掃描電子顯微鏡平臺規(guī)范化管理體系的建立與實踐

文 偉， 許佳怡， 羅丙紅， 李宏巖

（暨南大學(xué)化學(xué)與材料學(xué)院，廣州 510632）

0 引 言

貴重儀器共享平臺是建設(shè)高水平大學(xué)重要的硬件支持，是推進教學(xué)建設(shè)與科研發(fā)展，培養(yǎng)高水平人才的必需保障［1-2］。大型儀器價格昂貴，設(shè)備精密，工作原理復(fù)雜，操作嚴格，維修費用高［3］，需進行科學(xué)規(guī)范化的管理，才能保證儀器正常運行，為教學(xué)和科研發(fā)展保駕護航［4］。因此建立科學(xué)規(guī)范的大型儀器管理模式，是提升儀器使用效率，實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標的重要環(huán)節(jié)［5］。

我院由材料科學(xué)與工程系和化學(xué)系以及超分子配位化學(xué)研究所組成，于2019 年搬遷至新校區(qū)，并在2019年成立實驗中心。搬遷至新校區(qū)2 年來，實驗中心借助學(xué)校的共享設(shè)備管理平臺穩(wěn)步推進全院大型設(shè)備開放共享，向全院以及在新校區(qū)的相關(guān)兄弟院系（如環(huán)境學(xué)院，藥學(xué)院，光子研究所等）的全體師生開放共享。但由于缺少了校本部分析測試中心大部分貴重儀器如掃描電鏡的支持，嚴重影響了院內(nèi)師生的科研進展。為了解決全院120 多名教師和1 000 多名學(xué)生的教學(xué)科研需求，2019 年新購買了高分辨掃描電子顯微鏡（以下簡稱掃描電鏡）并迅速投入共享平臺使用，提供極大的測試需求。樣品數(shù)不斷增加，樣品種類涵蓋化學(xué)，材料學(xué)，生物，藥學(xué)等研究方向，學(xué)科領(lǐng)域跨度大。對管理員的專業(yè)水平以及管理能力提出了很大挑戰(zhàn)。因此，建立一套科學(xué)規(guī)范的掃描電鏡平臺管理體系，提高掃描電鏡的使用效益以及師生的科研水平迫在眉睫。

1 掃描電鏡平臺的管理現(xiàn)狀

目前實驗中心一共有2 臺掃描電鏡，1 臺購于2015年，主要滿足1 萬倍以下需求。2019 年購入高分辨掃描電鏡，主要用于1 萬倍以上的需求。2 臺儀器投入使用便納入了學(xué)校的貴重儀器共享平臺，全校共享，主要服務(wù)于新校區(qū)兄弟院系的測試需求。借助于學(xué)校共享平臺，儀器目前管理模式是學(xué)生經(jīng)過培訓(xùn)考核后自行在平臺預(yù)約測試。對于低倍數(shù)的掃描電鏡實行24 h開放，學(xué)生可隨時測樣，收費較便宜，可以用來初篩樣品，選出合適的樣品后再使用高分辨掃描電鏡進一步研究。由于高分辨掃描電鏡操作要求嚴格，對樣品的處理和學(xué)生的水平要求高，專職管理人員時間有限，目前開放時間僅限于工作時間，使得高分辨掃描電鏡的使用效率大打折扣。傳統(tǒng)的線下講解培訓(xùn)效率低，待培訓(xùn)學(xué)生和待測樣品的積壓，一般基本需要提前半個月排隊預(yù)約（畢業(yè)季高峰期的時候甚至需要提前1 個月預(yù)約），嚴重影響科研的效率和進度。因此，急需建立一套科學(xué)規(guī)范的管理模式，對院內(nèi)同學(xué)進行系統(tǒng)化培訓(xùn)，提高學(xué)生的操作水平，增加儀器的共享時間，提高儀器的共享程度和師生的科研進度。

