摘 要：随着创新创业国家战略的深入推进，加强培养学生实践和实验能力已经成为全社会以及教育行政部门和教师的普遍共识，随之而来的国家战略层面上高校实验室继续扩大开放、实验设备不断购买新建、实验项目不断扩充完善，涉及到的相关各类分析仪器培训工作的强度和难度亦大大增加。面对这种新形势，四川大学化工学院工程实验教学中心在信息化管理上加大力度，结合现代计算机与网络软硬件技术在仪器使用培训活动、管理和使用上进行现代信息技术软硬件建设，对仪器运行及实验室准入进行硬件化的强制性干预。在此信息化系统构建的一系列软硬件平台之下，实现了教学科研活动通知、总结、运行以及后期相关过程数据的集成、分析和回馈，建立起了较为完善的双创分析仪器培训与使用体系。
关键词：分析仪器；培训体系；网络信息化；双创
中图分类号：G640 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2018）14-0029-04
Abstract： With the promotion of national innovative and Entrepreneurship strategy， it has been commonly recognized by education administration departments and teachers that the practical and experimental ability must be strengthened. With the continuous opening up of university laboratories， the eatablishment of experiment equipment and improvement of experiment project， we are facing a more complicated and difficult situation in training the proper use of analytical instrument. Under the new situation， the Experimental Teaching Center in School of Chemical Engineering of Sichuan University has strengthened informatization management， improved modern information technology construction， made compulsory intervention on the equipment operation and laboratory access. Based on a series information system of this platform， sound improvements have been made in the related education process， including informing， summarizing， operation and integration， collection and feedback. Training and utilizing system has been established for the innovative and Entrepreneurship equipment.
Keywords： analyzing equipment； training system； network informationization； innovative and entrepreneurship
一、前言及改革背景
