院系大型儀器測試平臺的管理與培訓(xùn)探究

高 翔， 崔紅波， 寧曉輝

（西北大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，西安 710127）

0 引 言

大型儀器設(shè)備是科學(xué)研究的重要載體和基礎(chǔ)，是高等科研院所培養(yǎng)高水平科研人才、突破前沿科學(xué)的重要技術(shù)裝備［1-2］。為了提高科研院所在科技發(fā)展中的科研創(chuàng)新能力與核心競爭力，國家對教學(xué)科研的支持力度不斷加大，高校的大型儀器設(shè)備數(shù)量、類型和整體價值逐年增加，在教學(xué)、科研和社會服務(wù)等方面發(fā)揮了巨大作用［3］，但隨之也產(chǎn)生了如何降低大型儀器的故障率、如何實現(xiàn)大型儀器的資源共享等諸多問題［4-5］。為了更好地實現(xiàn)大型儀器的共享和有效管理，現(xiàn)以化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院分析測試研究中心為例，結(jié)合多年工作經(jīng)驗，就高校院系級大型儀器測試平臺在運行現(xiàn)狀、維護管理，以及教學(xué)和培訓(xùn)幾方面存在的實際問題和困難進行探討，從提高院系級大型儀器的利用率、減少大型儀器的維修率、降低維護成本、提高學(xué)生測試技能等方面探索院系級大型儀器測試平臺的提升方案。

1 院系大型儀器測試平臺的運行現(xiàn)狀

1.1 院系大型儀器測試平臺的運行現(xiàn)狀

相較于高等科研院所直屬的大型儀器測試平臺，院系大型儀器測試平臺的儀器專用性和專業(yè)性更強［6］，以化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院分析測試研究中心，測試平臺共有電子光學(xué)儀器、質(zhì)譜儀器、X射線儀器、色譜儀器、波譜儀器、顯微鏡及圖像分析儀器、生化分離分析儀器九大類共計2 595臺（件），儀器的測試方向和所屬專業(yè)主要以化學(xué)、化生和材料科學(xué)為主。目前，中心儀器的使用模式以實驗技術(shù)人員操作為主，學(xué)生培訓(xùn)考核后自主上機操作為輔的方式開展測試工作。此外，為提高實驗教學(xué)成效，培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型人才，中心配合學(xué)院本科及研究生教學(xué)工作承擔(dān)了部分實驗教學(xué)和儀器操作培訓(xùn)任務(wù)。

1.2 院系大型儀器測試平臺在運行中存在的問題

院系大型儀器測試平臺在學(xué)科專業(yè)和科學(xué)測試精準(zhǔn)性定位上具有不可小覷的優(yōu)勢［7］，但總體看來，在運行中存在專用性強［8］、開放共享機制不完善［1］等問題：

（1）院系大型儀器測試平臺多為專業(yè)化服務(wù)，因而利用效率不高，服務(wù)的專業(yè)范圍不夠廣泛［9］。再者，由于儀器設(shè)備的生產(chǎn)廠商眾多，儀器功能和型號種類繁多，有些院系在采購時沒有兼顧基礎(chǔ)性研究和前沿測試需求，使采購的設(shè)備缺少尖端科研及交叉學(xué)科研究的功能［10］；此外，部分儀器負責(zé)人思想保守，擔(dān)心功能開發(fā)會造成儀器故障影響教學(xué)科研進展［11］，而造成儀器功能開發(fā)不夠深入，不能充分發(fā)揮儀器的科研教學(xué)價值。

（2）院系大型儀器測試平臺在儀器采購時往往調(diào)研不夠全面，前期論證不夠充分［12］。這就導(dǎo)致部分儀器由于專業(yè)性強，使用人群范圍小而出現(xiàn)了儀器使用效率低、儀器設(shè)備部門化、個人化，同類型儀器重復(fù)購買等現(xiàn)象，部分儀器設(shè)備及其部分功能出現(xiàn)閑置，大大限制了儀器設(shè)備的最大價值體現(xiàn)。

（3）與校測試平臺相比，院系大型儀器測試平臺的運行及維修資金往往不夠充足［13］，這就導(dǎo)致大型儀器設(shè)備在出現(xiàn)故障時不能及時解決，儀器負責(zé)人不敢深入開發(fā)儀器功能。

（4）信息整合不夠全面。隨著實驗室管理信息化程度的迅速提高，院系平臺的短板日益明顯，主要表現(xiàn)為：信息化平臺管理混亂，各院系使用不同的信息化平臺，儀器信息互通性不夠；同類型儀器重復(fù)購買、儀器設(shè)備安裝資料、維護維修信息錄入不夠全面，缺乏精細化管理理念等。