中心成立初期，由于用戶數(shù)量太多且需求都比較急，因此掃描電鏡平臺迅速啟動了對全院學(xué)生的培訓(xùn)并投入使用。由于缺少經(jīng)驗，管理體系不科學(xué)，培訓(xùn)系統(tǒng)單一淺表，培訓(xùn)效果難以持久等問題日益凸顯。為此，經(jīng)過一段時間后，根據(jù)共享平臺收集到的大數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計每個課題組的使用頻率，通過借鑒其他高校成功的管理模式［6-8］，結(jié)合當前掃描電鏡平臺的實際情況，對其管理工作進行了多層次多元化的探索，依托于學(xué)校貴重儀器共享平臺和多種社交群構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化的“互聯(lián)網(wǎng)＋”培訓(xùn)管理體系［9-10］，建立多模式的培訓(xùn)課程體系（線上線下混合式培訓(xùn)，課題組定制化培訓(xùn)，依據(jù)使用頻率多元化培訓(xùn)）以及長效的培訓(xùn)效果支撐體系［11］。經(jīng)過近2 年的探索和不斷調(diào)整，掃描電鏡平臺在提高學(xué)習(xí)培訓(xùn)質(zhì)量的同時，保證了設(shè)備的安全使用和測試效果，平臺的服務(wù)質(zhì)量和管理員的專業(yè)水平得到了師生們的廣泛認可。儀器的使用機時和測試樣品量顯著增加，提高了儀器的使用效益。

2 科學(xué)規(guī)范化管理模式的建立與實踐

根據(jù)各兄弟院系貴重儀器平臺學(xué)生管理體系的建設(shè)和經(jīng)驗［12-13］，結(jié)合實驗中心掃描電鏡平臺目前存在的不足，提出以培養(yǎng)高水平學(xué)生，助力科研發(fā)展為中心，建立網(wǎng)絡(luò)化的培訓(xùn)管理體系，多模式的培訓(xùn)課程體系以及長效的培訓(xùn)效果支撐體系，提高儀器的使用效率，助力高水平學(xué)科教育的建設(shè)［14-15］。

2.1 網(wǎng)絡(luò)化的“互聯(lián)網(wǎng)＋”培訓(xùn)管理體系

針對培訓(xùn)報名流程不清晰，管理體系不明確的問題，通過一段時間的使用，積極探索新的管理模式。依托于學(xué)校貴重儀器共享平臺的培訓(xùn)管理模塊，以及多種社交群（如教工微信群，學(xué)院學(xué)生QQ 群，掃描電鏡QQ群等）構(gòu)建了網(wǎng)絡(luò)化的“互聯(lián)網(wǎng)＋”培訓(xùn)管理體系。

報名考核流程如圖1 所示，每月初利用金數(shù)據(jù)創(chuàng)建實操報名鏈接，在貴重儀器平臺和各個社交群發(fā)布培訓(xùn)計劃，限定培訓(xùn)日期和人數(shù)。截止日期后從金數(shù)據(jù)后臺導(dǎo)出報名情況，大致按照課題組歸屬進行分組，每組5 ～10 人。在各社交群和儀器平臺公布培訓(xùn)分組名單，下發(fā)培訓(xùn)資料和線上理論培訓(xùn)考核網(wǎng)址，在實操培訓(xùn)日期前學(xué)生需自行進行線上理論培訓(xùn)和考核，考核通過后按照分組進行實操培訓(xùn)，上機練習(xí)和考核。

圖1 網(wǎng)絡(luò)化的“互聯(lián)網(wǎng)＋”培訓(xùn)管理體系

按照管理體系，學(xué)生必須參加學(xué)校設(shè)備處組織的實驗室安全考試并通過后拿到實驗室準入證書，才允許報名參加掃描電鏡的培訓(xùn)。參加線上理論培訓(xùn)并考核通過才允許線下實操培訓(xùn)和考核，且全程必須在場并簽到。實操考核通過后提交儀器使用申請表和實驗室安全承諾書至管理員老師，開通平臺掃描電鏡預(yù)約上機權(quán)限后，學(xué)生可在開放時間自由預(yù)約使用，上班時間若遇到操作問題可隨時找管理員老師現(xiàn)場指導(dǎo)，下班時間可在儀器交流群跟老師交流或者找儀器助管指導(dǎo)。對于一般違規(guī)（如不清理制樣臺，未取出樣品等）取消權(quán)限一個月。對于嚴重違規(guī)者（損壞儀器零件等）取消永久權(quán)限并要求賠償一部分維修費。

