高校大型仪器在本科创新人才培养中的应用探讨

曹 培，杨 阳*

（1.同济大学土木学院 上海 200092；2.同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室 上海 200092)

创新人才培养是目前高等教育改革与发展的目标和方向。大型设备是高校从事人才培养和科学研究的物质基础和重要保障，是高校综合实力评估的重要指标之一，在提高科研教学水平、提升实验教学质量、创新人才培养等方面具有举足轻重的作用[1-2]。近年来，随着国家对高等教育持续不断的投入，高等院校加快了实验室和科研平台的建设步伐，大型仪器设备的数量和质量都有了极大的提高和改善，夯实了高校的办学条件[3-4]。为了充分发挥大型仪器设备的使用效率，推动科研和教学水平的进一步提升，越来越多的高校致力于整合资源，建设仪器设备资源共享平台，将大型仪器进行开放共享。但从目前实际的使用情况来看，大型仪器和共享平台主要定位于为科学研究服务，在本科生创新人才培养方面发挥的作用则比较微弱。因此，如何充分发挥大型设备这种优质资源在本科教学中的效用，推动本科实验教学改革，助力创新人才的培养，是高校大型设备管理所亟待解决的问题。

1 大型仪器应用于本科创新人才培养的意义

实验教学是本科创新人才培养中的重要组成部分，是连接理论与实践之间的桥梁，能够培养学生的动手能力、自主学习能力和创新能力。而目前大多数本科实验教学，多依赖于传统实验方法，使用的设备一般也是比较基础和常规的实验教学仪器，学生鲜少有机会接触到代表本学科专业最先进测试技术手段的大型设备，这与创新人才的培养目标和要求不相匹配。将大型仪器设备应用于本科创新人才培养，具有重要的作用和意义：

1.1 培养学生的创新能力和科学素养

大型仪器多为高精尖的设备，在设计原理、操作方法和数据分析等诸多方面都蕴含了先进的技术和理念，本身就是一个具有创新元素的综合体，在创新人才培养方面具有得天独厚的优势[5]，对于学生更好地掌握学科和专业的新技术方法具有不可替代的作用。将其应用于本科生创新人才培养，能够增加实验教学的新颖性和趣味性，有效激发学生的探索欲和求知欲，开阔学生的专业视野，使学生了解学科发展前沿。学生在大型仪器的学习、使用和创新实验开展过程中，创新能力和科学素养能够得到良好的启发和训练。

1.2 促进实验教学改革

随着科学技术的快速发展，知识更新的周期也在不断缩短，这对高校实验教学内容的提升也提出了更高的要求。目前很多高校的实验教学内容存在着明显滞后的现象，与学科发展前沿脱节[6]，为创新人才培养带来了阻碍。将大型仪器应用于本科创新人才培养，不仅可以促进实验教师开发能够体现大型仪器设备特色的实验课程和项目，建立合适的开放管理机制，而且有助于高校科研成果向本科教学和人才培养的转化，实现科研和教学相互促进，共同发展，从而进一步深化实验教学改革，提升实验教学层次和效果。

1.3 充分大型仪器设备的效益

如何充分发挥大型仪器设备的效益一直是高校实验室管理面临的挑战。由于前期建设过程中调研不充分等多方面原因，使得不少大型仪器存在使用机时过低的现象[7]。目前大型设备的使用主要集中在科研和公共服务方面，在教学工作方面的比例偏少，具有较大的提升开发潜力。本科生数量众多，是提高大型仪器使用效益的极大助力。因此，将大型仪器应用于本科创新人才培养，可以充分发挥仪器设备的使用效益，极大地提高仪器的利用率。

2 大型仪器应用于本科创新人才培养的现状

大型仪器因其专业性、先进性和不菲的价格，在实际使用中主要定位于为科学研究服务，而真正在本科实验教学和创新人才培养方面的应用则相对较少。以同济大学土木学院（以下简称“我校”）土木工程学院为例，学院拥有170 余台40 万以上的大型仪器，从2022 年度大型仪器开放共享考核结果可以看出，绝大部分服务项目都是科研项目，在教学方面的应用机时占比不到5%。另外我校于2011年就已建立了大型仪器开放共享平台并逐步发展完善，实现了全校范围内科研仪器设备的统筹管理和资源共享，推动了学科发展和跨学科交叉融合。用户可以根据研究需求预约使用平台上任意科研设备，但平台主要面向广大教师和研究生开放，对本科生使用科研设备的需求重视不足，对本科生用户的使用权限有诸多限制。大型设备在本科创新人才培养方面的应用主要存在以下几点困难：

①设备数量有限。大型设备因为价格昂贵所以台套数少，一般同种类型的设备仅有一、两台，要承担学院甚至全校的科研服务，任务繁重，科研和教学难以兼顾。而且本科生人数多，规模大，大型设备的数量不足以支撑众多本科生的实验需求。

