大型仪器面向本科生开放提高学生创新实践能力
辛 良1，陈义林2，吴 刚3，陈涤缨1
（1. 中国矿业大学 实验室与设备管理处，江苏 徐州 221116；2. 中国矿业大学 资源学院，江苏 徐州 221116；3. 中国矿业大学 计算机科学与技术学院, 江苏 徐州 221116）
摘 要：整合学科和科研资源，创新实验教学体系，让本科生早进课题、早进实验室、早进团队，推动科学研究和人才培养的无缝对接，培养创新型人才是高校努力的方向。该文探索利用大型仪器培养学生创新和实践能力，制定政策支持，完善制度保障，采取激励机制，搭建助推本科生走向科研之路的绿色通道，着力培养具有矿业特色的创新型人才，取得一定成效。
关键词：大型仪器；本科生；创新型人才；开放共享
2018年6月，教育部长陈宝生同志在新时代全国高等学校本科教育工作会议上强调：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。一直以来，高校大型仪器管理利用的研究焦点主要是在对科研项目和学科发展支撑，成果发表及设备的使用效益和使用率问题，而对提高本科生科研实训和科研创新能力，推动本科教学质量提升的讨论相对较少。
1 大型仪器面向本科生开放的必要性
存放大批大型仪器的高校国家级、省部级重点实验室主要是为科研和培养硕士、博士等高层次人才服务，基本不面向本科生开放，与本科教学和本科生人才培养几乎完全脱节[1]。推动大型仪器助力本科生培养，不仅是学科发展前沿对人才培养的要求，更是深化实验教学改革、全面提高实验教学质量和学生综合素质的有效方法[2]。加强本科生科研创新能力培养，在教学过程中开放大型仪器设备势在必行[3]。
1.1 大型仪器面向本科生开放面临的问题与困境
把本科教育放在高校发展的重要战略地位，“回归本科教育”“培养一流本科生”成为世界一流大学发展的坚定目标和不懈追求。大型仪器如果不能充分发挥在高级人才培养中的作用，将是教育资源的巨大浪 费[4]。大型仪器面向本科生开放存在两方面的困境。一方面，从设备现状和管理实际上看，存在着数量不足、成本较高、人员短缺等困难。数量上，达不到规模实验要求，不方便学生集中上机实验；成本上，部件损坏维修成本昂贵，缺少经费支持，使得管理主体开放意愿下降；人员上，实验技术人员不足，应付测试任务捉襟见肘，难以抽出更多精力服务开放；项目内容上，内容设计不足，形式不灵活，难以达到教学要求。另一方面，从管理体制上看，高校教学实验室和科研实验室管理分割，各有侧重，实验室职能定位及建设方向差异较大。教学实验室主要关注本科生专业基础实验知识和技能培养，缺少科技前沿知识培训。而支撑未来科学研究，服务学科专业前沿知识的探索与实践的大型仪器大多集中在科研实验室和分析测试中心等，服务本科教学实践的职能较弱。实际上，科研实验室往往仅对导师的免试硕士生开放，开放力度有限，设备利用率低[5]。教学实验室和科研实验室管理体制割裂，造成了本科生了解和操作大型仪器机会很少。本科生思维活跃，正处于接受新事物和创造性学习的最佳时机。怎样搭建连接科研与教学的桥梁，完善实验室系统管理和功能衔接，激发学生科研热情，促进学生创新思维，共同达成服务学校创新人才培养目标，值得高校教育工作者深思。
1.2 高校推动大型仪器面向本科生开放的探索
国内不少高校针对本科生创新能力不强，科研素养较弱的现实，分别进行教学实验室和科研实验室改革，积极探索实验室和大型仪器向本科生开放，取得了一定成效。东北师范大学秦伟超等[6]对教学实验室中心向本科生开放进行了实践和思考，通过科研活动型实验项目，提高了学生创造思维能力和从事科学研究的基本素质和技能；湖南大学晏铭等[7]通过设立本科生开放专项基金实验项目，补充了本科生创新训练和实习项目，有效推动演示型实验服务本科实验教学；吉林大学赵兴红等[8]积极探索了科研实验室对本科生开放，取得了实验室建设和人才培养的双赢；福建医科大学于浩等[9]探索了重点实验室向本科生的4种开放模式。通过实验开放和本科生科研训练，不仅营造良好的创新文化氛围，而且有效支撑了学校培养高素质、创新型拔尖人才[10]。
中国矿业大学是一所以煤炭勘探、开发和利用为研究特色的高校，拥有40万元以上的大型科研仪器设备共计324台（套），设备原值达到3.67亿元，包括了大量的色谱质谱仪、扫描电镜、地震监测仪、压力试验机、矿山机械等设备，分布在各类教学实验室和科研实验室中。本文以中国矿业大学为例，围绕矿业特色创新人才培养的核心目标，探讨利用大型仪器如何培养本科生创新实践能力、完善实验教学体系、充实仪器开放内容等。
2 大型仪器面向本科生开放的实施途径
为配合教学改革与教学质量工程建设，贯彻国家关于全面加强本科生素质和能力培养，提高学生创新精神和创新能力要求，我校自2016年起重新解析统筹教学和科研实验室在人才培养中的作用，提出了“以人为本、以学生为主体、教师为主导”的教学理念，采取多种形式开放，让学生自主实验，培养学生创新能力[11]。通过多主体参与，多形式支持和多条件支撑，探索利用开放共享平台、基金项目支持等多种手段，积极推进大型仪器面向本科生开放，促进本科生科研创新能力提升。积极探索利用多种形式途径，激发学生科研兴趣点，探索本科生由个体兴趣“点”向体制性的“面”的转变[12]。
