崔喜平　黃陸軍　陳俊鋒　張杰　耿林　來忠紅　王曉軍

摘? 要：當(dāng)前我國高端制造裝備與前沿科研儀器自主研發(fā)能力薄弱、嚴(yán)重依賴進(jìn)口，這已經(jīng)成為制約我國自主創(chuàng)新能力提升完成產(chǎn)業(yè)升級和創(chuàng)新型國家建設(shè)的瓶頸問題，為擺脫“卡脖子”、受制于人的局面，除資金持續(xù)投入與國家政策傾斜之外，具有高端儀器與表征技術(shù)專長的創(chuàng)新拔尖人才隊(duì)伍建設(shè)是關(guān)鍵與根本。文章將就如何培養(yǎng)實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神強(qiáng)、適應(yīng)面廣的高素質(zhì)分析測試人才，尤其是具有儀器與表征技術(shù)專長的創(chuàng)新拔尖人才的培養(yǎng)模式進(jìn)行了初步探索。

關(guān)鍵詞：儀器與表征;創(chuàng)新人才;培養(yǎng)模式

中圖分類號：C961? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2020）23-0033-03

Abstract： So far， the independent research and development capability of the high-end manufacturing equipment and cutting-edge scientific instruments in China is weak， and these high-performance devices largely depends on import， which have heavily restricted the improvement of independent innovation capability and the industrial upgrading and the construction of the innovative country. In order to solve the bottleneck problem of heteronomy， the sustained financial support and the national policy must be provided. Besides， the construction of the top-notch innovative talents team with outstanding instruments and characterization technologies is the critical and fundamental significance. This paper will make a preliminary exploration on how to train high quality analytical and testing talents with excellent practical ability， strong innovation spirit and good adaptability， the emphasis will be on discussing the training mode of innovative top-grade talents with cutting-edge instruments experience and outstanding characterization technologies.

Keywords： instruments and characterization; innovative talents; training mode

前言

科學(xué)儀器設(shè)備是科學(xué)研究和技術(shù)創(chuàng)新的基石，是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和國防安全的重要保障。當(dāng)前我國高端制造裝備與重大科研儀器的自主研發(fā)能力薄弱，嚴(yán)重依賴進(jìn)口，這已成為制約我國自主創(chuàng)新能力提升和創(chuàng)新型國家建設(shè)的瓶頸問題，大大影響了我國產(chǎn)業(yè)升級和創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施[1]。因此，為擺脫“卡脖子”、受制于人的局面，《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）》明確將科學(xué)儀器研制列為優(yōu)先發(fā)展的戰(zhàn)略領(lǐng)域，在此背景下科技部“重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)”重點(diǎn)專項(xiàng)于2016年度啟動(dòng)，國家自然基金委也特別設(shè)立了“國家重大科研儀器設(shè)備研制專項(xiàng)”項(xiàng)目，經(jīng)過多年嘗試，取得了顯著成效，發(fā)展了一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高端科學(xué)儀器，為我國的科技創(chuàng)新和國民經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供了重要支撐。

然而要實(shí)現(xiàn)“原創(chuàng)性”重大科研儀器的研發(fā)和重大科學(xué)儀器設(shè)備的產(chǎn)業(yè)化[2]，除資金持續(xù)投入與國家政策傾斜之外，具有高端儀器與表征技術(shù)專長的創(chuàng)新拔尖人才培養(yǎng)是重中之重[3]。在“中國制造2025”的大背景下，工業(yè)和信息化部、國家發(fā)展改革委、中國工程院于2017年2月聯(lián)合發(fā)布的《制造業(yè)人才發(fā)展規(guī)劃指南》，就明確指出人才必須作為我國建設(shè)制造強(qiáng)國的根本，必須科學(xué)培養(yǎng)多層次多類型制造業(yè)人才[4]。當(dāng)前儀器與分析測試行業(yè)人員一般從事簡單的分析測試服務(wù)工作，絕大部分都是從材料、機(jī)械、化工和能源等專業(yè)跨行而來，沒有獨(dú)立的儀器與分析測試專業(yè)來培養(yǎng)相關(guān)的專業(yè)性人才。且從事儀器與分析測試行業(yè)的職業(yè)榮譽(yù)感不強(qiáng)、社會(huì)地位與收入不高，導(dǎo)致儀器與分析測試行業(yè)的高端創(chuàng)新性人才嚴(yán)重匱乏[5]，這已經(jīng)成為限制前沿科研成果產(chǎn)出與高端重大儀器研發(fā)的瓶頸問題。因此，高等院校的人才培養(yǎng)模式必須與時(shí)俱進(jìn)服務(wù)國家的人才發(fā)展戰(zhàn)略[6]，如何培養(yǎng)具有儀器與表征技術(shù)專長的創(chuàng)新拔尖人才是關(guān)鍵。本文將初步探討如何建設(shè)具有儀器與表征技術(shù)專長的創(chuàng)新型人才隊(duì)伍。

