掃描電子顯微鏡平臺規范化管理體系的建立與實踐

文 偉， 許佳怡， 羅丙紅， 李宏巖

（暨南大學化學與材料學院，廣州 510632）

0 引 言

貴重儀器共享平臺是建設高水平大學重要的硬件支持，是推進教學建設與科研發展，培養高水平人才的必需保障［1-2］。大型儀器價格昂貴，設備精密，工作原理復雜，操作嚴格，維修費用高［3］，需進行科學規范化的管理，才能保證儀器正常運行，為教學和科研發展保駕護航［4］。因此建立科學規范的大型儀器管理模式，是提升儀器使用效率，實現人才培養目標的重要環節［5］。

我院由材料科學與工程系和化學系以及超分子配位化學研究所組成，于2019 年搬遷至新校區，并在2019年成立實驗中心。搬遷至新校區2 年來，實驗中心借助學校的共享設備管理平臺穩步推進全院大型設備開放共享，向全院以及在新校區的相關兄弟院系（如環境學院，藥學院，光子研究所等）的全體師生開放共享。但由于缺少了校本部分析測試中心大部分貴重儀器如掃描電鏡的支持，嚴重影響了院內師生的科研進展。為了解決全院120 多名教師和1 000 多名學生的教學科研需求，2019 年新購買了高分辨掃描電子顯微鏡（以下簡稱掃描電鏡）并迅速投入共享平臺使用，提供極大的測試需求。樣品數不斷增加，樣品種類涵蓋化學，材料學，生物，藥學等研究方向，學科領域跨度大。對管理員的專業水平以及管理能力提出了很大挑戰。因此，建立一套科學規范的掃描電鏡平臺管理體系，提高掃描電鏡的使用效益以及師生的科研水平迫在眉睫。

1 掃描電鏡平臺的管理現狀

目前實驗中心一共有2 臺掃描電鏡，1 臺購于2015年，主要滿足1 萬倍以下需求。2019 年購入高分辨掃描電鏡，主要用于1 萬倍以上的需求。2 臺儀器投入使用便納入了學校的貴重儀器共享平臺，全校共享，主要服務于新校區兄弟院系的測試需求。借助于學校共享平臺，儀器目前管理模式是學生經過培訓考核后自行在平臺預約測試。對于低倍數的掃描電鏡實行24 h開放，學生可隨時測樣，收費較便宜，可以用來初篩樣品，選出合適的樣品后再使用高分辨掃描電鏡進一步研究。由于高分辨掃描電鏡操作要求嚴格，對樣品的處理和學生的水平要求高，專職管理人員時間有限，目前開放時間僅限于工作時間，使得高分辨掃描電鏡的使用效率大打折扣。傳統的線下講解培訓效率低，待培訓學生和待測樣品的積壓，一般基本需要提前半個月排隊預約（畢業季高峰期的時候甚至需要提前1 個月預約），嚴重影響科研的效率和進度。因此，急需建立一套科學規范的管理模式，對院內同學進行系統化培訓，提高學生的操作水平，增加儀器的共享時間，提高儀器的共享程度和師生的科研進度。

中心成立初期，由于用戶數量太多且需求都比較急，因此掃描電鏡平臺迅速啟動了對全院學生的培訓并投入使用。由于缺少經驗，管理體系不科學，培訓系統單一淺表，培訓效果難以持久等問題日益凸顯。為此，經過一段時間后，根據共享平臺收集到的大數據分析統計每個課題組的使用頻率，通過借鑒其他高校成功的管理模式［6-8］，結合當前掃描電鏡平臺的實際情況，對其管理工作進行了多層次多元化的探索，依托于學校貴重儀器共享平臺和多種社交群構建網絡化的“互聯網＋”培訓管理體系［9-10］，建立多模式的培訓課程體系（線上線下混合式培訓，課題組定制化培訓，依據使用頻率多元化培訓）以及長效的培訓效果支撐體系［11］。經過近2 年的探索和不斷調整，掃描電鏡平臺在提高學習培訓質量的同時，保證了設備的安全使用和測試效果，平臺的服務質量和管理員的專業水平得到了師生們的廣泛認可。儀器的使用機時和測試樣品量顯著增加，提高了儀器的使用效益。

