院系大型仪器测试平台的管理与培训探究

高 翔， 崔红波， 宁晓辉

（西北大学化学与材料科学学院，西安 710127）

0 引 言

大型仪器设备是科学研究的重要载体和基础，是高等科研院所培养高水平科研人才、突破前沿科学的重要技术装备［1-2］。为了提高科研院所在科技发展中的科研创新能力与核心竞争力，国家对教学科研的支持力度不断加大，高校的大型仪器设备数量、类型和整体价值逐年增加，在教学、科研和社会服务等方面发挥了巨大作用［3］，但随之也产生了如何降低大型仪器的故障率、如何实现大型仪器的资源共享等诸多问题［4-5］。为了更好地实现大型仪器的共享和有效管理，现以化学与材料科学学院分析测试研究中心为例，结合多年工作经验，就高校院系级大型仪器测试平台在运行现状、维护管理，以及教学和培训几方面存在的实际问题和困难进行探讨，从提高院系级大型仪器的利用率、减少大型仪器的维修率、降低维护成本、提高学生测试技能等方面探索院系级大型仪器测试平台的提升方案。

1 院系大型仪器测试平台的运行现状

1.1 院系大型仪器测试平台的运行现状

相较于高等科研院所直属的大型仪器测试平台，院系大型仪器测试平台的仪器专用性和专业性更强［6］，以化学与材料科学学院分析测试研究中心，测试平台共有电子光学仪器、质谱仪器、X射线仪器、色谱仪器、波谱仪器、显微镜及图像分析仪器、生化分离分析仪器九大类共计2 595台（件），仪器的测试方向和所属专业主要以化学、化生和材料科学为主。目前，中心仪器的使用模式以实验技术人员操作为主，学生培训考核后自主上机操作为辅的方式开展测试工作。此外，为提高实验教学成效，培养高素质创新型人才，中心配合学院本科及研究生教学工作承担了部分实验教学和仪器操作培训任务。

1.2 院系大型仪器测试平台在运行中存在的问题

院系大型仪器测试平台在学科专业和科学测试精准性定位上具有不可小觑的优势［7］，但总体看来，在运行中存在专用性强［8］、开放共享机制不完善［1］等问题：

（1）院系大型仪器测试平台多为专业化服务，因而利用效率不高，服务的专业范围不够广泛［9］。再者，由于仪器设备的生产厂商众多，仪器功能和型号种类繁多，有些院系在采购时没有兼顾基础性研究和前沿测试需求，使采购的设备缺少尖端科研及交叉学科研究的功能［10］；此外，部分仪器负责人思想保守，担心功能开发会造成仪器故障影响教学科研进展［11］，而造成仪器功能开发不够深入，不能充分发挥仪器的科研教学价值。

（2）院系大型仪器测试平台在仪器采购时往往调研不够全面，前期论证不够充分［12］。这就导致部分仪器由于专业性强，使用人群范围小而出现了仪器使用效率低、仪器设备部门化、个人化，同类型仪器重复购买等现象，部分仪器设备及其部分功能出现闲置，大大限制了仪器设备的最大价值体现。

（3）与校测试平台相比，院系大型仪器测试平台的运行及维修资金往往不够充足［13］，这就导致大型仪器设备在出现故障时不能及时解决，仪器负责人不敢深入开发仪器功能。

（4）信息整合不够全面。随着实验室管理信息化程度的迅速提高，院系平台的短板日益明显，主要表现为：信息化平台管理混乱，各院系使用不同的信息化平台，仪器信息互通性不够；同类型仪器重复购买、仪器设备安装资料、维护维修信息录入不够全面，缺乏精细化管理理念等。

1.3 院系大型仪器测试平台运行方式的探索

对于院系级大型仪器测试平台，提高仪器的利用率、推动仪器的开放共享是让仪器功能发挥最大化的重要手段［14］。学校2017年制定并开始实施《西北大学仪器设备类资产管理办法》，在大型仪器设备开放共享方面开展了大量工作。遵照学校的指导思想和管理办法，学院结合学科发展和仪器设备现状，从仪器设备共享、运行方式及平台实验队伍建设等方面不断探索创新，初步实现了大型仪器设备的资源共享和优化整合。①学院将所有符合条件的大型仪器设备纳入学校统一的设备网络管理平台，所有审核过的用户均可通过平台进行仪器功能和信息查询、在线预约等。网络管理平台的使用大大提高了仪器设备使用效率和价值发挥，同时也方便其他院系在进行仪器采购时进行调研，从而合理配置资源，避免重复购置。②学院的大型仪器设备在收费制度和教学培训上保持院内外、校内外管理一致化，有固定的校外服务时间，并建立了客户满意度调查制度，在科研教学和培养创新人才的同时，更好地服务于社会。③学院在大型仪器管理上实现了专人管理，仪器负责人为仪器设备的一级责任人，全面负责仪器维护、运行、维修的相关工作，自主制定仪器的管理和培训制度。