一、激發(fā)興趣，樹立“崇尚科學(xué)”價(jià)值觀

興趣愛好與個(gè)人職業(yè)結(jié)合才是最完美的職業(yè)設(shè)計(jì)。因此哈工大分析測試中心為吸引高質(zhì)量的生源同時(shí)激發(fā)學(xué)生從事儀器與表征技術(shù)行業(yè)的興趣，我們針對大一新生開展了“高端儀器開放日”參觀學(xué)習(xí)活動(dòng)：通過高端儀器現(xiàn)場參觀與演示、熱點(diǎn)案例如我國諾貝爾獎(jiǎng)級原創(chuàng)科研成果-量子反?；魻栃?yīng)如何實(shí)現(xiàn)與檢測等深入剖析，引導(dǎo)大一新生了解高端科研儀器與分析測試水平在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)進(jìn)步中的關(guān)鍵作用，是發(fā)現(xiàn)前沿科研之妙與保障生產(chǎn)質(zhì)量的“眼睛”，是保障我國建設(shè)創(chuàng)新型國家、制造強(qiáng)國、科技強(qiáng)國的大國重器。

此外，邀請科研之星為同學(xué)們開展專業(yè)的學(xué)術(shù)報(bào)告與交流沙龍等活動(dòng)，并建立微信群線下廣泛討論交流，讓學(xué)生樹立“科研崇拜”的價(jià)值觀，充分激發(fā)大一新生對于從事高端儀器開發(fā)與分析測試工作的熱情與興趣，讓其了解從事此行業(yè)不但可以發(fā)現(xiàn)前沿科學(xué)之美，還可以服務(wù)國家重大戰(zhàn)略需求，是值得作為一項(xiàng)終生事業(yè)而為之奮斗的。

（一）寬口徑，重理論，強(qiáng)基礎(chǔ)

基礎(chǔ)理論課學(xué)習(xí)包括機(jī)械、控制、電氣、材料等機(jī)械類課程基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)與創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)教學(xué)，是培養(yǎng)具有高水平分析測試水平與高端儀器開發(fā)能力的創(chuàng)新拔尖人才的核心環(huán)節(jié)。當(dāng)然重點(diǎn)是材料分析測試方法基本原理與儀器構(gòu)造原理的學(xué)習(xí)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)除注重課堂教學(xué)內(nèi)容的實(shí)時(shí)更新與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不斷創(chuàng)新外，還充分利用新媒體技術(shù)在教學(xué)中的重要作用。由于微信已經(jīng)成為當(dāng)代中國大學(xué)生獲取信息的最重要途徑之一，利用微信公眾平臺進(jìn)行專業(yè)知識傳播的潛力十分巨大[7]。由此，哈工大分析測試中心依據(jù)本科實(shí)驗(yàn)課程和碩士生實(shí)踐教學(xué)的現(xiàn)狀，針對傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問題，根據(jù)該課程特點(diǎn)，構(gòu)建了基于微信公眾平臺與課堂教學(xué)的混合式教學(xué)模式，具體為課前在線預(yù)習(xí)-課中教學(xué)與演示-課后在線答疑等三位一體式的實(shí)施方案：1. 建立課程微信公眾號，將課堂內(nèi)容相關(guān)的PPT，視頻和音頻等資料上傳，鼓勵(lì)并督促學(xué)生課前進(jìn)行充分預(yù)習(xí);2. 課中專業(yè)課教師圖文并茂講解重點(diǎn)知識要點(diǎn)，并將前沿科研成果融入教學(xué)內(nèi)容中，使學(xué)生明白“學(xué)有所用”;3. 課后利用微信群在線答疑，使學(xué)生有問必答、有問即答。

除創(chuàng)造線上線下多途徑方式夯實(shí)學(xué)生的基礎(chǔ)知識外，實(shí)驗(yàn)教學(xué)更能培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力，是培養(yǎng)拔尖人才不可替代的重要環(huán)節(jié)[8]。由此，我們請具有長期一線分析測試教師與大型儀器功能改造項(xiàng)目科研經(jīng)驗(yàn)的教師共同擬定實(shí)驗(yàn)課教學(xué)內(nèi)容，發(fā)揮教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的主導(dǎo)地位，促進(jìn)科研成果轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，解決“研究創(chuàng)新型”實(shí)驗(yàn)的源頭問題[9]，增加實(shí)驗(yàn)課教學(xué)的多樣化、專業(yè)化、趣味性，盡力提升學(xué)生將專業(yè)基礎(chǔ)知識轉(zhuǎn)化為解決實(shí)際問題的科研能力。此外，我們還邀請學(xué)術(shù)科研明星進(jìn)課堂以“案例式”模式講授高端儀器在科學(xué)研究中的最新進(jìn)展，將基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)與前沿科學(xué)發(fā)展有機(jī)結(jié)合起來，讓學(xué)生明白“學(xué)而有用”，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)枯燥的專業(yè)基礎(chǔ)課的熱情，夯實(shí)基礎(chǔ)理論。

