西部高校電子探針實驗室建設與管理的探索＊

劉奕志，楊鋒，劉蘇橋，謝蘭芳，鄭國峰，楊姍姍，蘇博龍，張宗偉

西部高校電子探針實驗室建設與管理的探索＊

劉奕志，楊鋒，劉蘇橋，謝蘭芳，鄭國峰，楊姍姍，蘇博龍，張宗偉

（桂林理工大學 地球科學學院，廣西 桂林 541004）

高校電子探針實驗室不僅承擔著分析測試任務，且為創(chuàng)新人才培養(yǎng)提供了重要實驗平臺。結合桂林理工大學電子探針實驗室的實際情況，從隊伍建設、人才培養(yǎng)體系以及實驗室管理等方面，構建了“1+2+2+3”實驗室管理梯隊，探索了多元化產(chǎn)學研協(xié)同人才培養(yǎng)體系，實施了一套切實可行的電子探針實驗室管理流程。研究有助于優(yōu)化實驗教師職能，激發(fā)師生創(chuàng)新潛能，規(guī)范實驗室管理，保障儀器安全高效運行。

電子探針；人才培養(yǎng)；實驗室建設；實驗室管理

隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，高校實驗室硬件建設也得以顯著提升。然而，建設一流實驗室，不能單靠購置設備，應加強對實驗室“人才軟件”建設上的內在質量提升[1-2]。通常引進高層次人才（團隊）對實驗室建設能有立竿見影功效，但高層次人才（團隊）引進較困難，尤其是在西部地區(qū)高校，其存在地域、經(jīng)濟實力與原始積累等方面劣勢，短期內仍是一道不易攻克的難題。為此，如何發(fā)揮自身優(yōu)勢、補齊短板、注重挖掘培養(yǎng)與發(fā)展內部的人才資源，將為西部地區(qū)高校實驗室建設注入活力。因此，本文以桂林理工大學電子探針實驗室建設與管理為例，對高校電子探針實驗室如何有效地建設和管理進行一些交流與探索。

1 電子探針實驗室概況

桂林理工大學作為西部地區(qū)理工科高校，依托廣西隱伏礦產(chǎn)勘查重點實驗室科研平臺，擁有各類儀器設備3 000多臺（套），包括電子探針、場發(fā)射掃描電鏡、多接收等離子質譜儀等在內的大型儀器設備，總價值5 000多萬元。其中，電子探針實驗室創(chuàng)建于2011年，立足于培養(yǎng)和挖掘自身教學資源與人才潛能，經(jīng)多年不斷的實踐與探索，目前實驗室的建設已初顯成效，保障了電子探針高效安全運行（>2 000機時/年，近5年統(tǒng)計數(shù)據(jù)）。值得注意的是，目前針對電子探針實驗室的人才培養(yǎng)、實驗管理以及基礎實驗分析方法等研究相對較少，而隨著大型實驗設備精細化研究開展[3-6]，如何優(yōu)選電子探針標樣受到人們的重視[7]，通過構建規(guī)范化電子探針實驗管理和標樣庫，將有助于測試效率和服務質量提高。

2 實驗隊伍體系建設

當前高校實驗室的師資力量較為薄弱，從數(shù)量至結構層次均不能較好地滿足一流大學高水平實驗室建設需求。此外，高校中實驗隊伍存在被重視程度不足、實驗技術水平不高、鉆研和求知精神欠缺等問題，導致很多高精儀器設備的高水平功能得不到充分的開發(fā)利用，大大降低了使用效率。在教育部《國家級實驗教學示范中心管理辦法》中指出，實驗示范中心要擁有一支由高水平教授負責，實驗教學與理論教學隊伍互通，校內外師資順暢流動，教學、科研與技術兼容，核心骨干相對穩(wěn)定，年齡、職稱、知識以及能力結構合理的實驗教學團隊[8]。由此可知，建設高水平實驗室，必須抓好實驗隊伍建設。針對實驗室專職教師隊伍建設，桂林理工大學制訂了“教師崗位分類設置實施辦法”。其中，電子探針實驗室依據(jù)實際情況，搭建了“1+2+2+3”管理梯隊框架，構建了多層次多類別的實驗隊伍體系，如圖1所示，其梯隊年齡以30～40歲的青年教師為主（約占70%），具有（含在讀）博士學位（50%），中級職稱以上。實施重點實驗室主任（教授級）統(tǒng)籌+分管實驗副主任監(jiān)管制+專職實驗教師負責制，具體職能分工如圖1所示，經(jīng)多年的不斷實踐與探索，所構建的多層次多類別的實驗隊伍體系各司其職、善盡其用，既緩解了部分實驗教學壓力，又優(yōu)化教師職能，促使實驗教師更專注于儀器應用研發(fā)和學生培養(yǎng)。

