于博昊， 吳 婷， 張 磊

(華東理工大學(xué) 化學(xué)與分子工程學(xué)院，上海 200237)

0 引 言

近年來(lái)，隨著科研水平的不斷提高，以及國(guó)家和地方對(duì)高校教育資金的大力投入，激光掃描共聚焦顯微鏡(Laser Scanning Confocal Microscopy，LSCM)的表征應(yīng)用越來(lái)越廣泛，已成為很多高校的必備儀器。但是，由于其屬于精密大型儀器設(shè)備，價(jià)格昂貴、環(huán)境要求條件高、且維護(hù)費(fèi)用高，目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)高校將其歸屬于校級(jí)分析測(cè)試中心或者部分研究課題組。為改善當(dāng)前這種統(tǒng)一管理、專人專職負(fù)責(zé)、委托測(cè)樣模式所帶來(lái)的儀器使用時(shí)間受限、使用效率偏低等問(wèn)題[1-4]，充分發(fā)揮LSCM在教學(xué)、科研和人才培養(yǎng)中的作用，提高儀器的使用效率，需要建立LSCM開(kāi)放測(cè)試平臺(tái)，規(guī)范管理、優(yōu)化資源、合理布局[5-12]。因此，LSCM開(kāi)放共享自主上機(jī)操作人員的培訓(xùn)就成為開(kāi)放共享的核心問(wèn)題。這些年來(lái)，邊摸索邊實(shí)踐，在LSCM操作人員培養(yǎng)模式方面不斷探索，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)和方法，得到了令人滿意的培養(yǎng)模式。

1 儀器特點(diǎn)決定需求強(qiáng)度

與一般顯微鏡相比，LSCM具有不可比擬的優(yōu)越性[13-15]。作為一種較新的研究工具，LSCM可以對(duì)樣品定性、定量、定時(shí)和定位研究，正是由于這些強(qiáng)大的研究功能，目前，LSCM已廣泛用于免疫學(xué)、藥理學(xué)、病理學(xué)、遺傳學(xué)、分子生物學(xué)、材料科學(xué)、食品科學(xué)等研究領(lǐng)域[16]?；诖耍倚７治鰷y(cè)試中心購(gòu)置的Nikon A1R 型LSCM自2011年啟用以來(lái)，該儀器的需求一直居高不下，正常委托測(cè)試時(shí)間內(nèi)無(wú)法充分滿足師生的科研需求，開(kāi)放共享迫在眉睫。

2 自主上機(jī)操作人員培養(yǎng)模式初探

要順利實(shí)現(xiàn)和運(yùn)轉(zhuǎn)LSCM開(kāi)放共享，需要不斷發(fā)展壯大自主上機(jī)人員梯隊(duì)建設(shè)，需要有一個(gè)完善的培訓(xùn)考核制度。

一直以來(lái)，分析測(cè)試中心面向在校研究生開(kāi)設(shè)現(xiàn)代儀器分析實(shí)驗(yàn)技術(shù)選修課程，由學(xué)生自主選取感興趣的儀器進(jìn)行學(xué)習(xí)，主要以見(jiàn)習(xí)為主。LSCM這一課程，每年吸引了大量研究生前來(lái)選課。由于時(shí)間所限，只能從觀、聞、查、寫4個(gè)方面簡(jiǎn)單展開(kāi)，課堂上老師講解LSCM儀器原理、功能、應(yīng)用等，現(xiàn)場(chǎng)展示儀器測(cè)試樣品過(guò)程。課后，學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)、書籍等進(jìn)一步檢索該儀器的相關(guān)知識(shí)文獻(xiàn)，自己總結(jié)撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，進(jìn)一步加深對(duì)該儀器的理解。該課程是一門較好的儀器入門課程，深受學(xué)生喜愛(ài)。但是僅靠一堂課不足以讓學(xué)生充分掌握儀器的使用方法，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足他們獨(dú)立自主上機(jī)操作的要求。