（二）強(qiáng)化實(shí)踐與開放實(shí)習(xí)

實(shí)踐是教學(xué)最有利的輔助工具，為讓學(xué)生深入理解儀器的工作原理、發(fā)展趨勢以及在各前沿學(xué)科中的應(yīng)用，為此哈工大分析測試中心設(shè)立了分析測試學(xué)生助管崗位，學(xué)有余力的學(xué)生可以申請此崗位。通過優(yōu)中選優(yōu)的方式選出興趣高、基礎(chǔ)好的學(xué)生經(jīng)過一線儀器管理教師的系統(tǒng)培訓(xùn)與嚴(yán)格考核（理論筆試+現(xiàn)場操機(jī)考核形式）獲得大型儀器自主操機(jī)資質(zhì)。在儀器管理教師的監(jiān)督下具有自主操作儀器設(shè)備資質(zhì)的學(xué)生可以親自完成各種樣品的制備-處理-在線測試-結(jié)果分析等全鏈條的分析活動(dòng)，并協(xié)助儀器管理教師對設(shè)備進(jìn)行維護(hù)、維修、操作規(guī)程制定、國家儀器類標(biāo)準(zhǔn)和分析測試行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定等，讓學(xué)生深入理解高端儀器在各前沿學(xué)科中的作用以及發(fā)現(xiàn)分析測試中出現(xiàn)的問題，經(jīng)過長期培訓(xùn)的學(xué)生會(huì)獲得豐富的分析測試經(jīng)驗(yàn)與解決科研問題的能力。同時(shí)一線操機(jī)教師更容易從簡單重復(fù)的分析測試中解脫出來，有更自由時(shí)間去進(jìn)行重大設(shè)備的改造、高級功能和新型分析測試方法的開發(fā)等科學(xué)研究，也使教師更有精力去思考如何培養(yǎng)與指導(dǎo)學(xué)生。

此外，分析測試中心還將能力強(qiáng)、興趣高的學(xué)生推薦進(jìn)入國際知名儀器廠家如Carl Zeiss制造生產(chǎn)線參觀實(shí)習(xí)，深入理解儀器構(gòu)造、制造過程并了解國內(nèi)外高端儀器的差距;同時(shí)分析測試中心還與國際頂級儀器廠家在國內(nèi)設(shè)計(jì)的Demo樣品演示實(shí)驗(yàn)室深入合作，使學(xué)生有機(jī)會(huì)接受經(jīng)驗(yàn)豐富的廠家儀器應(yīng)用專家的培訓(xùn)與現(xiàn)場指導(dǎo)，深入理解分析測試方法的高級應(yīng)用與行業(yè)發(fā)展新動(dòng)態(tài)。通過提供實(shí)踐學(xué)習(xí)與現(xiàn)場實(shí)習(xí)可以增強(qiáng)學(xué)生對高端儀器與分析測試方法的深入理解，拓展學(xué)生思維并提高學(xué)生動(dòng)手能力與解決問題的能力。

二、儀器類開放式創(chuàng)新課題研究

在“興趣培養(yǎng)-基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)-實(shí)踐與現(xiàn)場實(shí)習(xí)”基礎(chǔ)上，學(xué)生已經(jīng)具備了專業(yè)的儀器知識與分析測試基本技能，同時(shí)也培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、自我解決問題的探究能力[10]。但終極目標(biāo)是使學(xué)生學(xué)會(huì)開展理論知識的實(shí)用性探索，繼而挑戰(zhàn)新的理論與實(shí)踐創(chuàng)新，即“學(xué)以致用”。因此，哈工大分析測試中心開展了以儀器類開放式創(chuàng)新課題為畢業(yè)論文核心內(nèi)容的本科、碩/博研究生培養(yǎng)模式。將本科生和研究生納入不同的培養(yǎng)體系，目的是為建設(shè)國家制造強(qiáng)國輸出更優(yōu)秀的具有高端儀器與表征技術(shù)特長的專業(yè)性人才。

（一）以儀器應(yīng)用為主的分析測試專業(yè)人才培養(yǎng)