1.3 院系大型儀器測試平臺運行方式的探索

對于院系級大型儀器測試平臺，提高儀器的利用率、推動儀器的開放共享是讓儀器功能發(fā)揮最大化的重要手段［14］。學(xué)校2017年制定并開始實施《西北大學(xué)儀器設(shè)備類資產(chǎn)管理辦法》，在大型儀器設(shè)備開放共享方面開展了大量工作。遵照學(xué)校的指導(dǎo)思想和管理辦法，學(xué)院結(jié)合學(xué)科發(fā)展和儀器設(shè)備現(xiàn)狀，從儀器設(shè)備共享、運行方式及平臺實驗隊伍建設(shè)等方面不斷探索創(chuàng)新，初步實現(xiàn)了大型儀器設(shè)備的資源共享和優(yōu)化整合。①學(xué)院將所有符合條件的大型儀器設(shè)備納入學(xué)校統(tǒng)一的設(shè)備網(wǎng)絡(luò)管理平臺，所有審核過的用戶均可通過平臺進行儀器功能和信息查詢、在線預(yù)約等。網(wǎng)絡(luò)管理平臺的使用大大提高了儀器設(shè)備使用效率和價值發(fā)揮，同時也方便其他院系在進行儀器采購時進行調(diào)研，從而合理配置資源，避免重復(fù)購置。②學(xué)院的大型儀器設(shè)備在收費制度和教學(xué)培訓(xùn)上保持院內(nèi)外、校內(nèi)外管理一致化，有固定的校外服務(wù)時間，并建立了客戶滿意度調(diào)查制度，在科研教學(xué)和培養(yǎng)創(chuàng)新人才的同時，更好地服務(wù)于社會。③學(xué)院在大型儀器管理上實現(xiàn)了專人管理，儀器負責(zé)人為儀器設(shè)備的一級責(zé)任人，全面負責(zé)儀器維護、運行、維修的相關(guān)工作，自主制定儀器的管理和培訓(xùn)制度。

2 院級大型儀器測試平臺的維護及管理

2.1 院級大型儀器測試平臺維護及管理中存在的問題

大型儀器設(shè)備在運行一定年限或者使用頻次較高時容易出現(xiàn)故障或損壞，造成儀器故障或損壞的原因有很多，諸如操作不當(dāng)、零部件壽命老化等［4］，長時間的故障宕機會影響科研進度及教學(xué)進程［15］。目前，院系大型儀器測試平臺在維護和管理中多存在以下幾方面問題，容易造成儀器故障或損壞：

（1）缺乏日常維護意識。高校都是以“事后維護”的手段來處理儀器故障，缺乏定期維護的意識和理念［5］，院系大型儀器測試平臺的儀器管理人員更是由于身兼數(shù)職，無法定期對儀器進行深入調(diào)試與保養(yǎng)，往往使用儀器時才發(fā)現(xiàn)儀器出現(xiàn)了問題［16］。

（2）小問題變成大故障。一般院系大型儀器測試平臺在解決儀器故障問題時，多需要經(jīng)過申報、評估、公示、簽訂維修合同等步驟后才正式進入維修環(huán)節(jié)，繁瑣的流程不僅會延誤儀器的維修，也使得小問題不能及時得到解決，其結(jié)果就是小問題小故障積累成了大問題大故障。

（3）儀器維護成本投入不夠。院系大型儀器測試平臺相較于校級平臺往往資金不夠充足，因而會優(yōu)先為發(fā)生宕機的儀器解決故障，剩余的資金還要用于儀器的運行開支，分配在儀器維護上的經(jīng)費就變得極為匱乏，缺少保養(yǎng)維護為儀器故障埋下了隱患。

（4）儀器使用管理不規(guī)范。大型儀器設(shè)備使用者的操作素養(yǎng)和技術(shù)水平對于儀器的正常運行、延長使用壽命起著至關(guān)重要的影響［17］。院系大型儀器測試平臺由于服務(wù)對象系本院師生占比較大、儀器同時承擔(dān)科研測試任務(wù)和教學(xué)任務(wù)、以及儀器管理者多為兼職等原因，在儀器使用管理上不夠規(guī)范，容易造成儀器故障，不利于大型儀器的安全有效運行。

2.2 院系大型儀器測試平臺維護及管理方式的探索

為了提升院系大型儀器測試平臺的儀器使用壽命，最大限度發(fā)揮大型儀器在科研教學(xué)上的使用價值，可以從以下幾方面進行改進：

（1）樹立良好的儀器維護意識和共享理念［18］。院系大型儀器測試平臺在進行大型儀器采購時，不應(yīng)局限于本院系的測試需求，可邀請其他院系學(xué)科的相關(guān)專家、有長期儀器管理和維護經(jīng)驗的技術(shù)人員參與采購，為后期儀器的功能開發(fā)及共享打好基礎(chǔ)。另外，大型儀器在采購時，應(yīng)將儀器的維護成本或者延保費用作為采購的一部分。例如掃描電子顯微鏡，在采購時可以將電子槍燈絲、樣品倉的定期清潔等維護項目列入采購清單，從而降低儀器后期的維護成本。