中心在開(kāi)放共享初期嘗通過(guò)學(xué)生自主報(bào)名，按照需求強(qiáng)度和報(bào)名順序依次進(jìn)行培訓(xùn)，考核通過(guò)后簽訂協(xié)議，授予自主上機(jī)資格。此法在一定程度上解決了儀器開(kāi)放初期人員上機(jī)資格的認(rèn)定問(wèn)題，但還是存在尚未解決的難題，比如如何公平確認(rèn)獲得培訓(xùn)資格？如何認(rèn)定培訓(xùn)老師的工作量？如何在學(xué)生畢業(yè)后若干時(shí)期內(nèi)對(duì)其實(shí)驗(yàn)操作技術(shù)給予證明和確認(rèn)等一系列問(wèn)題。由此，設(shè)想從現(xiàn)代儀器分析實(shí)驗(yàn)技術(shù)這一課程著手，由淺入深，建立進(jìn)階分級(jí)課程。后續(xù)，在學(xué)校各相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和部處的幫助下，成功將LSCM培訓(xùn)體系納入到研究生選課系統(tǒng)，即設(shè)立以見(jiàn)習(xí)為主的LSCM分析實(shí)驗(yàn)技術(shù)A課和以自主上機(jī)培訓(xùn)為主的LSCM分析實(shí)驗(yàn)技術(shù)B課，由不同需求的學(xué)生進(jìn)行選擇。這樣，學(xué)生可以實(shí)現(xiàn)各取所需。通過(guò)選修LSCM分析實(shí)驗(yàn)技術(shù)A課，對(duì)儀器有了基本的感性認(rèn)識(shí)，如果需要進(jìn)一步大量使用該儀器，可以選修LSCM分析實(shí)驗(yàn)技術(shù)B課。該課程每學(xué)期開(kāi)設(shè)一次，共2學(xué)分，32學(xué)時(shí)，分為8次課進(jìn)行。課程結(jié)束后，每位同學(xué)進(jìn)行上機(jī)盲樣考核，考試合格后獲得自主上機(jī)資格。

3 課程建設(shè)覆蓋若干要素

設(shè)立LSCM分析實(shí)驗(yàn)技術(shù)B課后，在全校選課平臺(tái)上學(xué)生可有的放矢進(jìn)行選課，確保公平公正；承擔(dān)LSCM分析實(shí)驗(yàn)技術(shù)B課的老師會(huì)在講授A課的基礎(chǔ)上，主要培養(yǎng)每位同學(xué)的上機(jī)操作實(shí)踐能力，確保每位同學(xué)能夠?qū)崿F(xiàn)完全獨(dú)立上機(jī)，制定一套完整的理論體系和模式。該課程考核后錄入的成績(jī)會(huì)在學(xué)生的成績(jī)單上有所體現(xiàn)，這既是對(duì)選修該課程學(xué)生的一種監(jiān)督鞭策，也可以證明學(xué)生具有的儀器操作能力，對(duì)他們?nèi)蘸蟮纳钤旌凸ぷ骶且环N能力印證。在課程建設(shè)中著重從以下幾點(diǎn)進(jìn)行培養(yǎng)，這幾點(diǎn)構(gòu)成了課程建設(shè)的必備要素，形成了具有鮮明特色的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和培養(yǎng)模式(見(jiàn)圖1)。

3.1 注重安全制度教育

LSCM分析實(shí)驗(yàn)技術(shù)B課開(kāi)課伊始，首先給同學(xué)們講解實(shí)驗(yàn)室安全管理?xiàng)l例和各項(xiàng)規(guī)章制度，明確實(shí)驗(yàn)室的水、電、門、窗位置，消防通道位置，讓同學(xué)們做到心中有丘壑，牢固樹立安全防護(hù)意識(shí)，時(shí)刻繃緊安全保障這根弦，防患于未然，安全防護(hù)無(wú)死角。