實践动手能力是运用现有知识、技能解决实际问题的能力，也是创新创业过程中不可或缺的基本能力。如比尔盖茨、乔布斯、马斯克都是动手能力很强的人，比尔盖茨和乔布斯在车库里动手做出了最初的PC雏形，马斯克则在很小的时候开始拆卸研究汽车引擎。我国目前大学本科毕业生的动手能力与社会要求尚有较大差距。据麦可思研究院发布的报告：约42%的本科毕业生认为母校专业教学最应加强实践能力培养[1]。而用人单位对大学本科毕业生的实践动手能力不满意率则高达70%[2]。笔者在教学和科研活动时也常遇到类似情况：如博士研究生不会动手接气瓶，不会给设备连接冷却水管等。大学生依专业不同，具体实践动手能力的表达多种多样。化学化工类学生实践动手能力的重要表达之一是利用成套仪器进行分析测试的能力。仪器分析技术自上世纪90年代以来引领了化工技术的发展，同时渗透入物理学、医学、材料、电子、机械等多个专业[3]。在工科化工化学类本科教育阶段，需要建立和社会相适应的分析仪器培训及实验室体系，提高学生仪器操作能力，扩大视野，夯实专业基础。高等院校在最近几年内投入大量资金，建设了一批高水平的分析仪器[4]，以四川大学化工学院为例，自2013年以来，我们陆续购买了如扫描电子显微镜、激光拉曼光谱、原位红外、微波诱导等离子原子发射光谱仪等一系列高档分析仪器。添置此类仪器设备的目的，一方面是提升我们的科研实力，另外一个重要原因，则是期望通过这些仪器设备的开放化使用，切切实实的提高我们学生的实践操作和动手能力，提升学生科研创新能力[5]。在国家大力提倡大众创业、万众创新的今天，通过接触到最先进的仪器分析技术，掌握仪器分析办法，能开拓视野，提升学生的实际创新创业能力和水平。高等学校的实验室应为创业创新提供更多支撑，为高校众多的本科学生提供创新创业的试验田和演练场。而随着仪器使用的广度和深度的进一步加大，摒弃依靠传统填鸭式教育和单纯增加教师工作时间的老办法已成为共识[6]；而建立相应的实验设备仪器培训及使用体系，则成为双创实验平台正常工作的首要保障。
二、目前本科教育阶段大型分析仪器教学及使用现状
以四川大学化工学院本科6个专业方向（化学工程与工艺专业、制药工程、安全工程、过程装备与控制工程、生物工程、冶金工程）必修课课程为例，涉及仪器分析课程包括《近代化学基础》《工科化学实验》《化工过程分析与合成》，其课程教学以课堂讲授为主，讲授内容均侧重于仪器原理。例如在原子发射光谱元素分析仪器的教学过程中，《近代化学基础》《化工过程分析与合成》均有讲述。但课本内容着重于原子发射光谱仪的基本结构及原理，具体如目前广泛使用的电感耦合、微波等离子光谱仪及仪器操作方法尚没有专门讲授。课本及授课内容均存在老旧及实践操作性不强的问题。
在实践训练环节上，化学化工类专业均以《近代化学基础》为主干课程，开设有《仪器分析实验》课程，各专业按教学计划分为必修和选修，课时数差别较大。如化学工程与工艺专业实践学时为20学时，而安全工程专业实践必修学时设置为选修课程。在实践仪器配置上，按教育部本科教学指导委员会对《仪器分析实验》仪器的配置的基本要求[7]。开课的工科基础化学实验室配置了如下分析仪器：气相色谱仪、高效液相色谱仪、可见分光光度计、紫外-可见分光光度计、红外光谱仪、原子发射光谱仪、原子吸收分光光度计、电化学工作站、气相色谱-质谱联用仪、核磁共振波谱仪、电感耦合等离子体发射光谱仪等。
在化学分析仪器的实践教学过程中，由于客观条件的限制，存在如下问题：
1. 大型分析仪器单台价值高，不可能大量配备。本科阶段的实践教学多采用演示教学手段。对于大部分专业来说，受课时数限制以及学生人数较多，且摆放大型精密仪器的实验室面积小， 难以确保受训学生在实验老师演示操作阶段都能清楚的看到仪器操作的过程，自己动手操作机会更少。
2. 现有教学大纲未更新修订，普遍以专业大班排课，实践课程需要以小班化教学方式进行。同时不少大型分析仪器难调试、易损坏。因而教师不愿开设大型仪器实践课程。仪器对本科学生的开放程度低。通常都是参与教师科研的本科学生才有机会接触到仪器。
3. 大型分析仪器的应用与实践内容脱节：目前大型仪器实践教学培训内容大多局限于该学科的实验操作，均为验证性实验，内容老化且简单，受课时限制及设备安全问题，没有时间让学生在大型设备上进行创新性、探索性的实验研究。
4. 大型分析仪器结构精密，涉及知识面广，如质谱或者红外分析仪器，需要使用者具有较为深厚的有机化学知识、光学知识、一定的机械设备知识。而学生动手能力差、知识储备少，知识面窄，这些都成为高水平使用仪器的制约。
如何提高本科学生大型分析仪器操作能力，让学生学会使用，并且能够使用分析实验室，为创新创业提供坚强支撑值得每位高校教育工作者深思。寻找一套行之有效的实践教学与实验室及分析仪器使用模式和机制，操作上要契合各方诉求才能长效实施。
三、双创分析仪器使用及培训体系建设方法与内容
