西部高校电子探针实验室建设与管理的探索＊

刘奕志，杨锋，刘苏桥，谢兰芳，郑国峰，杨姗姗，苏博龙，张宗伟

西部高校电子探针实验室建设与管理的探索＊

刘奕志，杨锋，刘苏桥，谢兰芳，郑国峰，杨姗姗，苏博龙，张宗伟

（桂林理工大学 地球科学学院，广西 桂林 541004）

高校电子探针实验室不仅承担着分析测试任务，且为创新人才培养提供了重要实验平台。结合桂林理工大学电子探针实验室的实际情况，从队伍建设、人才培养体系以及实验室管理等方面，构建了“1+2+2+3”实验室管理梯队，探索了多元化产学研协同人才培养体系，实施了一套切实可行的电子探针实验室管理流程。研究有助于优化实验教师职能，激发师生创新潜能，规范实验室管理，保障仪器安全高效运行。

电子探针；人才培养；实验室建设；实验室管理

随着经济社会的快速发展，高校实验室硬件建设也得以显著提升。然而，建设一流实验室，不能单靠购置设备，应加强对实验室“人才软件”建设上的内在质量提升[1-2]。通常引进高层次人才（团队）对实验室建设能有立竿见影功效，但高层次人才（团队）引进较困难，尤其是在西部地区高校，其存在地域、经济实力与原始积累等方面劣势，短期内仍是一道不易攻克的难题。为此，如何发挥自身优势、补齐短板、注重挖掘培养与发展内部的人才资源，将为西部地区高校实验室建设注入活力。因此，本文以桂林理工大学电子探针实验室建设与管理为例，对高校电子探针实验室如何有效地建设和管理进行一些交流与探索。

1 电子探针实验室概况

桂林理工大学作为西部地区理工科高校，依托广西隐伏矿产勘查重点实验室科研平台，拥有各类仪器设备3 000多台（套），包括电子探针、场发射扫描电镜、多接收等离子质谱仪等在内的大型仪器设备，总价值5 000多万元。其中，电子探针实验室创建于2011年，立足于培养和挖掘自身教学资源与人才潜能，经多年不断的实践与探索，目前实验室的建设已初显成效，保障了电子探针高效安全运行（>2 000机时/年，近5年统计数据）。值得注意的是，目前针对电子探针实验室的人才培养、实验管理以及基础实验分析方法等研究相对较少，而随着大型实验设备精细化研究开展[3-6]，如何优选电子探针标样受到人们的重视[7]，通过构建规范化电子探针实验管理和标样库，将有助于测试效率和服务质量提高。

2 实验队伍体系建设

当前高校实验室的师资力量较为薄弱，从数量至结构层次均不能较好地满足一流大学高水平实验室建设需求。此外，高校中实验队伍存在被重视程度不足、实验技术水平不高、钻研和求知精神欠缺等问题，导致很多高精仪器设备的高水平功能得不到充分的开发利用，大大降低了使用效率。在教育部《国家级实验教学示范中心管理办法》中指出，实验示范中心要拥有一支由高水平教授负责，实验教学与理论教学队伍互通，校内外师资顺畅流动，教学、科研与技术兼容，核心骨干相对稳定，年龄、职称、知识以及能力结构合理的实验教学团队[8]。由此可知，建设高水平实验室，必须抓好实验队伍建设。针对实验室专职教师队伍建设，桂林理工大学制订了“教师岗位分类设置实施办法”。其中，电子探针实验室依据实际情况，搭建了“1+2+2+3”管理梯队框架，构建了多层次多类别的实验队伍体系，如图1所示，其梯队年龄以30～40岁的青年教师为主（约占70%），具有（含在读）博士学位（50%），中级职称以上。实施重点实验室主任（教授级）统筹+分管实验副主任监管制+专职实验教师负责制，具体职能分工如图1所示，经多年的不断实践与探索，所构建的多层次多类别的实验队伍体系各司其职、善尽其用，既缓解了部分实验教学压力，又优化教师职能，促使实验教师更专注于仪器应用研发和学生培养。

3 多元化产学研协同人才培养体系

电子探针实验室注重内部教师能力培养，多渠道激发专职实验教师潜能与活力；同时立足于“科教结合、校企联合、课创互联”的学生培养理念，培育出具有3个能力（专业实践能力、科学研究能力与创新创业能力）的当代大学生，实现专业教育与创新创业教育的有机融合，形成了多元化产学研协同人才培养体系。

3.1 专职实验教师培养体系

电子探针实验室为提升专职实验人员的业务技能，实施了包括学术交流、基础专业技能培训、测试方法开发、申报（专项）基金及人才学历提升计划等渠道的栽培方案。

图1 “1+2+2+3”实验室管理梯队

3.2 学术交流

参加微束分析交流会是直接有效的学习方式，不仅能掌握最新的前沿研究成果，借鉴宝贵的测试经验（如方法开发和仪器的维护），而且可建立多院校联合窗口；鼓励在职实验教师主动走出去，积极地参加院校科研机构间的电子探针访学活动，有助于提升教师自身的微区测试能力。

