曹 培，楊 陽*

（1.同濟大學土木學院 上海 200092；2.同濟大學巖土及地下工程教育部重點實驗室 上海 200092)

創(chuàng)新人才培養(yǎng)是目前高等教育改革與發(fā)展的目標和方向。大型設備是高校從事人才培養(yǎng)和科學研究的物質基礎和重要保障，是高校綜合實力評估的重要指標之一，在提高科研教學水平、提升實驗教學質量、創(chuàng)新人才培養(yǎng)等方面具有舉足輕重的作用[1-2]。近年來，隨著國家對高等教育持續(xù)不斷的投入，高等院校加快了實驗室和科研平臺的建設步伐，大型儀器設備的數(shù)量和質量都有了極大的提高和改善，夯實了高校的辦學條件[3-4]。為了充分發(fā)揮大型儀器設備的使用效率，推動科研和教學水平的進一步提升，越來越多的高校致力于整合資源，建設儀器設備資源共享平臺，將大型儀器進行開放共享。但從目前實際的使用情況來看，大型儀器和共享平臺主要定位于為科學研究服務，在本科生創(chuàng)新人才培養(yǎng)方面發(fā)揮的作用則比較微弱。因此，如何充分發(fā)揮大型設備這種優(yōu)質資源在本科教學中的效用，推動本科實驗教學改革，助力創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，是高校大型設備管理所亟待解決的問題。

1 大型儀器應用于本科創(chuàng)新人才培養(yǎng)的意義

實驗教學是本科創(chuàng)新人才培養(yǎng)中的重要組成部分，是連接理論與實踐之間的橋梁，能夠培養(yǎng)學生的動手能力、自主學習能力和創(chuàng)新能力。而目前大多數(shù)本科實驗教學，多依賴于傳統(tǒng)實驗方法，使用的設備一般也是比較基礎和常規(guī)的實驗教學儀器，學生鮮少有機會接觸到代表本學科專業(yè)最先進測試技術手段的大型設備，這與創(chuàng)新人才的培養(yǎng)目標和要求不相匹配。將大型儀器設備應用于本科創(chuàng)新人才培養(yǎng)，具有重要的作用和意義：

1.1 培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和科學素養(yǎng)

大型儀器多為高精尖的設備，在設計原理、操作方法和數(shù)據(jù)分析等諸多方面都蘊含了先進的技術和理念，本身就是一個具有創(chuàng)新元素的綜合體，在創(chuàng)新人才培養(yǎng)方面具有得天獨厚的優(yōu)勢[5]，對于學生更好地掌握學科和專業(yè)的新技術方法具有不可替代的作用。將其應用于本科生創(chuàng)新人才培養(yǎng)，能夠增加實驗教學的新穎性和趣味性，有效激發(fā)學生的探索欲和求知欲，開闊學生的專業(yè)視野，使學生了解學科發(fā)展前沿。學生在大型儀器的學習、使用和創(chuàng)新實驗開展過程中，創(chuàng)新能力和科學素養(yǎng)能夠得到良好的啟發(fā)和訓練。

1.2 促進實驗教學改革

隨著科學技術的快速發(fā)展，知識更新的周期也在不斷縮短，這對高校實驗教學內容的提升也提出了更高的要求。目前很多高校的實驗教學內容存在著明顯滯后的現(xiàn)象，與學科發(fā)展前沿脫節(jié)[6]，為創(chuàng)新人才培養(yǎng)帶來了阻礙。將大型儀器應用于本科創(chuàng)新人才培養(yǎng)，不僅可以促進實驗教師開發(fā)能夠體現(xiàn)大型儀器設備特色的實驗課程和項目，建立合適的開放管理機制，而且有助于高?？蒲谐晒虮究平虒W和人才培養(yǎng)的轉化，實現(xiàn)科研和教學相互促進，共同發(fā)展，從而進一步深化實驗教學改革，提升實驗教學層次和效果。

