基于人才培养的大型仪器开放共享实践与探索

刘海峰　霍冀川　王熙　郑奎

摘 要：为了探索大型科研仪器开放共享在高校人才培养过程中所发挥的作用，结合西南科技大学分析测试中心大型仪器开放共享的建设经验，分析了当前高校大型仪器开放共享平台运行中存在的主要问题，探讨了多重开放模式、课程改革、搭建虚拟仿真平台以及健全保障机制在加大平台开放力度方面的重要作用。

关键词：大型仪器；开放共享；人才培养；高校

中图分类号：C961 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2018）06-0063-03

Abstract： Based on opening and sharing experiences of large-scale instruments in forecasting and analysis center of Southwest University of Science and Technology （SWUST）， this thesis analyzes major problems in opening and sharing platform of college large-scale instruments， with the aim of exploring its function to talents cultivation. This thesis discusses importance of multiple opening mode， curriculum reform， virtual simulation platform construction and safeguard mechanism in promoting the opening platform.

Keywords： large-scale instruments； opening and sharing； talent cultivation； university

一、概述

随着当今知识、经济、社会的高速发展，国家对高等教育的投入越来越大，高校的硬件设施也得到了极大地改善[1，2]。由于大型仪器是高校从事教学工作、科学研究、社会服务的重要保障和衡量实验条件、科研环境的重要标志，也是培养高层次人才、发展高科技的重要工具[3，4]，各个高校都利用各级专项基金购置了大批先进的大型仪器，其总价值不菲，办学的硬件条件有了很大的改善；但长期以来形成的各自为政、盲目购置、分散放置、信息不畅、缺乏绩效机制等因素却严重制约了大型仪器设备的共享、利用率，造成极大的资源浪费。因此，高校的分析测试中心应用而生。在当今高校的体系中，分析测试中心无疑是其重要的组成部分，是高等学校进行教学、科研和服务社会的一个重要基地。分析测试中心集中了高校内大部分的大型精密仪器，避免了低水平的重复性购置，缓解了大型仪器运行、维护、维修经费的不足，提高了大型分析测试仪器的使用率和使用水平；同时，分析测试中心也是一个学科交叉和创新实践的公共平台，为培养高素质、创新型人才提供了硬件及技术支撑，还可为其他高校、科研机构、企业等提供服务，产生更好的社会效益。但是，在实际运行过程中，分析测试中心尚存在大型仪器开放力度不够、平台配套设施未及时跟上等问题，一定程度上影响和制约着平台的开放力度。另外，在教育部开始实施大学生创新创业训练计划以来，传统的教育思想观念正悄然发生着变化；培养模式也从单一的技能或知识灌输，改变为强化创新创业能力训练、增强高校学生的创新创业能力，从而为国家建设培养高水平创新人才。因此，如何高效、合理地利用大型仪器资源，进一步优化分析测试中心这一优质资源平台为大学本科学生、研究生进行研究型实验教学服务，让学生共享大型仪器资源，对于完善高校实践教学体系和培养创新型人才而言具有重要的意义。

二、当前存在的主要问题

（一）平台开放力度不够

分析测试中心是大型科学仪器、设备共享的优质平台，其目的是优化配置、科学集成、提高效率及管理水平，而平台的开放力度和途径则决定了其有效利用率的高低。目前，很多高校虽已成立分析测试中心并已运行多年，但平台的管理手段还较为落后，平台持续投入经费不足导致仪器很快落伍，平台技术队伍建设滞后，平台开放模式传统、单一等问题，导致平台开放力度不大，远不能满足当前高素质人才培養的需求。另外，由于平台大型仪器使用和操作中会涉及安全、使用成本等问题，与此相适应的管理和安全保障制度相对缺失，一定程度上也影响和制约着平台的开放力度。

（二）传统式授课的局限

在高校，分析测试中心平台大多开设分析测试技术或仪器分析类课程，通过理论+实验课，来发挥仪器设备在学生创新实践能力培养中的作用。在此过程中，往往由于课时的限制以及课程安排追求多而全的思想，使得学生实际动手操作仪器设备的机会非常少，操作大型仪器设备的机会则更少。这必然会影响学生对仪器设备的操作熟练程度，影响学生创新思维的发散空间和实践创新能力的提高，导致相当一部分学生被动接受理论知识、似懂非懂，实验课程应付通过，不久后又容易忘记。以西南科技大学分析测试中心的X射线荧光光谱分析方法为例，该课程的教学工作主要依托于研究生课程《现代分析测试技术》及本科生大学生科研创新班课程《物质成分分析》，其理论+实践课时仅有约几个学时，仅能向学生介绍仪器基本原理及常规制样、分析方法。而X射线荧光光谱分析过程中，针对不同的样品及检测目的，制样及测试过程便需要不同的方法，种类繁多，如样品的基体效应（由于基体的化学组成而引起对待测元素特征荧光谱线强度的被吸收或增强效应）及物理状态（由样品的粒度、均匀性、密度和表面结构等因素所致）等的不同会对分析结果产生一定的影响，这些都需要通过样品制备环节来解决。另外，尽管X射线荧光光谱分析试样的物理形态可以是固体（粉末、压片、块样）、薄样、液体等，但样品一般都需要通过一定的制样步骤来制备，以便能获得具有一定尺寸，厚度，表面平整，可放入仪器专用的样品杯中的样品，同时要求制样过程具有良好的重现性。因此，较少的课时不仅不能让学生深入掌握X射线荧光光谱分析中的基本原理、制样方法选择原则，更无法让学生亲自动手制备样品、上机测试，显然不利于实现大型仪器的开放共享和高水平创新人才的培养。

