經(jīng)濟高效的大型精密儀器院級共享平臺搭建*

連歡 張翠忠 李志紅 劉鳳平 張貞發(fā)

廣西民族師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院 廣西崇左 532200

0 引言

大型精密儀器是各大高校開展教學(xué)和科學(xué)研究的重要硬件支撐，在高校實踐教學(xué)、科學(xué)研究及服務(wù)社會方面扮演著不可或缺的角色，從一定程度上體現(xiàn)了一所高校的辦學(xué)水平和層次[1-2]。近些年來，伴隨國家教育發(fā)展戰(zhàn)略的部署和實施，各類地方高校的辦學(xué)規(guī)模逐漸加大，學(xué)校對硬件設(shè)施的投入增加，特別是用于教學(xué)和科研的大型精密儀器數(shù)量逐年增多。但由于相關(guān)管理機制和人才配備跟不上硬件設(shè)施擴充的步伐，資源難以充分利用，造成國家資源的浪費。

精密儀器一般是指：單價在10 萬元及以上的設(shè)備；單價不足10 萬元，但屬于成套購置或需配套使用，整套價格在10 萬元及以上；單價不足10 萬元，但屬于國外引進、教育部規(guī)定為貴重稀缺的精密儀器。儀器使用效率要求方面，教育部專用儀器設(shè)備800 小時/年,通用儀器設(shè)備1 400 小時/年。但國內(nèi)高校大型儀器設(shè)備的利用率普遍不高，設(shè)備閑置、服務(wù)能力較弱的現(xiàn)象普遍存在，未達(dá)到國家管理服務(wù)和開放共享要求。地方高校的儀器投入與產(chǎn)出的矛盾更加突出。這是由于地方高校資金方面較困難，沒有充足資金購買大型精密儀器管理平臺，師生無法方便、及時地預(yù)約、使用到精密儀器[3-4]；另外，每個技術(shù)員負(fù)責(zé)的實驗設(shè)備數(shù)量較多且設(shè)備數(shù)量逐年增加，但實驗技術(shù)員隊伍難以補充人員，甚至流失，導(dǎo)致技術(shù)員工作量日益繁重。需要探索出既能夠提升儀器設(shè)備使用效益，又能夠減輕工作人員腦力和體力的方案。綜上所述，如何以最低的資金投入提高大型精密儀器的使用效益、緩解技術(shù)員工作壓力是地方高校亟待解決的問題。

1 設(shè)備管理現(xiàn)狀

目前，廣西民族師范學(xué)院化學(xué)與生物工程學(xué)院實驗管理中心在崗人員有分管副院長1 人，實驗室主任1 人，實驗員4 人，精密儀器技術(shù)員3 人，其中，精密儀器技術(shù)員不僅負(fù)責(zé)全學(xué)院的精密儀器操作維護及實驗室管理工作，還要兼做實驗教學(xué)相關(guān)的其他工作。實驗室人員結(jié)構(gòu)和基本責(zé)任分工如圖1 所示。由圖可知，每個技術(shù)員負(fù)責(zé)的設(shè)備部分是親自測試的儀器設(shè)備，一部分是給學(xué)生自主操作的設(shè)備，還有一部分是教學(xué)設(shè)備，技術(shù)員還要承擔(dān)所負(fù)責(zé)的對應(yīng)儀器的實踐教學(xué)任務(wù)以及實驗室的其他相關(guān)事務(wù)。

圖1 實驗室人員結(jié)構(gòu)及分工圖

學(xué)院每年在校學(xué)生在兩千人左右，涉及精密儀器設(shè)備使用的學(xué)生在400 人左右。擁有5 萬元以上設(shè)備100 多臺，含10 萬元以上貴重精密儀器設(shè)備50 多套，其中有30 多套設(shè)備為學(xué)院內(nèi)部共享設(shè)備，其余的為使用頻率較高的教師個人管理，即放置在課題組實驗室（將課題組實驗室統(tǒng)稱為功能實驗室）。其中，學(xué)院內(nèi)部共享設(shè)備中有四臺60 萬以上的設(shè)備對社會開放，對外開放的設(shè)備目前主要為跟學(xué)院有合作的企業(yè)提供無償服務(wù)。