3 多元化產(chǎn)學研協(xié)同人才培養(yǎng)體系

電子探針實驗室注重內部教師能力培養(yǎng)，多渠道激發(fā)專職實驗教師潛能與活力；同時立足于“科教結合、校企聯(lián)合、課創(chuàng)互聯(lián)”的學生培養(yǎng)理念，培育出具有3個能力（專業(yè)實踐能力、科學研究能力與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力）的當代大學生，實現(xiàn)專業(yè)教育與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的有機融合，形成了多元化產(chǎn)學研協(xié)同人才培養(yǎng)體系。

3.1 專職實驗教師培養(yǎng)體系

電子探針實驗室為提升專職實驗人員的業(yè)務技能，實施了包括學術交流、基礎專業(yè)技能培訓、測試方法開發(fā)、申報（專項）基金及人才學歷提升計劃等渠道的栽培方案。

圖1 “1+2+2+3”實驗室管理梯隊

3.2 學術交流

參加微束分析交流會是直接有效的學習方式，不僅能掌握最新的前沿研究成果，借鑒寶貴的測試經(jīng)驗（如方法開發(fā)和儀器的維護），而且可建立多院校聯(lián)合窗口；鼓勵在職實驗教師主動走出去，積極地參加院?？蒲袡C構間的電子探針訪學活動，有助于提升教師自身的微區(qū)測試能力。

3.3 基礎專業(yè)技能培訓

實驗室每年派教師（部分學生）到高校（機構）參與由設備生產(chǎn)廠家主辦為期1周的電子探針基礎/能力提升課程培訓。通過基礎能力課程學習，有助于教師夯實儀器理論知識。目前已累計有4名專職實驗教師和3名研究生完成了培訓課程，獲得了由日本電子公司（JEOL）頒發(fā)的課程培訓合格證書。

3.4 測試方法開發(fā)

高校實驗室大多購置成品的實驗設備，一般只使用其固有功能，而對其新功能的開發(fā)較少，自主研制的設備儀器甚少，致使許多儀器設備功能不能適應實驗需求而擱置，不僅造成了資源浪費，而且制約了實驗教學的開展與創(chuàng)新性實驗項目的建設[9]。電子探針實驗室采用模仿同行、自主研發(fā)的方式，對常規(guī)與非常規(guī)的元素或礦物建立專屬的測試方法，如圖2所示。其中，包括常見礦物（長石-云母-橄欖石-輝石-角閃石-石英-黃鐵礦-黃銅礦）測試方法8項，研發(fā)難測礦物/元素分析方法（稀土-氟化物-碳酸鹽類-痕量元素）。電子探針實驗室所建立的隕石礦物專屬測定方法，已為我校隕石與行星物質研究中心提供了堅實的技術保障。此外，通過自主改進樣品臺（多容量可便捷換樣電子探針樣品臺設計），已提交了實用新型專利和發(fā)明專利各1項（受理）。

3.5 申報（專項）基金

創(chuàng)新驅動，科研支撐。針對難測礦物研發(fā)新技術新方法，積極申報基金項目，促進成果轉化；重點實驗室設立研發(fā)專項，提供科研支助。立足于電子探針研發(fā)，目前，電子探針實驗室專職教師主持或參與研發(fā)項目獲批3項，包括國家基金（地區(qū)）、中青年能力提升項目以及廣西博士研究生創(chuàng)新項目各1項，如圖2所示。

3.6 人才學歷提升計劃

電子探針室鼓勵青年教師勇于拼博進取，從政策上鼓勵實驗室專職教師提高學歷，刻苦鉆研專業(yè)知識，以更好地服務實驗室教學與科研工作。自2014年至今，電子探針室已有4名專職實驗教師考取了博士研究生，如圖2所示。

