美国大学大型共享实验平台管理模式探索及启示

何 敏，王启立，何亚群，杨 峰

（1. 徐州工程学院 机电工程学院，江苏 徐州 221018；2. 中国矿业大学 化学工程学院，江苏 徐州 221116）

在“新工科”[1-2]“工程教育专业认证”[3-4]加快培养新兴领域工程科技人才教育理念的倡导下，为实现“交叉融合，实践教学，立足基础科学新发现”[5]的要求，新兴及交叉研究领域对各类实验室以及大型、精密仪器设备的功能提出了更多、更高的要求。在学科交叉、研究领域涉及面广又需深度融合的大背景下，国内外越来越多的科研院所致力于推广大型实验室及仪器设备共享模式，以便有效整合实验物质资源和人力资源[6]，便于开展交叉研究。此举一方面提高了仪器设备的使用率[7]，另一方面也节约了实验室及维护费用，避免了大型仪器设备的重复建设。此外，具有不同学科背景的研究者思想的交汇为交叉学科的发展开辟了新的路径，利于成果转化。

而在大型共享实验平台的建设过程中，如何在确保仪器设备和人员安全的基础上实现高效开放，既提高设备利用率、仪器完好率，又能为使用者提供更高效、便捷的服务是实验室及仪器设备开放共享过程中面临的挑战。国内外许多高校在不断摸索适合自身的经验和方式，以便充分利用实验室资源。黄利利[8]、鲍鸿[9]等探索了区域大学城实验室资源共享模式，论述了构建共享平台的必要性，为整合区域性实验资源提供解决方案。高俊锋[10]、钱小明[11]等论述了开放实验室管理存在的难题在于缺乏有效的开放管理体制，没有考虑学生的认知过程，缺乏专业教师的指导，并提出了有益的开放模式及其相应的保障方案。董嘉佳[12]在开放式实验室管理机制方面提出自助式的管理模式，在节约管理人力成本的同时培养学生的实践能力。闫方亮等[13]论述了以集成化检验检测为服务项目的米格共享实验室在促进研发与成果转化方面的探索及有益经验。在共享平台实际管理操作层面，何亚群[14-15]、张丽英[16]等分享了实验室管理软硬件设施建设的实施成效，为集约化代替事务性工作提供了良好的范例。另外，许多学者根据在国外的研究经历，探索了国外高校专业实验室的情况，如郑惠玲[17]对美国耶鲁大学实验室的管理机制进行了分析。顾艳红等[18]阐述了明尼苏达大学开放实验室的管理模式，从培养学生非技术能力方面为加快我国开放实验室管理提供了一些有益的经验。程敬丽[19]、田德美[20]等分别以密西根大学和犹他大学为例，介绍了化学实验室在实验安全、实验过程、试剂管理、废液处理及安全教育等方面的管理方式以及美国 EHS管理体系在大学实验室安全管理方面所起的作用。吴伟等[21]以加州大学洛杉矶分校材料化学实验室为例，介绍了该校的培训制度，管理体系和仪器设备的高效运行情况。曲剑波等[22]对澳大利亚新南威尔士大学的实验室管理体系进行了调研。

为探索具有交叉性、综合性大型共享实验平台的运作模式，笔者结合在美国宾夕法尼亚州立大学材料研究所（Material Research Institute，MRI）实验室进行研究工作的切身经历，就美国大学大型共享实验室的现状进行探索，并提出几点思考与建议。

1 美国大学大型共享实验平台的管理

美国宾夕法尼亚州立大学是全球百强高校，其工程学科在全球拥有很高的声誉。从1907年开始，该校就一直是美国材料研究领域的先驱。MRI实验室整合重建于2001年，下设材料表征实验室、纳米制造实验室、材料计算中心和 2D晶团合成实验室，集成了表征、制造、理论、合成这4种实验解决方案，以促进多学科教育和材料创新为使命，希望其开展的无国界研究及培养出的学生能够在材料技术领域进行交流与创新。该实验室拥有 585 m2的安静实验室，880 m2的纳米无尘室（1000级/100级），各类核心设备 250台（套），其研究经费总和在美国位列前三，其中跨学科交流为总研究经费做出了较大贡献。该学科涉及全校5个学院和15个系，200多名教职员工，100名研究员，并将全校与材料研究与应用相关的学科（材料科学、化学、物理、生物、医学、工程学、农学、高级计算技术、地球矿产等）以及课题组人员汇集到一个平台上，最终目标是创造新知识，并将材料技术转让给工业界和政府；集培训、教学、科研、成果转化为一体，不仅是实验室和仪器的集合，而且体现了一种新的研究方式和运作模式。

