加强大型仪器服务平台建设 提高共享服务能力

权茂华, 孙建林, 毛璟红, 薛润东

(北京科技大学 材料国家级实验教学示范中心, 北京 100083)

大型仪器是分析检测科研成果的主要手段,是衡量科研实力的一项指标[1],大型仪器在实验教学和科研工作中,重要作用不言而喻。近年来,随着国家对科研工作的大力资助,大型高端精密仪器的种类和数量不断增加,各大高校、科研院所纷纷成立了相应的测试服务平台[2]。管理好大型仪器,并加强服务平台建设,成为新形势下实验室管理工作的重点。

1 大型仪器服务平台的主要职能和重要作用

本文所指的大型仪器是指价格在100万元以上的精密科研测试仪器或者设备。在科研工作中,大型仪器是开展高层次科学研究必备的硬件资源[3],在高校教学中,大型仪器还是培养创新人才的主要媒介。实践是培养创造力、创新能力的动力和源泉[4-5],开展大型仪器实验课程是推广材料表征技术、培养创新人才、助力科研的主要渠道。

随着高校大型仪器数量规模迅速扩大,发挥其硬件资源优势,面向社会为科技创新服务,是新时期国家对高校科技资源管理工作设立的目标[6]。因此,新形势下除了要发挥其在科研、教学中的作用外,为社会创新科技提供技术支持和保障是大型仪器服务平台管理的工作重心[7-9]。本文结合北京科技大学材料国家级实验教学示范中心电镜服务平台的建设经验,通过分析大型仪器在实验教学、测试服务以及日常管理中的特殊性和不利因素,从大型仪器服务平台建设思路、管理方法、技术共享等三个层面探讨服务平台运行管理和建设路径。

2 大型仪器服务平台建设和管理的问题

2.1 大型仪器掣肘实验教学开展

实验教学宗旨是通过实践加深学生对理论知识的理解,使他们学会运用理论知识解决实际问题。然而,大型仪器受诸多因素影响,不利于开展大规模实验教学。其一,大型仪器属于精密仪器,价格昂贵,数量少；其二,大型仪器实验结果需经复杂的仪器调试过程方能获得,历时时间长；其三,对材料测试结果的分析处理及其结论,应满足相应的国际/国家标准,要经过严格筛选。这些因素限制了大型仪器在实验教学中发挥作用,成为普及大型仪器使用的掣肘。

2.2 大型仪器价格昂贵,购置者共享意愿低

高校大型仪器的购置主要有两个途径,一是学院申请采购计划统筹购置,二是个人通过申请科研经费购置。大型仪器购置后专用现象严重,使得优势资源分散、不能共享。导致购置者共享意愿低的原因是：

(1) 大型仪器的专用性强。对使用者专业素养要求高,操作复杂,管理维护工作繁琐,专业性强。

(2) 成本高，购置周期长。从经费申请、审批、采购、运输、安装到调试运行,视仪器的精密程度,最短要1年,有的甚至要3年才能完成,时间耗费较大。

(3) 维修难度大。大型仪器一旦发生故障,从检测故障源到排除故障需要很长周期。此外,需要聘请专业维修人员进行维修,维修经费开支大。

2.3 大型仪器故障频发,维修周期长

大型仪器属于昂贵精密仪器,构造复杂,对运行环境有特殊要求,稍有不慎便故障频发,而排除故障耗时较长,减少了大型仪器有效开放时间。大型仪器的故障主要有仪器故障和人为故障两种。仪器故障包括三种类型：运行环境不满足仪器工作条件导致的故障；运行时间过长、零件磨损严重导致的故障；维护不当导致的故障。人为故障主要是指人为误操作导致的仪器故障和违反仪器使用规则导致的故障,例如有的大型仪器禁止测试磁性样品,如果使用者违规测试磁性试样,就会导致仪器内部发生故障。

3 新形势下大型仪器服务平台建设和管理举措

3.1 建设特色教学模式,培养创新人才

降低学生对大型仪器、精密仪器的恐惧感,激发学生勇于实践的热情,实行分组授课制,保证每位学生的操作时间。此外,依据教学大纲并结合现已公布的国际/国家标准编写实验教材“电子显微分析实用方法”,将理论与实践紧密地结合,把标准化内容引入到专业课教学中[10],规范实验项目的操作流程。提升学生“标准化”观念,践行高素质创新人才培养理念。大型仪器实验教学改革探索了材料学科人才培养的新模式,为国际交流、技术对接奠定了坚实基础,同时也开辟了具有工科特色的人才培养新途径。

3.2 科学管理,严格维护,提升仪器服务效率

要把仪器管理好,就要建立有序的使用制度、监察制度,保证有效开放时间,才能从根本上解决本位主义思想壁垒,发挥大型仪器的高端优势,真正实现大型仪器的共享。首先,要建立有序的开放制度,严格规范仪器检测范围和被测试样的种类,依据试样的特点分类处理,提升仪器的使用效率。其次,建立严格的监察制度,设立仪器负责人,具体责任落实到位,每台大型仪器分别建立各自的检查制度,定期检修,降低仪器故障,并设立专用维修经费。保证大型仪器24 h开放,解决小隐患避免大隐患,有效缩短仪器故障排除时间。再次,设立使用人员考核制度。规范使用人的操作方式,减低误操作导致仪器故障的频率。电镜服务平台的每台仪器自成体系,独立管理,共享平台仅负责统筹管理和任务分配。

