以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力為核心的教學(xué)科研一體化實驗室建設(shè)

顏菲 孫金平 劉迢迢

摘要：目前高校實驗室的建設(shè)與使用現(xiàn)狀，在一定程度上制約了學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)與提升。結(jié)合本院實際，建設(shè)生物信息與生物技術(shù)教學(xué)科研一體化實驗室，著重介紹一體化實驗室的構(gòu)建思路、主要內(nèi)容及“1+N”運行管理保障機制，在優(yōu)化實驗資源、科研反哺教學(xué)、調(diào)動學(xué)生科研興趣、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力等方面取得良好成效，對于高校實驗室建設(shè)及創(chuàng)新型人才培養(yǎng)具有一定的指導(dǎo)價值。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新培養(yǎng)?? 教學(xué)科研一體化?? 實驗室建設(shè)? 實驗室管理

中共中央國務(wù)院《中國教育現(xiàn)代化2035》中提到“加強創(chuàng)新人才特別是拔尖創(chuàng)新人才的培養(yǎng)”，《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020）》指出，要“促進科研與教學(xué)互動、與創(chuàng)新人才培養(yǎng)相結(jié)合”，這對高校人才培養(yǎng)提出了更高要求。多年教學(xué)實踐證明，充分發(fā)揮實驗室資源的作用，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和科研思維，是實現(xiàn)以上目標(biāo)的有力抓手和有效途徑。

天津醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院依托學(xué)校醫(yī)學(xué)教育和臨床優(yōu)勢，旨在培養(yǎng)醫(yī)理、醫(yī)工交叉學(xué)科復(fù)合型、創(chuàng)新型人才，建設(shè)國家一流本科專業(yè)和一流學(xué)科。目前高校實驗室的建設(shè)與使用現(xiàn)狀，在一定程度上制約了學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)與提升，結(jié)合本學(xué)院現(xiàn)狀，通過整合教學(xué)實驗室和科研實驗室資源，探索建設(shè)教學(xué)科研一體化實驗室，取得了良好的成效。

1建設(shè)教學(xué)科研一體化實驗室的背景

通過調(diào)研高校實驗室現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)普遍存在以下問題：實驗室面積不足，教學(xué)實驗室使用率較低;教學(xué)實驗室與科研實驗室分設(shè)，儀器分散利用率不高等^[1-4]。具體到本學(xué)院實驗室，表現(xiàn)為：（1）教學(xué)實驗室與科研實驗室分設(shè)，科研實驗室需求激增導(dǎo)致用房緊張，但部分教學(xué)實驗室閑置率較高;（2）部分常規(guī)儀器設(shè)備，如PCR儀、離心機、搖床、凝膠成像儀、計算機服務(wù)器等，在科研實驗室和教學(xué)實驗室普遍使用，重復(fù)購置;（3）教學(xué)實驗室設(shè)備更新率低，實驗設(shè)備較陳舊，實驗教學(xué)無法跟上學(xué)科發(fā)展前沿;（4）科研實驗室儀器設(shè)備較為先進，但不對學(xué)生開放使用，大型儀器設(shè)備使用率低且無專人管理等。這些問題造成實驗室資源不能得到有效利用，難以發(fā)揮在培養(yǎng)人才方面的基礎(chǔ)性作用，與我國倡導(dǎo)的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標(biāo)更是相距甚遠。

作為高校實驗技術(shù)人員，建設(shè)好、管理好、發(fā)揮好實驗室在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、提高學(xué)生應(yīng)用技能方面的功能和效用，積極探索實驗室運行管理的新機制，是工作的重點和難點。為此，將教學(xué)和科研資源整合共享，以“生物信息與生物技術(shù)創(chuàng)新實驗室”為試點進行了教學(xué)科研一體化實驗室建設(shè)的探索和實踐。

2教學(xué)科研一體化實驗室的構(gòu)建思路和主要內(nèi)容

立足學(xué)院實際，借鑒其他高校實驗室建設(shè)和改革經(jīng)驗^[5-7]，本學(xué)院生物信息與生物技術(shù)教學(xué)科研一體化實驗室（以下簡稱“一體化實驗室”）的總體構(gòu)建思路為：打破教學(xué)實驗室和科研實驗室的空間隔閡，設(shè)置在同一區(qū)域，整合學(xué)院生物信息學(xué)與生物技術(shù)專業(yè)的3個教學(xué)實驗室和學(xué)科科研實驗室，將教學(xué)實驗室的實驗用房優(yōu)勢、師資優(yōu)勢和科研實驗室的設(shè)備資源優(yōu)勢有效結(jié)合，健全實驗室運行管理機制，實現(xiàn)實驗資源的高效利用和可持續(xù)共享，充分發(fā)揮實驗室資源在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、科研思維和應(yīng)用技能方面的保障作用。