目前，随着计算机虚拟仿真及网络技术的发展，使得大规模的虚拟实践学习成为可能。网络学习能满足学习者的多元化学习需求。学习者可以根据自己时间、知识储备、接受能力、兴趣爱好等进行多种选择。网络化的教学还可以通过大数据分析，了解学习者学习行为、过程、结果，进行针对性的教学，提高学习者学习质量和效率[8]。近五年来四川大学化学工程学院工程实验教学中心自主开发了一系列网络数据库和仿真技术，对大型分析仪器的实践培训及使用进行了一系列流程上的改革，建设了一整套大型分析仪器及实验室实践培训与使用体系。为开拓學生视野、扎实专业基础、培养动手能力、提升创新创业实质内容帮助提供了坚强支撑。该项目实施的具体内容包括了：硬件上的实验室的门禁准入系统；仪器操作的视频技术采集及编制；仪器设备学习资料库建设；局域网以及互联网远程WEB访问的网络仪器预习系统；实验数据的网络存储及登录调取系统；实验设备的使用情况数据采集及数据统计的自动汇总系统；这一整套的规范化运作体系，保证了仪器和开放实验室的高效运行。整个系统包括了如下几个有机相连的部分。
（一）建立集中化的院级分析测试平台
在院级公用分析仪器平台建设之前，各种类型的公用分析类仪器均集中于各教研室。存在重复建设、资源浪费，缺乏长远规划等弊端。学院将各系教研室的设备收归到工程实验教学中心公用仪器平台统一管理。同时，对重要仪器设备均实现了专人管理。通过设备的集中公开管理，理顺了设备公开使用开放度不够的问题，解决了大型设备全面开放的第一个障碍。虽然该部分占文章篇幅最小，但这一步是破除篱垒的第一步。只有这一步完成了，才能从根本上避免仪器设备成为某个课题组或者教授的专有设备。
（二）全面完善仪器学习资料，注重建设实践操作影音资料及仪器使用习题库
目前化工学院公用分析测试仪器平台拥有多台大中型设备，如PIV粒子成像测速系统、扫描电迁移率粒径谱仪、扫描电子显微镜、拉曼光谱仪、高温热重差热分析仪、原子吸收光谱、纳米激光粒度仪。伴随着设备的不断更新换代和技术的进展，需要对原有使用手册和背景资料进行进一步完备补充。中心将大型仪器说明书及操作手册及注意事项合编成册。同时，每台大型仪器的操作流程均被录制成视频，并附上详细的使用注意事项解读，所有视频均放置于网上，供学生随时查阅。影音资料的培训教材具有直观、快捷的功效。能使得使用者在较短时间内直观了解仪器，快速掌握仪器的基本操作。仪器操作视频的录制，还可将仪器管理人员从无限次的重复劳动中解脱出来。而视频放置于网上，则有利于学生随时随地的方便学习。
仪器设备的资料完善的另外一个重要部分还包括了针对仪器初次使用者的电子习题及评分评估系统，试题库系统均放置于网络上，初次使用者在完成了理论学习和视频观看之后，必须进行网络试题测试，达到一定分数之后才具备使用该仪器设备的必要条件。在题目的设置中，一方面偏重于仪器的安全使用与维护；另外一方面，特别设置某些题目，该类题目只有在完整观看视频的情况下才能正确作答。使得学生必须仔细完成各个仪器设备的理论和实践教学环节。较为全面的考察了学生的理论基础和实践操作能力。
（三）网络数据库信息系统建设
化工学院工程实验教学中心于2012年开始建设实验室网络管理系统，目前已经建立了功能较为完备的四川大学化学工程学院网络数据库管理系统。该管理系统包括依托于互联网的数据库管理系统以及该数据库管辖下的各实验室门禁准入系统，以及与各测试设备相连的电脑登录系统。该数据库综合考虑了实验室及师生的各项管理功能，并在此基础上兼容了学生信息管理、教师实验授课管理工作、公用分析仪器管理、实验排课等多方面内容。在该系统中，重点设置了仪器及教室使用专栏，仪器及实验室使用者如想使用设备或教室，必须经历以下标准流程：
使用者登录？隰系统甄别使用者身份？隰了解学习仪器使用方法？隰通过仪器使用考试？隰申请仪器使用时间？隰得到仪器使用批准？隰使用仪器？隰使用完后的记录检查
