高校大型儀器在本科創(chuàng)新人才培養(yǎng)中的應(yīng)用探討

曹 培，楊 陽*

（1.同濟(jì)大學(xué)土木學(xué)院 上海 200092；2.同濟(jì)大學(xué)巖土及地下工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 上海 200092)

創(chuàng)新人才培養(yǎng)是目前高等教育改革與發(fā)展的目標(biāo)和方向。大型設(shè)備是高校從事人才培養(yǎng)和科學(xué)研究的物質(zhì)基礎(chǔ)和重要保障，是高校綜合實(shí)力評(píng)估的重要指標(biāo)之一，在提高科研教學(xué)水平、提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量、創(chuàng)新人才培養(yǎng)等方面具有舉足輕重的作用[1-2]。近年來，隨著國家對(duì)高等教育持續(xù)不斷的投入，高等院校加快了實(shí)驗(yàn)室和科研平臺(tái)的建設(shè)步伐，大型儀器設(shè)備的數(shù)量和質(zhì)量都有了極大的提高和改善，夯實(shí)了高校的辦學(xué)條件[3-4]。為了充分發(fā)揮大型儀器設(shè)備的使用效率，推動(dòng)科研和教學(xué)水平的進(jìn)一步提升，越來越多的高校致力于整合資源，建設(shè)儀器設(shè)備資源共享平臺(tái)，將大型儀器進(jìn)行開放共享。但從目前實(shí)際的使用情況來看，大型儀器和共享平臺(tái)主要定位于為科學(xué)研究服務(wù)，在本科生創(chuàng)新人才培養(yǎng)方面發(fā)揮的作用則比較微弱。因此，如何充分發(fā)揮大型設(shè)備這種優(yōu)質(zhì)資源在本科教學(xué)中的效用，推動(dòng)本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，助力創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，是高校大型設(shè)備管理所亟待解決的問題。

1 大型儀器應(yīng)用于本科創(chuàng)新人才培養(yǎng)的意義

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是本科創(chuàng)新人才培養(yǎng)中的重要組成部分，是連接理論與實(shí)踐之間的橋梁，能夠培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力。而目前大多數(shù)本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)，多依賴于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法，使用的設(shè)備一般也是比較基礎(chǔ)和常規(guī)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器，學(xué)生鮮少有機(jī)會(huì)接觸到代表本學(xué)科專業(yè)最先進(jìn)測試技術(shù)手段的大型設(shè)備，這與創(chuàng)新人才的培養(yǎng)目標(biāo)和要求不相匹配。將大型儀器設(shè)備應(yīng)用于本科創(chuàng)新人才培養(yǎng)，具有重要的作用和意義：

1.1 培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和科學(xué)素養(yǎng)

大型儀器多為高精尖的設(shè)備，在設(shè)計(jì)原理、操作方法和數(shù)據(jù)分析等諸多方面都蘊(yùn)含了先進(jìn)的技術(shù)和理念，本身就是一個(gè)具有創(chuàng)新元素的綜合體，在創(chuàng)新人才培養(yǎng)方面具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢[5]，對(duì)于學(xué)生更好地掌握學(xué)科和專業(yè)的新技術(shù)方法具有不可替代的作用。將其應(yīng)用于本科生創(chuàng)新人才培養(yǎng)，能夠增加實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新穎性和趣味性，有效激發(fā)學(xué)生的探索欲和求知欲，開闊學(xué)生的專業(yè)視野，使學(xué)生了解學(xué)科發(fā)展前沿。學(xué)生在大型儀器的學(xué)習(xí)、使用和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)開展過程中，創(chuàng)新能力和科學(xué)素養(yǎng)能夠得到良好的啟發(fā)和訓(xùn)練。

1.2 促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，知識(shí)更新的周期也在不斷縮短，這對(duì)高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的提升也提出了更高的要求。目前很多高校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容存在著明顯滯后的現(xiàn)象，與學(xué)科發(fā)展前沿脫節(jié)[6]，為創(chuàng)新人才培養(yǎng)帶來了阻礙。將大型儀器應(yīng)用于本科創(chuàng)新人才培養(yǎng)，不僅可以促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教師開發(fā)能夠體現(xiàn)大型儀器設(shè)備特色的實(shí)驗(yàn)課程和項(xiàng)目，建立合適的開放管理機(jī)制，而且有助于高?？蒲谐晒虮究平虒W(xué)和人才培養(yǎng)的轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)科研和教學(xué)相互促進(jìn)，共同發(fā)展，從而進(jìn)一步深化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)層次和效果。

1.3 充分大型儀器設(shè)備的效益

如何充分發(fā)揮大型儀器設(shè)備的效益一直是高校實(shí)驗(yàn)室管理面臨的挑戰(zhàn)。由于前期建設(shè)過程中調(diào)研不充分等多方面原因，使得不少大型儀器存在使用機(jī)時(shí)過低的現(xiàn)象[7]。目前大型設(shè)備的使用主要集中在科研和公共服務(wù)方面，在教學(xué)工作方面的比例偏少，具有較大的提升開發(fā)潛力。本科生數(shù)量眾多，是提高大型儀器使用效益的極大助力。因此，將大型儀器應(yīng)用于本科創(chuàng)新人才培養(yǎng)，可以充分發(fā)揮儀器設(shè)備的使用效益，極大地提高儀器的利用率。

