双创视域下院级大型科学仪器设备开放共享探究

邵明辉， 李雨晴， 李顺才

（a.江苏师范大学机电工程学院，江苏 徐州 221006；b.江苏圣理工学院，江苏 徐州 221006）

0 引言

大型科学仪器设备是高校从事科学研究的重要保障，也是衡量一个单位实验条件和科研环境的重要依据［1-2］。随着我国经济实力不断增强以及高等教育快速发展，高校大型科学仪器设备的数量日益增多，较大地提升了科研创新水平［3-4］，但是这些大型科学仪器设备的资源优势并未在本科实践教学工作和人才培养过程中充分体现，使用效率、效益仍亟待提高。为此，国家与地方政府出台系列政策［5］，促进大型科学仪器设备开放共享。当前，多数高校通过建立分析测试中心和校级开放共享网络平台对大型科学仪器设备进行开放共享管理。通用性强的科研类大型科学仪器设备集中放置在分析测试中心；而对于仅能服务于课题组的大型科学仪器设备，则分散放置在院级实验平台。这种将大型科学仪器设备分类放置，依托网络平台开放共享的模式，称为“1+N”模式。这种管理模式在一定程度上提高了放置在分析测试中心的大型科学仪器设备的使用效率和效益，方便科学研究工作的开展；而对于放置在院级实验平台的大型科学仪器设备使用效率和效益提升不具有积极作用。本文结合学科建设和本科生创新创业教育工作，以放置在院级实验平台的大型科学仪器设备为主要研究对象，创新人才培养模式，探索促进实践教学改革，提升大型科学仪器设备开放共享水平的工作方法。

1 大型科学仪器设备开放共享建设现状

1.1 大型科学仪器设备的界定

大型科学仪器设备服务于专业学术领域，是获取科技收益的重要保障，通常以设备组的形式成套配置使用；大型科学仪器设备原值高、性能先进、功能齐全、操作复杂、升级换代快［6-9］；大型科学仪器设备对工作环境和操作人员要求高，维护成本也较高［10-11］。根据大型科学仪器设备的特点，结合国家与多数地方政府的相关规定，将具有科技价值，能够直接为科学研究做出贡献，且单台（件、套）原值50万元以上的仪器设备界定为大型科学仪器设备。

1.2 大型科学仪器设备开放共享的“1+N”模式

“1”是指一个实体且独立建制的校级分析测试中心，统筹管理全校开放共享仪器设备；“N”是指多个未归属分析测试中心但拥有大型仪器设备的共享单位［12］。当前，多数高校采用“1+N”模式，对大型科学仪器设备进行分类放置、统一管理。通用性、公共服务性强的大型科学仪器设备通常集中放置在分析测试中心、实验中心等校级平台，由分析测试中心直接管理；而专业特色明显且科研属性较强的大型科学仪器设备，通常放置在院级实验平台由学院专门管理。放置在分析测试中心和院级实验平台的大型科学仪器设备均通过大型仪器开放共享平台预约使用，由学校统一管理、调配。

大型科学仪器开放共享平台和分析测试中心的创建，革除了大型科学仪器设备开放共享过程中的诸多弊端，解决了大型科学仪器设备重复购置、缓解了使用效益低等问题［13-14］，推进大型科学仪器设备开放共享的进程，加快了学校人才培养、科研创新、服务社会的步伐。然而，实践证明这种模式极易让大型科学仪器设备的开放共享工作出现“两极分化”现象：加快了放置在校级平台的部分大型科学仪器设备开放共享的进程，提高了公共服务性强、适用范围广的大型科学仪器设备的使用效益；而对放置在院级平台的大型科学仪器设备开放共享工作的促进有限，放置在院级实验平台的大型科学仪器设备的使用效益未得到有效提高。院级平台大型科学仪器设备多面向特定专业技术领域开放，设备专业性强、种类多、功能开发利用数不足等原因，导致开放共享难以在校级层面大范围实施。这种“1+N”模式对放置在院级平台的大型科学仪器设备使用效益的提升作用并不显著，加之院级平台人事频繁变动、管理不到位、维护经费紧张等原因，放置在院级实验平台的部分设备频现闲置现象，造成国有资产的极端浪费［15］。