大型开放共享实验室吸引大批研究者和企业人士，这也意味着实验室工作量的增加。在解决由于实验项目增多而导致工作量增加的问题上，该实验室在人力资源管理上有较好的做法。高效的管理系统承担了大部分的事务性管理工作，使设备管理人员不需要在计时、计费、耗材管理等事务性工作上花费太多的时间，设备管理人员的时间用于培训、维护及设备操作这类核心工作上。另外，实验室还聘任相关专业的兼职学生，从事样品制备，机械加工等辅助性工作。该实验室的管理运作模式具有以下特点。

1.1 准入制度

实验室及仪器共享平台旨在提高实验室及仪器设备安全正确的使用率，使用人员首先应具备良好的安全意识和科学态度。严谨的准入制度是保证这一过程安全的首要条件。进入MRI实验室的所有用户必须完成所有的先期培训，才能被授权访问楼宇及其内部的实验室。要获得准入许可需要完成以下3个步骤。

步骤 1：安全培训。涉及准入的安全培训由环境健康安全部（Department of Environmental Health and Safety，EHS）这一专职实验室及研究安全的管理部门执行。它所执行的标准与行业标准一致，其执行人员不属于MRI实验室。以个人ID登录EHS网站，完成4个时长约为10~20 min的在线网络培训课程并完成答题取得80分以上的分数以获得结业证书。在线网络培训的内容包括：安全简介、化学安全性、危险废物管理与处置、应急准备等。通过网络课程培训，用户必须知道各类安全标志、各类防护用品以及化学药品的使用和处理、废弃物的处理、紧急情况的处置与方法，相关联系人、逃生出口，洗眼、喷淋装置的使用等。该培训内容以实用信息为主，其主要内容多为视频和图片，结合讲解，内容短小精悍，测试内容以可能遇到的实际安全问题为主，具有很强的针对性。在完成线上网络培训并获得4项结业证书后可进入每周两次、时长30 min的安全课堂培训，以完成现场最终审查。另外，根据要使用的实验室或仪器设备的特殊性质，可能还需要其他特定的EHS培训。例如无尘室、X射线衍射室的使用都需要额外的培训。对于部分安全等级较高的实验室或者有特殊要求的实 验室（如无尘室）其准入权限每年更新，即学年结束后需重新在线复习安全培训课程，以进行安全性重新认证。

步骤 2：获得访问授权。成功完成所有必需的安全培训后，将准许进入MRI科学综合大楼及其内部的实验室。针对用户需要使用的设备填写设备访问授权表。同时需告知导师和负责人，获得课题负责人的签名许可。访问权限仅授予申请使用的实验室及设备，一个授权不能覆盖所有实验室和仪器，即获得哪个实验室的授权只能进入相应的实验室。授权访问制度避免了实验室人员的混杂，增加了实验室操作的安全性。

步骤 3：创建用户账户。对于每个使用实验室及仪器的用户都需要建立自己的账号和计费账户，如使用他人账户进行预约，使用仪器，均被认为非法。计费账户会关联到基金（由课题负责人核准）、培训和实验结束后，从该账户中扣除相应费用，在该准入制度下每个账户的注册和使用是唯一的。

除了承担最终审核功能的课堂安全培训及个别实验室、特定仪器的准入许可外，准入制度的操作大部分可自助完成。

1.2 培训制度

当获得实验室和设备的访问授权后，还需要具备操作实验设备的资格。完善的培训制度是使学生获得科学、正确、浸入式大学教育及研究经验的良好途径。每台设备都有经验丰富的工作人员负责，他们负责在实验前解答疑问，提供制样咨询、培训和实验辅助。大多数设备在进行2~3次的培训后，学生即可获得系统授权，自主操作设备。在第一次培训时学生就可以自己带着样品进行有针对性的练习。在完成对设备的培训之后，具备独立操作设备的能力后，设备管理人员将在RIMS系统中授权用户使用该设备。在样品多的情况下自助操作是能够节约实验费用的一种有效方法。

根据时间和人数，培训分为个别培训和团体培训两种，团体培训节约费用，但时间固定。一些使用频率较高的大型仪器设备，如 XRD、SEM、TEM 等，实验室定期提供团体培训，只需在共享平台预约报名即可，需要个别培训的项目可直接与设备管理员沟通协商。

1.3 网络管理系统

良好的共享实验平台是实现自助、高效、公平实验管理的基础。MRI实验中心采用 RIMS（research instrumentation management system）网络共享平台管理250余台核心设备和68个实验室，能够面向世界各地开放实验室和实验仪器。实验需求者可在自己的计算机上访问该平台，完成准入、注册，查看授权，获得PI（课题负责人）授权，预约实验室、预约设备、预约实验时间，联系管理员，报告实验耗材，了解实验进展（计时、收费）、费用管理（发票、收据）等全程实验管理。每项培训、每个实验室、每台设备均有明确的使用标价，管理系统凭用户唯一 ID按照进入实验室时间及设备使用时间开始计时，结束后计费，使用户能够掌控自己的实验节奏，如同在自己的实验室工作一样。RIMS系统还提供计费账户的后台管理，完成内部结算，开具发票等事宜。