2 院级大型仪器测试平台的维护及管理

2.1 院级大型仪器测试平台维护及管理中存在的问题

大型仪器设备在运行一定年限或者使用频次较高时容易出现故障或损坏，造成仪器故障或损坏的原因有很多，诸如操作不当、零部件寿命老化等［4］，长时间的故障宕机会影响科研进度及教学进程［15］。目前，院系大型仪器测试平台在维护和管理中多存在以下几方面问题，容易造成仪器故障或损坏：

（1）缺乏日常维护意识。高校都是以“事后维护”的手段来处理仪器故障，缺乏定期维护的意识和理念［5］，院系大型仪器测试平台的仪器管理人员更是由于身兼数职，无法定期对仪器进行深入调试与保养，往往使用仪器时才发现仪器出现了问题［16］。

（2）小问题变成大故障。一般院系大型仪器测试平台在解决仪器故障问题时，多需要经过申报、评估、公示、签订维修合同等步骤后才正式进入维修环节，繁琐的流程不仅会延误仪器的维修，也使得小问题不能及时得到解决，其结果就是小问题小故障积累成了大问题大故障。

（3）仪器维护成本投入不够。院系大型仪器测试平台相较于校级平台往往资金不够充足，因而会优先为发生宕机的仪器解决故障，剩余的资金还要用于仪器的运行开支，分配在仪器维护上的经费就变得极为匮乏，缺少保养维护为仪器故障埋下了隐患。

（4）仪器使用管理不规范。大型仪器设备使用者的操作素养和技术水平对于仪器的正常运行、延长使用寿命起着至关重要的影响［17］。院系大型仪器测试平台由于服务对象系本院师生占比较大、仪器同时承担科研测试任务和教学任务、以及仪器管理者多为兼职等原因，在仪器使用管理上不够规范，容易造成仪器故障，不利于大型仪器的安全有效运行。

2.2 院系大型仪器测试平台维护及管理方式的探索

为了提升院系大型仪器测试平台的仪器使用寿命，最大限度发挥大型仪器在科研教学上的使用价值，可以从以下几方面进行改进：

（1）树立良好的仪器维护意识和共享理念［18］。院系大型仪器测试平台在进行大型仪器采购时，不应局限于本院系的测试需求，可邀请其他院系学科的相关专家、有长期仪器管理和维护经验的技术人员参与采购，为后期仪器的功能开发及共享打好基础。另外，大型仪器在采购时，应将仪器的维护成本或者延保费用作为采购的一部分。例如扫描电子显微镜，在采购时可以将电子枪灯丝、样品仓的定期清洁等维护项目列入采购清单，从而降低仪器后期的维护成本。

（2）制定切实可行的仪器维护计划。大型仪器的日常维护步骤繁复且项目较多，以扫描电子显微镜为例，维护包括烘烤、真空状态检查、机械泵油的检查与更换、循环水机的检查清洗和更换等，且每个项目的维护周期各不相同，制定合理的维护计划可以避免维护项目的遗忘或者混淆。

（3）注重理论学习和实操培训。大型仪器由于功能复杂、构造精密，很难在短期内对仪器有深入的了解，需要不断学习和进修。目前中心的大型仪器已经做到了专人管理，但是针对大型仪器管理人员的培训进修机会依然较少，针对这一问题学院采取了邀请仪器公司的工程师现场培训、组织大型仪器管理人员去其他测试平台参观交流、鼓励仪器管理员积极参加学术会议等方式来加大实验技术人员的培训力度。

（4）细化仪器使用流程，制定规范化仪器使用管理制度。仪器负责人根据仪器的使用情况制定详细的仪器使用制度、自主操作培训和考核制度，从仪器的规范化使用、规范化预约、规范化培训等方面细化仪器的管理，从而提高仪器设备的使用率和寿命。

（5）建立完善的责任机制。中心大型仪器采取了三级责任制，仪器管理员为一级责任人，负责仪器的规范化操作和运行，定期对仪器进行维护，开展培训教学活动；与仪器相关的教师为二级责任人，负责自主操作仪器学生的审核，在仪器使用期间负责仪器的安全规范化运行；三级责任人为通过自主操作培训及考核的学生，负责仪器使用期间的规范化操作。

3 院系大型仪器测试平台的教学和培训

3.1 院系大型仪器测试平台教学和培训中存在的问题

院系大型仪器测试平台不仅是科学研究的重要基础和载体，在学科建设和人才培养上具有至关重要的作用［6］。作为理工科院系的一部分，为了培养学生的创新能力和科研能力，中心还承担了学院本科生、研究生的实验教学和仪器操作培训的任务，大大提高了学生的科研动手能力。在培训和教学过程发现存在不少问题：