因此，縱觀電子探針實驗室的建設發(fā)展歷程，既是內部人才成長與發(fā)展的縮影，更是其惜才-育才-用才的人才培養(yǎng)體系的展現(xiàn)。

3.7 學生培養(yǎng)體系

優(yōu)秀的教師隊伍建設，是為了培養(yǎng)出更多優(yōu)秀的學子。電子探針實驗室秉承以學生為主體，以教師為主導；以“雙創(chuàng)”為抓手，以競賽為動力，提供創(chuàng)新舞臺，培育創(chuàng)新人才教育理念。而大創(chuàng)項目實踐活動與創(chuàng)新教育是不可分割的一個整體，推動創(chuàng)新教育，把創(chuàng)新意識培養(yǎng)貫穿于項目全程，時刻提醒學生牢記科學研究就是在不斷創(chuàng)新中前行，善于發(fā)現(xiàn)新問題，尋求解決問題的新途徑。電子探針實驗室貫徹“本科生盡早進實驗室”的培養(yǎng)理念，目前已培養(yǎng)了一批能熟練掌握電子探針操作技能的學生（10人）。此外，教師依托電子探針應用研發(fā)的研究課題，結合教學課程以及校企合作項目，為學生科研活動提供了項目支撐。例如在為大一的本科生授課時，把電子探針的分析應用技術融匯于實驗教學，敲開本科生興趣之門，讓本科生較早地認知電子探針，從中選拔兼具興趣尖優(yōu)的學生參與儀器研發(fā)，發(fā)展實驗室助理，可為部分貧困生減輕經(jīng)濟壓力問題（以勤工儉學方式聘用實驗室助理，已培養(yǎng)了7名研究生和3名本科生）。

同時，通過鼓勵學生參加學科競賽，讓學生有強烈的獲得感和專業(yè)認可度，使學生開闊眼界，開拓思路，極大激發(fā)學生創(chuàng)新熱情。構建學生培養(yǎng)體系，以科教融合為抓手，使學生深度參與科研，促進學生科研素質的養(yǎng)成；通過科研孵化，強化學生實踐創(chuàng)新，促進學生工程素質的養(yǎng)成；通過課創(chuàng)結合，開展競賽與創(chuàng)業(yè)實踐，促進學生個性化及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的養(yǎng)成，人才培養(yǎng)質量顯著提升。例如，結合企業(yè)項目“桂林雞血石礦物組成的電子探針分析研究”，學生深度參與科研學習，結合科研成果申報大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目。近3年來，電子探針室的教師帶領本科生團隊，已獲得大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目國家級3項（1項在研，2項結題優(yōu)秀）、區(qū)級1項（結題優(yōu)秀）、校級2項（1項在研，1項結題優(yōu)秀）；本科生和研究生組隊參加“互聯(lián)網(wǎng)+”項目累計10項（其中1項區(qū)級銅獎），指導本科生（研究生）發(fā)表學術論文3篇（中文核心1篇）。此外，在2019年所獲得校級教學成果二等獎項目“基于地學院本科生雙創(chuàng)活動的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式實踐與探索”，其是電子探針實驗室對學生培養(yǎng)的部分實踐成果的融合，更是電子探針實驗室實施多元化產(chǎn)學研協(xié)同實踐人才培養(yǎng)體系的有力體現(xiàn)。

圖2 多元化產(chǎn)學研協(xié)作的實踐人才培養(yǎng)體系

4 規(guī)范化電子探針實驗室管理

信息化和網(wǎng)絡化技術的迅速發(fā)展及普及，為傳統(tǒng)的實驗室管理模式向開放的實驗室管理提供了契機[10-12]，搭建網(wǎng)絡化信息管理系統(tǒng)，既可根據(jù)實際需求合理地安排實驗室開放時間和實驗室資源，提高資源的利用率；又能提高管理人員的工作效率，保證開放實驗室的安全有序運行。電子探針實驗室搭建了信息網(wǎng)絡平臺，實施了規(guī)范化電子探針實驗室預約和上機實踐培訓措施，保障了儀器的高效、安全運行。

4.1 電子探針實驗室預約

電子探針實驗室的運行采取“學生/校外人員預約，管理員審核，專職實驗教師指導”的原則，使用人員包括實驗室管理員（專職實驗教師）、指導教師和學生和校外人員。其權限分配規(guī)則為：①管理員（專職實驗教師）具有最高的權限，主要負責對整個實驗室活動的設備協(xié)調和管理，可對指導教師和學生用戶分配權限、增加或刪除用戶、發(fā)布公告、對后臺系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行維護。②指導教師主要負責對實驗項目的管理，包括實驗設置、實驗安排、預約批復、學生考核管理、學生考勤、實驗情況查看等。③師生/校外人員，均可通過大型儀器設備共享信息平臺、郵件、電話以及現(xiàn)場進行實驗預約。在預約被批準前，可以對預約信息進行修改。如果預約成功而后續(xù)實驗缺勤，將會被計入個人誠信系統(tǒng)[13]。

電子探針實驗室預約流程為：①預約初期，管理人員通過郵件/網(wǎng)絡平臺/現(xiàn)場，預約者提交“電子探針實驗室預約登記表”，明確待分析任務及要求；中期，將向用戶提供相關電子探針測試基本材料和操作演示視頻，方便讓使用人員提前了解電子探針基本使用規(guī)范，隨機發(fā)送20道選擇題（5分/題，100分制）進行考核，考核通過者（80分以上），將發(fā)放上機證，持有上機證者方可進行上機操作。②預約成功后，管理人員將郵件或電話通知測試時間（測試前7 d通知），并要求在測試前2～3 d，將待測樣品送至電子探針實驗室進行預前處理（噴碳/噴金），測試當天提供門禁卡出入實驗室。