2 科學規范化管理模式的建立與實踐

根據各兄弟院系貴重儀器平臺學生管理體系的建設和經驗［12-13］，結合實驗中心掃描電鏡平臺目前存在的不足，提出以培養高水平學生，助力科研發展為中心，建立網絡化的培訓管理體系，多模式的培訓課程體系以及長效的培訓效果支撐體系，提高儀器的使用效率，助力高水平學科教育的建設［14-15］。

2.1 網絡化的“互聯網＋”培訓管理體系

針對培訓報名流程不清晰，管理體系不明確的問題，通過一段時間的使用，積極探索新的管理模式。依托于學校貴重儀器共享平臺的培訓管理模塊，以及多種社交群（如教工微信群，學院學生QQ 群，掃描電鏡QQ群等）構建了網絡化的“互聯網＋”培訓管理體系。

報名考核流程如圖1 所示，每月初利用金數據創建實操報名鏈接，在貴重儀器平臺和各個社交群發布培訓計劃，限定培訓日期和人數。截止日期后從金數據后臺導出報名情況，大致按照課題組歸屬進行分組，每組5 ～10 人。在各社交群和儀器平臺公布培訓分組名單，下發培訓資料和線上理論培訓考核網址，在實操培訓日期前學生需自行進行線上理論培訓和考核，考核通過后按照分組進行實操培訓，上機練習和考核。

圖1 網絡化的“互聯網＋”培訓管理體系

按照管理體系，學生必須參加學校設備處組織的實驗室安全考試并通過后拿到實驗室準入證書，才允許報名參加掃描電鏡的培訓。參加線上理論培訓并考核通過才允許線下實操培訓和考核，且全程必須在場并簽到。實操考核通過后提交儀器使用申請表和實驗室安全承諾書至管理員老師，開通平臺掃描電鏡預約上機權限后，學生可在開放時間自由預約使用，上班時間若遇到操作問題可隨時找管理員老師現場指導，下班時間可在儀器交流群跟老師交流或者找儀器助管指導。對于一般違規（如不清理制樣臺，未取出樣品等）取消權限一個月。對于嚴重違規者（損壞儀器零件等）取消永久權限并要求賠償一部分維修費。

2.2 多模式的培訓課程體系

針對培訓方式單一，培訓內容淺表，培訓效果維持時間短等問題，對培訓課程體系進行了多層次多元化的探索，建立線上線下混合式培訓，課題組定制化培訓，依據使用頻率實行多模式培訓課程體系。

2.2.1 線上線下混合式培訓

針對掃描電鏡培訓的特殊性，建立了線上線下相結合的培訓模式，掃描電鏡結構原理復雜，因此理論培訓主要采用線上培訓的形式。線上培訓環節主要包括：規章制度，理論知識，理論考核三大模塊，如圖2 所示。規章制度主要包括實驗室安全和自主上機規章制度，以PPT的形式呈現。理論知識主要包括掃描電鏡的構造，檢測原理，注意事項，實操步驟等。掃描電鏡安裝后試用期，工程師上門進行理論和實操培訓，學生可在教室現場或者在騰訊會議線上參加。管理老師同時進行了EV 錄屏，將視頻材料進行整理制成含PPT演示＋同步語音＋字幕的課程視頻，上傳至百度網盤和儀器平臺分享給報名同學線上學習。線上考核主要采用騰訊問卷的在線考試功能，試卷內容設置為10%的規章制度，70%電鏡理論，20%注意事項及常見問題，考核需達到90 分才能參加線下實操培訓。

圖2 線上線下相結合培訓課程體系

線下課程體系主要包括管理員進行線下實操培訓和考核，考核達到90 分即可獲得上機測試權限。線下課程包括管理員上班時間一對一指導和社交群內答疑，儀器助管節假日指導。還設置了進階課堂，主要是科研技術講座，定期邀請儀器工程師進行新技術新功能的講座，科研教授進行新應用的前沿講座，學生可在線上線下觀看，拓展知識面和儀器適用范圍。

