物理与材料实验室教学和科研双重功能的建设思考

高 华

(宁夏大学 物理与电子电气工程学院, 宁夏 银川 750021)

综合性大学的实验室作为理论教学的实践平台和科学研究的设备平台,作用极其重要。对于实验室的建设和管理问题,一直是困扰实验室健康发展的难题。为了建立良好的实验室管理体系,最大限度地发挥实验室的教学和科研功能,很多学者进行了探索,如曹宇等对高校实验室管理存在的问题进行了分析,认为存在学校重视程度不够、实验室管理观念和体制相对落后、经费投入不合理、师资队伍不够稳定四大问题[1]。郭亚利等提出了以提高实践能力培养为核心的实践教学体系,从教学目标体系的确立、内容体系的架构、保障体系的完善、管理体系的完善等方面入手[2]。陈兵兵建议高校必须加强物理实验室的规范化管理,提高实验教学的质量[3]。汪静等对中央与地方共建特色物理实验室产学研一体化进行了思考[4]。陆紫生对海外一流院所的现代实验室规划和建设经验对我国“双一流”大学实验室建设经验借鉴进行了分析[5]。孙文静等对高校科研实验室建设进行了探究[6]。陈文倩等对高校教学实验室建设效益进行了评价[7]。唐吉玉等对高校物理实验室的安全管理进行了探讨[8]。张占新等基于学生创新能力培养,思考了物理实验室建设[9]。尤祖明等基于综合改革视角讨论了高校实验室队伍建设[10]。陈永军等探索了基于量化考核的实验技术人员管理模式[11]。

宁夏大学是教育部与宁夏回族自治区人民政府“部区合建”高校和国家“211工程”重点建设高校。物理与电子电气工程学院是学校作为区域特色鲜明、服务地方能力突出、西部一流的高水平教学研究型大学的重要支撑。学校的物理与材料实验室(以下简称“实验室”)是以物理与电子电气工程学院为依托单位,在自治区重点学科凝聚态物理基础上规划建设的。本文从实验室目前现状出发,深入思考实验室建设,并提出了相关的建议。

1 物理与材料实验室教学和科研现状

物理与材料实验室立足宁夏回族自治区经济社会发展的总需求,按照“注重基础、拓宽面向、提高素质、创新思维、突出能力”的思路,培养知识面广、基础扎实、实践能力突出、综合素质全面、具有创新意识与创业能力、适应基础教育和经济社会发展需要的高级专门人才。实验室面向全院本科生和研究生开放,主要功能包括三个方面:

(1) 本科生和研究生的实验教学。根据教学计划和教学大纲,承担全院物理学(教师教育)、物理学(应用物理)、新能源材料与器件专业本科生及研究生的实验教学任务。实验室应该准备好各类教学资料包括实验教材和实验指导书,借助多种教学手段，例如多媒体课件、软件及教学节目,根据实验具体情况,安排指导教师,充分保证实验教学任务的完成,使得实验教学质量不断提高; 注意引导学生掌握科学的实验方法,培养学生进行科学实验的技巧和能力,训练学生具备严谨的科学作风和态度,努力使实验室成为学生能力培养和素质教育的重要基地。目前,基本能满足做实验1～2人一组的教学要求,每年接待全院3个专业近100名学生的物理与材料方面的实验教学任务,平均每学年完成安排实验近3 000人次。实验室教学人员采用全院聘任制,充分体现出设备集中、资源共享的特点。实验室采用分层次的教学模式,按照各专业的不同需要分为三类实验教学形式,分别为基础类实验、综合性类实验、研究类实验。对学生所做的每一个实验项目进行考核,各实验项目平均分即为该课程的总成绩。学生根据自己专业特点及个人爱好,可自由选择实验项目和实验时间,达到该课程的基本要求。

(2) 大学生创新实践实训。实验室的实践教学体系主要包括实验教学、实训教学、实习教学三个环节。其中,实验教学对应理论课程设置,目的在于建立完整的知识体系,注重培养学生的动手能力、应变能力和创新能力; 实训教学主要侧重对学生的操作技能、技术应用能力和综合能力的训练,包括课程设计、毕业设计与毕业论文、技能竞赛等; 实习教学包括认识实习、生产实习和毕业实习等环节,是将校内所学理论知识和技能向实际工作能力转换的重要教学环节。在实际教学过程中,充分发挥实验室的作用,努力提高综合性、设计性实验的比例和实验效果。同时,实验室面向承担大学生创新训练项目的学生开放,为提高学生创新能力提供实验平台。