2 大型科学仪器设备开放共享改革建议

2.1 大型科学仪器设备开放共享管理要因地制宜

近年来，随着科研工作者对大型科学仪器设备科技效益的持续关注，各高校搭建了形式多样的共享平台，制定了以“有偿使用”为主导的大型科学仪器设备开放共享政策，有效促进了公共服务性强、适用范围广的大型科学仪器设备的开放共享。但政策制定过程中忽视了大型科学仪器设备对本科生创新实践能力的支撑和带动作用，以至于院级平台的大型科学仪器设备在缺少科研工作者有偿使用的情况下，又因缺少运维经费，导致本科实践教学无法使用的现状。因此，大型科学仪器开放共享模式和管理政策要结合设备所在平台的基本情况及时修订或补充。院级平台的大型科学仪器设备开放共享政策要结合学院的学科建设、专业特色、学生特点以及双创教育的实际情况等及时调整，才能调动广大师生使用大型科学仪器设备参与创新实践活动的积极性。因地制宜才能解决院级平台大型科学仪器设备使用效益低的问题。

2.2 大型科学仪器设备开放共享管理要精准施策

综合性大学学科类型多［16］，交叉学科课题多，研究内容复杂多样，而放置在院级实验平台的大型科学仪器设备台套数少、类型多、专业性强，通常为课题组专用。因此，院级平台大型科学仪器设备的开放共享模式要根据每台大型科学仪器设备自身的特点、使用范围等精准设计。设计开放共享模式要根据设备的功能数、配套设施的开发利用情况，结合学科、专业、教师和学生的基本情况等，积极开发利用仪器设备的新功能，建设创新创业实践新课程，做到因机施策、精准施策。只有精准施策才能凸显大型科学仪器设备对本科生创新实践能力的支撑和引导作用，才能从根本上解决院级平台大型科学仪器设备开放共享程度低的问题。

3 大型科学仪器设备开放共享的实践探索

3.1 大型科学仪器设备的基本情况

截至2021年12月，我校共有单价50万元及以上的大型科学仪器设备82台（套），设备原值为1.19亿元左右。82台（套）大型科学仪器设备主要服务于化工、材料、医药、先进能源、先进制造、物联网等研究领域［17］，通过学校大型科学仪器设备共享平台集中管理［18］。为充分发挥这些大型科学仪器的作用，提高使用效益，学校于2017年投资1.075亿元建设分析测试中心大楼，建筑面积约2.4万m2。82台（套）大型科学仪器设备，分别放置在分析测试中心和院级实验平台，按照“集中运行、集中管理”“分散运行、集中管理”相结合的原则，探索“1+N”开放共享模式。通用性较强的17台设备集中放置在校级平台分析测试中心集中运行，其余设备则根据服务领域特征分别放置在院级实验平台分散运行。全校共有院级实验平台13所，放置在院级实验平台的大型科学仪器设备共计65台（套），平均每个院级实验平台拥有大型科学仪器设备5台（套）。院级平台大型科学仪器设备原值总计9701万元，占全校大型科学仪器设备总值的81.4%。

3.2 因地制宜精准施策的实践探索

机电工程学院院级实验平台是省级实验示范中心，拥有微机控制电液伺服岩石三轴试验机、动态热模拟实验机、智能制造系统等大型科学仪器设备3台（套），设备原值总计501.9万元，购置资金分别来源于国家基金项目、省级科研基金项目、中央财政支持地方高校实验室建设资金项目。设备购置后主要用于力学、材料学、智能制造等领域的科研与教学服务，具体型号、生产厂家及购置资金来源情况如表1所示。因仪器设备专业性较强、实验技术人员专业技术能力欠缺、运行维护费用紧张、安全管理问题等原因，这些设备在投入使用后绩效一直不佳［19-20］。为解决这一问题，学校一方面加强管理制度和信息化平台建设，另一方面积极鼓励相关教师开展大型科学仪器设备开放共享的改革创新研究，“因地制宜”“精准施策”等管理思想正是在这一背景下提出。现以微机控制电液伺服岩石三轴试验机为例，阐述“因地制宜”等管理思想在大型科学仪器设备开放共享中的具体运用。