（2）开放共享信息平台。充分利用学校的“大型仪器开放共享平台”，完成实验室运行和学生之间的信息沟通。共享服务信息平台涵盖了教学实验室和科研实验室的大型设备，准确反映设备的运行状态，能够打破实验室的管理主体多头的局限。学生以个人、分组或者班级选择实验教学深入课程，通过指导教师利用共享服务平台，预约大型仪器进行开放实习。共享平台上有仪器设备的基本信息，运行状态，教学活动等信息，双方通过签订“大型仪器设备面向本科生开放预约协议”，约定预约机器名称，教学要求和上 机时间，并报实验教学办公室和设备管理办公室备案审批。
2.1 完善开放制度，充实服务内涵
（1）大型仪器及实验室开放。大型仪器面向本科生开放的基础是实验室开放。各类实验室要在完成计划内教学或科研任务的前提下，利用现有人员、设备、环境等资源对不同专业学生进行开放，包括实验时间、实验场地和实验内容等多层次的开放。健全的制度是确保大型仪器的正常使用与运行，在实验教学中发挥作用的基础[13]。各类实验室应建立健全规章制度，保证实验室安全有序运行。通过制定完善“实验室开放制度”“大型仪器使用及共享实施细则”“大型仪器本科实验教学实施细则”“试剂与耗材领用制度”和“大型仪器标准操作规范”等一系列制度体系，确保工作有章可循。
2005年，《学习改变命运》的出版，不知激励了多少学子。当今社会稳定繁荣，人们对文化教育越来越重视。作者也意识到励志不应仅面对高中生，更应让孩子从小就明白学习对命运的深远影响，因而特别修订了《学习改变命运·少儿彩绘版》。本书保留原书大量生动的故事，并配上鲜活有趣的插画，读后必将终身受益。
（1）大型仪器应用知识培训。大型仪器应用知识培训包括工作原理认知、安全教育和上机操作，要求学生能够掌握设备的工作原理、功能、样品制备、操作方法和实践应用，认真撰写认知实践报告等。实验室和仪器设备安全管理是开展教学活动的根本保障，强化学生对安全的认识，安全帽、实验服、安全须知等是学生进入实验室前的必备条件。在学生上机实验前需在网上提交实验规章制度与安全培训答卷，成绩通过才可进行实验。通过现场互动，开展认知实习，引导学生逐步产生对大型仪器和开展科学实验的兴趣。学生根据仪器设备的操作规程，实际上机操作。最后，要求学生做好样品回收和实验室清理工作，特别是煤炭或者岩石制样造成的实验室环境污染。逐渐培养起本科生良好的科研实验素养。
学校设立了大型仪器开放共享基金专项，完善大型仪器共享机制，促进优质资源开放共享，提高设备利用效率和投资效益。每年将开放基金总额的60%对仪器设备的开放共享进行补助。学校根据“大型仪器开放共享管理办法”，使用大型仪器开放共享基金对提供开放共享服务的单位进行补贴，解决大型仪器在运行过程中日常维护、配件、耗材、药品、水电费及实验教师的绩效奖励等。开放单位携带“开放预约协议”“费用结算单”和“开放报告”，整理学生认知报告或相关成果，经设备管理办公室审核后，履行报账手续，资金用于补充设备运行产生的费用。
2.2 设立开放共享基金，保障设备运行
（4）设备保障。根据学校行业特色，以现代分析与计算中心、国家重点实验室、国家工程技术研究中心、省协同创新中心和学院部分教学实验室为依托，结合安全性要求，将实验室开放的大型仪器分为分析测试、地震探测、力学试验、采矿基础、工程机械 等5类，重点服务对应专业的学生。各专业实验课教师根据目前学校大型设备开放目录，结合教学要求，有针对性地设计和丰富实验教学内容，选择对应的开放大型仪器。
童话大王郑渊洁说：“写童话，我不如孩子！”童话大王为什么这么说呢？大概是因为随着年龄的增长，人的认识越来越理性。人越来越成熟，而童真童趣却离我们越来越远。也许，在你三岁的时候，你会说出“风把嗓子哭哑了”这样的句子，而现在却只能说出“狂风怒吼”这样的成语……想要找回自己的童真童趣，一定有很多办法。今天老师要介绍的方法就是：在比你更小的小小孩身上去寻找自己的童年。你有三四岁的小弟弟小妹妹吗？请观察他们，记录他们的行为、他们的语言……持续观察一些日子，你一定会有所收获的。
2.3 大型仪器的开放内容
（3）人员激励及条件保障。为确保指导教师能对开放服务工作投入时间和精力，对学生进行实质性指导，学校制定了相关规定和激励政策，包括工作量核定、绩效奖励和指导成果申报奖项等。大型仪器所在单位是大型仪器面向本科生开放的服务主体。通过设立勤工俭学实验岗，选择责任心较强、管理能力较好的研究生参与开放共享工作，负责审核实验内容及方案，提出修改意见，解决实验技术人员不足问题。
