“双一流”建设背景下生物学本科生创新开放实验室管理的探索

杨 帆， 丁 鸣， 孙 益， 王国强， 吴 敏

(浙江大学 生物学国家级实验教学示范中心， 杭州 310058)

0 引 言

2015年10月，国务院公布的《统筹推进世界一流大学和一流学科建设总体方案》提出，加快建成一批世界一流大学和一流学科；2017年8月，教育部公布了“双一流”建设高校和“双一流”建设学科名单。“双一流”建设是中国高等教育领域继“211”工程、“985”工程之后的又一项国家战略，举国瞩目，而不论是一流的大学建设还是一流的学科建设都离不开一流的人才培养体制[1-2]。创新型人才是当今世界最重要的战略资源，培养创新应用型人才，也是高校教学的核心要求和根本目的。但一直以来，我国的创新型人才培养存在重知识轻能力、重理论轻实践等现象，高校作为创新型人才培养的主要载体，需要转变教育观念，以创新作为大学的精神核心和价值追求，在强化理论知识的基础上，着重强调培养学生创新意识和能力，全面提高学生的综合素质，帮助学生成为适应当代社会发展需要、具有创新能力和科研实践能力的高级人才[3]。

1 生物学实验教学的现状

1.1 生物学实验教学的现状

生物学是一门以实验为基础的科学，实验教学作为培养学生动手能力以及创新能力的重要手段，在生物学的教学体系中起着举足轻重的作用。在生物学实验教学体系中，实验教学的内容仍然是以验证性实验为主，整体偏重于对理论知识的验证、巩固。实验教学的过程，绝大多数还是采取老师讲解实验内容、学生按照既定的实验步骤操作、获得预期实验结果的模式。学生在实验过程中，往往处于被动地位，只动手不动脑，无法发挥学生的主观能动性，也限制了创新思维的培养。因此设立专门的本科生创新开放实验室，鼓励学生从自身专业知识水平和兴趣出发，选取相应的科研方向，从事探索性、研究性、创新性的科研实验，是提高整体实验教学质量、培养学生独立操作能力和创造性思维的必经之路，也是研究型大学培养创新型高级人才的成功经验。

1.2 生物学创新实验室的类型和运行机制

近年来，国内众多高校都在积极探索各种适应创新型人才培养的生物学实验室建设模式。目前，大概可以分成3类：① 以综合性、设计性实验为主的开放式实验室[4]。这一类创新实验室往往与传统的教学实验室结合在一起。在实验课程的教学过程中，在保证基础性实验内容的基础上，适当增加设计性和综合性实验的比重。从现有的教学内容出发，改变以往教师布置实验步骤、按部就班完成实验课程的模式，通过教师的引导和启发式教学，鼓励学生组成小组或者团队，查找文献，提出自己的具有可行性和可操作性的实验设计思路，并最终完成相应的实验[5]。② 以科研项目为载体，“导师制”为主要培养形式的创新实验室模式[6-7]。在我国的研究型高校中，有众多的高校科研实验室。这些科研实验室拥有大量高端精密仪器，从事着大量前瞻性、创新性的科研工作。建立依托科研实验室的创新实验室模式，结合具体的科研实验室研究方向，设置综合性强、有研究意义和研究前景的设计性实验项目，聘请相关科研实验室科研经验丰富的PI做为学生的指导老师，学生通过查阅文献资料，自行设计实验方案和实验步骤，并最终完成整个实验过程。相应的实验成果，可以对接到科研实验室相应的科研项目中。这个过程既锻炼了学生分析、解决实际问题的能力，激发了学生的创新性思维，还可以为学生后续的学习和研究奠定一定的项目基础。③ 以创新设计、科技实践和研究探索为主题，依托各类竞赛项目为主体的创新实验室模式[8-9]。这一类创新实验室有别于前两类分别依托教学和科研实验室的创新实验室，是完全独立地建设的专门实验室，用于支持和帮助学生参加各种科技类竞赛以及各级本科生科创项目活动的平台。学生以竞赛项目或者科创项目为纽带组建团队，制订科研目标和科研计划，团队内部合理分工，定期安排任务，定期展开讨论。指导老师只负责科研大方向的把握以及实验室正常运转的维护，让学生放开思维，大胆创新，同时也培养了学生的团队合作精神和管理协调能力。