2 大型儀器應(yīng)用于本科創(chuàng)新人才培養(yǎng)的現(xiàn)狀

大型儀器因其專業(yè)性、先進(jìn)性和不菲的價(jià)格，在實(shí)際使用中主要定位于為科學(xué)研究服務(wù)，而真正在本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)和創(chuàng)新人才培養(yǎng)方面的應(yīng)用則相對(duì)較少。以同濟(jì)大學(xué)土木學(xué)院（以下簡稱“我?！保┩聊竟こ虒W(xué)院為例，學(xué)院擁有170 余臺(tái)40 萬以上的大型儀器，從2022 年度大型儀器開放共享考核結(jié)果可以看出，絕大部分服務(wù)項(xiàng)目都是科研項(xiàng)目，在教學(xué)方面的應(yīng)用機(jī)時(shí)占比不到5%。另外我校于2011年就已建立了大型儀器開放共享平臺(tái)并逐步發(fā)展完善，實(shí)現(xiàn)了全校范圍內(nèi)科研儀器設(shè)備的統(tǒng)籌管理和資源共享，推動(dòng)了學(xué)科發(fā)展和跨學(xué)科交叉融合。用戶可以根據(jù)研究需求預(yù)約使用平臺(tái)上任意科研設(shè)備，但平臺(tái)主要面向廣大教師和研究生開放，對(duì)本科生使用科研設(shè)備的需求重視不足，對(duì)本科生用戶的使用權(quán)限有諸多限制。大型設(shè)備在本科創(chuàng)新人才培養(yǎng)方面的應(yīng)用主要存在以下幾點(diǎn)困難：

①設(shè)備數(shù)量有限。大型設(shè)備因?yàn)閮r(jià)格昂貴所以臺(tái)套數(shù)少，一般同種類型的設(shè)備僅有一、兩臺(tái)，要承擔(dān)學(xué)院甚至全校的科研服務(wù)，任務(wù)繁重，科研和教學(xué)難以兼顧。而且本科生人數(shù)多，規(guī)模大，大型設(shè)備的數(shù)量不足以支撐眾多本科生的實(shí)驗(yàn)需求。

②設(shè)備操作要求高。大型設(shè)備具有較強(qiáng)的專業(yè)性和針對(duì)性，要求操作人員具有一定的專業(yè)技術(shù)水平和儀器操作經(jīng)驗(yàn)，如果操作不當(dāng)容易損壞設(shè)備。而本科生普遍缺乏大型儀器的實(shí)操經(jīng)驗(yàn)，不具備操作大型設(shè)備的基本條件。而且大型設(shè)備的運(yùn)行和維護(hù)成本比較高，維修周期較長，因此為避免因操作失誤導(dǎo)致的儀器故障，保障儀器設(shè)備的高效運(yùn)行，實(shí)驗(yàn)室往往不敢貿(mào)然讓本科生單獨(dú)操作大型設(shè)備。

③考核指標(biāo)不完善。在對(duì)大型儀器進(jìn)行服務(wù)績效考核時(shí)，往往不考慮儀器設(shè)備的類別和特點(diǎn)，所有的設(shè)備都采用統(tǒng)一的指標(biāo)進(jìn)行考核。一般來說，考核指標(biāo)主要包括服務(wù)機(jī)時(shí)、培訓(xùn)學(xué)生數(shù)量、支撐國家項(xiàng)目數(shù)量、發(fā)表論文和專利成果的數(shù)量等?？梢钥闯?，這些考核指標(biāo)并不完善，大多聚焦于科研項(xiàng)目，在教學(xué)層面則很少涉及，這勢必會(huì)影響儀器設(shè)備的開放使用和管理，導(dǎo)致大型儀器的使用向科研項(xiàng)目傾斜，優(yōu)先保障科研實(shí)驗(yàn)的使用。

3 大型設(shè)備在本科創(chuàng)新人才培養(yǎng)中的應(yīng)用措施

3.1 開發(fā)基于大型儀器設(shè)備的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

若要使大型設(shè)備在本科創(chuàng)新人才培養(yǎng)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中真正發(fā)揮作用，必須要有明確的教學(xué)目標(biāo)和切實(shí)可行的教學(xué)內(nèi)容，不能只停留在表面，流于形式。如果只局限于讓學(xué)生按部就班地學(xué)會(huì)開關(guān)機(jī)和簡單的操作步驟，那必然無法激起學(xué)生的探索興致，對(duì)創(chuàng)新人才培養(yǎng)無法形成有效的助益。因此，有必要結(jié)合大型儀器設(shè)備的類別和特點(diǎn)，找準(zhǔn)切入點(diǎn)，積極開發(fā)適合本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容和素材。我校在這方面進(jìn)行了一系列有益的探索和嘗試。