(3) 开展科学研究工作。根据需要积极为科学研究工作的开展创造条件。实验室应努力提高实验技术,实现现代仪器的功能开发和利用,完善实验条件,以确保高质量、高效率地完成科研实验工作,提供良好的实验平台，为全院教师完成科研任务作出贡献。

2 实验室教学和科研功能规范化管理

2.1 建立有效的实验室管理制度

实验室制度在实验室管理中起着重要作用,进入实验室的所有人员,必须认真按照实验室的各项管理规章制度执行。实验室相关规章制度应挂在实验室内部墙壁上,并及时更新和更换。实验室制度的建立和规范,是实验人员在实验室工作中的经验教训总结。实验室应建立和规范公共实验室制度,制定“实验室工作守则”“实验室安全制度”“实验室仪器管理办法”“贵重仪器管理办法”“实验室材料管理办法”“实验室经费使用办法”“实验室设施有偿使用办法”“实验室信息管理制度”“学生实验守则”等[1-11]。

2.2 规范实验室使用管理

凡申请进入实验室进行实验研究或使用仪器的所有实验人员,必须严格按照实验室的管理条例以及相关仪器的操作说明进行工作,使用中如操作不当造成仪器损坏,由使用者照价赔偿,并记录在案,严重违反规定者暂停课题组的使用权。所有的实验申请者只能是本学院在编的专职教职员工,学生实验的申请者必须由指导教师代为申请,费用及相关事项均由指导教师负责。

2.3 规范仪器设备管理

实验室的仪器设备是国家的财产,是学校固定资产的重要组成部分。必须制定实验室仪器设备管理办法以便于加强对仪器设备的管理。实验人员自觉接受该管理办法的约束,做好仪器清洁卫生等日常维护以及使用记录工作,维护实验室安全包括防火防水防盗。使用完毕按仪器实际运行时间计算价格,计价标准要保证能够弥补仪器维护费用和消耗品成本费用; 应该严格管理、合理收费,确保仪器设备始终处于良好工作状态。

实验室里放置有各种类型、数量较多的仪器设备,为了保证仪器设备的安全使用,必须制定严格的管理制度和具体仪器设备的操作规程,积极做好实验室仪器设备的保养、维护和检修工作,提高仪器设备的完好率、利用率以及实验开出率。严格按管理制度和操作规程使用,发现问题及时反映,及时处理解决。仪器设备借用需经管理人员同意,保证按期归还,管理人员须记录在册。实验室仪器出现故障要及时维修,要有仪器设备损坏和维修记录。因违反操作规程或责任事故造成仪器设备损坏和丢失,应根据损失情况进行经济赔偿。仪器设备不得随意拆卸和改造,如果确实需要改造时,须经相关领导批准,备案方可拆改。仪器设备的使用说明书、图纸,验收报告等资料必须妥善保管。仪器设备帐、物、档案相符率要达到100%,并定期核对。

贵重仪器是实验室教学和科研设备中的核心部分,为了尽可能发挥这类仪器装备的作用,进一步提高使用效益,适应物理与电子电气工程学院实验教学、创新实践实训和科研工作发展的需要,应制定精密贵重仪器管理办法。凡是单台价值在40万元以上的实验仪器均视为贵重仪器。实验室贵重仪器在完成学生实验教学基础上,为了发挥贵重仪器的多种功能,提升仪器设备的利用效率,教职工经申请批准后可以进行教学和科研实验。贵重仪器设备必须派专人负责,专人管理。相关工作人员必须经过严格的培训和考核才能允许操作使用、维护和管理这些贵重仪器设备,并建立对应的管理办法。除对学生进行实验教学外,应制定实验室对外开放测试的收费标准,所收费用先由实验室代为收取,再由学校财务部门统一核算管理,用于补偿仪器设备的日常运行、损耗、维护及支出必要的劳务费用[1-11]。