（1）培训和教学与科研测试时间冲突。院系大型仪器测试平台往往同类型仪器数量较少，且需要同时承担科研测试和教学培训任务，这就造成了仪器使用时间相冲突。学院用来进行教学和科研的只有一台冷场发射扫描电镜，由于在材料学、生物学、考古学等多领域的广泛应用［19-20］，扫描电镜原本的科研测试需求量就极大，加之每年还要承担本科生、研究生的实验教学任务，致使许多师生无法预约到测试机时。

（2）培训和教学效果不显著。由于扫描电镜属于贵重的分析仪器，具有结构精密、操作复杂、运行维护成本高等特点，且在实际操作过程中容易出现样品掉落、样品杆卡死、探头撞坏、组合样品台损坏等故障。为了减少维修成本，避免浪费科研时间，在教学过程中只能以视频播放和演示实验的方式进行，因而教学效果不理想。此外，大型仪器的实验教学通常是针对低年级学生开展的流程式基础实验教学，而大型仪器的使用需求和频度会因研究生的研究方向、研究阶段、和研究程度而异。随着研究的逐步深入和展开，学生对大型仪器使用更加依赖，仅依靠低年级的综合实验课程学习无法满足其科研需求，需要花费大量的机时熟悉操作技能、积累实践经验。不仅浪费了学生宝贵的科研时间，也给大型仪器的正常运行带来了较大风险。

3.2 大型仪器测试平台教学和培训方式的探索和实践

为了解决上述问题，中心采取以下措施：

（1）设置自主操作培训门槛。以扫描电镜为例，中心只为3个月内累计预约机时12 h以上的课题组提供自主操作培训，机时门槛的确定可确保经常使用仪器的师生参加自主操作培训，避免培训后因使用量不大而出现操作步骤遗忘的情况；另外，将参加自主操作培训的人数限制在每组1～3人，培训人数的限制不仅能够确保培训效果，也有助于仪器自主操作者测试技能的快速提升；同时，还设置了自主操作取消制度：3个月内不使用仪器者，或者违反仪器管理规定者均会被取消自主操作资格。

（2）与仪器相关的教师成为二级责任人。要求参加仪器自主操作的学生由其责任导师推荐，提交导师签字确认过的申请表后方可参加培训。相较于仪器管理员，责任导师对于学生的知识背景、实验操作能力等更为了解和熟悉，因而能够推选出较为合适的仪器自主操作者。此外，通过导师的签字确认也有助于仪器管理规定的宣传和顺利执行。

（3）分级培训。中心扫描电镜的培训分为3个阶段：初级培训教授学生如何采集图像和调节仪器参数，对累计自主操作机时36 h以上者进行中级培训；中级培训教授学生如何进样和退样，如何开关仪器，以及简单的问题处理，对累计自主操作机时60 h以上者进行高级培训；高级培训内容为仪器附件、前处理装置的使用。高级培训结束后可结合掌握情况自行申请考核。

（4）自主操作培训可分批进行测试机时预约。扫描电镜的机时预约在指定时间分3批进行预约：第1批为工作时间（8：00～12：00，14：00～17：00），所有仪器使用者均可预约；第2批为午休时间（12：00～14：00），仅参加过自主操作培训者（初级、中级、高级均包括）可预约；第3批为非工作时间，仅参加过自主操作培训并且考核合格者可预约。分批次预约，既保证了仪器使用率最大化，又有效避免了仪器故障。

（5）有效利用教学时间。2010年《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》正式发布，纲要中指出：要“提高人才培养质量”“支持学生参与科学研究，强化实践教学环节”，大型仪器的实操教学对于人才培养起着重要作用。在提高教学质量的同时确保仪器安全、规范化操作，将中心扫描电镜部分的实验教学课程作为自主操作培训的一部分，实验课程主要教授仪器的结构、工作原理和样品要求及制备方法，学生参加过实验课程后再申请自主操作培训，通过理论联系实践的方法帮助学生快速掌握操作技巧。

4 结 语

大型仪器设备的高效运行、共享开放以及培训教学、人才培养等是院系级大型仪器测试平台共同努力的方向，通过对化学与材料科学学院分析测试研究中心的运行现状、维护管理，以及教学和培训情况的充分调研分析和实践探索，找出了问题和不足，发现采取统一管理、固定校外服务时间；制定仪器维护计划、细化仪器使用流程；分级培训、分批进行仪器测试机时预约等措施可以提高院系级大型仪器测试平台的的管理水平和服务水平，实现仪器设备的价值最大化，更好的为科学研究、人才培养发挥作用。