大型儀器共享平臺助力生命科學拔尖創新人才培養

宜原原， 劉亞豐， 雷 敏， 占 藝， 夏炎枝， 盧群偉

（華中科技大學生命科學與技術學院，武漢 430074）

0 引言

自教育部“拔尖計劃”實施以來，拔尖人才培養一直是備受關注的課題，高校在積極探索拔尖人才培養模式的過程中取得了顯著成效，但如何在現有經驗基礎上進一步提高拔尖創新人才的培養質量，仍然是高校應該重點思考的問題［1-2］。在以往的培養模式中，實驗教學中心為本科生的實踐動手能力提升提供了有力支撐，而大儀共享平臺則由于各種原因更多地服務于研究生。近年來，高校對大型儀器設備的投入不斷加大，對服務需求也有了更高的要求［3-4］。充分發揮大型儀器設備在本科生拔尖人才培養中的作用，是設備管理關鍵，也是提高人才培養質量的關鍵。

1 實驗教學中心和大儀共享平臺建設現狀

生命學科是一門實驗性學科，需要通過實驗去驗證理論或發現新機制、新理論。2000年，生命科學與技術學院整合多方資源，成立實驗教學中心，構建本科生人才培養重要平臺。2014年，實驗教學中心獲批國家級虛擬仿真實驗教學中心。實驗教學中心在成立后得以快速發展，現有面積約1 500 m2，設備1 500 臺，固定資產約2 000 萬元，組建了以理論課教師與專職實驗工程師互補的實驗教學隊伍，在培養學生實踐動手能力方面發揮了重要作用。隨著時代的進步和科技的發展，實驗教學中心的局限性也逐漸顯露出來。生命學科與其他學科交叉日趨緊密，技術方法更新迭代迅速，實驗教學中心因受經費、場地限制，設備更新不及時，導致教學設備相對一般、傳統，無法使學生接觸最新科技，難以滿足拔尖人才培養在思維創新、科研深度、學術高度等方面更高層次的需求。

學院大儀共享平臺于2010年開始建設，現有面積約600 m2，大型儀器設備60 臺套，總資產超過6 000萬元。由于設備運行維護費昂貴、操作專業性強、本科教學實驗學生人數多而同類型設備臺套數少等諸多原因，主要面向師生科研需求和社會服務，較少用于本科生培養［5］。

在中國共產黨第十九次全國代表大會上，習近平總書記鄭重宣示：“經過長期努力，中國特色社會主義進入了新時代，這是我國發展新的歷史方位”。2018年6月，教育部原部長在新時代全國高等學校本科教育工作會議上強調：要把本科教育放在人才培養的核心地位、教育教學的基礎地位及新時代教育發展的前沿地位。創新人才培養，要推進科教融合，讓學生盡早參與和融入科研，早進課題、早進實驗室、早進團隊，加大各級科研基地向本科生開放力度，提高學生科研實踐能力和創新創業能力。近年來，平臺不斷發展，規模逐漸擴大，儀器設備更加充足，實驗技術隊伍日趨完善，技術服務能力邁上了新臺階。在此形勢下，學院積極響應國家號召，加快建設高水平本科教育，將大儀共享平臺與實驗教學中心深度融合，面向本科生全面開放，彌補實驗教學中心在前沿技術支撐等方面的不足，使二者在本科生拔尖人才培養方面發揮了1 +1 ＞2 的作用。同時，二者的深度融合也是落實“雙一流”建設和“六卓越一拔尖”計劃的重要舉措。

2 大儀共享平臺面向本科生開放的措施

為充分發揮大型儀器的資源優勢，結合平臺實際情況，學校采取多種形式的開放，包括將大儀使用技能訓練納入部分教學大綱、設置開放性實驗、建設數字化教學資源、舉辦開放日活動等，以全覆蓋式滿足本科生的實驗教學及科創訓練需求。

