大型仪器平台服务本科创新人才培养路径研究_于海燕.pdf

于海燕，赵晓敏，郭玉玉，等 慕课在无机化学实验教学中的应用 河南化工，（）：大型仪器平台服务本科创新人才培养路径研究于海燕，赵晓敏，郭玉玉，王 森，顾乃静，魏凤华（微生物技术国家重点实验室，山东 青岛 ；山东大学 微生物技术研究院，山东 青岛 ；山东大学 网络空间安全学院，山东 青岛 ；山东大学（青岛）资产与实验室管理处，山东 青岛）摘 要：阐述了大型仪器平台在本科创新人才培养方面的作用和意义，以及面临的主要困难。以山东大学生命环境研究公共技术平台的实践经验为例，介绍了多种平台服务本科创新人才培养的路径，并对更多可能的方式进行了分析与思考。关键词：大型仪器平台；本科培养；创新和实践中图分类号：文献标识码：文章编号：（）近年来，随着我国经济社会的快速发展，高校大型仪器设备数量和质量快速提升，高校、科研院所纷纷建立大型仪器平台。国务院关于国家重大科研基础设施和大型科研仪器向社会开放的意见（国发 号）指出：“国家重大科研基础设施和大型科研仪器是用于探索未知世界、发现自然规律、实现技术变革的复杂科学研究系统，它是突破科学前沿、解决经济社会发展和国家安全重大科技问题的技术基础和重要手段”。大型仪器具有价值大、精度高、性能强、专业性强等特点，是高校开展科学研究和学科建设的重要条件和物质基础。高校大型仪器平台作为大型精密仪器的汇集地，是衡量高校建设水平和科研实力的重要标志。长期以来，其主要功能定位是为高校科学研究提供技术支撑与服务，在人才培养，尤其是本科人才培养方面并没有充分发挥其应有的作用，造成资源的浪费。年 月 日，教育部部长在新时代全国高等学校本科教育工作会议上指出：“高教大计、本科为本，本科不牢、地动山摇。要把本科教育放在人才培养的核心地位，创新人才培养，推进科教融合，让学生尽早参与和融入科研，早进课题、早进实验室、早进团队，加大各级科研基地向本科生开放力度，提高学生科研实践能力和创新创业能力。”本科教育是大学的根和本。在我国建设创新型国家的关键历史时期，高等学校作为知识传播和知识创新的重要场所，肩负着创新人才培养的神圣使命。长期以来，由于受到价格昂贵、资源有限、操作复杂、场地限制、维护维修成本高等多方面因素的制约，高校大型仪器平台主要定位于服务科学研究，面向本科生的开放程度普遍不高。如何打通本科教育和大型仪器平台之间的壁垒，进一步充分发挥大型仪器平台在本科人才培养中的作用，使之成为提高研究型大学本科人才培养质量的重要力量，是本文主要研究和探讨的问题。人才培养的作用在中国科学院第十七次院士大会、中国工程院第十二次院士大会开幕会的讲话中，习总书记明确提出：“我国要在科技创新方面走在世界前列，必须在创新实践中发现人才、在创新活动中培育人才、在创新事业中凝聚人才，必须大力培养造就规模宏大、结构合理、素质优良的创新型科技人才。”培养国家和社会所亟需的高素质创新型科技人才，方式之一就是结合大型仪器平台深入探索创新型人才培养的新模式、新路径。现在本科生接受的教育大多数以理论知识教学为主，实践应用的机会相对较少，在一定程度上限制了学生的创造性思维，不利于科研兴趣的培养。而大型仪器设备集多学科的知识和技术于一体，本身就是一个综合、创新的体系，无论是从原理、设计，还 收稿日期：作者简介：于海燕（），女，实验师，从事大型显微成像仪器设备管理及研发工作，电话：，：；通信作者：赵晓敏（），女，实验师，从事大型显微成像仪器设备管理及研发工作，电话：，：。第 期 于海燕等：大型仪器平台服务本科创新人才培养路径研究DOI:10.14173/ki.hnhg.2023.02.005是从操作、数据分析等诸多方面都体现出创新元素，蕴含了先进科学技术与方法。因此，将大型仪器平台应用于本科教育，可以推动理论与实践相结合，促进科研与教学相融合，提高学生学习的主动性，开拓学生的视野，激发学生的创造性。