（2）大型仪器实验研究项目。大型仪器实验研究项目顺利推进离不开实验室的开放与支持。实验室开放是系统工程，必须符合学校实际情况和基本条件，从实验室资源配置、实验队伍建设、科学规范的管理制度建设出发，结合实验教学体系、教学内容、教学方法、教学手段进行改革[14]。大型仪器应用知识和操作训练必须与实验教学进行有机结合，为学生搭建基本实验技能培养与综合创新能力训练实践体系。在基础实验的基础上，突出科学研究实验的设计性，有效引导学生了解本学科的发展前沿动态和国内外科学研究热点难点[15]。在2016版本科培养方案中，突出创新能力培养的核心，本科教学实验室在基本教学任务外，设立从培养实验技能，强化科学思维能力到提升自主创新能力3个层次的开放实验项目，包括技能拓展型，科研训练型和自主创新型的三类，分别对应强化学生实验技能，培养科学思维能力及学生个性化发展的目标，为学生进行大型仪器训练提供了良好的基础。利用“实验教学管理系统”规范实验教学过程管理，实现实验教学全流程化管理，增强学生选课自主权，保障实验教学工作高质量规范化运行。学校支持科研实验室设立开放项目，有针对性地开展大型仪器实验研究项目。鼓励青年教师参与开放实验教学，将相关科学研究项目融入开放实验教学中。
其二，鼓励有条件的科研实验室建立具体有特色的创新训练项目，为学生的大型仪器使用提供便利。例如：由学校教务部和现代分析与计算中心共同设立，旨在增强学生创新创造意识、激发学生创新活力、培养学生创新创业能力的“非同凡想”创新基金项目，鼓励学生敢于提出颠覆性、原创性思想。允许学生利用大型仪器进行容错性创新实践，达成创新人才培养目标。2018年，共资助13个学院学生申报的项目40个，资助金额20万元。学校鼓励国家级和省部级科研平台在高层次人才培养实验项目之外，发布部分实验室基本开放项目。煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室2018年设立了实验室基金开放项目7项，资助额度16万元。
科学技术日益成为经济社会发展的主要驱动力。尤其党的十八大提出实施创新驱动发展战略，水利科技面临更多的挑战和机遇。同时，我国水利已全面走上国际舞台，在推动全球水领域交流与合作中逐步发挥建设性作用。日前，记者采访了水利部国际合作与科技司司长高波。
其一，实验教师可在课程外，申报技能拓展和科研训练项目，自主创新项目由学生自主申报、自主选择指导教师。各实验中心负责整理申报材料，学院对申报项目的真实性，资助必要性、实验研究方法的可行性、经费预算合理性进行审查，签署意见后，报实验室管理办公室审批，最后由学校专家评议组评议。教师申请对本科生开放的部分实验研究项目及使用的大型仪器清单见表1。作为实验课程的进阶内容将大型仪器与实验课程内容衔接和拓展，设计一些内容新颖、操作性强的实验，通过共享平台预约。
学校要求指导教师与实验室技术人员讨论改造传统实验项目和设计综合性实验项目，将大型仪器的实验方法自然融入实验项目中，让学生能够从项目中了解大型仪器，与书本知识有机结合，学会利用和分析实验数据。对于部分分析测试类设备，上机前进行实验室安全准入和设备操作考核，考核通过的颁发设备操作许可证，作为单独上机操作依据。项目实施以来，共组织40批200余名学生参加培训，提高了学生的创造性思维能力。
过程风险分析预警法需要具有风险分析预警知识，研究对象为农产品生产过程中的各个环节，对农产品构成过程中存在的多种风险因素进行前期评估，在此基础上，利用经济学法，把其中的风险因素作为预警指标，对农产品质量安全进行预警分析。此法以统计数据、调查数据、分析数据为支撑，同统计分析法、模糊理论模型和随机模拟模型以及风险分析技术等进行预警探究。过程风险分析预警法主要是对农产品质量安全风险判定与预防。在各个环节中存在风险因素较多，其中比较典型的有如下几点：
异丙托溴铵联合布地奈德混悬液雾化吸入治疗上呼吸道感染后慢性咳嗽的效果……………………………… 陈衍秋 陈英俊（3）335
表1 对本科生开放的部分实验研究项目
3 取得的成效
通过大型仪器开放，拓宽实验室开放的内涵，让本科生的学习能够将理论与实践结合更加紧密，从仪器设备和课堂教学内容的文字资料认识延伸到“看得见，摸得着，动得手”的感知，知识学习更加深入，培养了浓厚的科研兴趣。
3.1 提高学生科研实践能力
高端前沿科学研究离不开大型仪器，大型仪器面向本科生开放，能够提升本科生基本科研素养，培养创新能力。通过拓展课程实验，开放实验，深化第一课堂的学习，学生的创造思维能力和从事科学研究的基本素质和技能得到训练和提升。本科教育是研究生教育的重要基础，让本科生能够早进实验室，早进项目，能够及时发现有科研潜质的学生，弥补教材教学的短板，拓宽创新型人才培养途径。通过大型仪器开放，且实施容错的项目结题评价机制，鼓励学生进行原创性的实践活动，做自己想做的事。让本科生在科研的道路上，敢想、敢做、敢创，培养良好的责任感、创新思维能力和团队协作精神。本项工作开展以来，本科生利用基金发表各类论文30余篇。
3.2 提高大型仪器使用效益
通过共享信息平台有效解决了设备运行状态信息和用户需求之间的信息不对称的矛盾，能够充分利用设备空余时间。部分大型仪器由于其行业特殊性和应用面向狭窄，设备的使用效率较低。通过面向本科生开放，增加了大型仪器的运行机时，提高了设备利用率。