2.1 支撐本科生課程，促進實踐教學改革

平臺支撐本科生理論課程，助力學生打下扎實專業基礎。大型儀器設備支撐的本科生課程（見表1）涵蓋從大一到大四整個本科階段。在大一階段，任課教師主要在學科前沿課程中穿插介紹一些與大型儀器相關的前沿檢測分析技術，幫助學生在專業認知期形成初步印象；大二、大三階段，在專業課中融入與基礎理論相結合的大儀設備相關內容，通過理論課上學習原理、實驗課中實操訓練等，使學生全面地認識到大儀設備在科學研究中的重要作用。如生物科學專業開設的《結構生物學》課程，對當前生命科學領域中用于結構生物學研究的儀器設備及其工作原理、應用方向等進行了詳細介紹，任課教師結合平臺的相關儀器（如蛋白結晶儀、原子力顯微鏡、生物透射電鏡）備課，并帶領學生到平臺實地開展實踐學習，課程內容生動飽滿，學生對知識的掌握和理解程度遠高于傳統課堂。在大四階段，依托特定研究方向開設課程，穿插介紹相關的分析檢測技術，進一步激發學生利用現代分析檢測手段進行實踐創新的熱情和動力［6］。

表1 平臺代表性儀器支撐本科生主要課程情況

向本科生實驗課程開放，提升學生大儀使用技能。實驗教學中心和大儀共享平臺深入研討，制訂了“平臺設備向本科實驗教學開放實施細則”，從實驗項目開發、任務分工、工作量計算等多方面進行細化，以推進大儀共享平臺全面向本科生實驗教學和創新實踐開放。通過挖掘可與實驗教學課程相結合的大型儀器設備，開設相應的實驗項目，加深學生對理論知識的理解和對前沿分析檢測技術的靈活運用，從而提升學生解決實際問題的能力。如生物科學專業開設的“免疫學實驗”中，“小鼠脾臟T 細胞亞群檢測”實驗便利用平臺的流式細胞儀進行相關的檢測分析，學生對流式細胞儀的原理、操作及應用進行了深入學習，為后續開展科研工作打下堅實基礎。

支撐認知實習課程，增強實踐育人成效。學院生物科學專業方向學生在大學期間，有為期1 周的認知實習課程。平臺積極提供支撐，每名學生可在平臺實踐學習2 ～4 學時，由平臺實驗技術員結合學院的科研案例進行講解，引導學生了解生物學領域高端前沿的儀器設備原理、構造及用途，開闊學生視野。通過此課程，學生與平臺產生初步交集，為后期靈活運用平臺設備做好準備。

2.2 發揮現代信息技術在人才培養方面的作用

考慮到部分設備臺數少、實驗周期長，本科生實際操作機會有限［7］，為使學生能夠接觸并深入了解這些大型設備，結合儀器設備功能，通過拍攝微課視頻（見圖1）及構建虛擬仿真實驗項目提供線上學習資源，學生可在移動設備端利用碎片化時間進行練習。這種方式允許學生試錯糾錯，強化了操作過程，以虛補實、以虛促實，可以彌補實體實驗存在的局限性，同時促進學生自主學習、主動實踐。基于流式細胞儀，建立了基于本科生免疫學實驗“小鼠脾臟T 細胞亞群檢測”的微課視頻及虛擬仿真實驗項目，學生通過反復自主學習上述線上資源，從而熟練掌握儀器原理、構造、實驗方法及步驟，進而達到舉一反三、拓展儀器應用的效果。

圖1 微課視頻學習資源

2.3 開展主動培訓，深入挖掘學生學習和科研潛力

大儀共享平臺針對各類設備定期開展培訓，本科生隨時可根據自己感興趣的設備報名參加。這些主動報名參加培訓的學生，積極性很高，內在驅動力驅使他們在培訓前主動學習相關知識，在培訓過程中全身心投入，因此完全能夠熟練掌握儀器操作技能。通過這種方式，能夠拓展學生的學術視野，促進學生發掘感興趣的科研領域，幫助他們盡早參與科學研究中，為后續的科研工作打下堅實基礎［8］。

此外，平臺面向全校本科生定期舉辦開放日活動，重點展示平臺高端的儀器設備，平臺老師對該設備進行精講，學生可自主選擇感興趣的設備進行精學精練，激發學生科研熱情，培養科研興趣，增強學生創新精神。