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的到來，精密儀器設(shè)備信息化迎來新的發(fā)展契機，通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)大型精密儀器設(shè)備的管理已成為實現(xiàn)精密儀器高效管理、提高設(shè)備使用效率、服務(wù)能力及其開放共享的有效途徑。因此，廣西民族師范學(xué)院在2019 年利用專業(yè)建設(shè)經(jīng)費將實驗室基礎(chǔ)設(shè)施改造，補充大量進口精密儀器設(shè)備，并購買智慧實驗室系統(tǒng)，主要用于部分實訓(xùn)室監(jiān)控管理和大型精密儀器設(shè)備的預(yù)約使用，但該預(yù)約平臺的使用受局域網(wǎng)的限制，不能在其他網(wǎng)絡(luò)中登錄使用。局域網(wǎng)絡(luò)問題難以得到解決，導(dǎo)致這個看起來比較先進的預(yù)約平臺成為雞肋，但這并不妨礙精密儀器正常預(yù)約及使用。這幾年利用有限的資源和簡單的管理模式實現(xiàn)了各大精密儀器的快捷預(yù)約，沒有實驗設(shè)備信息閉塞和時空局限，學(xué)院各大精密儀器設(shè)備正常有序運行，為廣西民族師范學(xué)院的實踐教學(xué)、科學(xué)研究及社會服務(wù)提供了強有力的保障。

2 簡易平臺建設(shè)

2.1 管理平臺搭建

2015 年，實驗室管理軟件短缺，沒有其他便捷使用設(shè)備的途徑，更沒有預(yù)約使用儀器設(shè)備的預(yù)約途徑，且當(dāng)時只有一名技術(shù)員，所有精密儀器設(shè)備均需要親自操作測試，基本都是學(xué)生或教師送樣品過來，由技術(shù)員進行測試，測試完畢拷貝數(shù)據(jù)發(fā)送給相應(yīng)的學(xué)生或教師。但一名技術(shù)員很難面面俱到，技術(shù)員像流水線操作工一樣，工作量非常大，且很多樣品不能及時測試，儀器設(shè)備運行情況等信息無法透明。為了便于統(tǒng)一管理設(shè)備，實現(xiàn)設(shè)備運行情況信息透明公開化，便于管理統(tǒng)計實驗室使用率等數(shù)據(jù)，提升實驗設(shè)備使用效率，技術(shù)員利用工作常用的騰訊QQ 建立一個可容納500 人的精密儀器預(yù)約群，以社群管理為途徑，在實驗室管理上做出以下改革：

1）建立簡單明了的實驗室管理制度；

2）儀器設(shè)備使用流程；

3）儀器設(shè)備使用在線預(yù)約；

4）培訓(xùn)學(xué)生，實現(xiàn)部分設(shè)備學(xué)生自主操作。

簡單的實驗室管理制度及儀器使用要求均以群公告的形式體現(xiàn)，讓學(xué)生通過發(fā)送已經(jīng)既定的Excel表格到群文件的形式來預(yù)約設(shè)備。與之前相比，儀器利用率有效提高，儀器使用過程中留有電子檔案，但是學(xué)生和教師要經(jīng)常下載最新文檔表格，然后再填寫預(yù)約信息并上傳群文件，不可避免的是如果有多個人同時下載并上傳文檔會導(dǎo)致部分預(yù)約信息被漏掉，但這種情況是少數(shù)，當(dāng)時設(shè)備數(shù)量很少，預(yù)約人數(shù)也沒有現(xiàn)在多，大多數(shù)情況下不會出現(xiàn)這種遺漏。直到2018 年騰訊在線文檔橫空出世，為實驗管理平臺提供了極大的便利。將預(yù)約文件遷移到在線文檔不僅可以免去不斷上傳文檔的麻煩，還可以實現(xiàn)多人同時在線編輯，這在原有基礎(chǔ)上更加便捷，有效增強設(shè)備資源供需的透明度，使用效率進一步提升。

