依托大型仪器服务中心推进本科实验教学改革.pdf

ISSN1672-4305CN12-1352/N实 验 室 科 学LABORATORY SCIENCE第 26 卷 第 3 期 2023 年 6 月Vol.26 No.3 Jun.2023 依托大型仪器服务中心推进本科实验教学改革倪春花,张国玲,简慧敏,包木太(中国海洋大学 海洋化学理论与工程技术教育部重点实验室,山东 青岛 266100)摘 要:大型仪器设备在高等院校具有服务于科研和教学的两大重要功能,科学、合理、有效地使用大型仪器具有重要的现实意义,但是目前大型仪器设备在本科教学中的应用还比较薄弱。中国海洋大学大型仪器技术服务中心依托其先进的大型仪器设备及其科学规范的管理制度,完成了一系列有益于本科实验教学的实践探索。简单介绍了大型仪器技术服务中心概况,制约大型仪器设备服务于本科教学的因素,详细阐述了大型仪器技术服务中心为促进大型仪器能够科学用于本科实验教学采取的举措。关键词:大型仪器设备;本科生实验教学;仪器使用效率中图分类号:G482 文献标识码:A doi:10.3969/j.issn.1672-4305.2023.03.044Promoting reform of undergraduate experimental teaching relied on large-scale instruments service centerNI Chunhua,ZHANG Guoling,JIAN Huimin,BAO Mutai(Key Laboratory of Marine Chemistry Theory and Technology,MOE,Ocean University of China,Qingdao 266100,China)Abstract:Large-scale instruments and equipment in universities and colleges have two important functions,scientific research and teaching.Scientific,rational and effective use of large-scale instru-ments has important practical significance,but the application of large-scale instruments in undergrad-uate teaching is still relatively weak.The large instruments technical service center relies on its ad-vanced large-scale equipment and its scientific and standardized management system to complete a se-ries of practices which are beneficial to undergraduate experimental teaching.In this paper,overview of large-scale instruments service center and factors which restrict the use of large-scale instruments and equipment for undergraduate teaching were introduced simply,and the measures taken by the cen-ter to promote use of large-scale instruments for undergraduate teaching were elaborated.Key words:large-scale instruments and equipment;undergraduate experimental teaching;instru-ments application efficiency 收稿日期:2021-03-23 修改日期:2022-07-21作者简介:倪春花,硕士,实验师,主要研究方向为大型仪器设备的运行与管理。E-mail:nichunhua 目前,培养和提高学生的实践能力是所有高校人才培养的重点内容。