1.4 废弃物的处置及EHS的职责

EHS负责仪器设备及安全环境等方面的管理。对于实验过程中产生的废弃物各实验室将废弃物分类（辐射废弃物，化学废弃物，传染性废弃物，灯管和镇流器）按 EHS的要求封装好后，各实验室在 EHS的网站中提交废弃物处置申请，EHS负责收集。废弃物悬挂绿色标签，标签上标明废弃物收集的起止时间、物品名称。

根据 1.1、1.2、1.3、1.4所描述，大型共享实验平台管理系统流程见图1。

1.5 实验室的社会责任

实验室除每日例行的实验工作外，也非常重视自己的社会责任，希望能够有更多的人从实验室受益，并了解实验室安全操作的重要性。每周固定时间自由聚会（如 Millennium Café），供学生、教师和研究人员跨学科交换实验方面的创意、想法和挑战；为让实验者及公众了解并熟记实验室安全条例，开展实验室安全奥林匹克活动，邀请全世界相关领域学者进行学术讲座，接纳社会团体对部分实验室参观、学习等。

2 国内高校大型共享实验室的管理启示

2.1 应对实验室复杂的安全状况

国内高校普遍存在实验室危化品种类多、数量大，实验室使用频繁，人员复杂、集中、流动性强等问题[23]。各高校已充分认识到实验室安全是实验室管理的首要问题[24]，但目前大多数管理文件和制度以手册和文件的形式为主，用户在进入实验区域前是否了解这些制度就不得而知了。无论管理文件制定得多么严密，如果用户不知道或无从知晓，其管理制度也是无法起到作用的。如何把国内实验室的管理制度从文件，变为用户的真实技能是一项挑战。这种技能将作为学生学习非技术能力的一部分，对其未来职业生涯产生影响。国外实验室在管理制度的实施和普及方面做了较多有效的工作，把安全准入制度作为进入大型共享实验室的第一条规定，与实验室共享网络平台联动，杜绝未通过安全考核人员进入实验室，避免不安全事故的发生，在这方面是值得借鉴和参考的。

图1 大型共享实验平台管理系统流程

2.2 应对实验设备多，管理难度大

目前，国内高校推行了共享设备网络平台的建设工作，在对外开放设备、高效利用设备方面取得较大进步。其预约制度、经费管理制度在网络实验平台上都一目了然，提高了设备的使用率[25]。在今后的发展中，将实验前期工作和实验后续工作（如将耗材申报，原材料使用量检测，废弃物申报处理）等与共享平台相链接，可更大限度地减少实验的事务性工作，进而使设备管理人员有更多的时间用于与实验直接相关的工作，提高其时间利用的效率。

2.3 深化培训制度，提供培训学习机会

国内高校应积极倡导大型仪器设备安全培训，使更多的研究生或本科生能够获得设备培训的机会[15]。在国内高校，培训的受众人数、培训数量和广度方面还有较大的提升空间。这与国外人力资源应得到充分利用的理念有关，一方面国外高校鼓励经过培训的用户开展自助实验，为用户提供独立学习的机会；另一方面国外的人力成本较高，需节约实验的人力资源成本。这种理念促成了他们自助式学习的良性循环：实验仪器的管理人员仅对较少试样开展上机实验，这样实验仪器的管理人员有较多的时间用邮件回答用户提出的各类问题，这一方式有效地推广了仪器的自助使用。国内由于师生比、培训制度、培养理念各方面的限制原因，学生获得培训的机会还是偏少。所以国内高校在实验平台共享机制培训方面还要针对国情、校情为学生提供更多的培训和实践机会。

2.4 规范高效处理实验室废弃物

大部分国内实验室废弃物处理未纳入仪器设备共享平台，且废弃物的等级分类不够明确，未经过培训的用户不知如何科学地处置废弃物，而这项工作需要实验室及仪器管理人员负责，这无疑增加了仪器管理者的工作量，相应地减少了其在仪器培训、科学实验方面的工作时间。美国高校EHS体系在学生学习阶段带来的专业安全理念，使学生在毕业后被完整带入到社会和企业中去，使实验室安全形成良性循环，于是安全文化也逐渐成为校园文化的重要组成部分。

3 结语

推动大型开放共享实验室建设是响应国家科技兴国、新工科布局的战略要求之一。大型实验仪器设备的安全共享首先需解决安全的问题，需解决由于工作事务增多而面临的安全管理问题。此外，在大型实验仪器设备安全培训质量方面还可提高其开放共享的成效，进一步完善培训制度，以便使更多的实验者受益。

致谢：感谢美国宾夕法尼亚州立大学MRI实验室Prof. Sridhar Komarneni的访问邀请，感谢MRI实验室 Dr. Clark Trevor Edward 和 Anderson Julie Marie提供的实验室及设备使用指导，感谢Villalpando Manuel Ruby提供的培训指导。