1.3 充分大型儀器設備的效益

如何充分發(fā)揮大型儀器設備的效益一直是高校實驗室管理面臨的挑戰(zhàn)。由于前期建設過程中調研不充分等多方面原因，使得不少大型儀器存在使用機時過低的現(xiàn)象[7]。目前大型設備的使用主要集中在科研和公共服務方面，在教學工作方面的比例偏少，具有較大的提升開發(fā)潛力。本科生數(shù)量眾多，是提高大型儀器使用效益的極大助力。因此，將大型儀器應用于本科創(chuàng)新人才培養(yǎng)，可以充分發(fā)揮儀器設備的使用效益，極大地提高儀器的利用率。

2 大型儀器應用于本科創(chuàng)新人才培養(yǎng)的現(xiàn)狀

大型儀器因其專業(yè)性、先進性和不菲的價格，在實際使用中主要定位于為科學研究服務，而真正在本科實驗教學和創(chuàng)新人才培養(yǎng)方面的應用則相對較少。以同濟大學土木學院（以下簡稱“我?！保┩聊竟こ虒W院為例，學院擁有170 余臺40 萬以上的大型儀器，從2022 年度大型儀器開放共享考核結果可以看出，絕大部分服務項目都是科研項目，在教學方面的應用機時占比不到5%。另外我校于2011年就已建立了大型儀器開放共享平臺并逐步發(fā)展完善，實現(xiàn)了全校范圍內科研儀器設備的統(tǒng)籌管理和資源共享，推動了學科發(fā)展和跨學科交叉融合。用戶可以根據(jù)研究需求預約使用平臺上任意科研設備，但平臺主要面向廣大教師和研究生開放，對本科生使用科研設備的需求重視不足，對本科生用戶的使用權限有諸多限制。大型設備在本科創(chuàng)新人才培養(yǎng)方面的應用主要存在以下幾點困難：

①設備數(shù)量有限。大型設備因為價格昂貴所以臺套數(shù)少，一般同種類型的設備僅有一、兩臺，要承擔學院甚至全校的科研服務，任務繁重，科研和教學難以兼顧。而且本科生人數(shù)多，規(guī)模大，大型設備的數(shù)量不足以支撐眾多本科生的實驗需求。

②設備操作要求高。大型設備具有較強的專業(yè)性和針對性，要求操作人員具有一定的專業(yè)技術水平和儀器操作經(jīng)驗，如果操作不當容易損壞設備。而本科生普遍缺乏大型儀器的實操經(jīng)驗，不具備操作大型設備的基本條件。而且大型設備的運行和維護成本比較高，維修周期較長，因此為避免因操作失誤導致的儀器故障，保障儀器設備的高效運行，實驗室往往不敢貿然讓本科生單獨操作大型設備。

③考核指標不完善。在對大型儀器進行服務績效考核時，往往不考慮儀器設備的類別和特點，所有的設備都采用統(tǒng)一的指標進行考核。一般來說，考核指標主要包括服務機時、培訓學生數(shù)量、支撐國家項目數(shù)量、發(fā)表論文和專利成果的數(shù)量等?？梢钥闯?，這些考核指標并不完善，大多聚焦于科研項目，在教學層面則很少涉及，這勢必會影響儀器設備的開放使用和管理，導致大型儀器的使用向科研項目傾斜，優(yōu)先保障科研實驗的使用。

3 大型設備在本科創(chuàng)新人才培養(yǎng)中的應用措施

3.1 開發(fā)基于大型儀器設備的實驗教學內容

若要使大型設備在本科創(chuàng)新人才培養(yǎng)和實驗教學中真正發(fā)揮作用，必須要有明確的教學目標和切實可行的教學內容，不能只停留在表面，流于形式。如果只局限于讓學生按部就班地學會開關機和簡單的操作步驟，那必然無法激起學生的探索興致，對創(chuàng)新人才培養(yǎng)無法形成有效的助益。因此，有必要結合大型儀器設備的類別和特點，找準切入點，積極開發(fā)適合本科生實驗教學的內容和素材。我校在這方面進行了一系列有益的探索和嘗試。