2.2 平臺管理

互聯(lián)網(wǎng)只是一個工具，如何使工具發(fā)揮最大價值的關(guān)鍵在于管理。首先是群成員的管理，群成員由指導(dǎo)教師、學(xué)生及實驗技術(shù)員構(gòu)成，學(xué)生畢業(yè)就會自動退群，因此群成員始終都沒有超過500 人。技術(shù)員、指導(dǎo)教師及學(xué)生的群昵稱分別有統(tǒng)一的格式，方便識別。比如技術(shù)員昵稱為“技術(shù)員—張三—（SEM/XRD/AFM）”。儀器設(shè)備預(yù)約使用規(guī)范及群規(guī)則都在群公告里簡明展現(xiàn)。目前，由于技術(shù)員缺乏，有一部分儀器設(shè)備完全開放給學(xué)生自主操作使用（稱為其他精密設(shè)備），每學(xué)期組織兩次以上的線下培訓(xùn)，每個指導(dǎo)教師派代表學(xué)習(xí)，后續(xù)把操作視頻上傳至群文件或拷貝給指導(dǎo)教師以供學(xué)生和指導(dǎo)教師學(xué)習(xí)鞏固。貴重精密儀器設(shè)備的使用，如掃描電子顯微鏡（SEM）、X 射線粉末衍射儀（XRD）等操作及維護成本較高的設(shè)備需要技術(shù)員親自操作測試，但測試樣品的制作是由學(xué)生自主完成的，樣品制作方法及注意事項等以視頻的方式記錄并上傳群文件供學(xué)生自主學(xué)習(xí)。學(xué)生準(zhǔn)備好樣品之后，提前一天在線填寫樣品信息，填好之后私聊對應(yīng)的技術(shù)員，提醒技術(shù)員確認(rèn)。學(xué)生在儀器使用時間找技術(shù)員拿鑰匙開門，開門后先檢查衛(wèi)生和設(shè)備情況，確認(rèn)沒有問題后正式使用。在使用過程中遇到問題可以通過QQ 在線私聊技術(shù)員，報告故障。使用完畢后，向技術(shù)員報告使用情況，如需檢查，則在檢查通過后鎖門即可。一般實行互相監(jiān)督管理，如果下一位儀器使用者使用前發(fā)現(xiàn)問題，則追究上一位使用者的責(zé)任。所以基本上學(xué)生使用完鎖門拍照給技術(shù)員確認(rèn)即可。技術(shù)員如果在其他儀器上測樣，也可以通過QQ 在線指導(dǎo)學(xué)生排除故障。如果故障問題較大則停止測樣，由技術(shù)員抽時間親自排查故障。在線文檔可以多人編輯，部分內(nèi)容有可能被誤刪，雖然在實際使用過程中幾乎沒有發(fā)生過誤刪除數(shù)據(jù)的情況，但依然需要定期備份數(shù)據(jù)。實驗設(shè)備的安全管理離不開前期的學(xué)生教育，這種管理模式剛開始會有些困難，當(dāng)在校所有師生都適應(yīng)這種模式后，會影響下一屆學(xué)生，在這種良性氛圍的熏陶下，后面使用的學(xué)生就會自覺遵守管理規(guī)定。此外，指導(dǎo)教師的作用也不容小覷，因此前期在指導(dǎo)教師實驗設(shè)備使用規(guī)范的培訓(xùn)上會花些時間，責(zé)任落實到每個指導(dǎo)教師后，指導(dǎo)教師會嚴(yán)格要求學(xué)生遵守管理規(guī)范。

設(shè)備管理預(yù)約流程圖如圖2 所示。把設(shè)備分成三大類進行管理：一類是教學(xué)設(shè)備，這類設(shè)備專注于實踐教學(xué)，主要使用人員是技術(shù)員和承擔(dān)實踐課程任務(wù)的專任教師；二類是科研設(shè)備，主要用于科研，主要使用人員是技術(shù)員；三類是其他精密儀器設(shè)備，這類設(shè)備主要是已經(jīng)在課堂教學(xué)中學(xué)習(xí)過的和操作相對簡單、維護成本相對較低的設(shè)備，這部分設(shè)備是給學(xué)生自主操作的。關(guān)于儀器設(shè)備的維護，每個學(xué)期都會結(jié)合上一年的耗材使用情況及儀器本身的需求，給每臺儀器設(shè)備制定維護方案，然后根據(jù)方案和計劃定期維護即可。如果在使用過程中出現(xiàn)故障，即臨時故障，需要即時采取措施，排查故障，若故障難以消除，則走報修流程，報修是指相關(guān)負(fù)責(zé)的技術(shù)員提交材料給學(xué)校，按學(xué)校的辦公流程審批，審批后通知技術(shù)員聯(lián)系工程師進行維修。學(xué)生不熟悉操作，就要參加每學(xué)期安排的線下操作培訓(xùn)，錯過培訓(xùn)時間的學(xué)生要跟著其他學(xué)生學(xué)習(xí)三次以上才可以獨立上機操作。有了清晰的管理思路，平臺就會有序運行。