本科实验教学作为化学、化工等高等院校教学体系的一个重要组成部分,是学生实践能力和创新能力培养的必要环节,是学生正确理解和掌握理论知识、培养学生分析问题、解决问题和进行独立研究的基础1-2。尤其是大型仪器和设备为学生提供了更多的动手操作机会,能够提高学生实践应用能力和创新能力。大型仪器的应用无论是在科研机构还是企事业单位都具有重要意义,高校更应该注重对学生动手能力的培养,将理论知识和实践能力很好地结合起来3。但是,目前高校的大型精密仪器主要应用于科研,由于种种原因极少用于本科教学4-5。因此,改变大型仪器和设备在本科教学中的应用现状,提高其在高校本科教学中的利用率是非常重要的研究热点。得益于教育部 211/985 学科建设经费、教育部重点实验室设备专项经费的稳定支持,中国海洋大学海洋化学理论与工程技术教育部重点实验室利用6 年时间完成了大型仪器技术服务中心的建设。现在拥有相对独立、设施齐全、环境良好的研究实验室,面积约 300 余平方米。拥有从事海洋化学理论与工程技术研究的配套大型仪器和技术手段,先进仪器设备总价值 4000 多万元,其中 10 万元以上的仪器设备 35 台套,主要仪器见表 1 所示。大型仪器技术服务中心的运行有效提高了大型仪器设备的使用效率,不仅为本校各学院和重点实验室的科研提供了有力的分析表征支持,而且为其他高校、科研院所、企事业单位等提供了必要的技术支持。为了使大型仪器更好地服务于本科教学,大型仪器技术服务中心利用其先进科学的建设成果及规章制度,发挥自身优势,探讨并尝试了一系列有益于本科教学的具体举措。表 1 大型仪器技术服务中心主要大型仪器仪器名称数量厂商仪器名称数量厂商连续流动分析仪1德国 SEAL 公司液相色谱-质谱联用仪1赛默飞等离子体发射光谱仪1赛默飞气相色谱仪1安捷伦原子吸收光谱仪1赛默飞气相色谱-质谱联用仪1赛默飞液相色谱仪1安捷伦元素分析仪1美国 PerkinElmer稳定同位素比质谱仪2德国 Elementar总溶解无机碳分析仪1美国 APOLLO 公司1 大型仪器技术服务中心情况简介1.1 组织构架及人员组成大型仪器技术服务中心(以下简称:中心)分级管理,责任到人,运行有序,规章制度健全。中心拥有的技术队伍层次、结构合理,现有工程/实验技术人员 18 人,其中专职工程/实验技术人员 6 人,科研团队自聘实验技术人员 12 人,全部具有硕士及以上学位,其中具有高级专业技术职称人员 3 人,人员结构如图 1 所示。图 1 大型仪器技术服务中心组织构架及人员组成1.2 实验室管理与规章制度建立有偿使用机制。实验室根据不同仪器设备特点设立收费标准,收费标准分为本实验室、校内、校外三个不同标准。制定了海洋化学理论与工程技术教育部重点实验室大型仪器技术服务中心管理、共享与有偿使用办法。依据仪器设备使用中的耗材成本、维修维护费用、开机时长等因素适当收取一定的测试费用,力争实现以机养机的良性循环,解决贵重仪器维护费用高的问题。建立实验室管理守则、学生实验守则、实验室安全制度及大型仪器操作规范等相关制度;并制定了仪器责任教授制职责。1.3 网络化管理运用信息网络技术,实现大型仪器设备管理的871 倪春花,等:依托大型仪器服务中心推进本科实验教学改革信息化、自动化和智能化。通过学校大型仪器设备共享平台网络化管理系统(见图 2 所示),学校师生可以了解平台运行的状况、了解相关设备为教学和科研提供服务的项目,同时实现各种仪器设备的预约使用6-7。中心构建了资源共享网络平台,网络平台内容主要由仪器信息系统、检测预约系统、收费系统、耗材管理和维修系统等部分组成,能实现在线服务、网上管理。另外,平台购置了 2 台预约一体机,可以直接在机器上完成仪器查找,提前预约,使用查询等功能,方便广大师生使用大型仪器设备。图 2 大型仪器技术服务中心网站1.4 强化实验技术人员队伍高校的实验技术人员属于教辅系列,其工作内容主要是为科研教学提供服务。大型精密仪器的使用不仅需要测试人员具有扎实的理论基础,而且需要丰富的实践经验,其新功能开发,更需要一批素质高、综合能力强、具有一定科研能力的人员8。中心经常举行内部技术交流报告,不定期邀请同行专家来进行业务培训,支持教师参加不同层次的应用技术讲座、专题技术培训班和各类技术交流会议。例如,相关实验技术人员参加了第四届连续流动分析仪技术培训、液相色谱标准培训(LC1260 Chem-station)、气相色谱标准培训(7890 Chemstation),并取得合格证书;实验技术人员全部参加了国家海洋标准计量中心举办的海洋监/检测人员计量认证培训,并取得资格证书等。