2.2.2 課題組定制化培訓

掃描電鏡應用廣泛，主要服務于本院材料系和化學系學生，其中材料分成生物材料組，儲能材料組，無機納米材料等，另外還對藥學院，環境學院等新校區兄弟院系開放。不同課題組樣品類別有差異，因此對于測試操作時制樣，參數的選擇都有不同的要求。針對此現象，在線下實操培訓模塊特建立了課題組定制化實操培訓課程體系（見圖3）。同樣學生需先通過線上理論培訓以及考核后，允許報名實操培訓，并對報名者進行線上問卷調查，調取儀器共享平臺數據，分析各個課題組的儀器使用頻率和時長和樣品種類。通過對問卷反饋的分析，確定培訓需求并定制化不同課題組的培訓內容，隨后分組實操培訓，針對不同樣品類型對于噴金時長，電壓束流等參數的選擇，以及拍照技巧制樣技巧等的特殊性進行系統培訓。

圖3 課題組定制化培訓課程體系

2.2.3 依據使用頻率多元化培訓

對儀器平臺后臺用戶數據分析發現，部分用戶使用頻率低，1 ～2 個月才使用1 次，這種用戶由于使用間隔時間長，難免對操作步驟不熟練，并且培訓后很快忘記原理和操作規程。部分用戶使用頻率很高，基本操作嫻熟，對于測試追求更高的品質。針對不同用戶的需求，進行依據使用頻率的多元化培訓模式的探索（見圖4）。對于使用頻率低的用戶主要進行簡易的實操培訓，制定掃描電鏡的4 步法操作流程，并制成操作規程牌放置于儀器旁供學生隨時參考。第1 步通過操作軌跡球尋找合適的測試位置，第2 步通過縮放旋鈕放大到所需倍數。第3 步通過自動對比度按鈕或者手動操作調好亮度和對比度，第4 步通過自動對焦按鈕或者手動粗調細調將圖片調清晰。4 步法把操作流程簡易化，并且容易理解和記憶。對于使用頻率高，對拍攝結果有更高要求的用戶，進行專業化實操培訓，在上述簡易四步法基礎上增加背散射模式，低真空模式，調像散調對中，元素分析等培訓。

圖4 依據使用頻率的多元化培訓課程體系

2.3 探索長效的培訓支撐體系

為保證培訓的效果，掃描電鏡平臺管理員堅持進行長效的培訓支撐體系探索，主要采取制定管理制度，建立專業培訓隊伍，經費支持和定期考核等措施。

（1）健全規章制度，規范化管理。為了保證培訓效果和管理的規范性，掃描電鏡平臺制定了一系列管理制度，包括“掃描電鏡平臺管理辦法”“掃描電鏡平臺儀器預約說明”“掃描電鏡培訓規范”“掃描電鏡假期開放管理辦法”等，從儀器的開放方式、安全操作、預約流程、培訓方案等方面進行了詳細的規定，并根據實際情況做出實時更新。

（2）建立穩定的培訓隊伍，定期講座。目前的培訓隊伍主要包括儀器工程師，管理員老師和學院資深教授，其中管理員老師主要負責線下實操部分培訓和答疑，幫助學生掌握操作技術。儀器工程師定期開展線上線下關于新功能新技術的講座，科研教授負責關于儀器各領域應用等前沿講座。定期培訓和講座開拓了學生的知識面和對儀器深入了解，助力師生科研的發展，有利于培養高水平的人才。同時也提高了儀器管理老師的業務水平，更進一步促進培訓效果。

（3）助管輔助，經費支持。儀器實行收費使用，其中收取的費用70%用于耗材購買和儀器維修維護等，30%用于培訓資料的打印和講座，助管，老師的勞務報酬。對于已經取得儀器操作權限，使用頻率高，實操技術較好的學生可以培養成儀器助管，在非工作時間和節假日輔助儀器的管理，大大提高儀器的使用機時和效益。同時，穩定的經費支持，使得助管制度，講座培訓制度能長期實行，保證了培訓的效果。

