基于科教融合的开放共享实验体系建设与实践——以广州医科大学生物医学工程实验中心为例

阳范文 章喜明 谢国喜

广州医科大学基础医学院生物医学工程系，广东 广州 511436

党的十八大以来，习近平总书记强调科研要提升原始创新能力，以促进国家发展。2015年，为了推动“大众创业、万众创新”的实施，国务院办公厅颁布了《关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》，将创新创业教育上升到我国国家战略的高度。2018 年6 月，教育部长陈宝生在新时代全国高等学校本科教育工作会议上强调：要把本科教育放在人才培养的核心地位，创新人才培养，推进科教融合，让学生尽早参与和融入科研，早进课题、早进实验室、早进团队，加大各级科研基地向本科生开放的力度，提高学生科研实践能力和创新创业能力。在国家高度重视创新创业教育的时代，提高人才培养质量日益受到重视。

高校实验室承担人才培养和科学研究双重任务[1-2]，是创新创业人才培养的重要实践基地[3-5]。共享实验资源可提高设备利用率，避免重复建设，实现科教融合。将创新人才培养与科学研究有机结合，在科学研究过程中培养人才，通过科研成果反哺教学。本文对近年来生物医学工程实验中心在利用科研实验室进行资源共享、开放创新的建设思路下所做的工作和取得的成效进行了总结和探讨，希望对今后的相关工作有助益。

1 共享开放实验室建设的必要性

高校实验资源开放共享是我国未来实验室改革和发展的大趋势，可切实提高实验室资源的利用率[6-7]。一直以来，高校大型仪器主要用于支撑科研项目和学科发展，仅仅考量论文、专利等成果，不能最大限度地发挥设备的使用效益。只有根据专业发展的趋势和学科建设特色综合考虑，才能实现教学实验室和科研实验室统一规划和统筹安排，真正实现教学和科研共享，实现资源的最大化利用。

高校实验资源的共享有利于推动本科教学质量的提升。一直以来，高校科研实验室注重科研成果的量化考核，对于推动本科教学质量提升的讨论和关注较少。随着国家对本科生科研实训和大学生创新创业的高度重视，各高校开始加大对开放性共享实验室的建设与投入，推动自身教学与科研水平的快速发展。共享实验平台既可用于实验教学，使学生理论联系实际、提高其动手实践能力和创新能力，又能帮助教师进行科研课题研究，这一举措有望实现教学促进科研、科研反哺教学，通过科教融合提高本科的教学质量。

2 生物医学工程实验中心共享开放实验室的建设经验

2.1 实验室的前身

生物医学工程实验中心成立于2004年，实验室坐落在学校东风西校区。由于校园面积小，实验室只有普通物理和电子电工实验室，共6间，总面积400多平方米，仅仅能满足教学需要。科研实验室只有生物材料实验室1间，面积不到40平方米。教学实验室设备比较陈旧，科研实验室设备非常简陋，实验室组织架构比较简单（图1）。

图1 生物医学工程实验中心原组织架构

2.2 生物医学工程实验中心开放共享的建设探索

2.2.1 开放共享实验室建设方案

2014年，学校搬迁到番禺新校区之后，实验中心有了大幅改善：拥有19间实验室，总面积1500多平方米，开始全面建设生物医学工程实验中心。

经过4年多的努力和建设，生物医学工程实验中心的组织架构不断完善，见图2。根据学校对大学生创新创业教育的布局和要求，实验中心专门设立了大创开放实验室，下设医学电子开放室和生物材料实验室。同时开始建设虚拟仿真实验室，现已完成了医学电子、生物材料共10余个实验项目建设。2018年生物医学工程实验中心获批省级实验教学示范中心，2019年获批广东省普通高校生物医学工程技术中心。

图2 生物医学工程实验中心初步开放共享的组织架构

在这4年多的建设过程中，学校一直坚持教学、科研和大学生创新创业统筹建设、开放共享的思路，生物材料实验室和医学电子实验室同时具备教学和科研功能，在承担的教学和科研任务实现了共享和开放，具体见图2中深色部分。

在实验室建设方面，遵循教学科研设备共享的思路，即购置科研设备的时候兼顾用于本科教学。比如，现在购置的扫描电镜、红外光谱、转矩流变仪、热压机、双螺杆挤出镜、电子拉力试验机、差示扫描量热仪(DSC)、热失重仪（TG）既是科研必需设备，也在生物医学材料学、科研培训-1和科研培训-2的实验教学和大学生创新创业过程中全部派上了用场，让本科生实验与最前沿的科研设备形成无缝对接，提高了学生的科研视野和动手能力，为大学生创新创业科技活动奠定了良好基础。

2.2.2 开放共享实验室建设成效

通过生物材料实验室建设和共享尝试，初步探索出以科研实验室为主、同时兼顾教学和大学双创的建设思路，实现实验室同时用于教学、科研和大学生创新创业的目标。以共享思维建设和使用实验室显著提高了实验室利用效率，产生了良好的共享效益。

生物材料实验室共有4间实验室，分别为生物材料合成实验室、生物材料加工实验室、生物材料检测实验室和3D打印实验室，承担了生物材料方向的8位教师科研、4位科研助理、20多名硕士生毕业论文、20名本科生毕业论文的科研任务。每年承担本科生的生物医学材料学、科研培训-1和科研培训-2共80个标准学时、160个实际学时的教学任务。承担了30多名本科生的大学生开放创新实验，年均开放实验人时数近600学时，近3年，学生累计承担创新创业项目24项、发表论文17篇、申请专利23件、获得各类学科竞赛奖励42项；教师获得国家基金项目4项、省市级项目5项、教改项目10项。