3.3 与国际知名企业共建实验室,共享优势资源

针对大型仪器构造复杂、工作环境苛刻的特点,维护大型仪器高效运行是建设大型仪器服务平台工作的先决条件。除了建立严格、科学的管理体制以外,与大型仪器生产企业共建实验室是维护仪器的有效途径。这具有两方面的特殊意义,其一在技术层面上,可借助企业专业技术人才和先进硬件资源,开启技术交流渠道,使大型仪器服务平台优先获得技术支持,技术与应用环节有效衔接,搭建工程师和学生交流媒介,激发学生勇于实践的创造力。其二在仪器维护层面上,可有效保障仪器高效运转、零故障。2011年5月,我校与德国卡尔蔡司纳米技术公司联合共建电子显微镜合作实验室,并定期举办技术交流会,在仪器维护方面取得了良好效果。经过升级改造后,使实验室陈旧的扫描电镜能够在实验教学和测试服务中正常运行。

3.4 加强实验技术人才队伍建设,提升科研服务水平

大型仪器的管理者是共享平台的软实力,也是发挥大型仪器功能的重要因素。在仪器平台的建设中,在配备高端、先进仪器的同时,更要注重实验技术人才队伍的建设[11]。大型仪器能否在科研、教学中提供技术支撑,在社会服务中发挥经济效益,实验技术人员的技术能力和水平至关重要。设立再深造机制,鼓励青年实验技术人员研修博士学位或出国深造。定期召开技术交流会,搭建与技术专家交流平台,实现技术互通、经验共享,提升测试服务水平。材料国家级实验教学示范中心电镜服务平台70%人员具有博士学历,其中再深造人员占75%。每学期国内技术交流2次,校内技术交流2次。近3年实验技术人员承担国家级科研任务4项。

3.5 扩大技术共享,建立培训体系,提升平台共享服务能力

通过建立培训体系、开展技术交流,提升大型仪器服务平台共享能力,是促进服务平台发展的有效途径。所谓共享不仅包含设备共享,更重要的是技术、人才的共享。材料国家级实验教学示范中心电镜服务平台,通过开展技术培训,实现了技术、人才、设备的共享及相互融合、相互促进。

(1) 扩大技术培训规模,提升技术推广力度。技术培训是提升技术水平、培养人才、推广新技术应用的手段。在大型仪器培训频次上,由原来的每年1届增加到每年2届,由资深专家讲授基础理论应用难点,同时邀请电镜技术应用工程师宣讲新技术及应用方法。在大型仪器培训方式上,增设了实践操作环节,邀请专业技师与学生、实验技术人员面对面交流,实地演练互动。

(2) 开设精准培训课程,加强专业人才培养。所谓精准培训是指面向博士研究生,依据其科研领域,设定针对性较强的电镜培训课程。采取自主选择学习形式、时间的培训方式,旨在培养电镜人才,提升博士研究生科研工作能力。经过精准培训获得电镜独立操作资格的学生,在科研工作中都有突出表现。例如,2012级材料冶金专业学生李强,其独立完成拍摄的电镜照片,于2017年发表在国际顶级杂志Nano Letter上；2013级材料科学与工程专业学生王玮,因其在材料结构表征中的突出表现,于2015年获得博士研究生国家奖学金；2014级材料科学与工程专业学生王雪娇,获得北京科技大学第十三届研究生学术论坛优秀论文奖。

(3) 建立标准化操作培训流程,加速仪器共享。依据现行国际/国家标准建立标准操作流程[12],对不同类型仪器分别设置不同的培训课程,让被培训者掌握不同类型电镜操作流程的区别,从而有利于扩大仪器共享范围,还可减少人为误操作导致的仪器故障。获得独立操作资格的学生,可在校内、外相同类型的电镜上操作。例如,2016级和2013级材料科学与工程专业的研究生毕鹏和王子豪等获得透射电镜独立操作资格后,赴日参与校际合作科研工作。

3.6 发挥示范辐射作用,重视科技创新活动

据不完全统计,近三年材料国家级实验教学示范中心电镜服务平台共接待国内外10余所高校材料学科同行交流参观120人次；接待暑期夏令营课外实践学生超过180人次；用于支持大学生科研训练计划(student research training program)免费开放的机时达40 h。

4 结语

在科技主导经济快速发展的今天,大型测试仪器服务平台的建设和发展,是加速科技发展的基础条件。结合高校大型仪器管理的现状,以教学促建设,践行服务、培训双模式并轨运行的建设管理方法；在教学、测试环节践行国际/国家标准,提升实验教学质量和测试服务水平；优化仪器管理细节,加速人才队伍建设；形成实验教学、培训服务、仪器维护环环相扣,环环相关的大型仪器管理机制,能够为加快大型测试仪器服务平台建设和健全服务平台管理机制提供借鉴。