3.2 強(qiáng)調(diào)儀器使用環(huán)境要求

與普通實(shí)驗(yàn)室相比，儀器分析實(shí)驗(yàn)室環(huán)境條件要求更苛刻，環(huán)境硬件配置要求更高。LSCM實(shí)驗(yàn)室內(nèi)要配備空調(diào)，確保環(huán)境溫度保持在20～24 ℃，同時(shí)要配備除濕機(jī)以維持一定的濕度，確保環(huán)境相對(duì)濕度保持在40%～60%。有條件的還可以配備UPS不間斷電源，以防突然斷電。

3.3 樹立安全防護(hù)意識(shí)

LSCM大多數(shù)檢測(cè)樣品是與生物樣品相關(guān)的，因此要讓學(xué)生首先做好生物安全意識(shí)，配備實(shí)驗(yàn)大衣、乳膠手套、無(wú)菌口罩等。①確保實(shí)驗(yàn)樣品不受污染，②保證學(xué)生人身安全。同時(shí)，強(qiáng)調(diào)測(cè)試結(jié)束后，要將樣品自動(dòng)分類回收，不對(duì)環(huán)境造成污染。

3.4 實(shí)行分階段分組練習(xí)

整個(gè)課程分為3個(gè)階段，第1～3次課為第1階段，第4～6次課為第2階段，第7～8次課為第3階段。每個(gè)階段有不同的課程目標(biāo)，階段復(fù)習(xí)，階段測(cè)試。

在進(jìn)行上機(jī)培訓(xùn)時(shí)，劃分若干小組，這樣可以節(jié)約學(xué)生等待時(shí)間，最大限度地讓同學(xué)在有限的時(shí)間內(nèi)得到更多的鍛煉。起初，老師會(huì)結(jié)合儀器操作手冊(cè)，給他們講解儀器硬件名稱、功能、使用順序，然后逐一講解軟件各模塊各個(gè)按鈕和快捷鍵的功能，如何利用不同的參數(shù)拍攝出高質(zhì)量的圖片。同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)演示講解樣品測(cè)試過(guò)程，選擇性地給出儀器操作中的某些可供參考經(jīng)驗(yàn)值，以方便同學(xué)們借鑒。

3.5 循序漸進(jìn)，化整為零，師生互動(dòng)

第1階段每次上課時(shí)，老師與學(xué)生共同復(fù)習(xí)上節(jié)課講述的理論知識(shí)，加深對(duì)理論知識(shí)的理解和梳理。然后測(cè)試提問(wèn)學(xué)生關(guān)于儀器操作步驟和軟件功能的使用。最后，詢問(wèn)學(xué)生是否還有問(wèn)題，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)答疑。這樣的復(fù)習(xí)方法看似繁冗實(shí)則必要，任何一個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程都是循序漸進(jìn)的反復(fù)過(guò)程，一個(gè)同學(xué)默默地機(jī)械記憶反而不如幾個(gè)同學(xué)一起交流切磋有效。

