楊 帆， 丁 鳴， 孫 益， 王國(guó)強(qiáng)， 吳 敏

(浙江大學(xué) 生物學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心， 杭州 310058)

0 引 言

2015年10月，國(guó)務(wù)院公布的《統(tǒng)籌推進(jìn)世界一流大學(xué)和一流學(xué)科建設(shè)總體方案》提出，加快建成一批世界一流大學(xué)和一流學(xué)科；2017年8月，教育部公布了“雙一流”建設(shè)高校和“雙一流”建設(shè)學(xué)科名單。“雙一流”建設(shè)是中國(guó)高等教育領(lǐng)域繼“211”工程、“985”工程之后的又一項(xiàng)國(guó)家戰(zhàn)略，舉國(guó)矚目，而不論是一流的大學(xué)建設(shè)還是一流的學(xué)科建設(shè)都離不開一流的人才培養(yǎng)體制[1-2]。創(chuàng)新型人才是當(dāng)今世界最重要的戰(zhàn)略資源，培養(yǎng)創(chuàng)新應(yīng)用型人才，也是高校教學(xué)的核心要求和根本目的。但一直以來(lái)，我國(guó)的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)存在重知識(shí)輕能力、重理論輕實(shí)踐等現(xiàn)象，高校作為創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的主要載體，需要轉(zhuǎn)變教育觀念，以創(chuàng)新作為大學(xué)的精神核心和價(jià)值追求，在強(qiáng)化理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，著重強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和能力，全面提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，幫助學(xué)生成為適應(yīng)當(dāng)代社會(huì)發(fā)展需要、具有創(chuàng)新能力和科研實(shí)踐能力的高級(jí)人才[3]。

1 生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀

1.1 生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀

生物學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力以及創(chuàng)新能力的重要手段，在生物學(xué)的教學(xué)體系中起著舉足輕重的作用。在生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容仍然是以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，整體偏重于對(duì)理論知識(shí)的驗(yàn)證、鞏固。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過(guò)程，絕大多數(shù)還是采取老師講解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、學(xué)生按照既定的實(shí)驗(yàn)步驟操作、獲得預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果的模式。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，往往處于被動(dòng)地位，只動(dòng)手不動(dòng)腦，無(wú)法發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，也限制了創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。因此設(shè)立專門的本科生創(chuàng)新開放實(shí)驗(yàn)室，鼓勵(lì)學(xué)生從自身專業(yè)知識(shí)水平和興趣出發(fā)，選取相應(yīng)的科研方向，從事探索性、研究性、創(chuàng)新性的科研實(shí)驗(yàn)，是提高整體實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立操作能力和創(chuàng)造性思維的必經(jīng)之路，也是研究型大學(xué)培養(yǎng)創(chuàng)新型高級(jí)人才的成功經(jīng)驗(yàn)。