通过实验室基金激励实验技术人员开展仪器测试功能开发、分析测试新方法和新技术的研究,中心已申请了 3 项中央高校基本科研业务费实验室研究基金项目。为了更好地开发仪器功能及改进测试方法,提高科研技术水平,实验技术人员积极进行深造,已有 5 名技术人员攻读博士学位。2 大型仪器在本科教学应用中的制约因素2.1 大型仪器运行和维修成本高由于大型仪器设备的价格都非常昂贵,一般价格都是几十万元,甚至几百万元。这就造成多数仪器日常运行需要的耗材成本和维护费用特别高,尤其是当仪器设备出现故障的时候,更需要巨额的费用用于维修和配件更换5。高校本科生接触大型仪器设备的机会有限,没有经过专业的操作培训,不能独立操作大型仪器设备。如果盲目上机操作仪器就会使大型仪器设备损害的几率增加,导致大型仪器维修成本大大提高9-10。因而,许多高校大多通过理论讲解结合教师演示教学的方式进行授课。这样学生只能看到大型仪器的基本操作,不可能有机会亲自实践,更不能了解仪器设备的主要构造和常见问题,体会其如何操作。2.2 大型仪器主要用于科研在高校尤其是科研机构,大型仪器设备多数主要是服务于科学研究,用于实验教学的比重非常低。大型仪器设备服务于科研可以为高校带来更显著的经济效益和社会效益。同时,操作大型仪器设备的是经过上机培训过的研究生,他们熟悉仪器的原理与构造,能够更好地操作使用仪器,避免了不必要的故障出现。大型仪器用于本科教学,实验周期太长,如果时间安排不合适,就会与科研测试相冲突,这也导致很多高校不会轻易把大型仪器用于本科教学。2.3 大型仪器用于本科教学缺乏专业技术人员大型仪器设备由于结构复杂,在操作上往往需要非常专业的技术,只有专业的技术人员才能更好地操作仪器,详细地了解仪器设备的功能,才能使大型仪器更好地服务于本科教学。同时,在授课前实验技术人员需要进行大量的备课,提前调试仪器,准备制备标准曲线的标准样品,指导学生上机操作等,这不仅需要花费大量的时间和精力,而且要求技术人员具有较高的专业素养5。3 促进大型仪器用于本科教学的举措3.1 建立规范的大型仪器使用有偿收费制度规范的管理制度可以解决高校中大型仪器设备为教学和科研服务的矛盾11。中心按照海洋化学理论与工程技术教育部重点实验室大型仪器技术服971务中心管理、共享与有偿使用办法进行收费,收取的费用按照学校 20%、学院 80%进行分配,学校分配部分设立大型仪器设备共享基金,用于大型仪器设备开放共享管理、实验技术队伍培训等,学院分配部分设立设备运行基金,用于仪器管理中产生的材料消耗、维护维修、功能开发等支出。有偿收费不仅可以保证大型仪器设备的良性循环和平稳运行,而且使其用于本科教学成为可能 12。3.2 充分利用大型仪器网络化管理系统大型仪器设备平时多用于科研,本科教学需要使用大型仪器的时间容易与科研相冲突。中心建立的网络化管理系统设立了仪器预约这一模块,为校内的教师设置了登录账号,通过账号可以实时查询每台仪器的使用情况。教师可以在上课之前根据仪器预约时间制定课程计划,并预约好上课时间。中心的每台仪器都会定期进行仪器操作使用培训,主要是针对日后使用仪器做科研的研究生和教师。培训安排在网络管理系统发布,本科生也可以登录网络平台查看培训信息,选取感兴趣的仪器参加培训,在专业人员的指导下了解和操作实验仪器。网络预约系统增加了教师带领学生实践的机会,也让学生可在课余时间随时参加仪器使用培训,增进对仪器设备的了解,拓展学生的视野,提高仪器设备的使用效率5。3.3 将大型仪器纳入实验教学本科生在实验教学课堂中能够尽早接触和了解大型仪器设备,掌握仪器设备的功能,能够帮助学生增加自己专业方向的认知度,了解专业方向的前沿知识,激发学生的求知欲。而且,调节好科研用时和本科教学用时,有助于提高大型仪器设备的使用率12-13。中心根据不同大型仪器设备的特点,选择了等离子体发射光谱仪和原子吸收光谱仪两台大型仪器设备开设本科实验课程。等离子体发射光谱仪在科研中主要用于各类环境、食品、石化、金属材料和地质样品中主量及微量元素的定性、定量分析;原子吸收光谱仪主要用于水体、沉积物等样品中重金属含量的测定。根据两台仪器设备常用的实验方法,开设了“仪器分析实验化学专业基础课发射光谱/石墨炉原子吸收”和“仪器分析实验化工专业基础课发射光谱/石墨炉原子吸收”两门本科实验课,由中心高级实验师担任授课教师。两门课程已经连续开设了 4 年,专业的讲解、操作培训及亲自动手上机实践,深受广大本科生欢迎。这样充分利用了先进的仪器设备,把科学研究方法研究、路线、创新点等贯穿到人才培养与教学工作中,对提高高校仪器设备利用率,培养研究创新型人才具有积极意义14-15。