以培養學生創新能力為核心的教學科研一體化實驗室建設

顏菲 孫金平 劉迢迢

摘要：目前高校實驗室的建設與使用現狀，在一定程度上制約了學生創新能力的培養與提升。結合本院實際，建設生物信息與生物技術教學科研一體化實驗室，著重介紹一體化實驗室的構建思路、主要內容及“1+N”運行管理保障機制，在優化實驗資源、科研反哺教學、調動學生科研興趣、培養學生創新能力等方面取得良好成效，對于高校實驗室建設及創新型人才培養具有一定的指導價值。

關鍵詞：創新培養?? 教學科研一體化?? 實驗室建設? 實驗室管理

中共中央國務院《中國教育現代化2035》中提到“加強創新人才特別是拔尖創新人才的培養”，《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020）》指出，要“促進科研與教學互動、與創新人才培養相結合”，這對高校人才培養提出了更高要求。多年教學實踐證明，充分發揮實驗室資源的作用，有利于培養學生的創新能力和科研思維，是實現以上目標的有力抓手和有效途徑。

天津醫科大學生物醫學工程與技術學院依托學校醫學教育和臨床優勢，旨在培養醫理、醫工交叉學科復合型、創新型人才，建設國家一流本科專業和一流學科。目前高校實驗室的建設與使用現狀，在一定程度上制約了學生創新能力的培養與提升，結合本學院現狀，通過整合教學實驗室和科研實驗室資源，探索建設教學科研一體化實驗室，取得了良好的成效。

1建設教學科研一體化實驗室的背景

通過調研高校實驗室現狀，發現普遍存在以下問題：實驗室面積不足，教學實驗室使用率較低;教學實驗室與科研實驗室分設，儀器分散利用率不高等^[1-4]。具體到本學院實驗室，表現為：（1）教學實驗室與科研實驗室分設，科研實驗室需求激增導致用房緊張，但部分教學實驗室閑置率較高;（2）部分常規儀器設備，如PCR儀、離心機、搖床、凝膠成像儀、計算機服務器等，在科研實驗室和教學實驗室普遍使用，重復購置;（3）教學實驗室設備更新率低，實驗設備較陳舊，實驗教學無法跟上學科發展前沿;（4）科研實驗室儀器設備較為先進，但不對學生開放使用，大型儀器設備使用率低且無專人管理等。這些問題造成實驗室資源不能得到有效利用，難以發揮在培養人才方面的基礎性作用，與我國倡導的創新型人才培養目標更是相距甚遠。

作為高校實驗技術人員，建設好、管理好、發揮好實驗室在培養學生創新能力、提高學生應用技能方面的功能和效用，積極探索實驗室運行管理的新機制，是工作的重點和難點。為此，將教學和科研資源整合共享，以“生物信息與生物技術創新實驗室”為試點進行了教學科研一體化實驗室建設的探索和實踐。

2教學科研一體化實驗室的構建思路和主要內容

立足學院實際，借鑒其他高校實驗室建設和改革經驗^[5-7]，本學院生物信息與生物技術教學科研一體化實驗室（以下簡稱“一體化實驗室”）的總體構建思路為：打破教學實驗室和科研實驗室的空間隔閡，設置在同一區域，整合學院生物信息學與生物技術專業的3個教學實驗室和學科科研實驗室，將教學實驗室的實驗用房優勢、師資優勢和科研實驗室的設備資源優勢有效結合，健全實驗室運行管理機制，實現實驗資源的高效利用和可持續共享，充分發揮實驗室資源在培養學生創新能力、科研思維和應用技能方面的保障作用。

整合后的一體化實驗室面向學生開放，在保證實驗教學需求基礎上，承載科研用途。一體化實驗室承擔學生科研訓練工作，主要涉及學科競賽、自主實驗、大學生創新創業訓練、畢業設計、學生加入教師科研團隊開展科研鍛煉等;承擔的教學任務主要是專業課實驗、綜合性課程設計、實訓課程等。