1.2 生物學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的類型和運(yùn)行機(jī)制

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)眾多高校都在積極探索各種適應(yīng)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)模式。目前，大概可以分成3類：① 以綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)為主的開放式實(shí)驗(yàn)室[4]。這一類創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室往往與傳統(tǒng)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)室結(jié)合在一起。在實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)過(guò)程中，在保證基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，適當(dāng)增加設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)的比重。從現(xiàn)有的教學(xué)內(nèi)容出發(fā)，改變以往教師布置實(shí)驗(yàn)步驟、按部就班完成實(shí)驗(yàn)課程的模式，通過(guò)教師的引導(dǎo)和啟發(fā)式教學(xué)，鼓勵(lì)學(xué)生組成小組或者團(tuán)隊(duì)，查找文獻(xiàn)，提出自己的具有可行性和可操作性的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路，并最終完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)[5]。② 以科研項(xiàng)目為載體，“導(dǎo)師制”為主要培養(yǎng)形式的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室模式[6-7]。在我國(guó)的研究型高校中，有眾多的高?？蒲袑?shí)驗(yàn)室。這些科研實(shí)驗(yàn)室擁有大量高端精密儀器，從事著大量前瞻性、創(chuàng)新性的科研工作。建立依托科研實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室模式，結(jié)合具體的科研實(shí)驗(yàn)室研究方向，設(shè)置綜合性強(qiáng)、有研究意義和研究前景的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，聘請(qǐng)相關(guān)科研實(shí)驗(yàn)室科研經(jīng)驗(yàn)豐富的PI做為學(xué)生的指導(dǎo)老師，學(xué)生通過(guò)查閱文獻(xiàn)資料，自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)步驟，并最終完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程。相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)成果，可以對(duì)接到科研實(shí)驗(yàn)室相應(yīng)的科研項(xiàng)目中。這個(gè)過(guò)程既鍛煉了學(xué)生分析、解決實(shí)際問題的能力，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新性思維，還可以為學(xué)生后續(xù)的學(xué)習(xí)和研究奠定一定的項(xiàng)目基礎(chǔ)。③ 以創(chuàng)新設(shè)計(jì)、科技實(shí)踐和研究探索為主題，依托各類競(jìng)賽項(xiàng)目為主體的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室模式[8-9]。這一類創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室有別于前兩類分別依托教學(xué)和科研實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，是完全獨(dú)立地建設(shè)的專門實(shí)驗(yàn)室，用于支持和幫助學(xué)生參加各種科技類競(jìng)賽以及各級(jí)本科生科創(chuàng)項(xiàng)目活動(dòng)的平臺(tái)。學(xué)生以競(jìng)賽項(xiàng)目或者科創(chuàng)項(xiàng)目為紐帶組建團(tuán)隊(duì)，制訂科研目標(biāo)和科研計(jì)劃，團(tuán)隊(duì)內(nèi)部合理分工，定期安排任務(wù)，定期展開討論。指導(dǎo)老師只負(fù)責(zé)科研大方向的把握以及實(shí)驗(yàn)室正常運(yùn)轉(zhuǎn)的維護(hù)，讓學(xué)生放開思維，大膽創(chuàng)新，同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神和管理協(xié)調(diào)能力。

2 創(chuàng)新開放實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)狀和管理制度

2.1 建設(shè)現(xiàn)狀

生物學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心本科生創(chuàng)新開放實(shí)驗(yàn)室(以下簡(jiǎn)稱創(chuàng)新開放實(shí)驗(yàn)室)建于2010年，是一個(gè)專門為培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力，提高大學(xué)生綜合素質(zhì)而獨(dú)立設(shè)置的生命科學(xué)類課外科研訓(xùn)練平臺(tái)[10]。實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有使用面積約220 m2，設(shè)有學(xué)生實(shí)驗(yàn)室區(qū)、學(xué)習(xí)討論區(qū)、細(xì)胞培養(yǎng)室等多個(gè)功能區(qū)域。實(shí)驗(yàn)室配備有各類實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備200多臺(tái)件，包括：紫外、可見光譜分析儀、酶標(biāo)儀、蛋白核酸分離純化及電泳檢測(cè)系統(tǒng)、PCR儀、二氧化碳培養(yǎng)箱、倒置熒光顯微鏡及成像分析系統(tǒng)、超聲波細(xì)胞破碎儀、超低溫冰箱、超純水機(jī)以及各類高速離心機(jī)、恒溫培養(yǎng)箱等實(shí)驗(yàn)配套設(shè)備，可基本滿足各類生物化學(xué)、分子生物學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)等實(shí)驗(yàn)需求。

2.2 創(chuàng)新開放實(shí)驗(yàn)室的管理模式

因?yàn)閯?chuàng)新開放實(shí)驗(yàn)室的出發(fā)點(diǎn)是以課外科技活動(dòng)為主，實(shí)驗(yàn)室的主體是全校各年級(jí)各專業(yè)的本科生，所以在建設(shè)之初，創(chuàng)新開放實(shí)驗(yàn)室即采用了全年全天候開放的模式，為熱愛生物學(xué)、有想法、有思維的學(xué)生提供足夠的選擇和支撐。但由此也需要有一套與這樣的開放模式相適應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室管理和運(yùn)行制度。