整合后的一體化實驗室面向?qū)W生開放，在保證實驗教學(xué)需求基礎(chǔ)上，承載科研用途。一體化實驗室承擔(dān)學(xué)生科研訓(xùn)練工作，主要涉及學(xué)科競賽、自主實驗、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練、畢業(yè)設(shè)計、學(xué)生加入教師科研團隊開展科研鍛煉等;承擔(dān)的教學(xué)任務(wù)主要是專業(yè)課實驗、綜合性課程設(shè)計、實訓(xùn)課程等。

一體化實驗室有利于促進科教融合，提高學(xué)生參加科研訓(xùn)練的主動性和積極性，有助于學(xué)生掌握先進實驗技術(shù)、鍛煉科研思維，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的專業(yè)平臺。

2.1一體化實驗室的運行機制

健全一體化實驗室管理機制是實驗室正常運行的前提和保障。為充分發(fā)揮一體化實驗室的功能，建立了“1+N”的保障體系，即通過制定一個管理辦法，形成了從實驗室預(yù)約申請、實驗設(shè)備管理、藥品耗材使用、師資配備、實驗室維護等N個環(huán)節(jié)的保障體系，推動一體化實驗室安全、平穩(wěn)、有序地運行。

2.3.1 制度建設(shè)

立足學(xué)科發(fā)展前景，以鞏固學(xué)生教學(xué)成果、提高創(chuàng)新能力、提升創(chuàng)新思維為目標(biāo)，突出科研應(yīng)用導(dǎo)向，制定了《天津醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院教學(xué)科研一體化實驗室管理辦法》。除了規(guī)范一體化實驗室日常使用及維護相關(guān)措施，重點體現(xiàn)對學(xué)生科研創(chuàng)新訓(xùn)練的支持保障，在實驗藥品耗材、大型儀器設(shè)備使用、實驗技術(shù)指導(dǎo)、經(jīng)費支持等方面提供“綠色通道”。

2.3.2預(yù)約申請使用

每學(xué)期初，學(xué)院中心實驗室網(wǎng)站發(fā)布公告，告知實驗教學(xué)時間安排，并提供科研可申請使用時間。學(xué)生如申請使用一體化實驗室從事科研實驗，需完成學(xué)校統(tǒng)一組織的實驗室安全在線學(xué)習(xí)并考核合格、獲得實驗室安全培訓(xùn)證書，依托微信“審批寶”小程序，經(jīng)過“指導(dǎo)教師-一體化實驗室負責(zé)人-學(xué)院分管實驗室領(lǐng)導(dǎo)”三級審批通過，方可獲得門禁系統(tǒng)授權(quán)。為最大限度滿足學(xué)生科研使用需求，經(jīng)學(xué)生申請、指導(dǎo)教師審核、實驗室教師確認，一體化實驗室可24h開放，門禁系統(tǒng)兼具監(jiān)控功能，便于保障學(xué)生人身安全和實驗室安全運行。

2.3.3 實驗藥品、耗材保障

一體化實驗室實驗藥品主要有兩類：普通實驗藥品和危險化學(xué)品。普通實驗藥品和耗材的存放分為公共區(qū)和科研課題組區(qū)。公共區(qū)藥品耗材是科研、教學(xué)普遍使用的常規(guī)實驗藥品（如NaCl、KCl、酵母膏、蛋白胨、SDS等）和一次性實驗耗材（如各種規(guī)格的離心管、移液槍頭、試管等），由實驗室負責(zé)教師根據(jù)申請科研訓(xùn)練所需藥品耗材清單，在統(tǒng)籌教學(xué)、科研需求量的基礎(chǔ)上，使用教學(xué)經(jīng)費集中采買，學(xué)生可以登記領(lǐng)取使用。

