大型仪器共享平台助力生命科学拔尖创新人才培养

宜原原， 刘亚丰， 雷 敏， 占 艺， 夏炎枝， 卢群伟

（华中科技大学生命科学与技术学院，武汉 430074）

0 引言

自教育部“拔尖计划”实施以来，拔尖人才培养一直是备受关注的课题，高校在积极探索拔尖人才培养模式的过程中取得了显著成效，但如何在现有经验基础上进一步提高拔尖创新人才的培养质量，仍然是高校应该重点思考的问题［1-2］。在以往的培养模式中，实验教学中心为本科生的实践动手能力提升提供了有力支撑，而大仪共享平台则由于各种原因更多地服务于研究生。近年来，高校对大型仪器设备的投入不断加大，对服务需求也有了更高的要求［3-4］。充分发挥大型仪器设备在本科生拔尖人才培养中的作用，是设备管理关键，也是提高人才培养质量的关键。

1 实验教学中心和大仪共享平台建设现状

生命学科是一门实验性学科，需要通过实验去验证理论或发现新机制、新理论。2000年，生命科学与技术学院整合多方资源，成立实验教学中心，构建本科生人才培养重要平台。2014年，实验教学中心获批国家级虚拟仿真实验教学中心。实验教学中心在成立后得以快速发展，现有面积约1 500 m2，设备1 500 台，固定资产约2 000 万元，组建了以理论课教师与专职实验工程师互补的实验教学队伍，在培养学生实践动手能力方面发挥了重要作用。随着时代的进步和科技的发展，实验教学中心的局限性也逐渐显露出来。生命学科与其他学科交叉日趋紧密，技术方法更新迭代迅速，实验教学中心因受经费、场地限制，设备更新不及时，导致教学设备相对一般、传统，无法使学生接触最新科技，难以满足拔尖人才培养在思维创新、科研深度、学术高度等方面更高层次的需求。

学院大仪共享平台于2010年开始建设，现有面积约600 m2，大型仪器设备60 台套，总资产超过6 000万元。由于设备运行维护费昂贵、操作专业性强、本科教学实验学生人数多而同类型设备台套数少等诸多原因，主要面向师生科研需求和社会服务，较少用于本科生培养［5］。

在中国共产党第十九次全国代表大会上，习近平总书记郑重宣示：“经过长期努力，中国特色社会主义进入了新时代，这是我国发展新的历史方位”。2018年6月，教育部原部长在新时代全国高等学校本科教育工作会议上强调：要把本科教育放在人才培养的核心地位、教育教学的基础地位及新时代教育发展的前沿地位。创新人才培养，要推进科教融合，让学生尽早参与和融入科研，早进课题、早进实验室、早进团队，加大各级科研基地向本科生开放力度，提高学生科研实践能力和创新创业能力。近年来，平台不断发展，规模逐渐扩大，仪器设备更加充足，实验技术队伍日趋完善，技术服务能力迈上了新台阶。在此形势下，学院积极响应国家号召，加快建设高水平本科教育，将大仪共享平台与实验教学中心深度融合，面向本科生全面开放，弥补实验教学中心在前沿技术支撑等方面的不足，使二者在本科生拔尖人才培养方面发挥了1 +1 ＞2 的作用。同时，二者的深度融合也是落实“双一流”建设和“六卓越一拔尖”计划的重要举措。

2 大仪共享平台面向本科生开放的措施

为充分发挥大型仪器的资源优势，结合平台实际情况，学校采取多种形式的开放，包括将大仪使用技能训练纳入部分教学大纲、设置开放性实验、建设数字化教学资源、举办开放日活动等，以全覆盖式满足本科生的实验教学及科创训练需求。