2.4 规范实验教学管理

认真做好实验教学的各项准备工作,检查仪器设备、材料等是否完备,精心指导学生按照实验操作说明做好实验。使用仪器设备时,必须严格按照操作程序进行。注意培养学生严谨的科学精神及创新思想,提升学生分析和解决实际问题的综合能力。在开展实验教学前,要提前准备实验教学大纲、实验教材、仪器设备使用说明、实验规程、实验挂图、实验注意事项等相关资料。

实验教学必须规范,只能由具有指导实验资质的教师或实验技术人员进行讲授。任课教师必须参加所负责实验课程的巡查指导工作,解答学生在实验过程中提出的各种问题。实验完成以后,实验技术人员应该要求学生按照规定保持实验室环境整洁有序,并对仪器设备进行逐一检查。如果发现有人因不当操作致使仪器设备受损,当即予以追究责任。建立实验教学档案,主要包括以下资料:实验教学文档、实验教师教案和试做报告及实验开出情况记录; 仪器设备的使用、维护、修理情况; 学生实验报告、学生在实验操作过程中常见问题的情况说明及处理办法; 有关实验室建设、实验基地建设、实验教学研究的文件资料及提高实验教学质量的相关文献等。积极进行实验教学改革研究和实践,对教学体系、内容、手段和方法开展有意义的探索,不断改进实验教学方法; 积极借助现代化实验手段用于辅助实验教学,切实提升实验教学质量[1-11]。

2.5 规范经费管理

物理与材料实验室经费主要包括:实验室建设及运行费用; 收取的设备有偿使用费; 实验室的维持费; 学校下拨的水电费。实验室负责管理各项经费,对各项经费设立专项帐簿,做好专款专用。

(1) 物理与材料实验室运行及建设经费的使用:建设费包括:房屋、设备、人才引进等费用; 运行费包括:自主研究、国际交流、日常运行设备维护、更新改造等费用。

(2) 收取的设备有偿使用费:主要用于实验室各项科学研究实验器具、耗材、工具的购置及仪器维护等相关费用的补充; 此外还包括有关的人员培训、管理费以及必要的实验辅助劳务费等项的支出。

(3) 实验室的维持费:主要用于本科生实验教学的实验器具、耗材、工具的购置及仪器维护等相关费用。

(4) 学校下拨的水电费:用于实验室日常维护及本科生教学实验所用的水电费等。

3 实验室教学和科研队伍管理

目前,物理与材料实验室拥有一支相对稳定、爱岗敬业,集教学和管理为一体的教学队伍。现有专职教师和管理人员10余名,具有副高以上职称的教师占60%以上,多人次被评为自治区级、校级优秀教师及先进工作者。自2018年以来累计承担国家自然科学基金项目等各类项目10余项,在国内外各类学术刊物上发表论文50余篇。为了更好地管理实验室,加强实验室人才培养,在学院主管院长的直接领导下,实行实验室主任负责制,配备实验室主任、副主任、专职人员及大型仪器设备技术责任人。各类人员应该有各自明确的责任分工,既各司其职,又有团结合作,努力完成各项工作。

3.1 实验室管理人员

实验室主任主持全面工作,负责实验室总体发展规划、任务和管理; 组织贯彻执行有关规章制度、建立实验教学课程体系、管理实验室经费; 协调实验室人员的工作任务、对他们进行思想政治教育和年度考核等工作; 实验室副主任负责分管实验室的国有资产,包括实验设备和计算软件等具体管理; 协助实验室主任负责实验室的各项日常管理及相关教学和科研服务工作。

3.2 实验室专职技术管理服务人员

(1) 根据教学和科研对实验工作的要求,编制实验教学计划,制定具体实验方案,认真履行实验室岗位职责,完成实验课的教学工作。

(2) 负责对常规仪器进行日常管理和基本维护,编制本实验室的仪器设备和耗材采购计划以及设备检修计划; 及时处理工作中出现的各种技术问题,排除各种安全隐患,管好用好维护好实验室的仪器设备,保证实验室和实验仪器的安全; 积极做好实验室人员的日常出入情况登记以及仪器设备使用情况记录。

(3) 开展对实验教学、技术和手段的新探索,进行仪器设备功能的利用开发、升级改造,使仪器设备功能得以扩展,积极掌握国内外实验技术动态,在做好基本实践性教学工作的前提下,开发科技实验项目和进行技术应用研究。