3.4 依托大型仪器设备开设开放、创新性实验为了引导学生及早感受科研氛围,提高分析问题、解决问题的能力,培养综合实验素养,激发创造性思维,中心依托现有的大型仪器设备,协助指导了1 项国家大学生创新性实验计划项目“不同粒径颗粒物对重金属的吸附和解吸行为研究”;6 项中国海洋大学 OUC-SRDP 项目,例如“不同粒径颗粒物对黄河输送重金属的贡献研究”、“Mn、Cd 对海洋硅藻利用营养盐及其生理效应的影响”等;协助指导了“海洋学与海洋化学专业实习”中溶解无机碳的测定工作等创新性实验。通过综合、创新性实验,培养了学生科学研究的素养及创新意识和能力,提升了本科生创新人才培养水平。4 结语大型仪器设备是高等院校重要的固定资产,也是高等院校重要的教学和科研设备,能够科学、高效、合理的使用大型仪器设备具有重大现实意义。大型仪器技术服务中心依托现有的大型仪器设备,采取了一系列有益于本科实验教学的措施及科学的管理方法取得了显著的成效。大型仪器设备在本科教学中的应用是一项长期、重要的工作,不仅要保持大型仪器设备在本科实验教学中稳定运行,还要拓宽其应用范围,提高大型仪器设备的使用率,为学生提供更多的实践机会,培养更多优秀的综合性人才。参考文献(References):1 樊广华,霍学慧,郭风法,等.大型仪器在本科实验教学中的应用与管理探讨J.中国现代教育装备,2010(9):18-19.2 彭绍春,张继霞,史天贵.大型贵重仪器设备开放共享平台的建设与管理J.实验技术与管理,2014,31(3):210-213.3 赵睿英,高培峰,张继霞.贵重仪器设备开放共享的 SW0T 分析J.实验室研究与探索,2016,35(3):282-285.4 马楠,朱仲良.对本科生开设大型仪器使用与维护课程初探J.实验室科学,2017,20(1):149-153.5 管宏宇,路贵斌.高校大型仪器设备在教学中的应用研究J.高教学刊,2017(23):91-93.6 李梅,王桂荣,吴三玲,等.高校大型仪器设备网络化管理的实践与思考J.实验技术与管理,2017,34(6):255-259.7 汤海峰,刘颖,孟威,等.“生物学基础实验”国家级精品资源共享课建设的探索J.高校生物学教学研究,2014,4(1):7-11.(下转第 185 页)081 王文君,等:“互联网+”视域下高校设备全周期管理的实践图 3 仪器设备资产建账报销一体化流程信息化和系统化管理和资产的合理配置、精细管理、规范处置,保障了国有资产的使用效益最大化。此外,系统还通过建立特种设备管理模块实现了对特种设备的巡检提醒和超级预警,保障了特种设备安全运行;建立大型仪器设备考核及档案管理模块,实现了对大型仪器设备的分级分类考评及全流程业务相关档案材料的自动存储汇统;建立在建项目功能模块,最大限度地简化优化了自研自制仪器设备管理程序;建立可视化决策平台,通过对资产数据进行深度挖掘和分析,为管理者决策提供全面、精准、动态的资产情报。4 结语于服务中找问题,于变化中求提升。山东大学深入贯彻“放管服”精神,加强落实内部控制要求,借助“互联网+”等信息技术,研发升级了资产管理服务信息系统,形成了仪器设备全生命周期业务动态链,实现了仪器设备的全员、全过程、全方位的管理,使仪器设备全流程业务信息公开、程序合规、处理规范、反馈及时,有效提高了服务效能和工作效率。仪器设备管理是一项系统工程,需要持续不断的健全制度、优化流程、完善机制,更好地助推学校“双一流”建设和由大到强的历史性转变。未来学校将持续借势云计算、大数据、物联网和可视化等信息技术不断探索和深化仪器设备资产管理新理念和新思路,不断强化论证、加快配置、促进共享来提升仪器设备的综合使用效益,以增强仪器设备资产管理在教学科研和社会服务方面的支撑保障能力,助推学校高质量发展。参考文献(References):1 解东辉.“放管服”背景下高校教学科研设备的采购管理J.实验室科学,2020,23(2):201-204.2 蔡炽柳,钟艺峰,董润喜,等.全生命周期管理模式下仪器设备购置专项实施探析J.科技管理研究,2020,40(9):170-175.3 朱艳彩,赵争菡,邢庆国.“双一流”建设视角下创新仪器设备管理系统J.现代制造技术与装备,2020,56(9):215-216.4 李娜,蒋林华.区块链在高校仪器设备智能化管理中的应用J.实验室研究与探索,2020,39(9):290-294.5 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