一體化實驗室有利于促進科教融合，提高學生參加科研訓練的主動性和積極性，有助于學生掌握先進實驗技術、鍛煉科研思維，是培養學生創新能力的專業平臺。

2.1一體化實驗室的運行機制

健全一體化實驗室管理機制是實驗室正常運行的前提和保障。為充分發揮一體化實驗室的功能，建立了“1+N”的保障體系，即通過制定一個管理辦法，形成了從實驗室預約申請、實驗設備管理、藥品耗材使用、師資配備、實驗室維護等N個環節的保障體系，推動一體化實驗室安全、平穩、有序地運行。

2.3.1 制度建設

立足學科發展前景，以鞏固學生教學成果、提高創新能力、提升創新思維為目標，突出科研應用導向，制定了《天津醫科大學生物醫學工程與技術學院教學科研一體化實驗室管理辦法》。除了規范一體化實驗室日常使用及維護相關措施，重點體現對學生科研創新訓練的支持保障，在實驗藥品耗材、大型儀器設備使用、實驗技術指導、經費支持等方面提供“綠色通道”。

2.3.2預約申請使用

每學期初，學院中心實驗室網站發布公告，告知實驗教學時間安排，并提供科研可申請使用時間。學生如申請使用一體化實驗室從事科研實驗，需完成學校統一組織的實驗室安全在線學習并考核合格、獲得實驗室安全培訓證書，依托微信“審批寶”小程序，經過“指導教師-一體化實驗室負責人-學院分管實驗室領導”三級審批通過，方可獲得門禁系統授權。為最大限度滿足學生科研使用需求，經學生申請、指導教師審核、實驗室教師確認，一體化實驗室可24h開放，門禁系統兼具監控功能，便于保障學生人身安全和實驗室安全運行。

2.3.3 實驗藥品、耗材保障

一體化實驗室實驗藥品主要有兩類：普通實驗藥品和危險化學品。普通實驗藥品和耗材的存放分為公共區和科研課題組區。公共區藥品耗材是科研、教學普遍使用的常規實驗藥品（如NaCl、KCl、酵母膏、蛋白胨、SDS等）和一次性實驗耗材（如各種規格的離心管、移液槍頭、試管等），由實驗室負責教師根據申請科研訓練所需藥品耗材清單，在統籌教學、科研需求量的基礎上，使用教學經費集中采買，學生可以登記領取使用。

為合理統籌實驗室資源，方便學生開展科研訓練，根據學生申請的科研項目類型，將開展同類型或具有承接關系的科研訓練項目整合為一個課題組，并劃定獨立的實驗區域，即科研課題組區。公共區沒配備的藥品耗材由科研課題組自行購買，經費一般來源于指導教師的科研經費、學生獲批的項目經費等，存放在各科研課題組分配的實驗區域內。學院鼓勵學生自主開展科研實驗，如獲批的科研訓練項目沒有經費來源或經費緊張的，經項目組申請，學院綜合評價項目的創新性、應用性等因素，可提供不同程度的經費支持。

危險化學品通常不允許學生使用，建議學生使用無毒或低毒的藥品替代，若確實無法滿足實驗需要，學生可以在指導教師同意并現場指導的前提下，雙人領取、雙人使用。

2.3.4 一體化實驗室儀器設備管理

實驗室的儀器設備由實驗室負責教師管理，同時聘任研究生或高年級學生協助實驗室教師做好設備維護;大型儀器設備和生物信息學計算機服務器由專人管理。一體化實驗室儀器設備對學生可24h開放使用。