(1) 申請(qǐng)準(zhǔn)入制度。為了吸引對(duì)生物學(xué)領(lǐng)域有興趣的學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)科的交叉融合和創(chuàng)新，實(shí)驗(yàn)室在建立之初堅(jiān)持面對(duì)全校各專業(yè)學(xué)生開放的宗旨。即在校的全日制本科生，具備有一定的生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本實(shí)驗(yàn)技能的，均可申請(qǐng)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行生命科學(xué)類的各類科技競(jìng)賽項(xiàng)目以及自主創(chuàng)新科研訓(xùn)練項(xiàng)目[11]。申請(qǐng)人登錄實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)頁(yè)下載申請(qǐng)表，填寫個(gè)人相關(guān)信息以及準(zhǔn)備進(jìn)行的科研訓(xùn)練項(xiàng)目或者科技競(jìng)賽項(xiàng)目信息，網(wǎng)上遞交由生物實(shí)驗(yàn)中心和開放實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行審核。審核通過(guò)后，申請(qǐng)人必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)中心網(wǎng)站上實(shí)驗(yàn)室安全準(zhǔn)入考試系統(tǒng)的考試，即可申請(qǐng)開放實(shí)驗(yàn)室的門卡，具體流程見圖1。

圖1 創(chuàng)新開放實(shí)驗(yàn)室門卡申請(qǐng)流程

在正式開展科研實(shí)驗(yàn)之前，申請(qǐng)人還必須接受開放實(shí)驗(yàn)室的專場(chǎng)安全培訓(xùn)課程，內(nèi)容包括：介紹實(shí)驗(yàn)室的基本情況和實(shí)驗(yàn)室內(nèi)各功能分區(qū)；學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部管理制度，著重于對(duì)儀器、試劑和各種耗材的使用操作規(guī)范，強(qiáng)調(diào)試劑藥品的規(guī)范取用和安全使用，以及實(shí)驗(yàn)室整體安全和衛(wèi)生情況的維護(hù)和保障。

(2) 藥品管理制度。生物實(shí)驗(yàn)的藥品和試劑紛繁雜亂，而且還有不同的保存溫度要求。對(duì)于常溫保存的藥品和試劑，創(chuàng)新開放實(shí)驗(yàn)室內(nèi)設(shè)有專門的藥品貯存區(qū)域，放置藥品柜收納各類常規(guī)化學(xué)藥品試劑。與此同時(shí)，這些常規(guī)化學(xué)品根據(jù)不同分類級(jí)別，采用不同的管理模式：普通化學(xué)品，學(xué)生可自行取用并在藥品使用登記表上登記；危險(xiǎn)化學(xué)品，學(xué)生則必須在實(shí)驗(yàn)室管理老師在場(chǎng)的情況下方可取用，并在使用表上登記。另一方面，對(duì)于需要低溫保存的生物試劑，除了有實(shí)驗(yàn)室公用試劑統(tǒng)一放置的低溫冷柜外，還給各個(gè)項(xiàng)目組配置對(duì)應(yīng)的冰箱和冷柜。當(dāng)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要某些特殊的藥品試劑時(shí)，學(xué)生可提出申請(qǐng)，管理老師審核通過(guò)后，根據(jù)具體情況選擇購(gòu)買方式。