（4）張貼操作規程注意事項，定期考核。制作操作規程牌和注意事項牌置于儀器旁，便于學生隨時復習和參考，保證培訓的質量。對于權限有效期內的用戶定期考核，對于初次用戶前期實行1 個月1 ～2 次實操考核，經驗用戶1 ～2 個月考核1 次，復學用戶1 個月考核1 次。定期考核提高了學生的重視程度和對儀器謹慎的態度，提高學生線上自主學習的頻率和積極性，保證了培訓效果的長效性。

3 科學規范化管理模式的實踐成效

3.1 提高培訓效率，有利于高水平人才培養

網絡化的“互聯網＋”培訓管理模式建立，明確了培訓報名流程和上機管理制度，使學生能清晰地按流程申請每一步考核，提高了管理員老師的工作效率。

實行線上線下相結合的培訓課程體系，待實操培訓學生積壓情況大大得到緩解，學生先自主線上理論培訓，時間地點更靈活，且線上課程可隨時回顧學習，有效避免了誤操作，提高了培訓效率。課題組定制化課程和按頻率多元化培訓制度的建立進一步滿足了學生的專業化需求，提高了測試水平。多模式的培訓課程體系實施后，每個月培訓次數增加了2 ～3 次，年培訓總人次數增加了177%，考核通過率從60%上升至80%，復學用戶從20%下降到5%（見表1）。

表1 掃描電鏡2020、2021 年培訓及運行情況

長效培訓支撐措施的實施更是保證了培訓效果的時效性，降低了復學用戶數，也進一步提高了管理人員的業務水平和學生的操作技能。師生對掃描電鏡平臺管理模式滿意度提高，反饋良好。

3.2 提高了儀器的使用效益，助力師生科研發展

科學高效的掃描電鏡培訓管理體系建立后，培訓質量和效果大大提高，學生操作水平有了保證，延長了掃描電鏡的開放時間。將開放時間由以前工作日8：30 ～17：30 延長到每天（包括節假日）8：30 ～23：30，開放時間的延長緩解了全院師生排隊測樣壓力，從需要提前半個月預約到現在只需提2 ～3 天預約。儀器的使用機時2021 年相比2020 年增加56.4%。學生操作水平提高，每個樣測試時間縮短，使得儀器的樣品測試數增加，從平臺統計數據得出，測樣數2021 年比2020年增加了135%（見表1）。使用機時和測樣數的增加表明儀器的使用效益大大提高。

3.3 降低了儀器的損壞率，節約了經費支出

多模式的培訓課程體系實施后，培訓質量提高，學生操作水平和對儀器的熟悉度提高，減少了誤操作的發生。對操作規程的掌握使學生更有信心操作儀器，能自行判斷一些小問題發生的原因并及時解決和調整。如噴金時根據泵不同的聲音便能判斷蓋子是否密封好，遇到樣品碳污染，荷電現象會調整參數和拍照技巧等。學生解決問題能力提高，減少了管理員老師的重復工作量，也降低了儀器的損壞率。從2020 年工程師平均1 ～2 個月上門1 次到2021 年工程師一共上門2 次。降低了維護頻率節約了經費支出，保證了科研測試時間，推進師生科研順利進展。

4 結 語

經過2 年的探索和調整，實驗中心掃描電鏡平臺建立了依托于學校貴重儀器共享平臺和多種社交群構建網絡化的“互聯網＋”管理體系，多模式的培訓課程體系以及長效的培訓支撐體系。科學規范的管理模式在提高學習培訓質量的同時，儀器的使用機時和測試樣品量顯著增加，提高了儀器的使用效益，儀器的損壞率和維修成本降低。平臺的服務質量和管理員的專業水平得到了師生們的廣泛認可，新的管理體系有利于提高學生的科研能力，促進教學的發展，人才的培養和科研的進步。