為合理統(tǒng)籌實驗室資源，方便學(xué)生開展科研訓(xùn)練，根據(jù)學(xué)生申請的科研項目類型，將開展同類型或具有承接關(guān)系的科研訓(xùn)練項目整合為一個課題組，并劃定獨立的實驗區(qū)域，即科研課題組區(qū)。公共區(qū)沒配備的藥品耗材由科研課題組自行購買，經(jīng)費一般來源于指導(dǎo)教師的科研經(jīng)費、學(xué)生獲批的項目經(jīng)費等，存放在各科研課題組分配的實驗區(qū)域內(nèi)。學(xué)院鼓勵學(xué)生自主開展科研實驗，如獲批的科研訓(xùn)練項目沒有經(jīng)費來源或經(jīng)費緊張的，經(jīng)項目組申請，學(xué)院綜合評價項目的創(chuàng)新性、應(yīng)用性等因素，可提供不同程度的經(jīng)費支持。

危險化學(xué)品通常不允許學(xué)生使用，建議學(xué)生使用無毒或低毒的藥品替代，若確實無法滿足實驗需要，學(xué)生可以在指導(dǎo)教師同意并現(xiàn)場指導(dǎo)的前提下，雙人領(lǐng)取、雙人使用。

2.3.4 一體化實驗室儀器設(shè)備管理

實驗室的儀器設(shè)備由實驗室負責(zé)教師管理，同時聘任研究生或高年級學(xué)生協(xié)助實驗室教師做好設(shè)備維護;大型儀器設(shè)備和生物信息學(xué)計算機服務(wù)器由專人管理。一體化實驗室儀器設(shè)備對學(xué)生可24h開放使用。

科研訓(xùn)練項目開始前，實驗室負責(zé)教師會為申請使用實驗室的學(xué)生進行設(shè)備使用培訓(xùn)，詳細介紹設(shè)備的結(jié)構(gòu)、工作原理、使用范圍等，并現(xiàn)場演示操作，說明使用過程中的注意事項和突發(fā)情況及處置方法。學(xué)院中心實驗室網(wǎng)站提供大型儀器設(shè)備使用操作演示視頻，要求學(xué)生觀看視頻提前熟悉設(shè)備使用方法。同時在每臺設(shè)備的顯著位置放置該設(shè)備的說明書、操作流程及注意事項，可以使學(xué)生在使用前對設(shè)備有詳細的了解，便于順利操作。學(xué)生使用設(shè)備過程中遇到問題，實驗室負責(zé)教師會提供幫助指導(dǎo)，如遇突發(fā)情況，按照應(yīng)急預(yù)案處理。

2.3.5師資保障

一體化實驗室為提升學(xué)生創(chuàng)新能力提供堅實的師資保障。對于實驗教學(xué)過程中表現(xiàn)出動手能力強、科研思維活躍、科研興趣濃厚的學(xué)生，實驗教師可推薦其加入學(xué)院研究生導(dǎo)師課題組或青年教師科研創(chuàng)新團隊。依托一體化實驗平臺，一方面，學(xué)生可以在教師或研究生的指導(dǎo)下學(xué)習(xí)先進的實驗技術(shù)、儀器設(shè)備操作使用方法、實驗數(shù)據(jù)整理分析方法，鍛煉自己分析問題、解決問題的能力，培樣學(xué)術(shù)思維和創(chuàng)新能力;另一方面，也有利于充實學(xué)院科研團隊、培養(yǎng)后備人才，導(dǎo)師可以從中發(fā)掘有科研潛質(zhì)的學(xué)生加入自己的課題組繼續(xù)深造。

另外，對于有創(chuàng)新想法，依托一體化實驗室積極開展大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目、參加實驗技能大賽等科研訓(xùn)練的學(xué)生，學(xué)院為其選拔責(zé)任心強、專業(yè)技能突出、經(jīng)驗豐富的教師給予指導(dǎo)，并對指導(dǎo)教師給予績效獎勵。

近2年，在實驗教師的推薦下，共有5名博士研究生指導(dǎo)教師、10名碩士研究生指導(dǎo)教師和12名青年教師接納學(xué)生加入其科研團隊，7名學(xué)生畢業(yè)后通過推免或考研的方式繼續(xù)在原科研團隊攻讀碩士研究生;學(xué)院共選拔12名優(yōu)秀教師充實到實驗指導(dǎo)隊伍，結(jié)合學(xué)生專業(yè)知識背景，制訂實驗方案，帶領(lǐng)學(xué)生開展科研訓(xùn)練。