（三）功能开发利用效率低

在教育部“卓越工程师教育培养计划”实施以来，各高校都积极地通过人才培养方案的修订、课程体系的构建、实验室装备的改善等途径，为大学生实践创新能力的培养提供尽可能优质的条件；但同时却在一定程度上忽视了大型仪器的功能开发利用，缺乏大型仪器功能介绍和展示的渠道和方式，使得学生对大型科学仪器的功能不够了解，仅仅是知晓某些仪器的基本功能，这在一定程度上扼杀了学生创新思维拓展，限制学生创新能力提高的空间[4]。

（四）平台配套设施未跟上

建立一套先进、人性化的保障体系，是分析测试中心能够充分发挥大型仪器在学生创新实践能力培养中作用的重要保证。目前，很多高校分析测试中心的平台配套设施，包括管理制度、平台开放多样化建设、队伍建设规划、经费管理模式、管理手段、激励机制等方面，都还不尽完善，这也制约了平台的开放力度。

三、实践与探索

针对当前大型仪器开放共享中存在的主要问题，并结合我校分析测试中心的实际情况，就如何立足于人才培养、推动分析测试中心大型仪器的开放共享，进行了一些实践与探索。

（一）加大平台开放力度

分析测试中心实验平台是研究生、本科生培养实践创新能力的重要场所。因此，必须加大平台的开放力度，鼓励更多的学生进入实验室开展实验、检测，上机操作仪器设备，才能有效发挥平台大型仪器对人才培养的作用。

在平台开放过程中，仅通过单一的传统式授课以及常规测试业务，很难实现仪器的高度共享。受到高校自身学科特点的影响，这样还会导致部分仪器使用供不应求、测试量极大，而部分仪器却基本处于闲置状态。因此，必须尽量保证平台有多重开放模式。如在保证正常测试工作之外，依托于课程的教学工作可以按课程实施计划进行平台开放；同时，可增设综合设计性实验环节，允许学生分时段预约；而基于仪器功能开发的创新研究性实验可以采取创新研究项目的方式开放。

此外，平台还可以每年定期面对全校本科生、研究生举办样品处理、仪器操作、数据分析等方面的讲座及培训班，切实让有兴趣或需求的学生能够有充分的时间和机会深入掌握仪器分析原理，能够自己动手制备各种不同的样品并能上机操作测试样品、分析数据，培养学生独立思考和实际动手的能力。培训完成后，可由中心领导、实验室主任、仪器组实验技术人员组成的考核小组对申请人进行相关仪器理论及上机操作能力考核；考核合格者，予以发放相应仪器的培训合格证书或上机证。取得独立操作上机资格的学生，可以预约并独立使用相应的仪器进行科学研究工作。

（二）进行课程改革

大多分析测试中心的课程均以《分析测试技术》为主，辅以其他仪器分析原理或实验类课程，以达到教学目的。由于课程涉及专业面广、内容多，实践教学环节学时较少，导致学生学习效果不佳，不能综合利用现代分析测试技术解决科研过程中遇到的实际问题。因此，课程改革需要将各种分析测试方法模块化，方便不同专业的学生依据自己的专业、课题特点进行选择，有利于深浅结合，达到最佳学习效果。另外，课程改革以培养高素质人才为目标，以提高学生竞争能力为重点，必须加大实践教学的力度，教学与科研紧密结合，大力提倡和促进学生主动、自主学习。同时，课程内容不仅要求科学性、先进性、要反映相关学科领域最新科技成果，还要有趣味性、兼容性，最好将其模块化的理论及实践教学内容进行录像，并建立精品课程资源网站，实现优质教学资源共享。

（三）搭建虚拟仿真平台

为了进一步提高学生对仪器设备的操作熟悉程度，搭建虚拟仪器仿真平台是十分必要的[5，6]。虚拟仪器仿真平台可以利用专业软件，实现对大型仪器功能的仿真，将仪器功能虚拟化，学生可通过虚拟仿真平台操作一台虚拟仪器，其界面和功能与实际的仪器基本一致。尤其是对于高价值的大型精密仪器而言，虚拟仪器仿真平台的作用相当重要。学生在上机之前，可以先通过虚拟仿真平台学习仪器的基本操作方法，模拟训练仪器的操作技能，在虚拟环境中学习仪器的操作技巧，就像实际操作真实环境中的仪器一样。在虚拟平台上，每个操作流程与实际仪器的要求都基本一致，而且操作过程中还有错误提示功能，当操作者出现错误操作时，系统会自动提示并指出错误原因。这样，可以为操作真实的大型仪器打下坚实的基础。