2.2 多模式的培訓(xùn)課程體系

針對培訓(xùn)方式單一，培訓(xùn)內(nèi)容淺表，培訓(xùn)效果維持時間短等問題，對培訓(xùn)課程體系進行了多層次多元化的探索，建立線上線下混合式培訓(xùn)，課題組定制化培訓(xùn)，依據(jù)使用頻率實行多模式培訓(xùn)課程體系。

2.2.1 線上線下混合式培訓(xùn)

針對掃描電鏡培訓(xùn)的特殊性，建立了線上線下相結(jié)合的培訓(xùn)模式，掃描電鏡結(jié)構(gòu)原理復(fù)雜，因此理論培訓(xùn)主要采用線上培訓(xùn)的形式。線上培訓(xùn)環(huán)節(jié)主要包括：規(guī)章制度，理論知識，理論考核三大模塊，如圖2 所示。規(guī)章制度主要包括實驗室安全和自主上機規(guī)章制度，以PPT的形式呈現(xiàn)。理論知識主要包括掃描電鏡的構(gòu)造，檢測原理，注意事項，實操步驟等。掃描電鏡安裝后試用期，工程師上門進行理論和實操培訓(xùn)，學(xué)生可在教室現(xiàn)場或者在騰訊會議線上參加。管理老師同時進行了EV 錄屏，將視頻材料進行整理制成含PPT演示＋同步語音＋字幕的課程視頻，上傳至百度網(wǎng)盤和儀器平臺分享給報名同學(xué)線上學(xué)習(xí)。線上考核主要采用騰訊問卷的在線考試功能，試卷內(nèi)容設(shè)置為10%的規(guī)章制度，70%電鏡理論，20%注意事項及常見問題，考核需達到90 分才能參加線下實操培訓(xùn)。

圖2 線上線下相結(jié)合培訓(xùn)課程體系

線下課程體系主要包括管理員進行線下實操培訓(xùn)和考核，考核達到90 分即可獲得上機測試權(quán)限。線下課程包括管理員上班時間一對一指導(dǎo)和社交群內(nèi)答疑，儀器助管節(jié)假日指導(dǎo)。還設(shè)置了進階課堂，主要是科研技術(shù)講座，定期邀請儀器工程師進行新技術(shù)新功能的講座，科研教授進行新應(yīng)用的前沿講座，學(xué)生可在線上線下觀看，拓展知識面和儀器適用范圍。

2.2.2 課題組定制化培訓(xùn)

掃描電鏡應(yīng)用廣泛，主要服務(wù)于本院材料系和化學(xué)系學(xué)生，其中材料分成生物材料組，儲能材料組，無機納米材料等，另外還對藥學(xué)院，環(huán)境學(xué)院等新校區(qū)兄弟院系開放。不同課題組樣品類別有差異，因此對于測試操作時制樣，參數(shù)的選擇都有不同的要求。針對此現(xiàn)象，在線下實操培訓(xùn)模塊特建立了課題組定制化實操培訓(xùn)課程體系（見圖3）。同樣學(xué)生需先通過線上理論培訓(xùn)以及考核后，允許報名實操培訓(xùn)，并對報名者進行線上問卷調(diào)查，調(diào)取儀器共享平臺數(shù)據(jù)，分析各個課題組的儀器使用頻率和時長和樣品種類。通過對問卷反饋的分析，確定培訓(xùn)需求并定制化不同課題組的培訓(xùn)內(nèi)容，隨后分組實操培訓(xùn)，針對不同樣品類型對于噴金時長，電壓束流等參數(shù)的選擇，以及拍照技巧制樣技巧等的特殊性進行系統(tǒng)培訓(xùn)。

圖3 課題組定制化培訓(xùn)課程體系

2.2.3 依據(jù)使用頻率多元化培訓(xùn)