②设备操作要求高。大型设备具有较强的专业性和针对性，要求操作人员具有一定的专业技术水平和仪器操作经验，如果操作不当容易损坏设备。而本科生普遍缺乏大型仪器的实操经验，不具备操作大型设备的基本条件。而且大型设备的运行和维护成本比较高，维修周期较长，因此为避免因操作失误导致的仪器故障，保障仪器设备的高效运行，实验室往往不敢贸然让本科生单独操作大型设备。

③考核指标不完善。在对大型仪器进行服务绩效考核时，往往不考虑仪器设备的类别和特点，所有的设备都采用统一的指标进行考核。一般来说，考核指标主要包括服务机时、培训学生数量、支撑国家项目数量、发表论文和专利成果的数量等。可以看出，这些考核指标并不完善，大多聚焦于科研项目，在教学层面则很少涉及，这势必会影响仪器设备的开放使用和管理，导致大型仪器的使用向科研项目倾斜，优先保障科研实验的使用。

3 大型设备在本科创新人才培养中的应用措施

3.1 开发基于大型仪器设备的实验教学内容

若要使大型设备在本科创新人才培养和实验教学中真正发挥作用，必须要有明确的教学目标和切实可行的教学内容，不能只停留在表面，流于形式。如果只局限于让学生按部就班地学会开关机和简单的操作步骤，那必然无法激起学生的探索兴致，对创新人才培养无法形成有效的助益。因此，有必要结合大型仪器设备的类别和特点，找准切入点，积极开发适合本科生实验教学的内容和素材。我校在这方面进行了一系列有益的探索和尝试。

我校岩土工程实验中心，将粒度粒形分析仪、弯曲元波速测试仪、声发射弹性波测试和地质透视仪等科研设备引入本科生实验教学，结合精品实验项目、本科生导师制项目和“三进”项目（进实验室、进课题组、进项目）、SITP项目等，开发了一批综合性、设计性的实验，以拓宽学生的科研视野，培养具有创新思维的新型复合人才[8]。

我校化学实验教学中心，搭建了本科生大型仪器开放平台，开发了一系列有特色的实验项目，实现了常态化和自主性两个层次的开放实验教学，以教会学生如何利用仪器开展有目的的自主性学习和研究[9]。

我校汽车学院利用燃料电池发动机大型测试设备，结合已有的科研项目和学生的实际情况，设计了不同的工况科研性教学实验，作为本科生“发动机测试技术实验”的补充，以培养学生的创新意识和综合能力[10]。

3.2 建立大型仪器定期培训制度

定期开展针对本科生的大型仪器培训和技术指导，为其使用大型仪器提供支持和保障。每学期开始将相关的培训信息发布在教学系统上，学生可自行预约相关的仪器培训。根据内容可以将培训分为科普类和操作类两种。科普类的培训多以选修课或讲座的形式开展，主要介绍大型仪器的结构组成、工作原理、性能指标和主要用途等，让学生认识本学科的先进实验方法和测试技术手段，了解各大型设备的基本功能，可以有的放矢地选择感兴趣的设备，根据现有的设备资源进行实验设计。操作类的培训以操作演示和上机训练的形式开展，主要包括实验的基础知识、仪器的操作步骤、注意事项和安全须知等内容，让学生亲自动手进行操作训练。同时还可以给学生提供仪器操作视频，甚至是虚拟实验，以便学生可以不受时空限制随时练习模拟操作。除此之外，还可以给学生提供实操观摩的机会，完成操作培训的新手学生通过预约申请，可以在有经验的学生操作仪器时进入实验室观摩学习，通过“老带新”的观摩和交流，进一步加深学生对仪器使用的认识，为独立上机操作提供保障。

3.3 优化完善绩效考核机制和评价体系

在仪器绩效考核方面，进一步优化完善考核指标和评价体系。在制定考核指标时，应充分考虑仪学科和仪器的多样性和个性化，根据设备的功能定位和使用方向，制定多元化的评价标准。对于通用型和教学型的设备，可以增加教学相关指标在评价体系中的比重，以便更好地发挥考核机制和评价体系的积极引导作用，实现科研支撑和教学育人并举。

同时，完善的考核机制可以具有明确的目标导向性，能够对实验教师和仪器设备管理员等产生有效的激励作用，调动教职员工的积极性，推动他们进一步地去探索大型设备在实验教学和创新人才中的应用。

4 结语

在国际国内发展竞争日益激烈的形势下，培养具有创新思维和创新能力的高素质人才是高校面临的迫切任务之一。大型仪器作为高校硬实力的标志，是创新人才培养的重要资源和平台，因此，以大型仪器平台为基础，在操作与实验中拓宽学生的专业视野、培养学生的创新思维、锻炼学生的创新实践能力具有重要的意义。只有从顶层设计着手，统筹安排，优化配置，建立行之有效的开放内容和全面保障制度，才能充分发挥大型仪器的资源优势，为本科创新人才培养保驾护航。