表1 大型科学仪器设备明细

微机控制电液伺服岩石三轴试验机主要服务于力学领域的科学研究，其主要功能是开展岩石等非金属材料的压缩试验、声发射试验、渗流试验等，也可以应用于土建类、矿业工程类等本科专业的实践教学。该设备依托国家基金项目支持购买，设备原值104万元，是大型科学仪器设备中工艺试验仪器的典型代表。设备购置后放置在院级实验平台，配备独立实验场地和操作人员，通过校级大型科学仪器设备共享系统开放共享。然而，学校并无土建类、矿业工程类等专业，设备所在学院主要建设学科为机械工程，主要专业是机械设计制造及自动化专业。学科建设方向和专业特色决定了学生的学习、研究对象主要是金属材料；课程设置决定金属材料的抗拉、抗压、抗剪等性能测试是力学实践教学的主要内容。因此该设备购置后主要服务于专任教师的科学研究，科研项目结题后一度出现长时间的闲置。另一方面受传统实践教学模式影响和实验室建设经费的制约，学院机械工程学科相关专业本科实践教学场地和设备又明显不足。目前仅有2台万能材料试验机，2台普通冲击试验机服务于相关专业的力学实践教学，且设备陈旧、故障频发，台套数、精度和可操作性均不能满足本科生动手实践的要求，创新创业实践活动更是受到严重制约。

针对这一现状，学院组织教师团队，挖掘大型科学仪器设备的主要功能，开发利用配套设施的辅助功能；根据学院学科建设方向、专业特色和学生特点，重构实践教学体系，改革实践教学模式；结合大学生创新创业训练活动，开发实践课程和实验项目［21］，因地制宜、精准施策让闲置的大型科学仪器设备焕发新的生命。①研究力学实践教学内容与方式，发现目前力学实践教学以验证性实验为主，缺少探索性实验，且存在教学形式单一、考核方式不科学、学生参与度低等问题；②研究发现设备陈旧、性能落后、台套数不足等问题是限制力学实践教学发展的根源，同时又发现高性能、高价值的力学科研设备却存在长期闲置现象；③对比现有力学实践教学设备和力学科研设备后发现，用于科研的微机控制岩石三轴试验机可以对多种材料开展力学相关试验，其主要性能参数明显优于教学用万能材料试验机（见表2）；④对比分析力学实践教学常用实验材料的力学性能后发现，一些合金材料的强度较高，而普通万能材料试验机最大试验力相对较低，只能对45#钢、铸铁等低强度材料进行试验。较窄的试验材料范围，极大限制了创新实践活动的开展，而岩石三轴试验机的最大试验力可以满足高强度合金材料的试验要求，特别是对金属航空材料，如钛合金、镍合金等材料开展试验研究，完全满足大学生创新实践活动的试验需求；⑤研究岩石三轴试验机的结构，并对关键部件及辅助设施进行改造，开发岩石三轴试验机的新功能；⑥结合大学生创新创业训练活动，以钛合金、镍合金等金属航空材料为研究对象，设计力学实践教学新项目，构建力学实践教学新体系，并把微课教学模式引入实践教学活动中，如图1所示；⑦改革大型科学仪器设备“1+N”的共享管理机制，加强院级平台开放共享制度建设，因地制宜、精准施策、多策并举让大型科学仪器设备开放共享工作更加顺畅。

表2 试验机技术指标对比分析表

图1 改革后增设的实践教学项目

在基础类实验教学活动中，将设备介绍、试件安装、过程展示、数据处理等教学内容制作成微型视频，以微课的形式让学生先自主学习，然后再分组试验，从而解决因大型科学仪器设备台套数少，造成人均实践学时数低的问题；在综合实验及创新实验教学中，通过增加过程性考核，构建多渠道评价体系方式，解决学生参与创新创业活动积极性低的问题。

