新工科視域下化學實驗教學中心的建設與管理探究

孫 萍，解沛忠，張東明

(南京工業大學化學實驗教學中心，江蘇 南京 211816)

2017年以來，我國“新工科”建設迅猛發展，先后發布“復旦共識”“天大行動”“北京指南”等一系列指導文件，推動形成工程教育新理念、學科專業新結構、人才培養新模式、教育教學新質量、分類發展新體系，全面支撐教育強國、人才強國和科技強國建設[1]。化學專業作為首批進入新工科教育改革的試點專業，在電子信息、生物醫學、材料和環境工程等領域都有著密切聯系，它們相互促進、共同發展[2]。在新形勢下，化學類專業課程的新工科改革不僅要強調培養學生扎實的化學功底，更要注重多學科知識的交叉、融合與運用，進而使之能夠與時俱進地支撐新型人才的培養目標。我校在“十三五”期間化學學科進入ESI前千分之一行列，在新工科建設中發揮了其基礎和引領的作用。化學實驗室作為實驗教學的重要場所，肩負著培養具備良好科學素養、實驗基礎扎實、綜合素質高，能夠從事應用研究的高素質人才，以及探索創新人才培養新模式的重要任務[3]。新工科視域下將對實驗教學改革產生深遠影響，實驗教學模式改革、實驗室建設等都將隨之發生重大變革。因此，如何進行有效的學科間的交叉融合，協同創新，探索新工科化學實驗室建設與管理模式有助于支撐工科專業改造升級，更好服務于我國重大戰略需要，具有現實的意義。

1 化學實驗教學中心建設目標

為貫徹落實《統籌推進世界一流大學和一流學科建設總體方案》的決策和部署[4]，南京工業大學化學實驗教學中心(簡稱“實驗中心”)，對照學科建設以及人才培養目標的總體要求，本著“突出工科專業特色，以本為本，注重交叉融合、綜合素質的培養，促進創新創業能力形成”的宗旨，以實驗中心全方位建設發展為主線目標，以新工科建設為契機，以培養化學創新創業型人才為核心，大力推進實驗中心的建設與管理。借助我校工科特色優勢專業，通過科學規劃頂層設計、完善管理機制、加強實驗隊伍建設、對實驗教學模式、實驗教學體系進行改革，整合優質實驗教學資源和實驗課程、實現實驗室資源的共享，起到示范輻射作用。為學校學科建設和人才培養工作提供強大的支持,為學校爭創“雙一流”工作提供重要的支撐和保障。

2 化學實驗教學中心建設內容

2.1 科學規劃頂層設計

目前我校由實驗室建設與管理處全面負責教學實驗室的建設與管理工作，依據我校人才培養框架制定關于教學實驗室建設與管理的綱領性文件，明晰教學實驗室發展目標，確定實驗室建設管理各項任務時間表和路線圖[4]。采取實驗室二級管理體制，明確學院分管副院長負責統籌教學實驗室總體工作方向、發展戰略、建設規劃等重大事項。我院于今年初成立了各個實驗方向的教研室，由負責實驗教學和實驗中心的老師組成，明確劃分各方向實驗室安全管理歸口，落實到具體人員的職能劃分，推進各項工作任務的落實。明確學院是實驗室建設與管理的主體，校、院二級管理體制、實驗中心進一步理順，初步形成了實驗室建設三方聯動的局面[3,5]。

2.2 完善實驗室制度

加強規章制度建設，是實驗室建設與管理科學化、規范化的必要條件，也是實驗室建設的重要保證[6]。我校制定了一系列關于化學實驗室安全、設備管理和應急處理預案，學院結合自己的實際情況，在學校制度框架的基礎上，對現有的實驗室規章制度進行了相應的補充、完善。制度的建立貴在實施，例行安全會議的召開，定期巡查、檢查，重點落實可操作管理措施，實行可量化的精細化管理考評指標，同時注重意見反饋，做到有問題，便整改，防微杜漸，牢牢把住實驗室安全的大門，使管理工作真正落到實處、細處。