3.3 基础专业技能培训

实验室每年派教师（部分学生）到高校（机构）参与由设备生产厂家主办为期1周的电子探针基础/能力提升课程培训。通过基础能力课程学习，有助于教师夯实仪器理论知识。目前已累计有4名专职实验教师和3名研究生完成了培训课程，获得了由日本电子公司（JEOL）颁发的课程培训合格证书。

3.4 测试方法开发

高校实验室大多购置成品的实验设备，一般只使用其固有功能，而对其新功能的开发较少，自主研制的设备仪器甚少，致使许多仪器设备功能不能适应实验需求而搁置，不仅造成了资源浪费，而且制约了实验教学的开展与创新性实验项目的建设[9]。电子探针实验室采用模仿同行、自主研发的方式，对常规与非常规的元素或矿物建立专属的测试方法，如图2所示。其中，包括常见矿物（长石-云母-橄榄石-辉石-角闪石-石英-黄铁矿-黄铜矿）测试方法8项，研发难测矿物/元素分析方法（稀土-氟化物-碳酸盐类-痕量元素）。电子探针实验室所建立的陨石矿物专属测定方法，已为我校陨石与行星物质研究中心提供了坚实的技术保障。此外，通过自主改进样品台（多容量可便捷换样电子探针样品台设计），已提交了实用新型专利和发明专利各1项（受理）。

3.5 申报（专项）基金

创新驱动，科研支撑。针对难测矿物研发新技术新方法，积极申报基金项目，促进成果转化；重点实验室设立研发专项，提供科研支助。立足于电子探针研发，目前，电子探针实验室专职教师主持或参与研发项目获批3项，包括国家基金（地区）、中青年能力提升项目以及广西博士研究生创新项目各1项，如图2所示。

3.6 人才学历提升计划

电子探针室鼓励青年教师勇于拼博进取，从政策上鼓励实验室专职教师提高学历，刻苦钻研专业知识，以更好地服务实验室教学与科研工作。自2014年至今，电子探针室已有4名专职实验教师考取了博士研究生，如图2所示。

因此，纵观电子探针实验室的建设发展历程，既是内部人才成长与发展的缩影，更是其惜才-育才-用才的人才培养体系的展现。

3.7 学生培养体系

优秀的教师队伍建设，是为了培养出更多优秀的学子。电子探针实验室秉承以学生为主体，以教师为主导；以“双创”为抓手，以竞赛为动力，提供创新舞台，培育创新人才教育理念。而大创项目实践活动与创新教育是不可分割的一个整体，推动创新教育，把创新意识培养贯穿于项目全程，时刻提醒学生牢记科学研究就是在不断创新中前行，善于发现新问题，寻求解决问题的新途径。电子探针实验室贯彻“本科生尽早进实验室”的培养理念，目前已培养了一批能熟练掌握电子探针操作技能的学生（10人）。此外，教师依托电子探针应用研发的研究课题，结合教学课程以及校企合作项目，为学生科研活动提供了项目支撑。例如在为大一的本科生授课时，把电子探针的分析应用技术融汇于实验教学，敲开本科生兴趣之门，让本科生较早地认知电子探针，从中选拔兼具兴趣尖优的学生参与仪器研发，发展实验室助理，可为部分贫困生减轻经济压力问题（以勤工俭学方式聘用实验室助理，已培养了7名研究生和3名本科生）。

同时，通过鼓励学生参加学科竞赛，让学生有强烈的获得感和专业认可度，使学生开阔眼界，开拓思路，极大激发学生创新热情。构建学生培养体系，以科教融合为抓手，使学生深度参与科研，促进学生科研素质的养成；通过科研孵化，强化学生实践创新，促进学生工程素质的养成；通过课创结合，开展竞赛与创业实践，促进学生个性化及创新创业能力的养成，人才培养质量显著提升。例如，结合企业项目“桂林鸡血石矿物组成的电子探针分析研究”，学生深度参与科研学习，结合科研成果申报大学生创新创业项目。近3年来，电子探针室的教师带领本科生团队，已获得大学生创新创业项目国家级3项（1项在研，2项结题优秀）、区级1项（结题优秀）、校级2项（1项在研，1项结题优秀）；本科生和研究生组队参加“互联网+”项目累计10项（其中1项区级铜奖），指导本科生（研究生）发表学术论文3篇（中文核心1篇）。此外，在2019年所获得校级教学成果二等奖项目“基于地学院本科生双创活动的创新型人才培养模式实践与探索”，其是电子探针实验室对学生培养的部分实践成果的融合，更是电子探针实验室实施多元化产学研协同实践人才培养体系的有力体现。

图2 多元化产学研协作的实践人才培养体系

4 规范化电子探针实验室管理

信息化和网络化技术的迅速发展及普及，为传统的实验室管理模式向开放的实验室管理提供了契机[10-12]，搭建网络化信息管理系统，既可根据实际需求合理地安排实验室开放时间和实验室资源，提高资源的利用率；又能提高管理人员的工作效率，保证开放实验室的安全有序运行。电子探针实验室搭建了信息网络平台，实施了规范化电子探针实验室预约和上机实践培训措施，保障了仪器的高效、安全运行。