在改革开放四十周年之际，再次回顾这段历史不难发现，中心城市大学的崛起，实际上是中国高等教育体制改革的先声，给我国高等教育带来诸多方面的影响。这些新办院校在办学体制上突破了中央、省两级政府办学的模式，开启了中心城市发展高等教育的先河；在机制上引入了董事会制度、教师管理制度、招生就业制度、人才培养制度，并且形成了办学经费多元的资金筹措模式。中心城市大学运动也成为我国高等教育改革实践进程中有意义的探索，为1998年扩招以后第二阶段新大学的创立提供了有益的经验。
4 结语
在加快建设高水平本科教育新形势下，推动大型仪器面向本科生开放，利用大型仪器共享平台推动教学实验室和科研实验室共同服务本科生创新能力培养，是创新教育教学方法，提升人才培养质量的有效途径。高校要不断充实实验研究项目内涵，创新体制机制，推动高精尖的大型仪器面向本科生开放，鼓励学生敢于提出颠覆性、原创性思想，搭建本科生通往科研实验殿堂的桥梁。
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Opening large-scale instruments to undergraduates and improving students’ innovative practical ability
XIN Liang1, CHEN Yilin2, WU Gang3, CHEN Diying1
(1. Laboratory and Equipment Management Department, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, China; 2. School of Resources and Geosciences, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, China; 3. School of Computer Science and Technology, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, China)
Abstract:Integrating disciplines and scientific research resources, innovating experimental teaching system, letting undergraduates participate early in research projects in laboratories and with research teams, promoting seamless docking of scientific research and talent training and cultivating innovative talents are the direction for university efforts. This paper explores upon the utilization of large-scale instruments to cultivate students’ innovative and practical abilities, formulate the policy support, improve the system guarantee, adopt the incentive mechanism, build a green channel to promote undergraduates to scientific research and focus on training innovative talents with mining characteristics. Certain results have been achieved.
Key words: large-scale instruments; undergraduates; innovative talents; opening and sharing
中图分类号：G482
文献标识码：A
文章编号：1002-4956(2019)11-0294-05
DOI:10.16791/j.cnki.sjg.2019.11.072
收稿日期:2019-08-01
修改日期:2019-08-22
作者简介:辛良（1984—），男，山东济宁，硕士，讲师，研究方向为实验室与设备管理、教育信息化、煤层气地质与开采。E-mail: xlcumt@cumt.edu.cn
标签：大型仪器论文; 本科生论文; 创新型人才论文; 开放共享论文; 中国矿业大学实验室与设备管理处论文; 中国矿业大学资源学院论文; 中国矿业大学计算机科学与技术学院论文;