3.3 改革前后的效益分析

2021年1月学校对放置在院级实验平台的大型科学仪器设备使用效益开展专项调查审计。审计采用调阅档案、实地查看、现场访谈等形式对放置在院级实验平台大型科学仪器设备的实际使用情况进行调查，重点围绕有效机时、人才培养、教学成果、科研情况等指标开展审计，最终形成专项审计报告。审计结果真实反映了院级实验平台大型科学仪器设备使用及管理的真实状况。2020年机电工程学院院级实验平台的3台大型科学仪器设备的使用效益基本情况为：有效机时总数1212 h，有效机时数最高的设备是动态热模拟实验机，该设备的人才培养总数为190人/年，1年中利用该设备获得省部级奖项1项，发表高质量论文1篇，其他期刊论文3篇，开展大学生创新训练项目12项，功能利用数为2项；有效机时数最低的设备是智能制造系统，全年使用有效机时总数仅为210 h，人才培养数为188人/年，依托该设备开展6项创新训练项目，功能利用数为1项；岩石三轴试验机的使用效益情况，居于二者之间，又明显优于智能制造系统，造成这种现象的主要原因是岩石三轴试验机的科研属性优于智能制造系统，其开展创新训练项目数也较多，且智能制造系统的建成时间相对较短，管理制度、配套设施不完善等。具体使用效益情况如表3所示。

表3 2020年大型科学仪器设备使用效益一览表

院级平台大型科学仪器设备使用效益专项审计工 作结束后，2021年1月机电工程学院针对院级实验平台的3台大型科学仪器设备使用效益低的问题，召集学院师生代表及相关企业单位代表开展专题研讨，探索提高大型科学仪器设备使用效益的方法、措施。最终决定根据每台设备的科研属性强弱、配套设施多少、服务领域宽窄、建成时间长短、实验人员专业素质、运行保障经费情况等，分别制定不同的干预方案，以提升大型科学仪器设备的使用效益。针对学院专业特色、学生特征、课时计划、设备条件等优化实践教学内容和教学方法；结合大学生创新创业训练计划项目、开放实验室基金项目、“互联网+”“挑战杯”等大学生创新创业赛事活动等，形成以项目为驱动的实践教学模式；根据不同设备的不同特性、现有实践教学平台情况等，建立面向本科生的大型科学仪器设备开放制度。1年中，共有4个专业8个班级的398名学生使用大型科学仪器设备参与到实践教学活动中，组建大学生创新创业训练团队30个、注册并投入运营公司6所、成立校级学生社团3个、在各类专业赛事和创新创业比赛中获奖58项。

经过近1年实践探索，学院对3台大型科学仪器设备的开放共享情况和使用效益再次进行统计。单台设备机时总数最高的是岩石三轴试验机，机时总数为926 h；机时总数最低的动态热模拟试验机，机时总数为718 h，最低使用机时数超过教育部制定的大型科学仪器设备使用评价指标的相关规定；功能利用数量最高的是岩石三轴试验机，因受实践场地面积限制，单台设备人才培养数最高的设备是智能制造系统，人才培养数为311人/年，最低是动态热模拟试验机，人才培养数为211人/年。1年中利用上述设备获得国家级奖项2项、省部级奖项7项；利用上述设备所发表高水平论文7篇，中文核心及其他期刊论文7篇；开展大学生创新训练项目85项，具体使用效益明细如表4所示。

表4 2021年大型科学仪器设备使用效益一览表

对比分析2020、2021年大型科学仪器设备使用效益可见，机电工程学院院属实验平台大型科学仪器设备开放共享程度和使用效益均显著提升，尤其在功能利用数和创新训练项目数量上较之2020年分别上升了120%和203.5%。其他考核指标也大幅提升。

4 结语

针对高校院级实验平台大型科学仪器设备开放共享程度低、资源浪费严重等问题，提出大型科学仪器设备开放共享要因地制宜、精准施策的改革建议，并根据大型科学仪器设备所在学院的学科建设、专业特色、学生特征、大型科学仪器特点等因素，制定开放共享管理办法，针对性地设计开放共享方案，进而以院级实验平台的大型科学仪器设备为样本，对共享策略和管理办法进行实践验证。数据表明，根据学院发展需要及不同大型科学仪器设备特点，精准制定开放共享方案和管理办法，符合大型科学仪器设备的使用规定，院级平台大型科学仪器设备的使用效益得到显著提升。