大型仪器平台面向本科生开放，是培养高素质创新型本科人才的需要，也是高等教育改革和发展的必然趋势，其对本科创新人才培养的作用不可忽视。面临的问题大型仪器平台目前的主要功能定位是服务科学研究。由于对大型仪器平台功能定位的传统固化认知，高校普遍存在对于大型仪器平台服务本科创新人才培养的重要作用认识不足、重视不够等问题，大型仪器平台在助推本科创新人才培养方面面临着诸多困难。大型仪器平台的仪器设备多为高精尖仪器设备，这类设备通常构造精密、价格高昂，运行、维护和维修成本高，对操作者要求较高，通常由专门的老师负责仪器的管理运行、样品测试和数据分析。大型仪器设备的使用者主要以研究生为主，研究生往往需要经过严格的安全使用教育、仪器原理和上机操作培训，经考核合格后方可获得上机资格。且大型仪器平台目前的主要职能还是服务于科学研究，科学研究占用了仪器的大部分黄金机时，因此可用于本科生培养的机时有限。大型仪器设备价值较高，同区域内同型号仪器设备通常数量有限，且存放大型仪器设备的实验室空间有限，难以满足大量本科生同时参观实习或上机实践的需求。以上诸多现实因素，限制了大型仪器在本科创新人才培养中的应用。人才培养路径探索与思考 山东大学生命环境研究公共技术平台简介山东大学生命环境研究公共技术平台始建于 年 月，其前身为山东大学济南中心校区生命科学学院的院级仪器平台，后于 年 月整建式搬迁至山东大学青岛校区。时值青岛校区新建，各项工作方兴未艾，青岛校区作为山东大学发展的新引擎，亟需设立一个能够支撑校区乃至周边科研机构科学研究的校级大型仪器平台，在这样的校区发展需求背景下，生命环境研究公共技术平台应运而生。该平台依托学校资产与实验室管理部以及微生物技术国家重点实验室，采用校院两级统管共建的模式管理运行，目前是山东大学青岛校区唯一的校级大型综合仪器平台。经过为期 年多的建设与发展，目前该平台有物化分离分析、蛋白质科学、物质结构鉴定、生物工程、显微成像分析、种质资源等 个技术方向，拥有一批大型精密科研仪器设备，仪器设备总值约 亿元，其中 万元以上大型仪器设备 余台。拥有千万级纳升三合一高分辨质谱仪，以及线性轨道阱电子转移解离裂解源高分辨质谱仪、四级杆高分辨质谱仪、核磁共振波谱仪、冷冻透射电子显微镜、聚焦离子束扫描电子显微镜、环境扫描电子显微镜、结构光照明超高分辨率显微镜、超高分辨激光共聚焦显微镜等多台大型精密科研仪器设备，为大型仪器平台服务本科创新人才培养提供了坚实的硬件资源与条件。除硬件条件外，该平台依托以互联网、物联网为基础的实验室预约管理信息系统，将仪器设备、监控系统、预约系统、门禁系统、收费记录系统、人员信息系统等进行整合，形成了多点互联的物联网智能管理系统，该系统的建成不仅提高了仪器管理工作效率，提升了平台的智能化、信息化管理水平，还为实验室对外开放、对本科生等群体开放垫定了基础。平台服务本科创新人才培养实践与探索生命环境研究公共技术平台自建设以来，深入研究和探索将大型科研仪器用于本科创新人才培养的新模式和新思路，建立平台面向本科生开放共享的体制机制，探索仪器平台面向本科生的多渠道、多层次、多元化开放共享方式和人才培养模式，旨在培养出更加具有创新性、知识结构更加全面、分析和解决问题的能力更加突出的创新型本科人才。开展通识核心课，拓宽学生知识面基于平台现有的仪器资源和技术资源，充分挖掘平台的资源优势，打破学科界限，对全校不同学科、不同专业的本科生开放通识核心课，使各学科本科生都有机会走进平台，从而了解大型仪器平台、仪器技术的发展历程、大型仪器在科研工作中发挥的重要作用等，在启发式教育过程中，启蒙本科生的创新意识，拓宽学生知识面，培养学生全方位、多角度解决问题的能力，从而实现本科生的通识教育、通才教育。合作开设选修课，筑牢完整知识结构体系扎实的理论基础是创新实践能力的前提，而实河南化工 年 第 卷践又可以印证和强化理论知识，提高动手能力。