科研訓練項目開始前，實驗室負責教師會為申請使用實驗室的學生進行設備使用培訓，詳細介紹設備的結構、工作原理、使用范圍等，并現場演示操作，說明使用過程中的注意事項和突發情況及處置方法。學院中心實驗室網站提供大型儀器設備使用操作演示視頻，要求學生觀看視頻提前熟悉設備使用方法。同時在每臺設備的顯著位置放置該設備的說明書、操作流程及注意事項，可以使學生在使用前對設備有詳細的了解，便于順利操作。學生使用設備過程中遇到問題，實驗室負責教師會提供幫助指導，如遇突發情況，按照應急預案處理。

2.3.5師資保障

一體化實驗室為提升學生創新能力提供堅實的師資保障。對于實驗教學過程中表現出動手能力強、科研思維活躍、科研興趣濃厚的學生，實驗教師可推薦其加入學院研究生導師課題組或青年教師科研創新團隊。依托一體化實驗平臺，一方面，學生可以在教師或研究生的指導下學習先進的實驗技術、儀器設備操作使用方法、實驗數據整理分析方法，鍛煉自己分析問題、解決問題的能力，培樣學術思維和創新能力;另一方面，也有利于充實學院科研團隊、培養后備人才，導師可以從中發掘有科研潛質的學生加入自己的課題組繼續深造。

另外，對于有創新想法，依托一體化實驗室積極開展大學生創新創業訓練項目、參加實驗技能大賽等科研訓練的學生，學院為其選拔責任心強、專業技能突出、經驗豐富的教師給予指導，并對指導教師給予績效獎勵。

近2年，在實驗教師的推薦下，共有5名博士研究生指導教師、10名碩士研究生指導教師和12名青年教師接納學生加入其科研團隊，7名學生畢業后通過推免或考研的方式繼續在原科研團隊攻讀碩士研究生;學院共選拔12名優秀教師充實到實驗指導隊伍，結合學生專業知識背景，制訂實驗方案，帶領學生開展科研訓練。

2.3.6 經費支持

一體化實驗室經費來源主要是3個方面：教學經費、科研經費及學生項目獲批的經費。教學經費主要用于一體化實驗室日常開銷、設備維護等常規性事務。由于一體化實驗室建設實現了教學、科研儀器設備的共享，避免了儀器設備重復購置的問題，節省了大量原本計劃購置儀器的科研經費，這部分科研經費可以用于設備更新，不斷滿足學科發展需要，為實驗教學貼近科學前沿提供硬件支持，有利于學生掌握先進的實驗技能，提高人才培養質量。學生項目獲批的經費主要用于開展科研訓練項目，學院對項目進展實施考核并給予一定的經費支持，對于成果顯著的學生也會給予創新獎學金。

2.3.7 獎勵機制建設

為鼓勵學生依托一體化實驗室積極開展科研創新訓練，學院實施了系列獎勵措施。在一體化實驗室開展科研訓練并完成預定任務的學生，獎勵創新學分;科研訓練成果突出、獲得省部級及以上獎勵或作為主要作者之一參與發表高水平論文的學生，可獎勵創新獎學金，并計入綜合測評學分，在推免生推薦、研究生錄取中適度傾斜;應用技能強、動手實踐能力突出的學生，優先向用人單位推薦實習等。

3一體化實驗室的實踐成效

經過2年來的探索與實踐，本院生物信息與生物技術教學科研一體化實驗室在培養學生創新能力方面和實驗室建設方面均取得了良好成效，主要表現在以下幾個方面。

（1）一體化實驗室以學生為主體，充分發揮學生的主觀能動性，為學生開展各類科研訓練、學科競賽提供技術指導、實踐平臺和經費支持，取得一定成果。2年來，一體化實驗室承擔大學生創新創業訓練項目17項，其中國家級3項、市級3項，累計培養學生78人次，學生參與發表高水平論文20余篇;獲各級競賽獎項90余人次。

（2）引入的科研項目推動了實驗教學內容的更新，科研轉化教學成果顯著。近2年新增“紫外和EMS誘變選育大腸桿菌Lys營養缺陷型菌株”“基因敲除技術高效、定向構建大腸桿菌營養缺陷型菌株”“新冠肺炎主蛋白酶抑制劑中藥分子篩選”等10余項綜合性實驗教學項目，學生既開闊了眼界、拓展了知識面，又學習了新的實驗技術，提升了學生的實踐動手能力和學術思維。