我校巖土工程實(shí)驗(yàn)中心，將粒度粒形分析儀、彎曲元波速測試儀、聲發(fā)射彈性波測試和地質(zhì)透視儀等科研設(shè)備引入本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)，結(jié)合精品實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、本科生導(dǎo)師制項(xiàng)目和“三進(jìn)”項(xiàng)目（進(jìn)實(shí)驗(yàn)室、進(jìn)課題組、進(jìn)項(xiàng)目）、SITP項(xiàng)目等，開發(fā)了一批綜合性、設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)，以拓寬學(xué)生的科研視野，培養(yǎng)具有創(chuàng)新思維的新型復(fù)合人才[8]。

我?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，搭建了本科生大型儀器開放平臺(tái)，開發(fā)了一系列有特色的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)了常態(tài)化和自主性兩個(gè)層次的開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)，以教會(huì)學(xué)生如何利用儀器開展有目的的自主性學(xué)習(xí)和研究[9]。

我校汽車學(xué)院利用燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)大型測試設(shè)備，結(jié)合已有的科研項(xiàng)目和學(xué)生的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)了不同的工況科研性教學(xué)實(shí)驗(yàn)，作為本科生“發(fā)動(dòng)機(jī)測試技術(shù)實(shí)驗(yàn)”的補(bǔ)充，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和綜合能力[10]。

3.2 建立大型儀器定期培訓(xùn)制度

定期開展針對(duì)本科生的大型儀器培訓(xùn)和技術(shù)指導(dǎo)，為其使用大型儀器提供支持和保障。每學(xué)期開始將相關(guān)的培訓(xùn)信息發(fā)布在教學(xué)系統(tǒng)上，學(xué)生可自行預(yù)約相關(guān)的儀器培訓(xùn)。根據(jù)內(nèi)容可以將培訓(xùn)分為科普類和操作類兩種。科普類的培訓(xùn)多以選修課或講座的形式開展，主要介紹大型儀器的結(jié)構(gòu)組成、工作原理、性能指標(biāo)和主要用途等，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)本學(xué)科的先進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法和測試技術(shù)手段，了解各大型設(shè)備的基本功能，可以有的放矢地選擇感興趣的設(shè)備，根據(jù)現(xiàn)有的設(shè)備資源進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。操作類的培訓(xùn)以操作演示和上機(jī)訓(xùn)練的形式開展，主要包括實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)知識(shí)、儀器的操作步驟、注意事項(xiàng)和安全須知等內(nèi)容，讓學(xué)生親自動(dòng)手進(jìn)行操作訓(xùn)練。同時(shí)還可以給學(xué)生提供儀器操作視頻，甚至是虛擬實(shí)驗(yàn)，以便學(xué)生可以不受時(shí)空限制隨時(shí)練習(xí)模擬操作。除此之外，還可以給學(xué)生提供實(shí)操觀摩的機(jī)會(huì)，完成操作培訓(xùn)的新手學(xué)生通過預(yù)約申請，可以在有經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生操作儀器時(shí)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室觀摩學(xué)習(xí)，通過“老帶新”的觀摩和交流，進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)儀器使用的認(rèn)識(shí)，為獨(dú)立上機(jī)操作提供保障。

3.3 優(yōu)化完善績效考核機(jī)制和評(píng)價(jià)體系

在儀器績效考核方面，進(jìn)一步優(yōu)化完善考核指標(biāo)和評(píng)價(jià)體系。在制定考核指標(biāo)時(shí)，應(yīng)充分考慮儀學(xué)科和儀器的多樣性和個(gè)性化，根據(jù)設(shè)備的功能定位和使用方向，制定多元化的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于通用型和教學(xué)型的設(shè)備，可以增加教學(xué)相關(guān)指標(biāo)在評(píng)價(jià)體系中的比重，以便更好地發(fā)揮考核機(jī)制和評(píng)價(jià)體系的積極引導(dǎo)作用，實(shí)現(xiàn)科研支撐和教學(xué)育人并舉。

同時(shí)，完善的考核機(jī)制可以具有明確的目標(biāo)導(dǎo)向性，能夠?qū)?shí)驗(yàn)教師和儀器設(shè)備管理員等產(chǎn)生有效的激勵(lì)作用，調(diào)動(dòng)教職員工的積極性，推動(dòng)他們進(jìn)一步地去探索大型設(shè)備在實(shí)驗(yàn)教學(xué)和創(chuàng)新人才中的應(yīng)用。

4 結(jié)語

在國際國內(nèi)發(fā)展競爭日益激烈的形勢下，培養(yǎng)具有創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才是高校面臨的迫切任務(wù)之一。大型儀器作為高校硬實(shí)力的標(biāo)志，是創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要資源和平臺(tái)，因此，以大型儀器平臺(tái)為基礎(chǔ)，在操作與實(shí)驗(yàn)中拓寬學(xué)生的專業(yè)視野、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力具有重要的意義。只有從頂層設(shè)計(jì)著手，統(tǒng)籌安排，優(yōu)化配置，建立行之有效的開放內(nèi)容和全面保障制度，才能充分發(fā)揮大型儀器的資源優(yōu)勢，為本科創(chuàng)新人才培養(yǎng)保駕護(hù)航。