在關(guān)鍵的儀器操作練習(xí)培訓(xùn)過(guò)程中，先從樣品性質(zhì)出發(fā)，讓學(xué)生明確樣品測(cè)試條件，準(zhǔn)確設(shè)置測(cè)試參數(shù)。再講述操作要點(diǎn)，學(xué)生親自動(dòng)手上機(jī)練習(xí)。一開(kāi)始，每個(gè)同學(xué)輪流就位，老師一邊陳述，一邊向?qū)W生詳細(xì)講解每一步驟如何操作拍攝，包括在不同模式下顯微鏡中確定樣品視野、切換掃描模式、調(diào)節(jié)掃描參數(shù)、拍攝各種模式圖片等。學(xué)生聽(tīng)從老師指令，一步一步地操作，而后每個(gè)同學(xué)依次上機(jī)。這樣的手把手教學(xué)方法開(kāi)始很辛苦也很費(fèi)時(shí)間，但是幾個(gè)同學(xué)輪流一次后，相當(dāng)于反復(fù)學(xué)習(xí)了幾次，記憶比較深刻，有利于學(xué)生后面快速上手。在此過(guò)程中，采取先易后難，先簡(jiǎn)后繁的原則。低倍鏡頭景深長(zhǎng)，視野范圍大，相對(duì)容易觀測(cè)到樣品，因此選擇從低倍鏡頭開(kāi)始練習(xí)；檢測(cè)熒光標(biāo)記的細(xì)胞，其難易程度跟樣品前處理有很大關(guān)系，比如細(xì)胞接種密度，細(xì)胞狀態(tài)、標(biāo)記效果等因素，而某些熒光標(biāo)記的材料狀態(tài)相對(duì)穩(wěn)定，焦面易確定，所以開(kāi)始練習(xí)時(shí)往往選擇熒光標(biāo)記的材料進(jìn)行適應(yīng)性訓(xùn)練。通過(guò)前面3次課程的適應(yīng)訓(xùn)練要達(dá)到如下考核目標(biāo)：① 明確儀器開(kāi)關(guān)機(jī)使用順序，知曉基礎(chǔ)硬件名稱和功能；② 根據(jù)樣品性質(zhì)，設(shè)置合理的拍攝參數(shù)；③ 掌握高倍、低倍鏡頭顯微鏡明場(chǎng)找視野的步驟和方法；④ 掌握預(yù)覽圖像、確認(rèn)焦面、調(diào)整參數(shù)、優(yōu)化圖像以及拍攝二維圖像的步驟和方法。在階段總結(jié)時(shí)要告知同學(xué)們?nèi)菀壮霈F(xiàn)錯(cuò)誤的環(huán)節(jié)，及時(shí)糾正。此時(shí)，再給他們說(shuō)明一些應(yīng)急策略，比如應(yīng)對(duì)儀器開(kāi)機(jī)軟件無(wú)法連接、桌面快捷方式失靈、如何調(diào)用以往參數(shù)設(shè)置等等。并多次強(qiáng)調(diào)用4項(xiàng)法則來(lái)訓(xùn)練:盡量慢、不怕停、多動(dòng)手、積累經(jīng)驗(yàn)。

接下來(lái)的3節(jié)課是第2階段，這個(gè)階段是儀器操作的進(jìn)一步深入練習(xí)，所授知識(shí)涵蓋所有儀器操作要素，同時(shí)老師根據(jù)每個(gè)同學(xué)情況進(jìn)行針對(duì)性的指導(dǎo)。在第1階段4項(xiàng)目標(biāo)(①-④)的基礎(chǔ)上，要求達(dá)到以下目標(biāo)：⑤掌握高倍、低倍鏡頭顯微鏡熒光場(chǎng)找視野的步驟和方法；⑥掌握明場(chǎng)DIC(微分干涉)拍攝的步驟和方法；⑦掌握三維圖像的掃描和重構(gòu)；⑧掌握掃描區(qū)域電子放大的方法和步驟；⑨掌握掃描大圖的方法和步驟；⑩掌握拍攝X-Y平面時(shí)間序列圖片的方法和步驟；掌握?qǐng)D片的后期圖像、數(shù)據(jù)處理等軟件附加功能。此過(guò)程中，強(qiáng)調(diào)兩多一少法則：多嘗試、多調(diào)節(jié)、少失誤。加上前面4項(xiàng)法則，形成LSCM自主上機(jī)課程培訓(xùn)黃金七法則。

經(jīng)過(guò)6次課訓(xùn)練，學(xué)生一定程度上已經(jīng)具有獨(dú)立操作能力，但是熟練程度不夠。最后2次課完全放開(kāi)，讓他們繼續(xù)練習(xí)，做到有的放矢、準(zhǔn)確操作、提高速度、降低失誤。8次課程過(guò)后，基本上每個(gè)同學(xué)都可以勝任自主上機(jī)。個(gè)別不熟練的同學(xué)可以在合適的時(shí)間內(nèi)再加強(qiáng)練習(xí)。