2 创新开放实验室的现状和管理制度

2.1 建设现状

生物学国家级实验教学示范中心本科生创新开放实验室(以下简称创新开放实验室)建于2010年，是一个专门为培养大学生的创新精神和创新能力，提高大学生综合素质而独立设置的生命科学类课外科研训练平台[10]。实验室现有使用面积约220 m2，设有学生实验室区、学习讨论区、细胞培养室等多个功能区域。实验室配备有各类实验仪器设备200多台件，包括：紫外、可见光谱分析仪、酶标仪、蛋白核酸分离纯化及电泳检测系统、PCR仪、二氧化碳培养箱、倒置荧光显微镜及成像分析系统、超声波细胞破碎仪、超低温冰箱、超纯水机以及各类高速离心机、恒温培养箱等实验配套设备，可基本满足各类生物化学、分子生物学和细胞生物学等实验需求。

2.2 创新开放实验室的管理模式

因为创新开放实验室的出发点是以课外科技活动为主，实验室的主体是全校各年级各专业的本科生，所以在建设之初，创新开放实验室即采用了全年全天候开放的模式，为热爱生物学、有想法、有思维的学生提供足够的选择和支撑。但由此也需要有一套与这样的开放模式相适应的实验室管理和运行制度。

(1) 申请准入制度。为了吸引对生物学领域有兴趣的学生进入实验室，同时鼓励学科的交叉融合和创新，实验室在建立之初坚持面对全校各专业学生开放的宗旨。即在校的全日制本科生，具备有一定的生物学基础知识和基本实验技能的，均可申请进入实验室进行生命科学类的各类科技竞赛项目以及自主创新科研训练项目[11]。申请人登录实验室网页下载申请表，填写个人相关信息以及准备进行的科研训练项目或者科技竞赛项目信息，网上递交由生物实验中心和开放实验室进行审核。审核通过后，申请人必须通过实验中心网站上实验室安全准入考试系统的考试，即可申请开放实验室的门卡，具体流程见图1。

图1 创新开放实验室门卡申请流程

在正式开展科研实验之前，申请人还必须接受开放实验室的专场安全培训课程，内容包括：介绍实验室的基本情况和实验室内各功能分区；学习实验室内部管理制度，着重于对仪器、试剂和各种耗材的使用操作规范，强调试剂药品的规范取用和安全使用，以及实验室整体安全和卫生情况的维护和保障。

(2) 药品管理制度。生物实验的药品和试剂纷繁杂乱，而且还有不同的保存温度要求。对于常温保存的药品和试剂，创新开放实验室内设有专门的药品贮存区域，放置药品柜收纳各类常规化学药品试剂。与此同时，这些常规化学品根据不同分类级别，采用不同的管理模式：普通化学品，学生可自行取用并在药品使用登记表上登记；危险化学品，学生则必须在实验室管理老师在场的情况下方可取用，并在使用表上登记。另一方面，对于需要低温保存的生物试剂，除了有实验室公用试剂统一放置的低温冷柜外，还给各个项目组配置对应的冰箱和冷柜。当实验过程中需要某些特殊的药品试剂时，学生可提出申请，管理老师审核通过后，根据具体情况选择购买方式。

(3) 仪器管理制度。仪器设备是科研项目正常开展的基础和保障。近年来随着创新开放实验室的不断发展，实验室内仪器设备的种类和数量也在逐年增加。在准入流程的安全教育中，即首先就仪器的安全正确使用对学生进行培训。对于常规的普通仪器，如天平、pH计、分光光度计等，以教师讲解为主。而对于一些危险性仪器或者大型仪器，如超速离心机、高压灭菌锅等，则要求学生不仅要熟悉和掌握它们的操作流程，还必须通过管理老师的考核方可正式使用。

