新校区开放共享平台的运行管理模式探索

王雪红，支东彦，陈健壮，杨晓玲，唐颂超，庄启昕

（华东理工大学材料科学与工程学院，上海 200237）

0 引言

随着新工科背景下应用型人才培养的逐步推进，高校要不断加强高水平科研人才、创新型人才的培养，发挥在实践育人方面的重要作用［1-2］。然而，近几年来，随着我国高等教育的快速发展，很多高校纷纷增设新校区或与其他高校合作办学，形成了多校区办学的局面［3-4］。由于校区、年级或专业分割等因素，原有教学工作的连贯模式受到较大冲击，实践教学难度加大［5］。我校本科教学形成了徐汇老校区、奉贤新校区的新格局，一、二、三年级本科生教育工作集中在新校区，四年级本科生和研究生的教育及科学研究工作集中在老校区。由于两校区距离较远，很多本科生很难抽出完整的时间前往老校区开展科学研究，而新校区又缺乏相应的科研支撑、科研实践和科研氛围，从而使得学生的创新实践能力的培养效果不容乐观。因此，探索新形势下新校区学生的创新实践能力的提升已成为一校两区办学高校面临且需持续开展的一项重要工作。

1 新校区开放共享平台的管理运行模式探索

在借鉴国内外高校多校区办学经验的基础上［6-8］，材料学科实验教学中心（以下简称“实验中心”）结合学校定位、办学特色以及学科特点等实际情况，率先在新校区建立了材料学科开放共享平台，并对实验室安全保障体系进行了大胆地探索和尝试。

1.1 落实实验室的“分类”管理模式

为了更好地解决新校区学生创新实践项目难以开展的场地问题，实验中心对所有的本科教学实验室，如材料基础、专业基础、专业综合实验室进行了分类管理，将原本只用于教学的仪器设备进行了再梳理和再分类，组建了材料学科开放共享平台。该平台由材料共享基础实验室、常规仪器测试室和贵重仪器测试室构成，每个实验室功能和用途各有不同，管理要求也有所差异（见图1）。以贵重仪器测试室为例，现有高端仪器30余台，价值2 000万元以上，对应的仪器管理教师13名，学生可根据时间随时预约实验，实现了贵重仪器共享服务和实验人才培养双赢。

图1 材料学科开放共享平台的分类管理图

随着高校实践教学和科研项目规模的逐年增加，随之而来的安全管理压力也在不断增长［9-10］。为此，实验中心根据国家及学校发布的有关高校实验室安全工作的法律、法规和条例，并结合材料学科实验室运行的具体情况，建立了一系列的安全管理制度，如：“材料学院创新联动平台奉贤校区实验管理办法（试行）”“材料实验教学中心安全卫生制度”“材料实验教学中心学生实验室守则”等。同时，实验中心还聘任了专门的实验室安全员，担任安全管理的“探测器”，主要负责实验教学实验室和材料开放共享平台的日常检查工作，通过排查将安全隐患和管理等深层次的问题找出来，及时排除潜在风险，实现实验室的持续稳定和健康运转。

1.2 建立实践项目的“双导师”负责制

为了更好地保障开放共享平台的安全运转，实验中心通过自荐、审核等形式在内部挑选长期驻守新校区、具有优秀的专业技能水平和丰富教学经验的实验技术人员担任实践项目合作导师，实行项目指导教师和合作教师签约的“双导师”负责制。①实践项目的实验过程要相对安全、绿色和环保，且实验内容具有一定的趣味性、实用性和前沿性，具备在材料开放共享平台开展实践教学的必要条件；②在充分考虑实践项目研究方向的同时，结合实验技术人员的专业背景，确定合作导师，签署合作协议，明确工作职责，从而解决了开放过程中职责不一、管理不畅等管理“盲区”。通常指导教师应对实践项目进行全方位负责，并定期与学生碰面交流，制定学习计划，提供有效的帮助和指导；合作导师主要负责学生的操作实践教学、现场协助指导、实验使用记录书写、应急事故处理等工作。

为加强材料学科开放共享平台的化学品管理，实验中心依托学校化学品采购平台，建立了一套针对开放共享实验室的化学品采购、存放、使用和回收的全过程闭环监管流程（见图2），该规范的建立有效地避免了实验人员在实验室随意存放药品的问题，又可严格控制药品存量，降低安全风险。除此之外，实验中心还组织学生参观材料开放共享平台，开展实验规范操作培训和安全自救教育等活动，以体验式教学强化安全意识和综合素养，让学生在潜移默化中增强自我保护意识。