（2）制定切實可行的儀器維護計劃。大型儀器的日常維護步驟繁復(fù)且項目較多，以掃描電子顯微鏡為例，維護包括烘烤、真空狀態(tài)檢查、機械泵油的檢查與更換、循環(huán)水機的檢查清洗和更換等，且每個項目的維護周期各不相同，制定合理的維護計劃可以避免維護項目的遺忘或者混淆。

（3）注重理論學(xué)習(xí)和實操培訓(xùn)。大型儀器由于功能復(fù)雜、構(gòu)造精密，很難在短期內(nèi)對儀器有深入的了解，需要不斷學(xué)習(xí)和進修。目前中心的大型儀器已經(jīng)做到了專人管理，但是針對大型儀器管理人員的培訓(xùn)進修機會依然較少，針對這一問題學(xué)院采取了邀請儀器公司的工程師現(xiàn)場培訓(xùn)、組織大型儀器管理人員去其他測試平臺參觀交流、鼓勵儀器管理員積極參加學(xué)術(shù)會議等方式來加大實驗技術(shù)人員的培訓(xùn)力度。

（4）細化儀器使用流程，制定規(guī)范化儀器使用管理制度。儀器負責(zé)人根據(jù)儀器的使用情況制定詳細的儀器使用制度、自主操作培訓(xùn)和考核制度，從儀器的規(guī)范化使用、規(guī)范化預(yù)約、規(guī)范化培訓(xùn)等方面細化儀器的管理，從而提高儀器設(shè)備的使用率和壽命。

（5）建立完善的責(zé)任機制。中心大型儀器采取了三級責(zé)任制，儀器管理員為一級責(zé)任人，負責(zé)儀器的規(guī)范化操作和運行，定期對儀器進行維護，開展培訓(xùn)教學(xué)活動；與儀器相關(guān)的教師為二級責(zé)任人，負責(zé)自主操作儀器學(xué)生的審核，在儀器使用期間負責(zé)儀器的安全規(guī)范化運行；三級責(zé)任人為通過自主操作培訓(xùn)及考核的學(xué)生，負責(zé)儀器使用期間的規(guī)范化操作。

3 院系大型儀器測試平臺的教學(xué)和培訓(xùn)

3.1 院系大型儀器測試平臺教學(xué)和培訓(xùn)中存在的問題

院系大型儀器測試平臺不僅是科學(xué)研究的重要基礎(chǔ)和載體，在學(xué)科建設(shè)和人才培養(yǎng)上具有至關(guān)重要的作用［6］。作為理工科院系的一部分，為了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和科研能力，中心還承擔(dān)了學(xué)院本科生、研究生的實驗教學(xué)和儀器操作培訓(xùn)的任務(wù)，大大提高了學(xué)生的科研動手能力。在培訓(xùn)和教學(xué)過程發(fā)現(xiàn)存在不少問題：

（1）培訓(xùn)和教學(xué)與科研測試時間沖突。院系大型儀器測試平臺往往同類型儀器數(shù)量較少，且需要同時承擔(dān)科研測試和教學(xué)培訓(xùn)任務(wù)，這就造成了儀器使用時間相沖突。學(xué)院用來進行教學(xué)和科研的只有一臺冷場發(fā)射掃描電鏡，由于在材料學(xué)、生物學(xué)、考古學(xué)等多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用［19-20］，掃描電鏡原本的科研測試需求量就極大，加之每年還要承擔(dān)本科生、研究生的實驗教學(xué)任務(wù)，致使許多師生無法預(yù)約到測試機時。

（2）培訓(xùn)和教學(xué)效果不顯著。由于掃描電鏡屬于貴重的分析儀器，具有結(jié)構(gòu)精密、操作復(fù)雜、運行維護成本高等特點，且在實際操作過程中容易出現(xiàn)樣品掉落、樣品桿卡死、探頭撞壞、組合樣品臺損壞等故障。為了減少維修成本，避免浪費科研時間，在教學(xué)過程中只能以視頻播放和演示實驗的方式進行，因而教學(xué)效果不理想。此外，大型儀器的實驗教學(xué)通常是針對低年級學(xué)生開展的流程式基礎(chǔ)實驗教學(xué)，而大型儀器的使用需求和頻度會因研究生的研究方向、研究階段、和研究程度而異。隨著研究的逐步深入和展開，學(xué)生對大型儀器使用更加依賴，僅依靠低年級的綜合實驗課程學(xué)習(xí)無法滿足其科研需求，需要花費大量的機時熟悉操作技能、積累實踐經(jīng)驗。不僅浪費了學(xué)生寶貴的科研時間，也給大型儀器的正常運行帶來了較大風(fēng)險。