對儀器平臺后臺用戶數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，部分用戶使用頻率低，1 ～2 個月才使用1 次，這種用戶由于使用間隔時間長，難免對操作步驟不熟練，并且培訓(xùn)后很快忘記原理和操作規(guī)程。部分用戶使用頻率很高，基本操作嫻熟，對于測試追求更高的品質(zhì)。針對不同用戶的需求，進行依據(jù)使用頻率的多元化培訓(xùn)模式的探索（見圖4）。對于使用頻率低的用戶主要進行簡易的實操培訓(xùn)，制定掃描電鏡的4 步法操作流程，并制成操作規(guī)程牌放置于儀器旁供學(xué)生隨時參考。第1 步通過操作軌跡球?qū)ふ液线m的測試位置，第2 步通過縮放旋鈕放大到所需倍數(shù)。第3 步通過自動對比度按鈕或者手動操作調(diào)好亮度和對比度，第4 步通過自動對焦按鈕或者手動粗調(diào)細調(diào)將圖片調(diào)清晰。4 步法把操作流程簡易化，并且容易理解和記憶。對于使用頻率高，對拍攝結(jié)果有更高要求的用戶，進行專業(yè)化實操培訓(xùn)，在上述簡易四步法基礎(chǔ)上增加背散射模式，低真空模式，調(diào)像散調(diào)對中，元素分析等培訓(xùn)。

圖4 依據(jù)使用頻率的多元化培訓(xùn)課程體系

2.3 探索長效的培訓(xùn)支撐體系

為保證培訓(xùn)的效果，掃描電鏡平臺管理員堅持進行長效的培訓(xùn)支撐體系探索，主要采取制定管理制度，建立專業(yè)培訓(xùn)隊伍，經(jīng)費支持和定期考核等措施。

（1）健全規(guī)章制度，規(guī)范化管理。為了保證培訓(xùn)效果和管理的規(guī)范性，掃描電鏡平臺制定了一系列管理制度，包括“掃描電鏡平臺管理辦法”“掃描電鏡平臺儀器預(yù)約說明”“掃描電鏡培訓(xùn)規(guī)范”“掃描電鏡假期開放管理辦法”等，從儀器的開放方式、安全操作、預(yù)約流程、培訓(xùn)方案等方面進行了詳細的規(guī)定，并根據(jù)實際情況做出實時更新。

（2）建立穩(wěn)定的培訓(xùn)隊伍，定期講座。目前的培訓(xùn)隊伍主要包括儀器工程師，管理員老師和學(xué)院資深教授，其中管理員老師主要負責線下實操部分培訓(xùn)和答疑，幫助學(xué)生掌握操作技術(shù)。儀器工程師定期開展線上線下關(guān)于新功能新技術(shù)的講座，科研教授負責關(guān)于儀器各領(lǐng)域應(yīng)用等前沿講座。定期培訓(xùn)和講座開拓了學(xué)生的知識面和對儀器深入了解，助力師生科研的發(fā)展，有利于培養(yǎng)高水平的人才。同時也提高了儀器管理老師的業(yè)務(wù)水平，更進一步促進培訓(xùn)效果。

（3）助管輔助，經(jīng)費支持。儀器實行收費使用，其中收取的費用70%用于耗材購買和儀器維修維護等，30%用于培訓(xùn)資料的打印和講座，助管，老師的勞務(wù)報酬。對于已經(jīng)取得儀器操作權(quán)限，使用頻率高，實操技術(shù)較好的學(xué)生可以培養(yǎng)成儀器助管，在非工作時間和節(jié)假日輔助儀器的管理，大大提高儀器的使用機時和效益。同時，穩(wěn)定的經(jīng)費支持，使得助管制度，講座培訓(xùn)制度能長期實行，保證了培訓(xùn)的效果。

（4）張貼操作規(guī)程注意事項，定期考核。制作操作規(guī)程牌和注意事項牌置于儀器旁，便于學(xué)生隨時復(fù)習(xí)和參考，保證培訓(xùn)的質(zhì)量。對于權(quán)限有效期內(nèi)的用戶定期考核，對于初次用戶前期實行1 個月1 ～2 次實操考核，經(jīng)驗用戶1 ～2 個月考核1 次，復(fù)學(xué)用戶1 個月考核1 次。定期考核提高了學(xué)生的重視程度和對儀器謹慎的態(tài)度，提高學(xué)生線上自主學(xué)習(xí)的頻率和積極性，保證了培訓(xùn)效果的長效性。

3 科學(xué)規(guī)范化管理模式的實踐成效

3.1 提高培訓(xùn)效率，有利于高水平人才培養(yǎng)