3.6 培養(yǎng)良好的自主上機(jī)習(xí)慣

良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣有助于學(xué)生獲取理想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，有利于維持良好的自主上機(jī)秩序，是LSCM開(kāi)放共享的基礎(chǔ)。要求學(xué)生在自主上機(jī)過(guò)程中，做好大型儀器運(yùn)行日志的記錄和儀器自主上機(jī)交接記錄本的記錄，這是儀器使用情況的溯源保證，一旦發(fā)生儀器使用不當(dāng)導(dǎo)致?lián)p壞，可以確保儀器損壞責(zé)任的公正認(rèn)定和情況調(diào)查，是供需雙方維權(quán)的根本保障。同時(shí)，要求學(xué)生確保實(shí)驗(yàn)室的各項(xiàng)衛(wèi)生干凈整潔。上機(jī)結(jié)束后，確保水、電、門窗關(guān)閉和安全。這些要求貫穿于整個(gè)培訓(xùn)課程過(guò)程中，需要每位同學(xué)在課程中時(shí)刻注意，形成習(xí)慣。

3.7 考核

LSCM分析實(shí)驗(yàn)技術(shù)B課考核內(nèi)容包括樣品的制備、檢測(cè)設(shè)備相關(guān)知識(shí)、儀器操作及參數(shù)設(shè)置。要求每位同學(xué)準(zhǔn)備兩色或者三色熒光標(biāo)記樣品以備考核使用。每位同學(xué)單獨(dú)上機(jī)，樣品交叉盲樣考核。考核過(guò)程中涉及軟硬件啟動(dòng)順序、顯微鏡確定視野、樣品拍攝參數(shù)設(shè)置、常規(guī)圖片采集及圖像參數(shù)設(shè)置調(diào)整等。

歷時(shí)8周，同學(xué)們基本上都能通過(guò)考核，順利得到自主上機(jī)資格。如果綜合素質(zhì)確實(shí)不能符合要求的，也會(huì)果斷給予成績(jī)不達(dá)標(biāo)，不予通過(guò)。必須做到嚴(yán)把人員第一關(guān)，確保儀器開(kāi)放共享的有序順利開(kāi)展。

通過(guò)考核的同學(xué)方能簽訂三方協(xié)議，在預(yù)約系統(tǒng)里預(yù)約時(shí)間自主上機(jī)。

4 結(jié) 語(yǔ)

近年來(lái)，通過(guò)LSCM分析實(shí)驗(yàn)技術(shù)B課共培養(yǎng)自主上機(jī)同學(xué)100余名，得到全校師生們的極大支持和響應(yīng)，每次選課都是供不應(yīng)求，同學(xué)們也十分珍惜來(lái)之不易的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。本課程的發(fā)展和研究生的培養(yǎng)共同發(fā)展，互為反哺。積極聽(tīng)取師生們的意見(jiàn)和建議，為了拓寬眼界，中心陸續(xù)開(kāi)展了儀器應(yīng)用講座，邀請(qǐng)儀器應(yīng)用工程師跟大家分享儀器使用技巧，圖片處理工具的使用，進(jìn)一步豐富了同學(xué)們的儀器應(yīng)用知識(shí)，使得該課程建設(shè)上升為“一點(diǎn)帶動(dòng)，雙箭齊發(fā)，三方共建”的局面，收效甚佳。

任何一個(gè)培訓(xùn)和學(xué)習(xí)的過(guò)程都是一個(gè)量變到質(zhì)變，質(zhì)變到飛躍的過(guò)程，在尊重學(xué)習(xí)過(guò)程客觀規(guī)律的前提下，探索和構(gòu)建了LSCM分析實(shí)驗(yàn)技術(shù)B課這一適合培養(yǎng)研究生儀器操作人員的獨(dú)特模式，該培訓(xùn)課程既引人入勝又事半功倍，它為L(zhǎng)SCM儀器開(kāi)放共享奠定了堅(jiān)實(shí)的人員基礎(chǔ)。對(duì)于大型儀器開(kāi)放共享的人員培訓(xùn)模式，也需要相關(guān)人員進(jìn)一步地深入挖掘和探索，做到與時(shí)俱進(jìn)，適應(yīng)不斷發(fā)展的時(shí)代和教育培養(yǎng)人才的需要。