4.1 电子探针实验室预约

电子探针实验室的运行采取“学生/校外人员预约，管理员审核，专职实验教师指导”的原则，使用人员包括实验室管理员（专职实验教师）、指导教师和学生和校外人员。其权限分配规则为：①管理员（专职实验教师）具有最高的权限，主要负责对整个实验室活动的设备协调和管理，可对指导教师和学生用户分配权限、增加或删除用户、发布公告、对后台系统数据进行维护。②指导教师主要负责对实验项目的管理，包括实验设置、实验安排、预约批复、学生考核管理、学生考勤、实验情况查看等。③师生/校外人员，均可通过大型仪器设备共享信息平台、邮件、电话以及现场进行实验预约。在预约被批准前，可以对预约信息进行修改。如果预约成功而后续实验缺勤，将会被计入个人诚信系统[13]。

电子探针实验室预约流程为：①预约初期，管理人员通过邮件/网络平台/现场，预约者提交“电子探针实验室预约登记表”，明确待分析任务及要求；中期，将向用户提供相关电子探针测试基本材料和操作演示视频，方便让使用人员提前了解电子探针基本使用规范，随机发送20道选择题（5分/题，100分制）进行考核，考核通过者（80分以上），将发放上机证，持有上机证者方可进行上机操作。②预约成功后，管理人员将邮件或电话通知测试时间（测试前7 d通知），并要求在测试前2～3 d，将待测样品送至电子探针实验室进行预前处理（喷碳/喷金），测试当天提供门禁卡出入实验室。

4.2 上机实践培训

电子探针的上机操作严格遵守实验室的管理制度：禁止携带食品入室，保持实验室清洁卫生，出入需更换鞋套及穿戴实验专用衣服，佩戴上机证。上机实践培训流程包括3个方面的内容：①上机前培训，管理人员/实验室助理，现场操作演示，确保使用者掌握基本操作流程。②标样与试样测定操作培训，包括定性分析、定量分析。定性分析方面，检测待分析所含有的元素，实现方式有2种，即能谱分析和波谱分析。能谱分析优势在于快速检测半定量元素（5～20 s），但检测精度相对较低（优于0.1%）；而波谱分析检测时间长（2～5 min），但检测精度高（优于0.01%）；通常检测主量元素（部分微量元素），能谱分析即可满足测试要求，而对于难测的元素（重叠峰干扰、含量低），需专职实验教师进行特殊的调试。定量分析方面，是在定性分析确定矿物中所含元素后，设置相对应的标样（以下优选标样讨论），选定合适的电压-电流条件进行测试；测定3～5组有效数 据后，交由使用者单独测试；实验全程由专职实验教师指 导协助。实验过程中，使用者应严格按要求，不遵守实验规章人员者会被解除出实验，并记入个人诚信系统。③测试结 束，确认机时并签字，收回门禁卡；测试数据由实验助理导出（严禁自行自带移动设备进行拷备），并制作测试报告，电子版发送到用户预留的邮箱或刻录光盘并与纸质材料等统一邮寄。

4.3 标样数据库建立与维护

标样数据库的准确度直接影响电子探针测试数据的有效性。标样数据库的建立是一个循序渐进的长期积累过程，考虑实际测试需要（不同元素存在不同的激发电压），建立不同电压范围（10 kV、15 kV、20 kV、25 kV）条件下标样数据库，可满足多数样品测试需求。在每种有效的标样数据库建立后，需进行反测试验（以标准作为待测样品），通过比对反测数据与理论数据，满足规范要求的标样数据才能被用于定量分析。

电子探针的标样数据库建设的完整程度，直接影响测试准确性及效率，包括常见矿物（长石类、云母类、黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、磷灰石、单质金、银、铜、铁），难测矿物（稀土、碳酸盐类、氟化物等）。此外，室内的环境（温度-压力-温度）的变化会影响仪器性能，导致标样 数据失效，因此，需要定期更新标样数据库（每2～3周反测常用标样，记录监测的计数率（CPS）与L值变化），通过对比同种标样在不同时期数据值，判断其波动变化规律，将有助于了解仪器稳定性，为后期实验预判与仪器维护提供依据。

5 结束语

高校实验室的建设与管理需要不断地思考和探索，重视实验室教师队伍的建设，注重师生培养与自身潜能挖掘，规范实验室的管理机制，可使实验室发挥最大效益，更好地服务于教学与科研。电子探针实验室作为桂林 理工大学实验系统的重要组成部分，是培养创新人才，提高实践能力的实验平台和重要基地，其建设与管理方面的一些经验，对其他理工科高校实验室的建设工作具有一定的参考价值。

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2095－6835（2020）20－0102－04

TH83

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.20.044

刘奕志（1986—），男，广西贺州人，博士研究生，实验师，研究方向为电子探针应用研究及实验教学管理。

杨锋（1981—），男，贵州遵义人，博士研究生，高级实验师，主要从事实验管理与实验教学工作。

广西高等教育本科教学改革工程项目（编号：2019JGB210）；广西隐伏金属矿产勘查重点实验室系统研究课题（编号：19-185-17-06）

〔编辑：张思楠〕