“需求導向、分類卓越”的大型儀器培訓模式探索

摘"要：大型儀器在高校進行實驗教學、科學研究和科技創新中發揮著重要作用，大型儀器培訓已成為提高儀器開放共享和使用效率的有效舉措。針對目前培訓中存在的重操作輕原理、培訓針對性弱、培訓受眾局限等問題，北京科技大學化學分析共享平臺圍繞人才隊伍建設、開放共享和科學普及等方面，依照需求導向型大型儀器分類培訓模式開展實施，取得了良好成效。實踐表明，完善的培訓體系可以培養學生正確使用科學儀器和設備的能力，發揮儀器使用效益并促進科研成果產出，為高校分析測試平臺大型儀器在“雙一流”建設、開放共享和社會服務中提供借鑒。

關鍵詞：需求導向；大型儀器；培訓體系；開放共享；“雙一流”建設

隨著國家實施創新驅動發展戰略以來，各高校對大型儀器設備的投資采購進入跨越式時代［1］。科研設施與儀器規模持續增長，覆蓋領域不斷拓展，技術水平明顯提升，綜合效益日益顯現［2］。根據《國務院關于國家重大科研基礎設施和大型科研儀器向社會開放的意見》（國發〔2014〕70號）精神，大型科研儀器等科技基礎條件資源是國家創新體系的重要組成部分，也是科技創新的重要基礎保障。持續推進大型科研儀器開放共享，對提升國家創新整體效能、服務國家重大科技創新意義重大［35］。高校分析測試平臺作為科技創新、人才培養和社會服務的關鍵技術平臺，是高校學科強校、提升科研水平的重要板塊，也是高校推進產學研協同創新、服務社會經濟發展的窗口。開放共享，培訓先行，大型儀器系統培訓體系為高校大型儀器共享平臺的高效運行保駕護航［6］。

一、大型儀器培訓體系現狀分析

平臺配有大型儀器設備22臺，涉及原子光譜、分子光譜、氣體元素分析、色譜分析、物構分析、熱電分析、表面分析等方向，涵蓋鋼鐵、有色、礦物、機械、環保等領域。目前，平臺儀器已全部實現開放共享，不僅可以最大限度滿足校內單位科研測試需求，同時可以為多家高校科研院所及企事業單位提供分析檢測服務。

然而，平臺作為校級共享平臺試點，當前培訓體系在落實科學研究、人才培養、社會服務的大學職責方面，發現有以下問題。

（一）對于科學研究的貢獻稍有不足

培訓理論性知識不夠，重操作輕原理。學生在未完全了解儀器原理及構造的前提下，只記操作步驟而不明操作原因。對不同種類材料區分性小。以往的培訓方案通常采用最普遍的材料進行，缺乏針對性，導致培訓效果不佳。培訓維度不夠，僅包括上機操作環節，樣品前處理過程和數據結果分析部分缺失。

（二）對于本科教學及人才培養的支撐作用尚有欠缺

高校大型儀器設備往往用在科研上居多，而在本科實驗教學中參與度有限。如今，一流本科教育的建設發展對于本科生實驗能力提出了新的要求，因此，高校大型儀器的實驗教學對本科生素質和能力的培養尤為重要。

二、需求導向型大型儀器分類培訓模式的構建探索

（一）發展以需求導向型大型儀器分類培訓模式的必要性

眾所周知，教學、科研和社會服務是高等教育的三大職能。三大職能彼此間相輔相成、互動互助。隨著各大高校的逐步轉型，改革應從整體上把握與設計三大職能的實現途徑與操作載體，應盤活并整合現有的各種教育資源，尤其是教學資源、科研資源和社會服務資源，使之為學生的發展服務，從而使高等教育實現結構性的改造。尤其是要高度重視理論研究和實踐探索，以教學科研為基，開展社會服務，充分發揮高校智庫作用。