2.1 支撑本科生课程，促进实践教学改革

平台支撑本科生理论课程，助力学生打下扎实专业基础。大型仪器设备支撑的本科生课程（见表1）涵盖从大一到大四整个本科阶段。在大一阶段，任课教师主要在学科前沿课程中穿插介绍一些与大型仪器相关的前沿检测分析技术，帮助学生在专业认知期形成初步印象；大二、大三阶段，在专业课中融入与基础理论相结合的大仪设备相关内容，通过理论课上学习原理、实验课中实操训练等，使学生全面地认识到大仪设备在科学研究中的重要作用。如生物科学专业开设的《结构生物学》课程，对当前生命科学领域中用于结构生物学研究的仪器设备及其工作原理、应用方向等进行了详细介绍，任课教师结合平台的相关仪器（如蛋白结晶仪、原子力显微镜、生物透射电镜）备课，并带领学生到平台实地开展实践学习，课程内容生动饱满，学生对知识的掌握和理解程度远高于传统课堂。在大四阶段，依托特定研究方向开设课程，穿插介绍相关的分析检测技术，进一步激发学生利用现代分析检测手段进行实践创新的热情和动力［6］。

表1 平台代表性仪器支撑本科生主要课程情况

向本科生实验课程开放，提升学生大仪使用技能。实验教学中心和大仪共享平台深入研讨，制订了“平台设备向本科实验教学开放实施细则”，从实验项目开发、任务分工、工作量计算等多方面进行细化，以推进大仪共享平台全面向本科生实验教学和创新实践开放。通过挖掘可与实验教学课程相结合的大型仪器设备，开设相应的实验项目，加深学生对理论知识的理解和对前沿分析检测技术的灵活运用，从而提升学生解决实际问题的能力。如生物科学专业开设的“免疫学实验”中，“小鼠脾脏T 细胞亚群检测”实验便利用平台的流式细胞仪进行相关的检测分析，学生对流式细胞仪的原理、操作及应用进行了深入学习，为后续开展科研工作打下坚实基础。

支撑认知实习课程，增强实践育人成效。学院生物科学专业方向学生在大学期间，有为期1 周的认知实习课程。平台积极提供支撑，每名学生可在平台实践学习2 ～4 学时，由平台实验技术员结合学院的科研案例进行讲解，引导学生了解生物学领域高端前沿的仪器设备原理、构造及用途，开阔学生视野。通过此课程，学生与平台产生初步交集，为后期灵活运用平台设备做好准备。

2.2 发挥现代信息技术在人才培养方面的作用

考虑到部分设备台数少、实验周期长，本科生实际操作机会有限［7］，为使学生能够接触并深入了解这些大型设备，结合仪器设备功能，通过拍摄微课视频（见图1）及构建虚拟仿真实验项目提供线上学习资源，学生可在移动设备端利用碎片化时间进行练习。这种方式允许学生试错纠错，强化了操作过程，以虚补实、以虚促实，可以弥补实体实验存在的局限性，同时促进学生自主学习、主动实践。基于流式细胞仪，建立了基于本科生免疫学实验“小鼠脾脏T 细胞亚群检测”的微课视频及虚拟仿真实验项目，学生通过反复自主学习上述线上资源，从而熟练掌握仪器原理、构造、实验方法及步骤，进而达到举一反三、拓展仪器应用的效果。

图1 微课视频学习资源

2.3 开展主动培训，深入挖掘学生学习和科研潜力

大仪共享平台针对各类设备定期开展培训，本科生随时可根据自己感兴趣的设备报名参加。这些主动报名参加培训的学生，积极性很高，内在驱动力驱使他们在培训前主动学习相关知识，在培训过程中全身心投入，因此完全能够熟练掌握仪器操作技能。通过这种方式，能够拓展学生的学术视野，促进学生发掘感兴趣的科研领域，帮助他们尽早参与科学研究中，为后续的科研工作打下坚实基础［8］。

此外，平台面向全校本科生定期举办开放日活动，重点展示平台高端的仪器设备，平台老师对该设备进行精讲，学生可自主选择感兴趣的设备进行精学精练，激发学生科研热情，培养科研兴趣，增强学生创新精神。