图2 材料学科开放共享平台的化学品管理流程图

1.3 健全实验室的“准入－预约－审批”流程

为了加强材料学科开放共享平台的高效规范运作，实验中心依托学院的信息化管理模块，建立集在线培训、考核、预约、时长统计和收费等功能为一体的信息化管理平台，并在材料开放共享平台等重点区域建立了实验室门禁刷卡系统，所有人员必须通过刷卡终端才可进入。此外，为了防止“一人刷卡，多人进入”的现象，材料开放共享平台还在出入口等位置安装了监控设备，实验中心负责人只需登录信息化监控系统即可随时调阅进出实验室的人员信息（主要包括姓名、班级、学号、专业、实验录像等），从而实现了智能、安全和高效管理。图3所示为材料开放共享平台的准入－预约－审批流程图。

图3 材料开放共享平台的准入-预约-审批流程图

在完善材料学科开放共享平台的准入制度的同时，实验中心还以中央高校改善基本办学条件为依托加大了对实验室硬件设施改善，使实验环境得到较大改善。①增加了安全防护设施，升级改造了通风系统、应急照明系统、紧急喷淋器、急救箱和消防设施等设备，同时，在实验室走廊处增设了智能存储柜，并为开展实验的师生配发防护眼镜、手套、防护服等防护装备。②增设了安全标识，如专用气体钢瓶柜、废液收集区、落地仪器设备等警示带，以及安全警示标语和逃生指示等。除此之外，实验中心还对使用年限超过5年的设备进行经常性的检查维护，并聘请专业人员定期对实验室的水电气等基础设施进行维护。

2 以材料学科开放共享平台为依托，开展大学生创新创业训练

以材料学科创新人才培养为目标，以大学生创新创业训练项目——聚多巴胺涂层改性聚乳酸复合薄膜为实例，该项目是从项目指导教师的科研成果转化而来，实验操作环节相对成熟、可控，重点考察分析材料开放共享平台在创新实践教育教学改革中的重要作用。其中，该项目是在项目指导教师、合作导师和项目小组成员4人的共同努力下开展实施，并由1名同学担任项目负责人，负责整个实验项目的对外联络、沟通与协调工作。

2.1 依托材料学科基础实验室，开展样品的前期准备工作

该项目所用的原料及试剂均由项目负责人通过校化学品采购平台申购，并存储在材料学科基础实验室的指定药品柜中，按要求建立使用台账。其中，聚乳酸（PLLA）由Nature Works LLc提供；多巴胺溶液（DA），纯度＞99%，由Adamas Reagent Co.，Ltd提供；二氯甲烷（CH2Cl2），分析纯，由国药化学试剂有限公司提供。

该项目的前期准备工作均由项目负责人及小组成员在材料学科基础实验室的通风橱中完成，由合作教师参与现场指导，整个样品制备过程耗时3 d。其具体操作过程为：采用溶剂浇铸法和表面沉积法制备复合薄膜（见图4）。首先，称取适量的PLLA，将其溶解在适量的CH2Cl2溶液中，再浇铸在聚四氟乙烯模具（自购）中，待CH2Cl2挥发殆尽后，制得PLLA薄膜。之后，将该PLLA 膜浸在DA 的Tri-HCl溶液（2 g／L，pH＝8.5）中一定时间后，会发现溶液的颜色由最初的无色透明状变为淡棕色、深棕色和黑色，待反应24 h之后，溶液颜色呈棕黑色状，直至观察不到颜色变化为止，表明聚合完全。接者，用去离子水反复清洗薄膜，以除去未反应的DA，在真空干燥箱（DHG-9032型，上海精宏设备有限公司，由实验室提供）中干燥24 h，直至恒重，最终得到聚多巴胺涂层改性聚乳酸复合薄膜（PDA＠PLLA），密封于干燥器中，备用。

图4 PDA＠PLLA复合薄膜的实验制备流程图

2.2 依托开放共享仪器测试实验室，开展样品的测试表征工作

为了进一步观察PLLA和PDA＠PLLA复合薄膜的差异，项目组成员通过文献查阅，小组讨论，项目教师指导等方式，初步拟定出实验的测试方案——红外光谱仪（FTIR）、X射线光电子能谱仪（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）技术和接触角等。之后，由项目负责人在信息化平台上预约仪器设备，经项目指导教师同意，仪器管理教师审批通过后，可在规定的时间内前往相应的实验室开展实验。