傳統的大型儀器培訓流程化嚴重，培訓方式過于單一，很難讓學生由感性上升到理性的思考，容易形成固化思維，限制學生的創新能力和研究能力。統一現場培訓由于實驗空間、儀器數量、學生人數等因素的影響，每位學生操作儀器的時間局限，導致培訓效果不佳，學生往往是學過就忘，或者只是生硬的記住幾個操作步驟，不能真正掌握儀器原理及操作，遇到難處理的樣品不懂如何融會貫通。更需要關注的是，培訓的受眾面窄，來參加培訓的大多是研究生，且大型儀器功能僅體現在測試樣品中，未將大型儀器真正的價值最大化利用起來。

相比于傳統培訓模式，以需求為導向分類培訓模式的提出更顯重要。按照培訓需求的不同對教育教學、科學研究和社會服務三類進行劃分，其中，教學以傳授知識為主；科研以發現知識為主，社會服務以應用知識為主；科研研究是教學活動的直接體現，而人才培養是傳播、應用和傳承科學研究成果的實踐活動；社會服務則是學術成果的應用化和人才培養的實用化行為。三項分類均是以培養為社會服務的創新型人才為根本目標。

（二）以科研需求為導向的培訓模式

平臺圍繞人才隊伍建設、開放共享和科學研究等方面，面向有科研需求的師生群體，實踐中構建探索出一條適合我平臺發展的高效培訓新機制，提出“STFE”一站式培訓模式，切實保障培訓效果和深度。

1.調研（Survey，S）模塊

培訓開始前，平臺采用問卷報名方式，通過北京科技大學自然科學基礎實驗中心和北京科技大學科學技術研究院官方公眾號、群通知發放，旨在調研學生的科研需求以及對儀器分析測試的需求等。培訓教師就收集到的信息進行整理匯總，確定初步培訓方案、時間及培訓人員名單。將培訓人員按照培訓需求分組后，建立新的交流群，再次確認培訓時間和方案，發布培訓資料（包括儀器介紹和工作原理、儀器結構和操作規程、數據處理和分析方法、儀器維修維護、安全注意事項等），做好培訓準備。

2.培訓（Train，T）模塊

培訓環節分為四個部分。第一部分：理論知識；第二部分：上機操作；第三部分：數據處理；第四部分：考核。四個部分緊密聯系，缺一不可。

（1）理論知識。掌握儀器工作原理可為熟練操作儀器打下基石，也為解決實際工程問題奠定基礎。原理的學習對于增強學生科學素養、專業知識以及解決問題的能力非常重要。培訓部分重點從課本已學習的理論知識入手，結合儀器構造部件，闡明儀器的工作原理。在介紹儀器應用講解階段穿插回顧原理知識，學生能夠從理論層面最大限度掌握儀器的原理和應用。同時，為保證培訓教學效果，培訓教師課堂采用PPT展示和板書結合授課，加深學生對儀器工作原理的理解和提高科學思維能力，促進創新能力的發展。

（2）上機操作。在完成理論培訓后，培訓教師帶領學生現場參觀并講解儀器設備的構造及部件功能，結合課堂上理論知識，加深學生對儀器工作原理的理解。在此期間培訓教師還要強調實驗安全注意事項，只有正確、規范地使用儀器，才能安全高效地進行科研工作，保障實驗室的正常運行。培訓教師首先根據前期調研環節確定的培訓方案，上機演示講解代表性樣品的前處理指導、測試方法、測試流程、一般和特殊樣品的測試區別指導等。其次是儀器的正確維護和保養是實驗質量的重要保障。正確的定期保養是必要的，可以避免因長期使用而出現問題。培訓教師指導學生正確清潔和校準儀器。最后由學生逐一上機實操，培訓教師全程指導，關注學生操作過程中可能出現的問題，鼓勵學生同時相互溝通交流，引導學生提出合理解決方案，幫助學生深化知識點和操作規程。此外，操作規程及使用注意事項以展板形式張掛在對應儀器旁邊，方便上機者自行操作儀器時參考。培訓整個過程中，培訓教師做好相關記錄。