实际执行中，仪器设备的使用同时与实验室的电子门禁系统相关联。学生或老师通过安全培训后获得最基本的资格认定，在此之后，该生必须先参加模拟使用仪器的现场培训，现场培训定期举行，培训记录通过门禁刷卡系统记录在案。当学生准备使用该仪器设备前，还需在网上进行该设备的网络考试，考试合格之后达到认定使用资格，可以进行该仪器设备的使用申请。仪器设备管理者在网上确认可使用后，实验室电子门禁系统会在规定时间到达时对使用者开放，该申请获准信息也会通过邮件系统推送至申请者；申请时间到期后，使用者的门禁系统准入权限及联网的仪器使用权限则自动失效。仪器管理者接受到系统推送的设备使用完成信息后，即按规定对仪器设备进行检查验收，如操作过程符合规范，仪器设备保持正常完好，则通过此流程的验收阶段，整个设备使用的申请及使用流程运行完毕。同时，该设备使用权立即向其他申请人开放，保证了仪器使用权的正常流转。主管教师如在随后的仪器检查中如发现仪器由于主观因素导致损坏，将对使用者封停所有设备的申请权限并等待主管领导的进一步处理。该流程的合理设计使得贵重仪器做到了责权利的明确划分，并保证了设备和教室的资源最大化。系统的公开运行基本杜绝了设备的人情共享、关系共享。
（四）全流程分析仪器培训与规范化流程体系建设实践
上述系统是整个实验室管理及仪器设备的面上系统。在整个实验室及仪器设备的管理体系的后台建设中，还配套了大量的内容和体系，包括有如下内容：安全培训体系、仪器使用培训体系、安全信息支持、安全防护用具支持、安全硬件建设支持、文献支持体系、仪器设备维修及耗材配套资金使用体系、仪器使用效益评价体系、学生助教体系，这些体系的建立，其最终目的都是为了鼓励老师和学生多使用仪器设备。为提高仪器的使用效能，立足本专业，激发学生的创新创业兴趣，我们还采取了多项辅助措施，具体内容列举如下：
1. 制定培训计划，定期培训。注重对仪器实验技术人员的业务再培训，掌握相关仪器的最新技术动态，研讨改进测试条件，不断更新和拓展实验人员的专业知识和技能，以提高他们的工作能力。
2. 邀請专家讲学。中心不定期邀请相关相关厂家专家及学者进行先进仪器设备的测试、使用和维护技术等方面的报告和讲座，不断提高大型仪器设备管理技术人员的专业水平。
3. 鼓励合作交流。鼓励测试人员加强与企业和其他学校的合作与交流。通过分享测试技术，加强同行沟通，取长补短。一方面有利于建立最新的畅通的咨询交流平台，同时也能通过交流共同提高业务水平，还可以建立良好的业务合作关系。拓展仪器使用的平台。
4. 为推进平台的有序运行，学校特设立大型仪器开放基金以保证平台持续发展。开放基金包括维护基金和测试基金。维护基金主要用于大型仪器的维修维护，维护基金由学校划拨的大型仪器维持费与中心测试收入的30%组成。学校从2015年起设置测试基金，一方面可以支持部分青年教师的科研工作，提高仪器利用率；另一方面可以补贴中心，保证仪器设备的正常运行。通过测试基金的资助，提高了仪器设备的使用效益和完好率，促进了仪器设备的专管共用。
5. 大型仪器培训工作常态化。为最大限度地提高大型仪器设备的使用率与效益，培养学生的创新能力和科研能力，中心定期面向全校师生组织仪器操作培训。首先中心向全校发布具体仪器的培训信息，愿意参加的学生和老师向中心提出申请，经批准后由该领域之内的学者专家以及负责该仪器的教师来进行具体的理论和实践操作培训，考试考核合格者可颁发合格证书，并开放部分不易损坏的仪器给获得证书的优秀学员，获得证书的学员可独立操作该仪器，并可利用节假日及休息时间测试样品。同时，鼓励优秀学生在非上课时间有条件操作较为大型的仪器设备，开放使用的资金一类是利用学校的资金支持，鼓励大学本科生开展科技创新项目。学生会以团队的形式，完成科研小课题，从项目申报、具体实验到项目结题，学生得到了全面科研训练，能够对仪器有的放矢地使用。另外一个办法是设立学科竞赛，以学科竞赛来推动学生的兴趣和实践操作动手能力，有条件的实际操作大型分析仪器。通过实践为专业范畴内的创新创业打下坚实基础。
四、结束语
四川大学化学工程学院工程实验中心以2016年全年教学运行周为周期，围绕着网络数据库系统，实验中心进行了一系列培训与教学实践活动：总培训与研讨时间达到了160小时；公用仪器开放使用共计654次，8477小时；专业实验室开放使用共计239次，3815天。中心通过平台的建设，不断提高学院实验室及仪器设备管理与使用水平，使得整个实验室管理水平已跻身国内一流行列。下一步，实验中心将进一步完善网络数据库系统，并通过持续不断的进行教学研讨活动来整理和吸收先进经验，真正做到用信息化、现代化、自动化的技术手段为师生提供更加高效、便捷的实验室服务，全面提高学院实验室安全运行水平和学生使用现代分析测试仪器的能力，全面提高仪器设备的操作水平和教师科研能力，让实验室成真正成为双创平台的试验田。
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