2.3.6 經(jīng)費支持

一體化實驗室經(jīng)費來源主要是3個方面：教學(xué)經(jīng)費、科研經(jīng)費及學(xué)生項目獲批的經(jīng)費。教學(xué)經(jīng)費主要用于一體化實驗室日常開銷、設(shè)備維護等常規(guī)性事務(wù)。由于一體化實驗室建設(shè)實現(xiàn)了教學(xué)、科研儀器設(shè)備的共享，避免了儀器設(shè)備重復(fù)購置的問題，節(jié)省了大量原本計劃購置儀器的科研經(jīng)費，這部分科研經(jīng)費可以用于設(shè)備更新，不斷滿足學(xué)科發(fā)展需要，為實驗教學(xué)貼近科學(xué)前沿提供硬件支持，有利于學(xué)生掌握先進的實驗技能，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。學(xué)生項目獲批的經(jīng)費主要用于開展科研訓(xùn)練項目，學(xué)院對項目進展實施考核并給予一定的經(jīng)費支持，對于成果顯著的學(xué)生也會給予創(chuàng)新獎學(xué)金。

2.3.7 獎勵機制建設(shè)

為鼓勵學(xué)生依托一體化實驗室積極開展科研創(chuàng)新訓(xùn)練，學(xué)院實施了系列獎勵措施。在一體化實驗室開展科研訓(xùn)練并完成預(yù)定任務(wù)的學(xué)生，獎勵創(chuàng)新學(xué)分;科研訓(xùn)練成果突出、獲得省部級及以上獎勵或作為主要作者之一參與發(fā)表高水平論文的學(xué)生，可獎勵創(chuàng)新獎學(xué)金，并計入綜合測評學(xué)分，在推免生推薦、研究生錄取中適度傾斜;應(yīng)用技能強、動手實踐能力突出的學(xué)生，優(yōu)先向用人單位推薦實習(xí)等。

3一體化實驗室的實踐成效

經(jīng)過2年來的探索與實踐，本院生物信息與生物技術(shù)教學(xué)科研一體化實驗室在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力方面和實驗室建設(shè)方面均取得了良好成效，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）一體化實驗室以學(xué)生為主體，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，為學(xué)生開展各類科研訓(xùn)練、學(xué)科競賽提供技術(shù)指導(dǎo)、實踐平臺和經(jīng)費支持，取得一定成果。2年來，一體化實驗室承擔(dān)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目17項，其中國家級3項、市級3項，累計培養(yǎng)學(xué)生78人次，學(xué)生參與發(fā)表高水平論文20余篇;獲各級競賽獎項90余人次。

（2）引入的科研項目推動了實驗教學(xué)內(nèi)容的更新，科研轉(zhuǎn)化教學(xué)成果顯著。近2年新增“紫外和EMS誘變選育大腸桿菌Lys營養(yǎng)缺陷型菌株”“基因敲除技術(shù)高效、定向構(gòu)建大腸桿菌營養(yǎng)缺陷型菌株”“新冠肺炎主蛋白酶抑制劑中藥分子篩選”等10余項綜合性實驗教學(xué)項目，學(xué)生既開闊了眼界、拓展了知識面，又學(xué)習(xí)了新的實驗技術(shù)，提升了學(xué)生的實踐動手能力和學(xué)術(shù)思維。

（3）提高實驗室的利用率和儀器設(shè)備的使用更新率，為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力創(chuàng)造良好的硬件條件。一體化實驗室建設(shè)以來，閑置率較高的教學(xué)實驗室由原來每周只承擔(dān)2～3個半天的實踐教學(xué)任務(wù)變?yōu)閷W(xué)生全天候開展科研訓(xùn)練的場所，每學(xué)期約10組學(xué)生申請使用，基本處于滿負荷的狀態(tài);儀器設(shè)備（特別是大型儀器設(shè)備）的使用時長較原來提高45%;在不專門增加經(jīng)費的情況下，更新了計算機服務(wù)器、熒光倒置顯微鏡、熒光定量PCR儀等50余臺設(shè)備，實現(xiàn)了實驗資源的高效配置。