通过构建平台技术型教师与科研型教师合作开设选修课程的模式，前者精于仪器技术与应用，后者精于基础理论与前沿研究热点，两者联合设立选修课，由科研型教师提供理论基础、研究热点等方面内容的讲授，之后再由平台教师提供仪器原理与技术方面的讲解，并结合现场实操，使学生在学习过程中可以将理论与实践充分地结合，加深对所学知识点的理解，构建更加完整和牢固的知识结构体系。建设网络课程库，打造线上培育阵地建立大型仪器设备原理与操作网络课程库。大型仪器平台由于受到仪器室空间限制、仪器管理老师时间限制等，导致大型仪器技术培训或仪器原理讲座的受益群体和受益人数严重受限，本科生很难有学习大型仪器原理和操作技术的机会。由于生命环境研究公共技术平台地处青岛校区，与山东大学济南校本部各个校区之间存在地域交流上的不便，不能满足仪器资源共享共用的需求。为了能够突破以上诸多限制，在微生物技术国家重点实验室的支持下，生命环境研究公共技术平台着力构建公共仪器技术培训网络课程库，将大型仪器设备的基本原理、操作方法、使用注意事项、数据分析方法等制作成线上课程，并面向包括本科生在内的全体在校师生开放，可允许全校任何校区、任何年级、任何层次的学生随时随地、无限次、免费地选择性学习。开放培训和讲座，提升创新能力面向本科生开放参与技术培训和讲座的通道。生命环境研究公共技术平台不定期举办各种层次的技术培训和讲座，包括仪器管理人员的上机操作技术培训、厂家工程师的仪器原理讲座和技术培训、以及平台专家的仪器应用技术讲座等。对于其中受众广、适合面向本科生开放的讲座和培训，开放本科生参与的通道，便于相关专业本科生深入了解大型仪器设备，进一步提升创新能力和科研素养。开展科普教育，激发科研兴趣通过科普教育等形式启发本科生创新思维。依托微生物技术国家重点实验室，协办“科技活动周”活动，在此期间，本科生可以有机会到生命环境研究公共技术平台参与内容丰富有趣的科普活动，活动主题丰富又有吸引力，例如“酸奶中的微生物”“药物疗效看得见”“小鼠听力看得见”等，充分调动学生的求知兴趣。以此为契机，向学生宣讲平台发展历程、平台概况、仪器配套、前沿应用等，创造本科学生近距离接触大型仪器设备的机会，激发学生的科研兴趣，启蒙学生的创新意识。开展实习实训，提升动手实践能力通过实习实训开拓本科生视野，搭建起理论与实践之间的桥梁。大型仪器设备是科研重器，而大型仪器平台作为大型仪器的汇集地，无疑是本科生实习实训的优良阵地。生命环境研究公共技术平台目前接纳少量本科生到平台多个实验室实习，学生普遍反馈良好，为下一步打造本科实习实践基地奠定了基础。推进设立趣味选修课，强化理论结合实践能力着力推进基于仪器技术的本科生趣味选修课的设立。生命环境研究公共技术平台显微成像平台配有扫描电子显微镜、结构光照明超高分辨率显微镜、超高分辨激光共聚焦显微镜、小动物活体成像仪等设备，这些设备具有数据可视化强、原理易于理解、技术便于掌握、学生互动性强等特点，非常适合开展基于显微成像技术的趣味课程。这种类型课程的开展将有利于学生在生动有趣的课程内容中了解仪器技术、探究科学奥秘。借鉴优秀培养方式，提升大学生综合创新能力除此之外，还有诸多平台服务本科创新人才培养的方式值得我们借鉴与思考。例如，开设本科创新实验项目，让本科生借助实验项目带着问题走进平台，根据实验内容设计实验方案，选择实验所需的仪器进行测试和分析，此外，还有举办依托大型仪器的大学生创新大赛等，在实践过程中培养独立分析问题、解决问题的能力，提升动手能力和科研能力。结语高校大型仪器平台作为大型精密科研仪器设备的聚集地，是开展科学研究和支撑学科建设的重要条件，在服务本科人才培养方面的作用也不容忽视。探索大型仪器平台服务本科人才培养的新模式、新方法，不仅有利于提高平台仪器资源的利用率和共享率，更有利于提升本科生的动手能力、实践能力，有利于培养知识结构合理、综合素质优良的创新型本科人才。我校生命环境研究公共技术平台虽然在本科人才培养方面采取了很多措施，做了很多尝试和探索，并取得了一定成效，但是有些方面仍然需要继续加强和深入。第 期 于海燕等：大型仪器平台服务本科创新人才培养路径研究