2.4 服务学科竞赛，充分提高学生实践创新能力

竞赛是培养大学生创新精神和实践能力的有效途径之一［9］。专任教师、实验教学中心教师以及平台实验技术员可共同作为指导老师，带学生参加iGEM 国际遗传工程机器设计大赛、BIOMOD 国际生物分子设计大赛、“互联网+”大学生创新创业大赛、“挑战杯”全国大学生系列科技学术竞赛等国际国内学科竞赛［10-11］。以赛代练，既能培养本科生的实践创新能力，又能拓宽学生的国际视野，强化其竞赛能力。

3 大仪共享平台面向本科生开放的成效

近年来，随着大仪共享平台面向本科生开放的不断深入，平台发展与人才培养相得益彰，取得了显著的成效。

3.1 提升学生科创能力，助力拔尖人才培养

实践能力和创新性思维是拔尖创新人才培养的核心指标。大仪共享平台的先进设备面向本科生全面开放，有助于学生便捷地触及先进的学术思想、科研方法与技术手段，并应用于开展创新性研究［12］。自2018年以来，平台支撑本科生国家级、省校级及院级大创项目600 余项，支撑我院本科生在国际权威期刊发表SCI论文50 余篇，且在iGEM、BIOMOD 等国际竞赛中荣获8 金6 银和一系列单项奖，在“互联网+”“挑战杯”国内竞赛中荣获3 金3 银［13］。

3.2 提高大仪使用率，充分发挥平台支撑作用

平台部分设备如蛋白纯化仪、蛋白质结晶仪、高压细胞破碎仪等由于其应用面有限，导致机时相对偏低。平台面向本科生开放后，实践学习机时大幅提升，提高了设备利用率，进一步发挥了大型仪器设备在拔尖人才培养方面的应用。近年来，平台多台设备获得学校效益考核优秀机组奖，学院也多次获学校设备管理优秀单位等荣誉［14］。

3.3 拓宽职业发展通道，提升实验技术队伍能力

通过将大仪共享平台面向本科生开放，平台实验技术员能够参与实验教学、指导本科生课程实践、协助指导学生参加各类竞赛等，获得了更高的价值存在感及职业成就感。此外，平台后期拟打通社聘人员与在编人员的职业晋升发展通道、完善薪酬制度，将绩效奖励与工作成绩、实际贡献挂钩，缩小社聘和在编人员的待遇差距，实行趋同化管理，以提升实验技术队伍的业务能力及稳定性［15-16］。

3.4 多方协作，促进交叉研究

通过课程开设，平台实验技术人员紧跟研究热点［17］，及时更新先进实验技术方法，了解学院教学及科研工作对设备的使用及购置需求，以便开展针对性服务。专任教师对平台的仪器设备资源深入了解后，有助于他们结合平台仪器开展实验教学工作，并且得心应手地将平台资源用于科研工作，助力更多科研成果产出。此外，平台不仅仅是仪器共享平台，也是一个沟通交流的平台，不同研究方向的教师、实验技术人员、学生均可依托平台开展深入交流，碰撞出思想火花，助力交叉研究领域的突破。而成熟的科研成果又可进一步转化成实验教学或科创训练项目，为拔尖学生培养创造条件，回归教学本质［18-19］。

4 结语

大仪共享平台将大型仪器设备面向本科生全面开放，把先进的学术思想、科研方法与技术手段引入到实验教学中，使本科生接触到学科最新发展和最新技术，有助于培养学生科学精神、创新思维和实践能力，提高拔尖人才培养质量，有力地支持了学院拔尖2.0 基地的建设，助力学院在2021年度基础学科拔尖学生培养计划2.0 首届荣誉奖项评选中获得佳绩。

未来学院大仪共享平台将继续加大开放力度，支撑科研一线教师将科研成果转化为实验教学内容，开发创新性实验教学项目，鼓励大仪共享平台实验技术员深度参与创新性实验教学项目开发、协助编写实验教材或实验操作指导书、开展预实验及相关材料准备，为培养“尚人文、厚基础、强实践、重交叉、促交流”的拔尖人才发挥重要作用。