4工作展望

生物信息與生物技術(shù)教學(xué)科研一體化實驗室建設(shè)以來，在優(yōu)化實驗資源、科研反哺教學(xué)、調(diào)動學(xué)生科研興趣、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力等方面取得了良好的成效，為其他實驗室建設(shè)提供了可供參考的范本，今后將從以下方面繼續(xù)加強建設(shè)。

4.1 提高信息化管理水平

目前，學(xué)院正考慮建設(shè)完善的一體化實驗室信息管理系統(tǒng)，集合信息發(fā)布、預(yù)約申請、儀器設(shè)備管理、數(shù)據(jù)上傳、安全管理、虛擬實驗室等功能^[8-10]。在實驗教學(xué)方面，教師可以通過系統(tǒng)上傳教學(xué)進度、批改實驗作業(yè)、進行成績分析，學(xué)生可以通過系統(tǒng)進行實驗預(yù)習(xí)、反饋實驗問題、提交實驗報告，并且?guī)熒ㄟ^系統(tǒng)可以實現(xiàn)實時的互動交流。在科研訓(xùn)練方面，學(xué)生可以通過系統(tǒng)上傳實驗開展進度及階段成果，方便指導(dǎo)教師了解學(xué)生的科研訓(xùn)練效果，隨時調(diào)整訓(xùn)練方案。同時，實驗室管理教師可以通過系統(tǒng)及時了解實驗藥品耗材的儲存情況、儀器設(shè)備使用情況以及實驗室運行情況等?？傊?，新的一體化實驗室管理系統(tǒng)，應(yīng)該是全方位、多角度的綜合系統(tǒng)平臺，并具有與時俱進的迭代更新能力，目的是實現(xiàn)實驗室管理的科學(xué)性和實驗資源利用的高效性。

4.2 加強校內(nèi)跨學(xué)科實驗資源共享

高校內(nèi)部實驗資源的共享和利用是促進各學(xué)科協(xié)同發(fā)展的重要手段，是高校實現(xiàn)“內(nèi)涵式”發(fā)展的必然要求^[11]。充分發(fā)揮本院生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科在醫(yī)學(xué)院校的學(xué)科特色，依托一體化實驗室與學(xué)校臨床、藥學(xué)、影像、眼視光等學(xué)科開展科研實驗、校內(nèi)實訓(xùn)、教學(xué)實習(xí)等合作交流，實現(xiàn)實驗室、儀器設(shè)備等硬件資源共享及指導(dǎo)教師、實驗室管理教師、專業(yè)知識等軟件資源共享，使有限的資源發(fā)揮更大效益^[12]，有利于培養(yǎng)多學(xué)科交叉、綜合素質(zhì)全面提升的復(fù)合型人才。

4.3 促進產(chǎn)學(xué)研合作

依托一體化實驗室，加強學(xué)院與企業(yè)合作，將高校人才培養(yǎng)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展有效融合^[13]，培養(yǎng)符合社會發(fā)展需求、實踐能力強的應(yīng)用型創(chuàng)新人才。學(xué)院可以與相關(guān)企業(yè)簽訂合作協(xié)議，教師科研成果為企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)提供理論指導(dǎo)和技術(shù)支持，企業(yè)為學(xué)院引入生產(chǎn)實踐性更高、應(yīng)用性更強的課題^[14]。對于高校人才培養(yǎng)，產(chǎn)學(xué)研合作一方面有利于革新實驗教學(xué)內(nèi)容，使其更貼近社會需求;另一方面，通過與企業(yè)合作，聘請優(yōu)秀的企業(yè)技術(shù)人員、工程師擔(dān)任校外導(dǎo)師，指導(dǎo)學(xué)生開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，拓寬項目來源，豐富項目種類，增加項目經(jīng)費，進一步提升學(xué)生綜合運用專業(yè)理論知識的能力和技術(shù)創(chuàng)新能力，提高學(xué)生就業(yè)競爭力^[15]。

5結(jié)語

生物信息與生物技術(shù)教學(xué)科研一體化[A1]?實驗室建設(shè)是本院發(fā)揮實驗室資源在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和科研思維方面的重要舉措，經(jīng)過2年多的實踐，實現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)并取得了良好的成效。隨著一體化實驗室建設(shè)的進一步完善，其必將成為促進科教融合、協(xié)同育人的有效途徑和重要抓手，為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力提供有力保障。

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