（3）提高實驗室的利用率和儀器設備的使用更新率，為培養學生的創新能力創造良好的硬件條件。一體化實驗室建設以來，閑置率較高的教學實驗室由原來每周只承擔2～3個半天的實踐教學任務變為學生全天候開展科研訓練的場所，每學期約10組學生申請使用，基本處于滿負荷的狀態;儀器設備（特別是大型儀器設備）的使用時長較原來提高45%;在不專門增加經費的情況下，更新了計算機服務器、熒光倒置顯微鏡、熒光定量PCR儀等50余臺設備，實現了實驗資源的高效配置。

4工作展望

生物信息與生物技術教學科研一體化實驗室建設以來，在優化實驗資源、科研反哺教學、調動學生科研興趣、培養學生創新能力等方面取得了良好的成效，為其他實驗室建設提供了可供參考的范本，今后將從以下方面繼續加強建設。

4.1 提高信息化管理水平

目前，學院正考慮建設完善的一體化實驗室信息管理系統，集合信息發布、預約申請、儀器設備管理、數據上傳、安全管理、虛擬實驗室等功能^[8-10]。在實驗教學方面，教師可以通過系統上傳教學進度、批改實驗作業、進行成績分析，學生可以通過系統進行實驗預習、反饋實驗問題、提交實驗報告，并且師生通過系統可以實現實時的互動交流。在科研訓練方面，學生可以通過系統上傳實驗開展進度及階段成果，方便指導教師了解學生的科研訓練效果，隨時調整訓練方案。同時，實驗室管理教師可以通過系統及時了解實驗藥品耗材的儲存情況、儀器設備使用情況以及實驗室運行情況等。總之，新的一體化實驗室管理系統，應該是全方位、多角度的綜合系統平臺，并具有與時俱進的迭代更新能力，目的是實現實驗室管理的科學性和實驗資源利用的高效性。

4.2 加強校內跨學科實驗資源共享

高校內部實驗資源的共享和利用是促進各學科協同發展的重要手段，是高校實現“內涵式”發展的必然要求^[11]。充分發揮本院生物醫學工程學科在醫學院校的學科特色，依托一體化實驗室與學校臨床、藥學、影像、眼視光等學科開展科研實驗、校內實訓、教學實習等合作交流，實現實驗室、儀器設備等硬件資源共享及指導教師、實驗室管理教師、專業知識等軟件資源共享，使有限的資源發揮更大效益^[12]，有利于培養多學科交叉、綜合素質全面提升的復合型人才。

4.3 促進產學研合作

依托一體化實驗室，加強學院與企業合作，將高校人才培養與產業發展有效融合^[13]，培養符合社會發展需求、實踐能力強的應用型創新人才。學院可以與相關企業簽訂合作協議，教師科研成果為企業產品研發提供理論指導和技術支持，企業為學院引入生產實踐性更高、應用性更強的課題^[14]。對于高校人才培養，產學研合作一方面有利于革新實驗教學內容，使其更貼近社會需求;另一方面，通過與企業合作，聘請優秀的企業技術人員、工程師擔任校外導師，指導學生開展創新創業項目，拓寬項目來源，豐富項目種類，增加項目經費，進一步提升學生綜合運用專業理論知識的能力和技術創新能力，提高學生就業競爭力^[15]。

5結語

生物信息與生物技術教學科研一體化[A1]?實驗室建設是本院發揮實驗室資源在培養學生創新能力和科研思維方面的重要舉措，經過2年多的實踐，實現了預期目標并取得了良好的成效。隨著一體化實驗室建設的進一步完善，其必將成為促進科教融合、協同育人的有效途徑和重要抓手，為培養學生創新能力提供有力保障。

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