登錄EHS網(wǎng)站，完成4個時長約為10~20 min的在線網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)課程并完成答題取得80分以上的分數(shù)以獲得結(jié)業(yè)證書。在線網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)的內(nèi)容包括：安全簡介、化學(xué)安全性、危險廢物管理與處置、應(yīng)急準(zhǔn)備等。通過網(wǎng)絡(luò)課程培訓(xùn)，用戶必須知道各類安全標(biāo)志、各類防護用品以及化學(xué)藥品的使用和處理、廢棄物的處理、緊急情況的處置與方法，相關(guān)聯(lián)系人、逃生出口，洗眼、噴淋裝置的使用等。該培訓(xùn)內(nèi)容以實用信息為主，其主要內(nèi)容多為視頻和圖片，結(jié)合講解，內(nèi)容短小精悍，測試內(nèi)容以可能遇到的實際安全問題為主，具有很強的針對性。在完成線上網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)并獲得4項結(jié)業(yè)證書后可進入每周兩次、時長30 min的安全課堂培訓(xùn)，以完成現(xiàn)場最終審查。另外，根據(jù)要使用的實驗室或儀器設(shè)備的特殊性質(zhì)，可能還需要其他特定的EHS培訓(xùn)。例如無塵室、X射線衍射室的使用都需要額外的培訓(xùn)。對于部分安全等級較高的實驗室或者有特殊要求的實 驗室（如無塵室）其準(zhǔn)入權(quán)限每年更新，即學(xué)年結(jié)束后需重新在線復(fù)習(xí)安全培訓(xùn)課程，以進行安全性重新認證。

步驟 2：獲得訪問授權(quán)。成功完成所有必需的安全培訓(xùn)后，將準(zhǔn)許進入MRI科學(xué)綜合大樓及其內(nèi)部的實驗室。針對用戶需要使用的設(shè)備填寫設(shè)備訪問授權(quán)表。同時需告知導(dǎo)師和負責(zé)人，獲得課題負責(zé)人的簽名許可。訪問權(quán)限僅授予申請使用的實驗室及設(shè)備，一個授權(quán)不能覆蓋所有實驗室和儀器，即獲得哪個實驗室的授權(quán)只能進入相應(yīng)的實驗室。授權(quán)訪問制度避免了實驗室人員的混雜，增加了實驗室操作的安全性。

步驟 3：創(chuàng)建用戶賬戶。對于每個使用實驗室及儀器的用戶都需要建立自己的賬號和計費賬戶，如使用他人賬戶進行預(yù)約，使用儀器，均被認為非法。計費賬戶會關(guān)聯(lián)到基金（由課題負責(zé)人核準(zhǔn)）、培訓(xùn)和實驗結(jié)束后，從該賬戶中扣除相應(yīng)費用，在該準(zhǔn)入制度下每個賬戶的注冊和使用是唯一的。

除了承擔(dān)最終審核功能的課堂安全培訓(xùn)及個別實驗室、特定儀器的準(zhǔn)入許可外，準(zhǔn)入制度的操作大部分可自助完成。

1.2 培訓(xùn)制度

當(dāng)獲得實驗室和設(shè)備的訪問授權(quán)后，還需要具備操作實驗設(shè)備的資格。完善的培訓(xùn)制度是使學(xué)生獲得科學(xué)、正確、浸入式大學(xué)教育及研究經(jīng)驗的良好途徑。每臺設(shè)備都有經(jīng)驗豐富的工作人員負責(zé)，他們負責(zé)在實驗前解答疑問，提供制樣咨詢、培訓(xùn)和實驗輔助。大多數(shù)設(shè)備在進行2~3次的培訓(xùn)后，學(xué)生即可獲得系統(tǒng)授權(quán)，自主操作設(shè)備。在第一次培訓(xùn)時學(xué)生就可以自己帶著樣品進行有針對性的練習(xí)。在完成對設(shè)備的培訓(xùn)之后，具備獨立操作設(shè)備的能力后，設(shè)備管理人員將在RIMS系統(tǒng)中授權(quán)用戶使用該設(shè)備。在樣品多的情況下自助操作是能夠節(jié)約實驗費用的一種有效方法。