（1）薄膜的微观结构表征。本环节是由贵重仪器管理老师协助项目小组成员完成，测试过程约1 h。从图5中可以看出，PLLA图谱在3 000 cm－1（—CH3）、2 950 cm－1（C—H）、1 750 cm－1（C ＝ O）、1 450 cm－1（—CH3）、1 250 cm－1和1 050 cm－1（C—O—C）具有较强的振动峰，这是典型的PLLA的FTIR图谱结构［11-12］。与PLLA 薄膜的图谱相比，PDA＠ PLLA 复合薄膜的谱图在1 520 cm－1处出现了N-H的伸缩和弯曲振动峰，且1 290和1 037 cm－1处对应的C—O—H的伸缩振动峰也有所变化，这说明PDA＠PLLA复合薄膜兼具PLLA薄膜的图谱结构和PDA的图谱结构，也可定性判断出PDA沉积到PLLA薄膜表面。因此，通过红外光谱仪的使用，项目小组成员对高分子材料的图谱有了充分的了解，能够理解图谱上各种特征峰代表的物理意义。

图5 PLLA和PDA＠PLLA的FTIR

为了进一步证实PDA在PLLA薄膜表面的沉积情况，项目小组成员又通过XPS分析PLLA薄膜和PDA＠PLLA复合薄膜的能谱图及表面化学元素组成。从图6中可以发现，PLLA薄膜表面可以检测到C ls和O ls元素，而经过DA改性的PLLA薄膜的表面发生了化学变化，C 1 s、O 1 s、N ls的含量由原来的61.6%、34.5%和1.2%分别变为20.6%、69.3% 和4.4%，且修饰后的O／C元素比值为0.30，介于DA（理论值0.25）和PLLA（0.56）元素之间，进一步印证了PDA成功地沉积在PLLA薄膜的表面［13-14］。另外，由于DA主要是以盐酸多巴胺的形式存在，故在XPS的全谱图中引入了Cl元素。该环节不仅使学生掌握了XPS的测试表征方法，也使学生能够体会到科研工作踏实严谨的作风。

图6 PLLA和PDA＠PLLA的XPS能谱图及化学元素组成表

（2）薄膜的表面形貌分析。在扫描电镜和原子力显微镜管理老师的指导下，测试过程约1 h。从图7中可以看出，在显微镜下PLLA和PDA＠PLLA复合薄膜的表面存在大量密集均匀的微孔，且微孔形状略有不同，前者是由二氯甲烷溶剂的挥发所产生的，后者是在溶剂挥发和DP沉积的共同作用下产生的。同时，通过PLLA和PDA＠PLLA的AFM图发现，PLLA薄膜和PDA＠PLLA复合薄膜的平均粗糙度（Ra）分别为1.174和1.298 μm，这说明经过PDA 涂层改性后的PLLA薄膜的粗糙度增加。因此，通过本环节实验内容的设置，项目小组成员既掌握了SEM和AFM的工作原理及分析方法，又掌握了利用仪器设备进行综合分析的能力。

图7 PLLA和PDA-PLLA的微观形貌SEM和AFM图

（3）薄膜的亲水性分析。项目小组成员在合作导师的协助下自主上机完成的，耗时约1 h。从图8中可以发现，PLLA薄膜的水接触角为77°，是典型的疏水性材料，而PDA＠PLLA复合薄膜的水接触角为34°，这说明PDA涂层的引入，有助于改善PLLA薄膜的亲水性能，也从侧面印证了DA通过自聚合成功地粘附在PLLA薄膜表面。这也说明了接触角大小与材料表界面的化学组成和形貌有关［15-16］。因此，通过本环节的实验内容设置，使学生掌握了水接触角的测量方法及综合分析测试结果的能力。

图8 PLLA和PDA＠PLLA的水接触角及PDA涂层的结构示意图

3 运行效果评价

通过过程交流和课后访谈，项目指导教师、合作教师和学生三方都非常认可这种实践教学模式，反馈效果良好。一方面，材料开放共享平台解决了实验中心仪器设备长期闲置的难题，提高了实验中心中大型仪器的使用效率及经济效益，同时又减少了项目指导教师往返新老校区开展实践教学指导的奔波之苦；另一方面，学生可充分利用课余的碎片化时间，将以往需要半年才能完成的实验内容缩短到一个月，减少了往返新老校区开展实验的困难，大大提高了工作效率。总的来讲，材料开放共享平台的构建，有助于提高学生的动手能力，培养学生的科研探索精神，为以后从事科研工作打下良好的实验基础。

4 结语

到目前为止，材料开放共享平台承担的各类实验项目达到20余项，实验所涉及到材料合成、工艺改进、加工成型、性能测试等基本知识和技能，所用到的新工艺和新装备，能够使学生以科研工作者的视角，探索解答科学问题，在锻炼学生独立思考问题和解决问题的同时，也有效地推进了实验室的安全高效运作，在孵化创新实验项目和培养创新人才方面取得了明显的效果，为本科生开展创新实验实践教学提供了良好的实验环境。

·名人名言·

科学不论现在和过去，是对一切事物存在的观察预见，虽然是渐进的，然而它是对即将发生事物的认识。

——达·芬奇