2.4 服務學科競賽，充分提高學生實踐創新能力

競賽是培養大學生創新精神和實踐能力的有效途徑之一［9］。專任教師、實驗教學中心教師以及平臺實驗技術員可共同作為指導老師，帶學生參加iGEM 國際遺傳工程機器設計大賽、BIOMOD 國際生物分子設計大賽、“互聯網+”大學生創新創業大賽、“挑戰杯”全國大學生系列科技學術競賽等國際國內學科競賽［10-11］。以賽代練，既能培養本科生的實踐創新能力，又能拓寬學生的國際視野，強化其競賽能力。

3 大儀共享平臺面向本科生開放的成效

近年來，隨著大儀共享平臺面向本科生開放的不斷深入，平臺發展與人才培養相得益彰，取得了顯著的成效。

3.1 提升學生科創能力，助力拔尖人才培養

實踐能力和創新性思維是拔尖創新人才培養的核心指標。大儀共享平臺的先進設備面向本科生全面開放，有助于學生便捷地觸及先進的學術思想、科研方法與技術手段，并應用于開展創新性研究［12］。自2018年以來，平臺支撐本科生國家級、省校級及院級大創項目600 余項，支撐我院本科生在國際權威期刊發表SCI論文50 余篇，且在iGEM、BIOMOD 等國際競賽中榮獲8 金6 銀和一系列單項獎，在“互聯網+”“挑戰杯”國內競賽中榮獲3 金3 銀［13］。

3.2 提高大儀使用率，充分發揮平臺支撐作用

平臺部分設備如蛋白純化儀、蛋白質結晶儀、高壓細胞破碎儀等由于其應用面有限，導致機時相對偏低。平臺面向本科生開放后，實踐學習機時大幅提升，提高了設備利用率，進一步發揮了大型儀器設備在拔尖人才培養方面的應用。近年來，平臺多臺設備獲得學校效益考核優秀機組獎，學院也多次獲學校設備管理優秀單位等榮譽［14］。

3.3 拓寬職業發展通道，提升實驗技術隊伍能力

通過將大儀共享平臺面向本科生開放，平臺實驗技術員能夠參與實驗教學、指導本科生課程實踐、協助指導學生參加各類競賽等，獲得了更高的價值存在感及職業成就感。此外，平臺后期擬打通社聘人員與在編人員的職業晉升發展通道、完善薪酬制度，將績效獎勵與工作成績、實際貢獻掛鉤，縮小社聘和在編人員的待遇差距，實行趨同化管理，以提升實驗技術隊伍的業務能力及穩定性［15-16］。

3.4 多方協作，促進交叉研究

通過課程開設，平臺實驗技術人員緊跟研究熱點［17］，及時更新先進實驗技術方法，了解學院教學及科研工作對設備的使用及購置需求，以便開展針對性服務。專任教師對平臺的儀器設備資源深入了解后，有助于他們結合平臺儀器開展實驗教學工作，并且得心應手地將平臺資源用于科研工作，助力更多科研成果產出。此外，平臺不僅僅是儀器共享平臺，也是一個溝通交流的平臺，不同研究方向的教師、實驗技術人員、學生均可依托平臺開展深入交流，碰撞出思想火花，助力交叉研究領域的突破。而成熟的科研成果又可進一步轉化成實驗教學或科創訓練項目，為拔尖學生培養創造條件，回歸教學本質［18-19］。

4 結語

大儀共享平臺將大型儀器設備面向本科生全面開放，把先進的學術思想、科研方法與技術手段引入到實驗教學中，使本科生接觸到學科最新發展和最新技術，有助于培養學生科學精神、創新思維和實踐能力，提高拔尖人才培養質量，有力地支持了學院拔尖2.0 基地的建設，助力學院在2021年度基礎學科拔尖學生培養計劃2.0 首屆榮譽獎項評選中獲得佳績。

未來學院大儀共享平臺將繼續加大開放力度，支撐科研一線教師將科研成果轉化為實驗教學內容，開發創新性實驗教學項目，鼓勵大儀共享平臺實驗技術員深度參與創新性實驗教學項目開發、協助編寫實驗教材或實驗操作指導書、開展預實驗及相關材料準備，為培養“尚人文、厚基礎、強實踐、重交叉、促交流”的拔尖人才發揮重要作用。