3.2 大型儀器測試平臺教學(xué)和培訓(xùn)方式的探索和實踐

為了解決上述問題，中心采取以下措施：

（1）設(shè)置自主操作培訓(xùn)門檻。以掃描電鏡為例，中心只為3個月內(nèi)累計預(yù)約機時12 h以上的課題組提供自主操作培訓(xùn)，機時門檻的確定可確保經(jīng)常使用儀器的師生參加自主操作培訓(xùn)，避免培訓(xùn)后因使用量不大而出現(xiàn)操作步驟遺忘的情況；另外，將參加自主操作培訓(xùn)的人數(shù)限制在每組1～3人，培訓(xùn)人數(shù)的限制不僅能夠確保培訓(xùn)效果，也有助于儀器自主操作者測試技能的快速提升；同時，還設(shè)置了自主操作取消制度：3個月內(nèi)不使用儀器者，或者違反儀器管理規(guī)定者均會被取消自主操作資格。

（2）與儀器相關(guān)的教師成為二級責(zé)任人。要求參加儀器自主操作的學(xué)生由其責(zé)任導(dǎo)師推薦，提交導(dǎo)師簽字確認過的申請表后方可參加培訓(xùn)。相較于儀器管理員，責(zé)任導(dǎo)師對于學(xué)生的知識背景、實驗操作能力等更為了解和熟悉，因而能夠推選出較為合適的儀器自主操作者。此外，通過導(dǎo)師的簽字確認也有助于儀器管理規(guī)定的宣傳和順利執(zhí)行。

（3）分級培訓(xùn)。中心掃描電鏡的培訓(xùn)分為3個階段：初級培訓(xùn)教授學(xué)生如何采集圖像和調(diào)節(jié)儀器參數(shù)，對累計自主操作機時36 h以上者進行中級培訓(xùn)；中級培訓(xùn)教授學(xué)生如何進樣和退樣，如何開關(guān)儀器，以及簡單的問題處理，對累計自主操作機時60 h以上者進行高級培訓(xùn)；高級培訓(xùn)內(nèi)容為儀器附件、前處理裝置的使用。高級培訓(xùn)結(jié)束后可結(jié)合掌握情況自行申請考核。

（4）自主操作培訓(xùn)可分批進行測試機時預(yù)約。掃描電鏡的機時預(yù)約在指定時間分3批進行預(yù)約：第1批為工作時間（8：00～12：00，14：00～17：00），所有儀器使用者均可預(yù)約；第2批為午休時間（12：00～14：00），僅參加過自主操作培訓(xùn)者（初級、中級、高級均包括）可預(yù)約；第3批為非工作時間，僅參加過自主操作培訓(xùn)并且考核合格者可預(yù)約。分批次預(yù)約，既保證了儀器使用率最大化，又有效避免了儀器故障。

（5）有效利用教學(xué)時間。2010年《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》正式發(fā)布，綱要中指出：要“提高人才培養(yǎng)質(zhì)量”“支持學(xué)生參與科學(xué)研究，強化實踐教學(xué)環(huán)節(jié)”，大型儀器的實操教學(xué)對于人才培養(yǎng)起著重要作用。在提高教學(xué)質(zhì)量的同時確保儀器安全、規(guī)范化操作，將中心掃描電鏡部分的實驗教學(xué)課程作為自主操作培訓(xùn)的一部分，實驗課程主要教授儀器的結(jié)構(gòu)、工作原理和樣品要求及制備方法，學(xué)生參加過實驗課程后再申請自主操作培訓(xùn)，通過理論聯(lián)系實踐的方法幫助學(xué)生快速掌握操作技巧。

4 結(jié) 語

大型儀器設(shè)備的高效運行、共享開放以及培訓(xùn)教學(xué)、人才培養(yǎng)等是院系級大型儀器測試平臺共同努力的方向，通過對化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院分析測試研究中心的運行現(xiàn)狀、維護管理，以及教學(xué)和培訓(xùn)情況的充分調(diào)研分析和實踐探索，找出了問題和不足，發(fā)現(xiàn)采取統(tǒng)一管理、固定校外服務(wù)時間；制定儀器維護計劃、細化儀器使用流程；分級培訓(xùn)、分批進行儀器測試機時預(yù)約等措施可以提高院系級大型儀器測試平臺的的管理水平和服務(wù)水平，實現(xiàn)儀器設(shè)備的價值最大化，更好的為科學(xué)研究、人才培養(yǎng)發(fā)揮作用。