(3) 儀器管理制度。儀器設(shè)備是科研項(xiàng)目正常開展的基礎(chǔ)和保障。近年來(lái)隨著創(chuàng)新開放實(shí)驗(yàn)室的不斷發(fā)展，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)儀器設(shè)備的種類和數(shù)量也在逐年增加。在準(zhǔn)入流程的安全教育中，即首先就儀器的安全正確使用對(duì)學(xué)生進(jìn)行培訓(xùn)。對(duì)于常規(guī)的普通儀器，如天平、pH計(jì)、分光光度計(jì)等，以教師講解為主。而對(duì)于一些危險(xiǎn)性儀器或者大型儀器，如超速離心機(jī)、高壓滅菌鍋等，則要求學(xué)生不僅要熟悉和掌握它們的操作流程，還必須通過(guò)管理老師的考核方可正式使用。

(4) 團(tuán)隊(duì)管理制度。開放實(shí)驗(yàn)室的特點(diǎn)，是學(xué)生基本都以科技競(jìng)賽項(xiàng)目或者自主科研創(chuàng)新項(xiàng)目的形式組成小團(tuán)隊(duì)。為了體現(xiàn)開放實(shí)驗(yàn)室“學(xué)生自我管理為主，老師管理為輔”的特點(diǎn)，每個(gè)團(tuán)隊(duì)均配備有1或2名小組長(zhǎng)，由小組長(zhǎng)負(fù)責(zé)本組科研實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的組織和實(shí)施，小組長(zhǎng)還需要協(xié)助實(shí)驗(yàn)室的管理老師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室的日常維護(hù)和管理。管理老師主要和各組長(zhǎng)之間交流溝通，協(xié)助解決各小組遇到的各種問題和困難。

(5) 安全管理智能化系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)室的安全管理一直以來(lái)都是實(shí)驗(yàn)室管理的重中之重。開放實(shí)驗(yàn)室是一個(gè)學(xué)生自由度非常高、實(shí)驗(yàn)室全年開放的環(huán)境，如何保障實(shí)驗(yàn)室的安全穩(wěn)定運(yùn)行，是一個(gè)深得探索和研究的課題[12-13]。目前主要通過(guò)兩個(gè)系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行創(chuàng)新開放實(shí)驗(yàn)室的安全管理和維護(hù)。① 中心采用了一套感應(yīng)式智能電子門鎖系統(tǒng)，需要有特定的感應(yīng)卡才可以開門進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室。將感應(yīng)卡和校園卡綁定在一起，既不增加學(xué)生的額外經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，又可以通過(guò)門卡管理系統(tǒng)和校園卡系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)，清晰地檢索到每一個(gè)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生信息。學(xué)生在申請(qǐng)開通校園卡的門卡功能之前，必須經(jīng)過(guò)前述嚴(yán)格的申請(qǐng)準(zhǔn)入流程，期間需進(jìn)行安全知識(shí)的考試和專題安全講座。② 開放實(shí)驗(yàn)室內(nèi)安裝了一套全天候全方位的數(shù)字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)。攝像頭采用高質(zhì)量的彩色紅外攝像機(jī)，即使在密閉的細(xì)胞房這種沒有任何外源光線的封閉環(huán)境下，也可拍攝到清晰的畫面。圖像信息的存儲(chǔ)采用了專為安全防范領(lǐng)域設(shè)計(jì)的嵌入式的網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)，具有監(jiān)視、控制、錄像和存儲(chǔ)等功能。管理老師可通過(guò)固定IP地址的授權(quán)電腦登錄監(jiān)控系統(tǒng)，進(jìn)行遠(yuǎn)程地控制和調(diào)取監(jiān)控資料。

3 創(chuàng)新開放實(shí)驗(yàn)室的成果和運(yùn)行中的問題

生物學(xué)國(guó)家級(jí)教學(xué)示范中心本科生開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室建立7年以來(lái)，共接收了247名本科生的申請(qǐng)，學(xué)生來(lái)源覆蓋校內(nèi)絕大多數(shù)的理工科專業(yè)。在開放實(shí)驗(yàn)室，共計(jì)完成了近70項(xiàng)各類學(xué)生科研課題和科技競(jìng)賽項(xiàng)目，每年發(fā)表以本科生為第一作者的科研論文約2～3篇，在“挑戰(zhàn)杯”全國(guó)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽、全國(guó)大學(xué)生生命科學(xué)競(jìng)賽和國(guó)際基因工程機(jī)械大賽(iGem)等競(jìng)賽中均取得了佳績(jī)。