哈工大分析測試中心協(xié)調(diào)組織一線儀器操作經(jīng)驗(yàn)豐富的老師與科研成果突出的導(dǎo)師“一對一”合作，共同擇優(yōu)設(shè)計(jì)以儀器簡單功能或測試方法開發(fā)為目標(biāo)的本科畢業(yè)論文，如搭建高溫加熱模塊結(jié)合商業(yè)X射線衍射儀的薄膜掠入射衍射模塊開發(fā)出樣品表面微納米膜層的高溫相變原位測試方法以及基于三維X射線顯微鏡（XRM）搭建高分辨率的原位加載測試平臺。讓學(xué)生真正理解分析測試方法的本質(zhì)以及高端儀器的構(gòu)造與應(yīng)用，使本科畢業(yè)生成長為掌握了扎實(shí)理論知識并具有熟練操作技能的“合格的人才產(chǎn)品”，并使其可以參與國際競爭的新型分析測試人才，他們畢業(yè)后可以補(bǔ)充到高校、研究院所、大型測試服務(wù)機(jī)構(gòu)和企業(yè)的分析測試隊(duì)伍中，發(fā)揮其專業(yè)特長，滿足新形勢的分析測試工作要求。

（二）以重大儀器研發(fā)或改造中的科學(xué)問題為導(dǎo)向的創(chuàng)新拔尖人才培養(yǎng)

對于本科已經(jīng)具有扎實(shí)儀器理論功底并熟練掌握表征技能的學(xué)生，在其碩士和博士研究生階段，除繼續(xù)引導(dǎo)其進(jìn)行更深入的基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)和儀器前沿技術(shù)與發(fā)展趨勢調(diào)研外，具有一線測試與儀器開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的導(dǎo)師可以凝練出重大儀器研發(fā)或改造中的科學(xué)問題，以解決此科學(xué)問題為導(dǎo)向提煉出碩士或博士研究生的研究課題，如商業(yè)掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電子顯微鏡（TEM）不能進(jìn)行磁性粉末材料的測量是公認(rèn)的科學(xué)問題，如何通過儀器設(shè)備改造攻克SEM/TEM進(jìn)行磁性粉末材料的表征技術(shù)難題;此外，如何通過改進(jìn)改造SEM解決基于SEM原位拉伸時(shí)高分辨圖像漂移的瓶頸問題等等。通過這類的儀器改造類課題攻關(guān)，培養(yǎng)出更多具有儀器與表征技術(shù)專長的創(chuàng)新拔尖人才，為實(shí)現(xiàn)我國的制造強(qiáng)國戰(zhàn)略儲(chǔ)備更多研究型專業(yè)人才。

（三）儀器類創(chuàng)新人才培養(yǎng)成效

經(jīng)過幾年的改革實(shí)踐，已經(jīng)摸索出了可行的儀器類專業(yè)人才培養(yǎng)模式，且取得了顯著成效。目前獲得透射電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡、X射線衍射儀等大型分析測試設(shè)備獨(dú)立自主操機(jī)資格的學(xué)生達(dá)600余人，培養(yǎng)的畢業(yè)生20余人進(jìn)入高等院校（哈工大分析測試中心3人）、科研院所和大型企業(yè)等單位從事分析測試與儀器開發(fā)等相關(guān)的工作;同時(shí)培養(yǎng)的學(xué)生與導(dǎo)師合作完成了設(shè)備改造與功能開發(fā)等6項(xiàng)，作為核心單位參與儀器類國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定4項(xiàng)，最為重要的是有3名博士畢業(yè)生作為項(xiàng)目骨干成員參與了科技部的國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃-大科學(xué)裝置前沿研究專項(xiàng)項(xiàng)目研究。雖然取得了一些成果，但是分析測試中心依然會(huì)以哈工大“規(guī)格嚴(yán)格、功夫到家”的校訓(xùn)為理念，堅(jiān)持創(chuàng)新思維，繼續(xù)探索并完善該人才培養(yǎng)模式，為我國培養(yǎng)出更多的具有儀器與表征技術(shù)專長的創(chuàng)新拔尖人才。

三、結(jié)束語

哈工大分析測試中心開創(chuàng)了以“興趣培養(yǎng)-基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)-實(shí)踐與現(xiàn)場實(shí)習(xí)-儀器類創(chuàng)新課題研究”四位一體的學(xué)生培養(yǎng)模式，目的是以興趣與扎實(shí)基礎(chǔ)理論為前提，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新思維的形成，鍛煉其實(shí)踐和動(dòng)手能力，最大限度地提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力，為我國培養(yǎng)出實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神強(qiáng)、適應(yīng)面廣的高素質(zhì)分析測試人才，特別是培養(yǎng)出更多具有儀器與表征技術(shù)專長的創(chuàng)新拔尖人才。

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