網(wǎng)絡(luò)化的“互聯(lián)網(wǎng)＋”培訓(xùn)管理模式建立，明確了培訓(xùn)報名流程和上機管理制度，使學(xué)生能清晰地按流程申請每一步考核，提高了管理員老師的工作效率。

實行線上線下相結(jié)合的培訓(xùn)課程體系，待實操培訓(xùn)學(xué)生積壓情況大大得到緩解，學(xué)生先自主線上理論培訓(xùn)，時間地點更靈活，且線上課程可隨時回顧學(xué)習(xí)，有效避免了誤操作，提高了培訓(xùn)效率。課題組定制化課程和按頻率多元化培訓(xùn)制度的建立進一步滿足了學(xué)生的專業(yè)化需求，提高了測試水平。多模式的培訓(xùn)課程體系實施后，每個月培訓(xùn)次數(shù)增加了2 ～3 次，年培訓(xùn)總?cè)舜螖?shù)增加了177%，考核通過率從60%上升至80%，復(fù)學(xué)用戶從20%下降到5%（見表1）。

表1 掃描電鏡2020、2021 年培訓(xùn)及運行情況

長效培訓(xùn)支撐措施的實施更是保證了培訓(xùn)效果的時效性，降低了復(fù)學(xué)用戶數(shù)，也進一步提高了管理人員的業(yè)務(wù)水平和學(xué)生的操作技能。師生對掃描電鏡平臺管理模式滿意度提高，反饋良好。

3.2 提高了儀器的使用效益，助力師生科研發(fā)展

科學(xué)高效的掃描電鏡培訓(xùn)管理體系建立后，培訓(xùn)質(zhì)量和效果大大提高，學(xué)生操作水平有了保證，延長了掃描電鏡的開放時間。將開放時間由以前工作日8：30 ～17：30 延長到每天（包括節(jié)假日）8：30 ～23：30，開放時間的延長緩解了全院師生排隊測樣壓力，從需要提前半個月預(yù)約到現(xiàn)在只需提2 ～3 天預(yù)約。儀器的使用機時2021 年相比2020 年增加56.4%。學(xué)生操作水平提高，每個樣測試時間縮短，使得儀器的樣品測試數(shù)增加，從平臺統(tǒng)計數(shù)據(jù)得出，測樣數(shù)2021 年比2020年增加了135%（見表1）。使用機時和測樣數(shù)的增加表明儀器的使用效益大大提高。

3.3 降低了儀器的損壞率，節(jié)約了經(jīng)費支出

多模式的培訓(xùn)課程體系實施后，培訓(xùn)質(zhì)量提高，學(xué)生操作水平和對儀器的熟悉度提高，減少了誤操作的發(fā)生。對操作規(guī)程的掌握使學(xué)生更有信心操作儀器，能自行判斷一些小問題發(fā)生的原因并及時解決和調(diào)整。如噴金時根據(jù)泵不同的聲音便能判斷蓋子是否密封好，遇到樣品碳污染，荷電現(xiàn)象會調(diào)整參數(shù)和拍照技巧等。學(xué)生解決問題能力提高，減少了管理員老師的重復(fù)工作量，也降低了儀器的損壞率。從2020 年工程師平均1 ～2 個月上門1 次到2021 年工程師一共上門2 次。降低了維護頻率節(jié)約了經(jīng)費支出，保證了科研測試時間，推進師生科研順利進展。

4 結(jié) 語

經(jīng)過2 年的探索和調(diào)整，實驗中心掃描電鏡平臺建立了依托于學(xué)校貴重儀器共享平臺和多種社交群構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化的“互聯(lián)網(wǎng)＋”管理體系，多模式的培訓(xùn)課程體系以及長效的培訓(xùn)支撐體系?？茖W(xué)規(guī)范的管理模式在提高學(xué)習(xí)培訓(xùn)質(zhì)量的同時，儀器的使用機時和測試樣品量顯著增加，提高了儀器的使用效益，儀器的損壞率和維修成本降低。平臺的服務(wù)質(zhì)量和管理員的專業(yè)水平得到了師生們的廣泛認可，新的管理體系有利于提高學(xué)生的科研能力，促進教學(xué)的發(fā)展，人才的培養(yǎng)和科研的進步。