我校巖土工程實驗中心，將粒度粒形分析儀、彎曲元波速測試儀、聲發(fā)射彈性波測試和地質透視儀等科研設備引入本科生實驗教學，結合精品實驗項目、本科生導師制項目和“三進”項目（進實驗室、進課題組、進項目）、SITP項目等，開發(fā)了一批綜合性、設計性的實驗，以拓寬學生的科研視野，培養(yǎng)具有創(chuàng)新思維的新型復合人才[8]。

我校化學實驗教學中心，搭建了本科生大型儀器開放平臺，開發(fā)了一系列有特色的實驗項目，實現(xiàn)了常態(tài)化和自主性兩個層次的開放實驗教學，以教會學生如何利用儀器開展有目的的自主性學習和研究[9]。

我校汽車學院利用燃料電池發(fā)動機大型測試設備，結合已有的科研項目和學生的實際情況，設計了不同的工況科研性教學實驗，作為本科生“發(fā)動機測試技術實驗”的補充，以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和綜合能力[10]。

3.2 建立大型儀器定期培訓制度

定期開展針對本科生的大型儀器培訓和技術指導，為其使用大型儀器提供支持和保障。每學期開始將相關的培訓信息發(fā)布在教學系統(tǒng)上，學生可自行預約相關的儀器培訓。根據(jù)內容可以將培訓分為科普類和操作類兩種。科普類的培訓多以選修課或講座的形式開展，主要介紹大型儀器的結構組成、工作原理、性能指標和主要用途等，讓學生認識本學科的先進實驗方法和測試技術手段，了解各大型設備的基本功能，可以有的放矢地選擇感興趣的設備，根據(jù)現(xiàn)有的設備資源進行實驗設計。操作類的培訓以操作演示和上機訓練的形式開展，主要包括實驗的基礎知識、儀器的操作步驟、注意事項和安全須知等內容，讓學生親自動手進行操作訓練。同時還可以給學生提供儀器操作視頻，甚至是虛擬實驗，以便學生可以不受時空限制隨時練習模擬操作。除此之外，還可以給學生提供實操觀摩的機會，完成操作培訓的新手學生通過預約申請，可以在有經(jīng)驗的學生操作儀器時進入實驗室觀摩學習，通過“老帶新”的觀摩和交流，進一步加深學生對儀器使用的認識，為獨立上機操作提供保障。

3.3 優(yōu)化完善績效考核機制和評價體系

在儀器績效考核方面，進一步優(yōu)化完善考核指標和評價體系。在制定考核指標時，應充分考慮儀學科和儀器的多樣性和個性化，根據(jù)設備的功能定位和使用方向，制定多元化的評價標準。對于通用型和教學型的設備，可以增加教學相關指標在評價體系中的比重，以便更好地發(fā)揮考核機制和評價體系的積極引導作用，實現(xiàn)科研支撐和教學育人并舉。

同時，完善的考核機制可以具有明確的目標導向性，能夠對實驗教師和儀器設備管理員等產生有效的激勵作用，調動教職員工的積極性，推動他們進一步地去探索大型設備在實驗教學和創(chuàng)新人才中的應用。

4 結語

在國際國內發(fā)展競爭日益激烈的形勢下，培養(yǎng)具有創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的高素質人才是高校面臨的迫切任務之一。大型儀器作為高校硬實力的標志，是創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要資源和平臺，因此，以大型儀器平臺為基礎，在操作與實驗中拓寬學生的專業(yè)視野、培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維、鍛煉學生的創(chuàng)新實踐能力具有重要的意義。只有從頂層設計著手，統(tǒng)籌安排，優(yōu)化配置，建立行之有效的開放內容和全面保障制度，才能充分發(fā)揮大型儀器的資源優(yōu)勢，為本科創(chuàng)新人才培養(yǎng)保駕護航。