（四）健全保障机制

建立一套先进、人性化的保障体系，包括管理制度、平台开放多样化建设、队伍建设规划、经费管理模式、管理手段、激励机制等方面，是平台能够充分发挥大型仪器在学生创新实践能力培养中作用的重要保证。

1. 学校及平台层面必须建立科学的大型仪器管理制度。必须围绕学校的人才培养要求和教学、科研需要，加强仪器购置前的论证。必须制定大型仪器管理制度，规范仪器设备的日常管理。必须明确仪器负责制度，并培养学生爱护仪器设备的自觉性和使用仪器的责任感。必须制定大型仪器共享管理办法，可通过设立大型仪器共享基金等方式鼓励教师及学生有效使用大型仪器设备，提高仪器设备投入的效率效益，充分发挥仪器设备在人才培养中的作用。

2. 重视分析测试队伍建设。由于现代大型儀器的服务内容和对象涉及到多种学科和专业，而且某一门课程或某一项科研课题的完成，也往往需要多学科研究人员相互配合。加之现代仪器设备的结构精密复杂、科技含量高，必须具有相当水平的专业技术人员使用和维护，这就需要建立一支由现代分析测试人员，仪器设备维护、维修人员，管理人员组成的跨学科教师实验技术人员队伍。因此，平台需要采取学历提升、有计划短期培训、工作岗位自主学习等措施不断提高教师和实验技术人员的学历层次及教学、科研和分析测试能力，重点抓好教师和技术人员的分析测试能力建设，在提高出具数据的精度、准确度的同时，还要拓展对数据的解释能力。每台仪器交叉配备技术考核合格的专门从事仪器操作和维护的技术人员1～2人，同时负责该仪器相关的基础理论与方法的理论和实践教学工作、相关课题的研究工作和仪器的开发研究工作等。

3. 保证经费的持续投入。目前，高校中重购置轻管理的情况还较为严重，往往将资金投入到购置新设备中，缺少配套的仪器维护资金，无力维持已有的设备。现代大型精密仪器普遍购置费贵、维修成本高。有些大型设备开一次机，仅耗材就得几百或上千元，更换一个配件就得需要几万元到几十万元，平台无力对其维修，造成设备长期闲置，处于报废的边缘。再者，很多现代仪器更显换代快，其技术先进性、精密程度及质量隨着时间的推移而很快落后和降低。因此，每年必须有足够的专项经费用于仪器的维护、维修及更新换代，才能保证平台的先进性。

4. 实现网上预约管理。开放共享的大型仪器信息应在校园网上公布，包括仪器基本信息、主要性能指标、功能及服务范围、收费标准和联系电话等。建立优质仪器资源共享平台，其综合管理系统网络平台可实现预约、开放权限时限、人员、实验项目和仪器设备使用等多要素协同的全过程管理[1]。系统还可附加其他功能，如仪器使用机时管理系统，可对上机操作人员的机时自动进行准确的记录；以及账户充值、计费系统，方便校内外用户进行测试费用的处理。

5. 建立科学合理的大型仪器开放共享效益评价及激励机制。定时对大型仪器的开放共享效益进行评估，主要涉及机时利用、人才培养、科研成果、服务收入、功能利用与开放等。对于发挥效益好的大型仪器设备，要给予表扬和奖励。其中，要在仪器设备绩效考核中设立与学生实践创新能力培养有关的考核指标，引导和促进仪器设备在人才培养方面发挥更大作用。

四、结束语

学校的分析测试中心在大型仪器资源整合、开放共享方面进行了十余年的探索，通过对大型分析测试仪器专管共用，提高了管理水平和仪器使用与开发水平，为学校的教学科研以及周边社会提供了良好的服务。但高校高水平创新人才的培养是一个系统工程，如何进一步提高大型仪器的管理水平，充分发挥其在学生创新实践能力培养中的作用，需要我们今后更多的探索和研究。

参考文献：

[1]刘恩岐，张建萍，唐仕荣，等.大型仪器设备开放共享管理模式的实践与探索[J].实验室研究与探索，2016，35（5）：285-287.

[2]罗琴，自俊青，李智峰，等.地方高校分析测试中心建设管理运行模式探讨[J].实验科学与技术，2014，12（4）：173-175.

[3]费克文，倪光峰，王伏玲.高校大型仪器设备开放共享实践与探索[J].实验室研究与探索，2011，30（9）：400-402.

[4]蔡兵，刘姝伶，尹玲娜，等.高校大型仪器设备开放共享的实践与探索[J].实验室研究与探索，2014，33（2）：259-263.

[5]周俊，李宜祥，洪霞.仪器设备开放共享培养学生实践创新能力[J].实验室研究与探索，2013，32（8）：478-481.

[6]胡芒谷，吴晓玲，何世伟.探索建设专业分析测试中心提高科学仪器设备共享水平[J].科学成果管理与研究，2014（6）：15-16.

[7]宋照风，吴艳平，刘弋潞，等.大型仪器设备开放共享平台建设的探索[J].高教学刊，2015（13）：88-89.