（3）數據處理。數據處理是檢驗測試質量的關鍵環節。培訓教師針對儀器在不同應用領域的測試結果進行分類講解。依照前期調研結果，列舉各組不同代表樣品在該儀器上的數據，詳細解析結果的分析方法，提取測試結果有用信息，指出一般與特殊數據的共通性及區別，幫助學生更好解決科研問題，培養學生批判性思維和創新能力，提升培訓深度和維度。

（4）考核。培訓全部結束后，為了檢驗學生對理論知識的學習情況，以及對儀器設備工作原理、操作規程、安全規范等知識的掌握程度，設立兩次考核。一次為理論知識考核，內容包括基礎理論知識、儀器工作原理、儀器操作規程以及安全注意事項等。題目采用題庫式線上答題模式，學生在有限的時間內考試合格者，才能進入下一個環節的儀器操作考試。儀器操作考試重點考察學生的獨立上機操作能力以及安全規范意識。雙重考核的實施更大程度地強化了學生對于儀器的掌握和避免因操作不當造成儀器的損壞。培訓結束，平臺根據考核結果發放上機操作許可證，學生必須持證上機從事實驗研究。

3.反饋（Feedback，F）模塊

培訓反饋環節包括以下兩部分。

第一部分：培訓過程和考核意見反饋。采用問卷調查方式收集學生對培訓過程以及考核的意見和建議。

第二部分：數據分析和總結改進。對收集到的反饋意見進行梳理，結合培訓記錄及考核結果，將問卷中提到的問題和實際培訓及考核中存在的問題進行分析總結，撰寫培訓總結報告，并對下一輪的培訓方案進行適度調整和優化。

4.拓展（Expansion，E）模塊

（1）實習基地。近年來北京科技大學大力開展學科建設活動，逐步面向開放性實驗室轉型。依托校內先進實驗室的實驗設備儀器和專業培養模式，模擬企事業生產線作業流轉，實現了大學實驗室成為大學生實習基地的可能。通過制訂針對不同專業學生的個性化培訓方案，不僅為學生提供了方便有效的生產實習平臺，同時也激發了學生探索科研知識的興趣，培養了學生的科學素質和實踐能力。

（2）資料分享。充分發揮新媒體優勢，平臺借助官方公眾號、網頁等不定期推送科研儀器等方面相關理論和知識，對最新跨學科領域學術動態及成果進行推介，為學生擴充知識儲備，積累跨學科知識。

（3）前沿知識與技術講座。為深入貫徹落實黨的二十大精神，推動學校一流學科建設與人才培養模式改革的思考與探索，豐富學生學術生活與知識儲備，增強創新意識和科學認知，平臺不定期舉辦系列前沿知識與技術講座。講座師資隊伍由三梯隊組成，第一梯隊為儀器廠家技術工程師，旨在將行業內企業技術的前沿應用和使用經驗引入講堂，實施產學合作協同育人；第二梯隊為儀器管理教師，側重講述儀器在長期使用和管理中出現的問題及需要注意的事項；第三梯隊為校內外教學科研教師，基于自身科研領域豐富的教學科研經驗，聯合先進儀器設備檢測技術，探討其研究領域的前沿發展及需求。

（三）以教學需求為導向的培訓模式

近年來，各高校大力發展建設一流本科教育，為適應新時代人才培養的需求，全面提高本科生綜合素質，本科生實驗能力的培養已成為高等教育改革的一項重要目標。在本科實驗教學中，對大型儀器的需求也愈發凸顯。大型儀器的使用應得到更加廣泛和深入的推廣，為本科實驗教學提供更好的支撐和幫助。平臺充分利用現有的大型儀器設備與技術，面向全校本科生開發優質實驗課程，將理論課程與大型儀器操作使用有機結合，開設“材料綜合分析方法”校級公共選修課，每學期共32學時，全面提升學生實驗技能及科研素質。