2.3 實驗室管理體系優化

目前實驗中心主要負責承擔本科階段的基礎化學實驗教學，隨著學校新工科實驗教學改革的深入，實驗中心的服務對象擴展到化學類各專業、藥學、藥劑類、給水、環境類、生工食品類、材料類等，共25個專業，涵蓋了全校的理學、工學本科學生的半壁江山(見圖1)。承擔著無機化學、分析化學、有機化學、儀器分析、物理化學等5大類基礎課的實驗教學課程，以及應用化學、化學專業的專業基礎實驗和專業實驗。目前開設實驗數目126個，每年承擔教學工作量達30萬人時，是我校最重要的化學公共實驗教學平臺。以往分專項實驗室的實驗教學，由各系主任設定實驗內容和實施方案，實驗中心僅充當執行者，對所開設實驗提供準備，“照方抓藥”；每個方向的實驗教師僅與所在方向的實驗技術人員對接，不同方向的實驗教師之間鮮有溝通交流，易出現實驗之間壁壘和條塊分割[7]。在保障專業基本實驗教學的前提下，教研室的設立，科學的調整了實驗室結構體系，共同搭建起實驗教學方案橋梁，讓實驗中心、教研室既為參與者又是決策者，有機協同助力教學方案的擬定，群策群力，有的放矢，交叉融合，由以前的“點”到“線”逐步過渡到“面”，覆蓋面廣，彰顯我校化學學科的優勢和特色。對原有實驗室進行整合，以學生專業方向課程為依據，在同一學期內一個實驗室可能與多個方向課程的實驗有關內容；而一次實驗課的不同的實驗內容可能分布在不同的實驗室進行，比如，在有機實驗室進行制備，在分析實驗室進行檢測表征，更加注重交叉融合。這種多學科交叉融合是學科間或跨學科的研究活動，是新的科學、新的學科的“生長點”，有針對性的為學生后續各自專業的學習奠定基礎，以實驗中心為紐帶，以形成跨越式成果為目的，踐行協同育人的初心，逐步探索多元化模式，充分體現我校工科特色學科專業實驗教學平臺建設方面的豐富內涵與形式多樣。對促進學科交叉、協同創新具有重要而深遠的意義。

圖1 實驗中心各實驗室開設課程及面向我校主要的學生群體Fig.1 Courses offered in the laboratories of the experimental center and facing the main student groups of our university

2.4 加大儀器設備投入力度，完成實驗設備升級、改造

“工欲善其事,必先利其器”。近幾年，根據實驗教學的需求和優勢學科發展的需要，實驗中心按照以人為本，方便管理的改建方針，改善了實驗教學環境[8]。如：先后更換了通風設備、實驗臺，實驗室按需加裝了空調、更新了實驗通用設備，增補了大型儀器設備。以我校成立應急管委會為契機，補充了一批易制毒、易制爆藥品儲存設施，為實驗室安全管理加了一把“安全鎖”。

2.5 加快實驗室信息化進程

創新管理手段，利用先進的計算機技術、虛擬化技術、智能終端技術建設實驗室管理平臺，更好地實現實驗過程管理及實驗室開放管理，推進實驗室管理的信息化[9]。我校在2017年實驗室建設與管理工作會議明確提出要齊心協力加強實驗教學示范中心共享平臺和虛擬仿真實驗項目建設工作，并列入二級單位目標考核指標。疫情期間，實驗中心增加了線上課程資源，在中國大學MOOC(江蘇愛課程)網站提供在線教學，配合虛擬仿真實驗的“互聯網+”實驗教學使得“線上+線下”的實驗課程混合教育模式逐漸應用到日常教學中，是對既有在線教學和線下教學之外的一個重要補充，實現了實驗教學的信息化完善。

2.6 實驗教學培養體系的優化

定向聚焦為不同專業的學生重構實驗課程體系，有針對性的培養。打造模塊化實驗課程體系，圍繞不同專業下一階段培養目標，借助實驗中心平臺優勢，從基礎的演示、驗證性實驗到虛擬仿真線上模擬再到實驗競賽，綜合性實驗等突出設計涵蓋后續研究生銜接的整體規劃實驗課程體系[10-11]。結合我校校企合作辦學優勢，從中挑選出合適的相關性課題做研究，分段式、階梯式，以逐層遞進的形式進行實驗教學培養(見圖2)。例如，在開設儀器分析實驗和專業實驗時，將我院工業水處理優勢與儀器分析實驗結合起來，形成了從傳統到前沿，從實驗到產品的新型實驗特色。“分析試樣的采集和前處理”是實驗的一個重要內容，有助于學生將所學的理論知識用于實際試樣的分析。傳統的試樣處理方法多采用強酸、強堿或強氧化劑等，在電爐上加熱蒸煮，既不安全，又產生大量二次污染。實驗中心與企業合作開發了光催化連續流動總磷分析儀，利用納米材料在紫外光照下產生的自由基所具有的超強氧化能力，使試樣在溫和的條件也能得到完全分解。將這一技術應用于“工業循環冷卻水中總磷、有機磷和無機聚磷的測定”實驗。分解對象是有機物、分解產物是無機物、分析方法是光催化，因而把無機化學、有機化學、物理化學和分析化學的知識串聯在一個實驗里，使學生在了解和體驗分析技術前沿的同時，獲得了全方位的拓展和鍛煉。此外，2021年我院學生在“歐倍爾杯”第六屆江蘇省大學生化學化工實驗競賽中獲得特等獎、一等獎和三等獎各一項；在第二屆“微瑞杯”全國大學生化學實驗創新設計競賽中喜獲三等獎。也是通過這種競賽成績或創新性設計實驗結題答辯、畢業論文完成效果等，多維度評價機制進行檢驗呈現。實現了從理論實踐能力到創新能力的跨越式人才培養。