根據(jù)時間和人數(shù)，培訓(xùn)分為個別培訓(xùn)和團體培訓(xùn)兩種，團體培訓(xùn)節(jié)約費用，但時間固定。一些使用頻率較高的大型儀器設(shè)備，如 XRD、SEM、TEM 等，實驗室定期提供團體培訓(xùn)，只需在共享平臺預(yù)約報名即可，需要個別培訓(xùn)的項目可直接與設(shè)備管理員溝通協(xié)商。

1.3 網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)

良好的共享實驗平臺是實現(xiàn)自助、高效、公平實驗管理的基礎(chǔ)。MRI實驗中心采用 RIMS（research instrumentation management system）網(wǎng)絡(luò)共享平臺管理250余臺核心設(shè)備和68個實驗室，能夠面向世界各地開放實驗室和實驗儀器。實驗需求者可在自己的計算機上訪問該平臺，完成準(zhǔn)入、注冊，查看授權(quán)，獲得PI（課題負責(zé)人）授權(quán)，預(yù)約實驗室、預(yù)約設(shè)備、預(yù)約實驗時間，聯(lián)系管理員，報告實驗耗材，了解實驗進展（計時、收費）、費用管理（發(fā)票、收據(jù)）等全程實驗管理。每項培訓(xùn)、每個實驗室、每臺設(shè)備均有明確的使用標(biāo)價，管理系統(tǒng)憑用戶唯一 ID按照進入實驗室時間及設(shè)備使用時間開始計時，結(jié)束后計費，使用戶能夠掌控自己的實驗節(jié)奏，如同在自己的實驗室工作一樣。RIMS系統(tǒng)還提供計費賬戶的后臺管理，完成內(nèi)部結(jié)算，開具發(fā)票等事宜。

1.4 廢棄物的處置及EHS的職責(zé)

EHS負責(zé)儀器設(shè)備及安全環(huán)境等方面的管理。對于實驗過程中產(chǎn)生的廢棄物各實驗室將廢棄物分類（輻射廢棄物，化學(xué)廢棄物，傳染性廢棄物，燈管和鎮(zhèn)流器）按 EHS的要求封裝好后，各實驗室在 EHS的網(wǎng)站中提交廢棄物處置申請，EHS負責(zé)收集。廢棄物懸掛綠色標(biāo)簽，標(biāo)簽上標(biāo)明廢棄物收集的起止時間、物品名稱。

根據(jù) 1.1、1.2、1.3、1.4所描述，大型共享實驗平臺管理系統(tǒng)流程見圖1。

1.5 實驗室的社會責(zé)任

實驗室除每日例行的實驗工作外，也非常重視自己的社會責(zé)任，希望能夠有更多的人從實驗室受益，并了解實驗室安全操作的重要性。每周固定時間自由聚會（如 Millennium Café），供學(xué)生、教師和研究人員跨學(xué)科交換實驗方面的創(chuàng)意、想法和挑戰(zhàn)；為讓實驗者及公眾了解并熟記實驗室安全條例，開展實驗室安全奧林匹克活動，邀請全世界相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者進行學(xué)術(shù)講座，接納社會團體對部分實驗室參觀、學(xué)習(xí)等。

2 國內(nèi)高校大型共享實驗室的管理啟示

2.1 應(yīng)對實驗室復(fù)雜的安全狀況

國內(nèi)高校普遍存在實驗室危化品種類多、數(shù)量大，實驗室使用頻繁，人員復(fù)雜、集中、流動性強等問題[23]。各高校已充分認識到實驗室安全是實驗室管理的首要問題[24]，但目前大多數(shù)管理文件和制度以手冊和文件的形式為主，用戶在進入實驗區(qū)域前是否了解這些制度就不得而知了。無論管理文件制定得多么嚴密，如果用戶不知道或無從知曉，其管理制度也是無法起到作用的。如何把國內(nèi)實驗室的管理制度從文件，變?yōu)橛脩舻恼鎸嵓寄苁且豁椞魬?zhàn)。這種技能將作為學(xué)生學(xué)習(xí)非技術(shù)能力的一部分，對其未來職業(yè)生涯產(chǎn)生影響。國外實驗室在管理制度的實施和普及方面做了較多有效的工作，把安全準(zhǔn)入制度作為進入大型共享實驗室的第一條規(guī)定，與實驗室共享網(wǎng)絡(luò)平臺聯(lián)動，杜絕未通過安全考核人員進入實驗室，避免不安全事故的發(fā)生，在這方面是值得借鑒和參考的。