4.2 上機實踐培訓

電子探針的上機操作嚴格遵守實驗室的管理制度：禁止攜帶食品入室，保持實驗室清潔衛(wèi)生，出入需更換鞋套及穿戴實驗專用衣服，佩戴上機證。上機實踐培訓流程包括3個方面的內容：①上機前培訓，管理人員/實驗室助理，現(xiàn)場操作演示，確保使用者掌握基本操作流程。②標樣與試樣測定操作培訓，包括定性分析、定量分析。定性分析方面，檢測待分析所含有的元素，實現(xiàn)方式有2種，即能譜分析和波譜分析。能譜分析優(yōu)勢在于快速檢測半定量元素（5～20 s），但檢測精度相對較低（優(yōu)于0.1%）；而波譜分析檢測時間長（2～5 min），但檢測精度高（優(yōu)于0.01%）；通常檢測主量元素（部分微量元素），能譜分析即可滿足測試要求，而對于難測的元素（重疊峰干擾、含量低），需專職實驗教師進行特殊的調試。定量分析方面，是在定性分析確定礦物中所含元素后，設置相對應的標樣（以下優(yōu)選標樣討論），選定合適的電壓-電流條件進行測試；測定3～5組有效數(shù) 據(jù)后，交由使用者單獨測試；實驗全程由專職實驗教師指 導協(xié)助。實驗過程中，使用者應嚴格按要求，不遵守實驗規(guī)章人員者會被解除出實驗，并記入個人誠信系統(tǒng)。③測試結 束，確認機時并簽字，收回門禁卡；測試數(shù)據(jù)由實驗助理導出（嚴禁自行自帶移動設備進行拷備），并制作測試報告，電子版發(fā)送到用戶預留的郵箱或刻錄光盤并與紙質材料等統(tǒng)一郵寄。

4.3 標樣數(shù)據(jù)庫建立與維護

標樣數(shù)據(jù)庫的準確度直接影響電子探針測試數(shù)據(jù)的有效性。標樣數(shù)據(jù)庫的建立是一個循序漸進的長期積累過程，考慮實際測試需要（不同元素存在不同的激發(fā)電壓），建立不同電壓范圍（10 kV、15 kV、20 kV、25 kV）條件下標樣數(shù)據(jù)庫，可滿足多數(shù)樣品測試需求。在每種有效的標樣數(shù)據(jù)庫建立后，需進行反測試驗（以標準作為待測樣品），通過比對反測數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)，滿足規(guī)范要求的標樣數(shù)據(jù)才能被用于定量分析。

電子探針的標樣數(shù)據(jù)庫建設的完整程度，直接影響測試準確性及效率，包括常見礦物（長石類、云母類、黃鐵礦、黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦、磷灰石、單質金、銀、銅、鐵），難測礦物（稀土、碳酸鹽類、氟化物等）。此外，室內的環(huán)境（溫度-壓力-溫度）的變化會影響儀器性能，導致標樣 數(shù)據(jù)失效，因此，需要定期更新標樣數(shù)據(jù)庫（每2～3周反測常用標樣，記錄監(jiān)測的計數(shù)率（CPS）與L值變化），通過對比同種標樣在不同時期數(shù)據(jù)值，判斷其波動變化規(guī)律，將有助于了解儀器穩(wěn)定性，為后期實驗預判與儀器維護提供依據(jù)。

5 結束語

高校實驗室的建設與管理需要不斷地思考和探索，重視實驗室教師隊伍的建設，注重師生培養(yǎng)與自身潛能挖掘，規(guī)范實驗室的管理機制，可使實驗室發(fā)揮最大效益，更好地服務于教學與科研。電子探針實驗室作為桂林 理工大學實驗系統(tǒng)的重要組成部分，是培養(yǎng)創(chuàng)新人才，提高實踐能力的實驗平臺和重要基地，其建設與管理方面的一些經(jīng)驗，對其他理工科高校實驗室的建設工作具有一定的參考價值。

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2095－6835（2020）20－0102－04

TH83

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.20.044

劉奕志（1986—），男，廣西賀州人，博士研究生，實驗師，研究方向為電子探針應用研究及實驗教學管理。

楊鋒（1981—），男，貴州遵義人，博士研究生，高級實驗師，主要從事實驗管理與實驗教學工作。

廣西高等教育本科教學改革工程項目（編號：2019JGB210）；廣西隱伏金屬礦產(chǎn)勘查重點實驗室系統(tǒng)研究課題（編號：19-185-17-06）

〔編輯：張思楠〕