3.3 实验室聘请教师担任大型仪器设备技术责任人

(1) 开展现代教学技术和手段的研究,探索大型实验平台多种功能的应用,根据教学和科研对实验工作的要求,指导并协助其他教师或研究生进行实验。

(2) 负责大型仪器的采购、调试、日常管理和维护; 管好用好维护好大型贵重仪器,积极处理工作中出现的各种技术问题,及时排除各种安全隐患,保证实验室和实验仪器的安全。每一台大型仪器相关技术问题均由相关的责任教师负责; 责任教师在该仪器设备采购时需提供相关技术功能要求、用途说明,并编制实验设备使用规程等。

4 实验室教学和科研功能拓展

为了加强实验室教学和科研功能,拟规划设立6个二级实验室,包括近代物理实验室、中学物理实验研究实验室、光电材料与器件实验室、材料物理性能实验室、储能材料与器件实验室、材料制备与微观组织实验室。实验室建成以后将成为学院进行教学、科学研究、技术研发的重要实验平台和研究基地。实验室规划目标是拥有专职和兼职教师30人,实验室面积为2 000 m2以上。实验室作为学院教学和科研公共实验平台,通过仪器共享、资源管理、经费统筹、大型设备专人负责等方式进行管理和建设,满足了物理与电子电气工程学院的教学和科研需求,同时还提供对学校内部其他学院和兄弟单位的仪器共享服务。作为西部地区高校建设的物理与材料实验室,充分利用自身的实验教学资源和教学水平,将会对自治区物理与材料相关专业本科生及研究生实验教学起到一定的示范指导作用。

未来应首先建立和完善实验室工作制度,使各项工作有章可循。按照实验教学工作的实际需要,加强对实验技术人员的管理,充分调动技术人员工作的自觉性和积极性,高效地做好本职工作。对实验室工作人员要加强人才梯队建设,不断提高他们自身的专业化水平,努力做好学院下达的各项工作。这有助于整合学院现有物理类和材料类实验室,打破各个实验室条块分割、实验资源不能共享、培养过程标准不一致的现状,形成规范统一的实验培养体系。

严格执行学院的有关规定,为实验室的日常运行和仪器设备的正常使用提供保证。实验室工作人员应精心使用、维护和保管仪器设备,认真做好日常维护工作,特别是校验和维修记录,使仪器设备始终处于完好状态,确保实验结果的可信度和实验数据的精确度。

实验室在确保做好实验教学、创新实践实训和科研工作的基本前提下,应加强与社会各行业的联系,积极开展技术开发、多种类型的学术和技术交流活动及社会性服务工作。积极创造条件向全校教师、学生和社会开放,发挥实验室学术和技术优势,进一步提高仪器设备的使用效益; 建立和健全规范的财务制度,制定合理的仪器使用收费标准。实验室应大力开展校内外合作,以及实验技术相互交流活动。

5 实验室的发展思考

(1) 实验室建设应纳入学院发展规划中,突出学院特色,制订符合实际的近期和长远规划,各项建设规划都要综合考虑学院现有的学科发展水平、仪器设备硬件、经费投入等现实因素,并报学院批准,方可安排实施。实验室的建设首先要尽可能发挥原有设备的功能,考虑设备投资效益,要认真选好需要购买实验设备的型号,注重体系化建设,尽快形成实验能力并投入使用。购置贵重仪器设备之前,应进行广泛征求意见和充分调研论证,要杜绝重复投资和建设。

(2) 实验室要实行科学化和制度化管理,建立和健全各项规章制度,落实岗位责任制。实验室应按规定做好仪器设备和设施的日常维护。

(3) 实验室对纳入实践教学计划的课程,实行无偿服务,优先满足本科教学实验工作,实验学时和机时计入设备利用率和开出率指标。实验室对全校教师、学生和社会开放,进行科学研究和技术服务,实行有偿服务,按规定核收相关费用,在学校设立独立的财务账户,并原则上实行专款专用,用于实验室日常维护和管理。

(4) 应定期开展学术交流和管理研究,开展实验室工作及投资效率的评估、评比活动,提高整体管理水平; 积极配合学院对教师、实验人员、研究生等进行培养,提高教师、实验人员、研究生等的实验水平与研究能力。