(4) 团队管理制度。开放实验室的特点，是学生基本都以科技竞赛项目或者自主科研创新项目的形式组成小团队。为了体现开放实验室“学生自我管理为主，老师管理为辅”的特点，每个团队均配备有1或2名小组长，由小组长负责本组科研实验项目的组织和实施，小组长还需要协助实验室的管理老师进行实验室的日常维护和管理。管理老师主要和各组长之间交流沟通，协助解决各小组遇到的各种问题和困难。

(5) 安全管理智能化系统。实验室的安全管理一直以来都是实验室管理的重中之重。开放实验室是一个学生自由度非常高、实验室全年开放的环境，如何保障实验室的安全稳定运行，是一个深得探索和研究的课题[12-13]。目前主要通过两个系统来进行创新开放实验室的安全管理和维护。① 中心采用了一套感应式智能电子门锁系统，需要有特定的感应卡才可以开门进入实验室。将感应卡和校园卡绑定在一起，既不增加学生的额外经济负担，又可以通过门卡管理系统和校园卡系统的联动，清晰地检索到每一个进入实验室的学生信息。学生在申请开通校园卡的门卡功能之前，必须经过前述严格的申请准入流程，期间需进行安全知识的考试和专题安全讲座。② 开放实验室内安装了一套全天候全方位的数字化视频监控系统。摄像头采用高质量的彩色红外摄像机，即使在密闭的细胞房这种没有任何外源光线的封闭环境下，也可拍摄到清晰的画面。图像信息的存储采用了专为安全防范领域设计的嵌入式的网络硬盘录像机，具有监视、控制、录像和存储等功能。管理老师可通过固定IP地址的授权电脑登录监控系统，进行远程地控制和调取监控资料。

3 创新开放实验室的成果和运行中的问题

生物学国家级教学示范中心本科生开放创新实验室建立7年以来，共接收了247名本科生的申请，学生来源覆盖校内绝大多数的理工科专业。在开放实验室，共计完成了近70项各类学生科研课题和科技竞赛项目，每年发表以本科生为第一作者的科研论文约2～3篇，在“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛、全国大学生生命科学竞赛和国际基因工程机械大赛(iGem)等竞赛中均取得了佳绩。

存在的问题：① 一直以来，开放实验室采用的是手动登记的签到模式，要求学生登记记录每日进入和离开实验室的时间。手动纪录直观一目了然，可视性强。但在这些年的实行过程中，逐渐暴露出了一些手动登记记录的弊端。相对电子签到，手动纪录费时费力，学生主观上比较排斥。与此同时，手动签到的检索比较繁琐，不利于历史纪录的查找。与之相应的，仪器、药品的使用登记也存在同样的问题。手工登记学生有一个主观上的惰性，很难坚持。随着现代电子技术和信息技术的不断发展，电子签到登记代替手工登记，已势在必行，也符合现代学生的特点。如何将电子签到系统和学生进出入实验室、仪器的使用以及药品的取用有机合理地结合在一起，是值得仔细研究和探讨的课题[14-15]。② 开放实验室的全方位全天候监控

系统，为实验室的安全稳定运行发挥了重要的作用。但是在使用过程中，也暴露出了一个很大的弊端：目前的监控系统设置，只能在固定IP的电脑上查看实时监控或者回放，不仅限制了监控系统作用的进一步发挥，也严重影响了管理人员管理的时效性。因此如何对现有的监控系统升级，实现移动终端的实时监控，也是开放实验室急需解决的一个问题。③ 目前，在创新开放实验室，普通的化学品试剂，学生可以根据需要自己取用。但也带来一个管理上的难题，那就是如何准确了解实验室内化学品试剂的库存量，以便及时购买补充。目前采取的学生使用登记、老师定时核对检查的方式，容易出现误差，造成药品缺档，影响科研实验的进度。

4 结 语

随着国家对教育投入的不断增加，高校实验室的规模和仪器设备等硬件水平有了极大改善。在本科教学实验室以外，独立建立和运行一个创新研究型的实验室，为学生提供一个能够激发创新思维和热情、锻炼创新能力的平台，也是高等学校生物学实验教学的一个发展方向[16-17]。而改善和更新现有的实验室管理制度和运行模式、提高相关实验室管理人员的专业素质和敬业精神，是保障开放创新实验室高效良性运转的关键因素。