同時，平臺開設“化學魔術”校級公共選修課，面向全校各個專業的學生。“化學魔術”以化學實驗豐富多彩的表現形式為引導，涵蓋各類型化學物質及化學反應原理，并進行知識的擴展和延伸，與日常生活中的化學相聯系，為理科、工科、文科、管理不同專業的大學生普及化學基礎知識，提升本科生的科學素養和綜合素質。目前已完成《大學趣味化學實驗》講義的編寫。

此外，平臺支撐大學生創新創業項目（SRTP）開展，近幾年開展的項目包括：紅外碳硫儀瓷坩堝高溫釋放曲線分析——坩堝重復使用可行性研究；示差分光光度法分析合金中高含量錳的研究；無汞無鉻測鐵法——鄰菲羅啉示差分光光度法測定鐵礦石中全鐵含量；航空領域鎳基高溫合金中鎳、鉻、鈦、鋁含量的快速測定；市售不同品牌瓶裝水中的“水”離子含量大探究等。

平臺還指導本科生畢業設計，教師就本科生畢業設計論文中的實驗規范操作、結果處理及質量控制、論文撰寫等方面進行了示范性指導。

（四）以社會服務需求為導向的培訓模式

平臺于2022—2024年參與主辦北京科技大學“i科學”多項科普活動，逐步建立具有北京科技大學特色的科普品牌。2023年及2024年連續兩年參與舉辦北京科技大學“鋼鐵脊梁向未來”科普創新與發展論壇，各界人士共研科學教育發展新思路、新舉措。教育作為強國之本、科研之源，尤其是科普教育，作為科研和教育兩大領域的結合點，起到了引領導向的作用。科普教育有助于提高全民科學素質，有效地開展科學技術普及教育，大量培養科技創新人才。

結語

大型儀器培訓體系的構建需要長期探索，只有將培訓模式和實驗室發展需求相融合，在實踐過程中不斷打磨、總結、優化和完善，才能將培訓機制發揮出重要作用，以需求為導向型的大型儀器分類培訓模式的構建，為高校大型分析測試平臺培訓體系提供了新思路。今后，平臺將繼續建設優化培訓體系，多措并舉探索大型儀器設備培訓新路徑，切實保障儀器設備高效穩定運行，全面支撐學校學科建設、科學研究，助力“雙一流”建設。構建多功能培訓通道，建立培訓普適性長效機制，落實國家創新驅動發展戰略，為建設教育強國、科技強國做出積極貢獻。

參考文獻：

［1］國務院.關于國家重大科研基礎設施和大型科研儀器向社會開放的意見：國發〔2014〕70號［EB/OL］.（2015126）.https：//www.gov.cn/zhengce/content/201501/26/content_9431.htm.

［2］陳晨，陸乃彥，范大明，等.大型精密貴重儀器培訓體系重構的探索［J］.實驗技術與管理，2018，35（08）：273275.

［3］王忠輝，李艷紅，范浩軍.大型儀器開放共享平臺管理模式的探討［J］.實驗室科學，2018，21（04）：184187+191.

［4］肖楠楠，張妍.熒光成像平臺高效培訓管理模式建立與實踐［J］.實驗技術與管理，2021，38（06）：258260+264.

［5］丁小麗，劉陶，郭玲，等.大型儀器的自主測試培訓對其使用效益發揮的促進作用［J］.高校實驗室工作研究，2015（3）：9395.

［6］戚亮新，張原英，徐建軍，等.貴重儀器設備使用操作培訓考核上機制度淺探［J］.實驗室研究與探索，2002（02）：104106.

基金項目：2024年河北省創新能力提升計劃項目“西隆電纜有限公司防蟻阻燃電纜創新創業團隊”（244A7607D）

*通信作者：葉雯（1992—"），女，漢族，安徽銅陵人，理學博士，工程師，主要從事大型儀器設備運行管理及電/光催化材料研究。