圖1 大型共享實驗平臺管理系統(tǒng)流程

2.2 應(yīng)對實驗設(shè)備多，管理難度大

目前，國內(nèi)高校推行了共享設(shè)備網(wǎng)絡(luò)平臺的建設(shè)工作，在對外開放設(shè)備、高效利用設(shè)備方面取得較大進步。其預(yù)約制度、經(jīng)費管理制度在網(wǎng)絡(luò)實驗平臺上都一目了然，提高了設(shè)備的使用率[25]。在今后的發(fā)展中，將實驗前期工作和實驗后續(xù)工作（如將耗材申報，原材料使用量檢測，廢棄物申報處理）等與共享平臺相鏈接，可更大限度地減少實驗的事務(wù)性工作，進而使設(shè)備管理人員有更多的時間用于與實驗直接相關(guān)的工作，提高其時間利用的效率。

2.3 深化培訓(xùn)制度，提供培訓(xùn)學(xué)習(xí)機會

國內(nèi)高校應(yīng)積極倡導(dǎo)大型儀器設(shè)備安全培訓(xùn)，使更多的研究生或本科生能夠獲得設(shè)備培訓(xùn)的機會[15]。在國內(nèi)高校，培訓(xùn)的受眾人數(shù)、培訓(xùn)數(shù)量和廣度方面還有較大的提升空間。這與國外人力資源應(yīng)得到充分利用的理念有關(guān)，一方面國外高校鼓勵經(jīng)過培訓(xùn)的用戶開展自助實驗，為用戶提供獨立學(xué)習(xí)的機會；另一方面國外的人力成本較高，需節(jié)約實驗的人力資源成本。這種理念促成了他們自助式學(xué)習(xí)的良性循環(huán)：實驗儀器的管理人員僅對較少試樣開展上機實驗，這樣實驗儀器的管理人員有較多的時間用郵件回答用戶提出的各類問題，這一方式有效地推廣了儀器的自助使用。國內(nèi)由于師生比、培訓(xùn)制度、培養(yǎng)理念各方面的限制原因，學(xué)生獲得培訓(xùn)的機會還是偏少。所以國內(nèi)高校在實驗平臺共享機制培訓(xùn)方面還要針對國情、校情為學(xué)生提供更多的培訓(xùn)和實踐機會。

2.4 規(guī)范高效處理實驗室廢棄物

大部分國內(nèi)實驗室廢棄物處理未納入儀器設(shè)備共享平臺，且廢棄物的等級分類不夠明確，未經(jīng)過培訓(xùn)的用戶不知如何科學(xué)地處置廢棄物，而這項工作需要實驗室及儀器管理人員負責(zé)，這無疑增加了儀器管理者的工作量，相應(yīng)地減少了其在儀器培訓(xùn)、科學(xué)實驗方面的工作時間。美國高校EHS體系在學(xué)生學(xué)習(xí)階段帶來的專業(yè)安全理念，使學(xué)生在畢業(yè)后被完整帶入到社會和企業(yè)中去，使實驗室安全形成良性循環(huán)，于是安全文化也逐漸成為校園文化的重要組成部分。

3 結(jié)語

推動大型開放共享實驗室建設(shè)是響應(yīng)國家科技興國、新工科布局的戰(zhàn)略要求之一。大型實驗儀器設(shè)備的安全共享首先需解決安全的問題，需解決由于工作事務(wù)增多而面臨的安全管理問題。此外，在大型實驗儀器設(shè)備安全培訓(xùn)質(zhì)量方面還可提高其開放共享的成效，進一步完善培訓(xùn)制度，以便使更多的實驗者受益。

致謝：感謝美國賓夕法尼亞州立大學(xué)MRI實驗室Prof. Sridhar Komarneni的訪問邀請，感謝MRI實驗室 Dr. Clark Trevor Edward 和 Anderson Julie Marie提供的實驗室及設(shè)備使用指導(dǎo)，感謝Villalpando Manuel Ruby提供的培訓(xùn)指導(dǎo)。