圖2 精密儀器管理流程圖

3 平臺效果

在這種管理模式下，精密儀器能夠順利完成精密儀器預(yù)約→實驗室安全使用→故障報修→儀器維護等系列事件的處理，而且能夠提高學(xué)生自主操作能力和自主應(yīng)用能力，恰好滿足應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目標(biāo)，保障實踐教學(xué)和科學(xué)研究的順利開展。一般的信息化軟件管理系統(tǒng)包含使用人登記→開通磁卡信息功能→預(yù)約→由系統(tǒng)根據(jù)設(shè)備空閑狀態(tài)分配使用順序→培訓(xùn)材料的下載和學(xué)習(xí)→自測系統(tǒng)測試合格→預(yù)約通過→獲得許可→刷卡上機→狀態(tài)監(jiān)測（樣品數(shù)量、測試時長實時監(jiān)控）→根據(jù)時長繳納費用→跟蹤回訪及意見反饋（包括參與的科研項目、發(fā)表論文情況、成果轉(zhuǎn)化等信息）[5]。其中預(yù)約、使用登記、儀器設(shè)備使用狀態(tài)及分配、測試時長、樣品數(shù)量、項目及論文成果等信息都可以在在線表格里統(tǒng)計實現(xiàn)。因為學(xué)院儀器還處在免費開放的狀態(tài)，不存在繳費問題。線上預(yù)約平臺的搭建建立起使用者和管理者之間的溝通渠道，增強了教學(xué)和科研資源的透明度，提高了教學(xué)和科研資源的使用效率。使得技術(shù)人員體力勞動和腦力勞動的壓力有所緩解，工作效率大幅提升，學(xué)生的自主操作能力和實際應(yīng)用能力得以培養(yǎng)。到目前為止，該管理模式已經(jīng)形成良性循環(huán)，能夠保證實驗教學(xué)和科研的有序開展。

4 平臺優(yōu)缺點

在新世紀(jì)高等教育教學(xué)改革工程的推動下，眾多高校開始構(gòu)建從儀器預(yù)約平臺建設(shè)到科研應(yīng)用的儀器分析實驗教學(xué)體系[6]。平臺的搭建更加直觀簡潔地架構(gòu)了科研儀器和儀器分析實驗教學(xué)之間的橋梁。一般的在線預(yù)約系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)環(huán)境有較高的要求，如河北醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院的儀器預(yù)約系統(tǒng)需要在校園網(wǎng)的環(huán)境下才能使用，校園網(wǎng)暢通才能保證系統(tǒng)的正常運行，此外，還需要具有一定管理經(jīng)驗的專業(yè)技術(shù)人員挖掘資源，進而開發(fā)基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的實驗資源共享平臺[7]。相比之下，目前搭建的平臺有諸多優(yōu)點：不受時間、地域、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境等限制；不需要專業(yè)的技術(shù)人員維護網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；方便直觀，不需培訓(xùn)，無需注冊賬號，人人都可以上手預(yù)約；不用花費任何經(jīng)費構(gòu)建，利用唾手可得的資源就可以實現(xiàn)。然而這樣簡易的平臺管理模式也有缺陷：只用于設(shè)備數(shù)量不是特別多的地方高校；設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)需要技術(shù)員導(dǎo)出表格，分析統(tǒng)計學(xué)年教學(xué)數(shù)據(jù)；在線表格多人在線編輯存在被誤刪的風(fēng)險；操作培訓(xùn)不夠詳盡、系統(tǒng)。但這些缺點都可以有針對性地解決。

5 結(jié)束語

近些年來，在這種經(jīng)濟簡易的管理模式下，科學(xué)研究、教學(xué)設(shè)備都得以有序開展，避免了資源閑置和使用沖突。針對操作培訓(xùn)不夠系統(tǒng)化的問題，錄制精密儀器操作視頻，通過學(xué)校已經(jīng)擁有的第三方教學(xué)平臺（學(xué)習(xí)通、大學(xué)MOOC 等）構(gòu)建儀器應(yīng)用類培訓(xùn)課程，為師生提供優(yōu)質(zhì)精良的培訓(xùn)內(nèi)容，更加優(yōu)化儀器設(shè)備資源的利用，進一步提升設(shè)備資源的使用效益。