圖2 分段式化學實驗教學培養體系Fig.2 Segmented chemistry experiment teaching and training system

2.7 精品實驗教材建設

近年來結合學院形成的教學特色和學科發展，教研組教師整理教學改革內容，編寫了系列實驗教學教材。其中“十三五”江蘇省高等學校重點教材《有機化學微型實驗》、《物理化學實驗》受到同行的肯定和好評，提升了我校化學實驗課程在省內外的知名度。英文版《Physical Chemistry》也于2021年正式出版為培養國際學生提供了有力保障。

3 實驗室隊伍的建設與管理

優秀的實驗隊伍不僅能夠貫徹落實實驗室開展高水平教學、培養創新人才的理念，作為實驗教學的直接參與者還將為實驗室建設與發展提供有力保障。

3.1 發揮教師的核心作用

教師在實驗教學中占主導。按需設置教師崗位，優化組合、調整教師隊伍結構。樹立以學生為本的理念，重視實驗教學團隊的建設與培養，對新進實驗技術人員實行崗前培訓，由實驗課程負責人和教學經驗豐富的實驗指導教師對新上崗的青年教師實行“傳、幫、帶”，扎實做好崗前培訓工作，嚴格要求青年教師做好預備實驗，實行試講和集體備課制度，確保青年教師指導實驗課的教學質量。創造良好的培訓、交流等機會，促進實驗人員整體素質全面提高[12]。借助校企合作特色辦學的優勢，引導、鼓勵和支持高水平教師將科學研究成果轉化為實驗教學內容，促進實驗課程“精品在線開放課程”資源建設，匯聚教學成果編寫特色教材。

3.2 提高實驗技術人員的水平

首先通過提高準入門檻來提升實驗技術人員的整體專業素養。隨著進口大型儀器設備的引入，操作系統的全英文化，操作界面的復雜性要求實驗技術人員需具備一定的專業能力和深厚的理論功底。因此，實驗室技術人員不僅要有學術素養，更要有實踐經驗[5]。目前學校已經隔年設立的“教學改革項目”，鼓勵實驗技術人員也積極加入申請。實驗技術人員作為實驗室管理的一線人員，熟悉實驗課程用到的儀器設備，能夠給出最直接的反饋，有助于進行實驗教學改革研究，促進實驗教學發展。此外，不定期的參加相關技能培訓和學術會議，在一定程度上能夠拓寬工作視野。工科院校下設很多校企合作單位，為促進交流學習，開展到現場參觀學習，可以使實驗技術人員在專業素養、管理水平、創新能力等方面不斷提高，從而更好地履行工作職責[12-13]。

3.3 優化績效考核體系

通過完善評價激勵機制，提升實驗室技術人員的職業認同感。由于高校實驗技術隊伍一直被定義為教輔人員，與相同學歷和相同專業技術職務的教師隊伍和科研隊伍相比，實驗技術人員在教學教研、職稱評定、科研工作等方面能獲取的資源較少，個人發展規劃缺乏引導和設計，缺少教師隊伍多樣化的人才培養培育計劃，因而習慣按部就班，缺乏應有的工作主動性積極性[14]。

3.3.1 創新以績效為核心的評價機制

給予實驗技術人員詳細具體的職業發展規劃輔導，鼓勵實驗技術人員將工作做好做強，來實現個人價值。年初學院試運行考核機制的建立，既符合客觀性原則，又兼顧特征性和整體性相結合的原則。全面客觀評價實驗技術人員的德才表現和工作實績，建立以貢獻為導向的評價機制，激勵實驗員更好的履行崗位職責，促進學校事業高質量發展(通過個人述職、匯報和民主測評40%，學院領導班子測評，占比30%，服務對象測評占比30%)等方面的定性考核，又量化實驗服務與實驗管理。指導創新實驗與學科競賽、發表各級論文與著作、崗位外工作則作為其他補充考核方面。

3.3.2 強化激勵機制

試點實驗中心，利用“鯰魚效應”將鮮活的多點考核滲入到績效的考評機制，并對實施工作量化管理的效果進行分析。尊重事實，在既有的實驗室績效評價體系基礎上，挖掘體系中各個指標的潛力來促進團隊建設，以期在良好“顯性”績效狀態下提升“隱性”效應，實現高等教育投資的高回報。

4 結 語

實驗室建設與管理是一項基礎工程、系統工程，要持之以恒，久久為功。推進新工科實驗室建設，任重道遠，需要我們凝心聚力，勇于擔當，充分調動各方面積極性，增強實驗中心的示范輻射力，貢獻南京工業大學化學實驗室建設與管理的經驗智慧。