存在的問題：① 一直以來(lái)，開放實(shí)驗(yàn)室采用的是手動(dòng)登記的簽到模式，要求學(xué)生登記記錄每日進(jìn)入和離開實(shí)驗(yàn)室的時(shí)間。手動(dòng)紀(jì)錄直觀一目了然，可視性強(qiáng)。但在這些年的實(shí)行過(guò)程中，逐漸暴露出了一些手動(dòng)登記記錄的弊端。相對(duì)電子簽到，手動(dòng)紀(jì)錄費(fèi)時(shí)費(fèi)力，學(xué)生主觀上比較排斥。與此同時(shí)，手動(dòng)簽到的檢索比較繁瑣，不利于歷史紀(jì)錄的查找。與之相應(yīng)的，儀器、藥品的使用登記也存在同樣的問題。手工登記學(xué)生有一個(gè)主觀上的惰性，很難堅(jiān)持。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)和信息技術(shù)的不斷發(fā)展，電子簽到登記代替手工登記，已勢(shì)在必行，也符合現(xiàn)代學(xué)生的特點(diǎn)。如何將電子簽到系統(tǒng)和學(xué)生進(jìn)出入實(shí)驗(yàn)室、儀器的使用以及藥品的取用有機(jī)合理地結(jié)合在一起，是值得仔細(xì)研究和探討的課題[14-15]。② 開放實(shí)驗(yàn)室的全方位全天候監(jiān)控

系統(tǒng)，為實(shí)驗(yàn)室的安全穩(wěn)定運(yùn)行發(fā)揮了重要的作用。但是在使用過(guò)程中，也暴露出了一個(gè)很大的弊端：目前的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置，只能在固定IP的電腦上查看實(shí)時(shí)監(jiān)控或者回放，不僅限制了監(jiān)控系統(tǒng)作用的進(jìn)一步發(fā)揮，也嚴(yán)重影響了管理人員管理的時(shí)效性。因此如何對(duì)現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)終端的實(shí)時(shí)監(jiān)控，也是開放實(shí)驗(yàn)室急需解決的一個(gè)問題。③ 目前，在創(chuàng)新開放實(shí)驗(yàn)室，普通的化學(xué)品試劑，學(xué)生可以根據(jù)需要自己取用。但也帶來(lái)一個(gè)管理上的難題，那就是如何準(zhǔn)確了解實(shí)驗(yàn)室內(nèi)化學(xué)品試劑的庫(kù)存量，以便及時(shí)購(gòu)買補(bǔ)充。目前采取的學(xué)生使用登記、老師定時(shí)核對(duì)檢查的方式，容易出現(xiàn)誤差，造成藥品缺檔，影響科研實(shí)驗(yàn)的進(jìn)度。

4 結(jié) 語(yǔ)

隨著國(guó)家對(duì)教育投入的不斷增加，高校實(shí)驗(yàn)室的規(guī)模和儀器設(shè)備等硬件水平有了極大改善。在本科教學(xué)實(shí)驗(yàn)室以外，獨(dú)立建立和運(yùn)行一個(gè)創(chuàng)新研究型的實(shí)驗(yàn)室，為學(xué)生提供一個(gè)能夠激發(fā)創(chuàng)新思維和熱情、鍛煉創(chuàng)新能力的平臺(tái)，也是高等學(xué)校生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一個(gè)發(fā)展方向[16-17]。而改善和更新現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室管理制度和運(yùn)行模式、提高相關(guān)實(shí)驗(yàn)室管理人員的專業(yè)素質(zhì)和敬業(yè)精神，是保障開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室高效良性運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵因素。