4间实验室显然无法满足这么多的教师和学生同时开展工作，因此要优先满足本科实验教学，科研和大学生创新创业活动错峰安排，即根据本科实验课的教学时间安排，在该时段内不安排科研和大学生创新创业活动；科研工作主要安排在工作日，大学生创新创业安排在周末和假期。通过错峰安排，解决了实验室面积小、实验人数多的矛盾问题。

2.3 开放共享实验室的未来建设举措

随着学科建设的不断推进和人才引进力度的不断加大，生物医学工程学科不断拓展，在原来医学电子的基础上增加了生物医学材料方向，组建了新的生物医学工程系，该系下设4个教研室：数理教研室、医学电子教研室、生物材料教研室、医学智能教研室。

2020年，生物医学工程实验中心计划构建出与目前教研室完全匹配的组织架构：教学实验室下设普通物理实验室、医学电子实验室、生物材料实验室和医学智能实验室。未来，全方位开放共享实验体系的建设思路为加大共享、加强开放和虚实结合，具体建设方案如图3所示。

图3 全方位开放共享的生物医学工程实验中心组织架构

2.3.1 专业实验室建设遵循教学、科研和大学生创新创业全方位共享的原则

在生物材料实验室建设探索成功的基础上，计划对医学电子实验室和医学智能实验室全面推广，即科研实验室建设的同时要兼顾教学和科研，实现一间实验室具有三重功能，同时承担教学、科研和大学生创新创业的任务。下一步计划加大实验室的开放力度，将3个科研实验室有条件、分阶段逐步纳入大学生创新创业开放实验室的范畴，通过错峰方式开放，为本科生的创新创业活动创造更好、更多、更先进的实验条件。

2.3.2 加强虚拟仿真实验室建设，探索虚实结合实验改革思路，进一步节源增效

鉴于线下实验资源紧张而实验教学需求日益增长的矛盾，计划加强虚拟仿真实验室的建设。在原来的实验项目基础上，自主研发“医用组织补片的熔体电纺虚拟仿真实验”“核辐射与防护虚拟仿真实验”等项目。

随着教育部对实验教学比例要求的不断提高，实验资源短缺已成为各个高校目前面临的一个挑战。通过虚拟仿真实验弥补线下实验资源不足，在一定程度上可减小生物医学工程专业扩招带来的实验教学压力。虚实结合的实验教学改革可节约线下资源，通过线上预习和在线模拟操作，可提高实验教学的效果，减少对线下资源的依赖。同时，虚拟仿真实验项目可应对突发事件（如2020年新冠肺炎疫情造成延迟开学）引起的无法开展实验教学的难题。

2.3.3 加强校内外合作，实现优质实验资源的开放与共享

随着校企产学研合作的不断推进，生物医学工程实验中心与广州市海珥玛植物油脂有限公司、佛山轻子精密测控技术有限公司、广东省微纳加工技术与装备重点实验室、广东波斯科技股份有限公司等单位成立了联合创新实验室，通过这几年的探索取得了一定经验，初步实现了校内外优质实验资源的共享、开放和互助。

下一步计划进一步拓展学校与合作校企的联合创新实验室建设，争取将双方更多的优质资源进行共享和互助。创新实验资源共享方式，如与企业共建众创空间、孵化基地和创新基地等。

同时，学校拥有10多家附属医院，校医联合创新实验室的建设值得大力推广，不仅可实现学校和医院实验资源的共享，也可加强基础与临床的融合，将学校近年来大力推进的基础服务于临床，将临床与基础紧密结合的学科共建工作落到实处。

当今科技发展速度不断加快，学科交叉持续升级，组建优势互补的跨学科、跨单位的创新联盟是开展重大科研项目攻关的重要途径。下一步计划加快与校外知名科研机构、研究所和研究院建立校院联合创新实验室的建设步伐，以提高生物医学工程专业的教师参与国家省市重大科研攻关项目的机会，对于提升学科水平和专业知名度具有重要意义。

3 开放共享实验室的管理

3.1 管理方法

① 大型设备实施管理责任制，落实科研骨干、实验技术人员和研究生三方共管基本制度。由于生物医学工程实验中心专职教师才3人，而开设实验课10余门、年均课时2200多，实验技术人员基本忙于实验准备，必须有教研室的教师参与才能将设备管理到位。因此，计划推行科研骨干管理使用频率最高的大型设备，负责设备的保管、技术培训和使用监管，每位科研骨干负责2或3台设备，主导设备培训和安全工作；安排研究生跟踪管理设备，负责本科生和外单位开放预约使用的监督管理，避免开放过程中发生损坏；实验技术人员主要负责设备的日常维护和统计工作。

② 将实验设备的利用率纳入绩效考核内容，并与未来实验资源购置关联。大型设备投入运行后即存在老化、磨损、技术性贬值等持续损耗，即使一直不使用也会造成大量损失。因此，在校内鼓励教师、研究生使用大型实验设备，同时也支持本科教学实验和大学生创新创业活动使用大型实验设备。对外单位人员，实施共享资源交换或以有偿服务的方式开放设备，公开宣讲现有仪器功能，积极邀请外单位人员参观交流，设置合理的收费标准，吸引他们使用大型设备开展科学研究和产品开发。

③ 建立设备分级管理模式，开放性实验室先培训、后使用的管理模式，在提高服务效率的同时也降低了风险。根据实验中心设备的价值大小、操作的难易程度和发生损坏的风险高低，将实验室分为A、B、C三类，使用要求和开放方式按表1执行，重点管理A类大型、精密和高价值设备；对B和C类设备要大胆放权，为本科学生的实验教学和动手实践创造更多机会和更好条件，为大学生创新创业活动开展提供足够的实验资源。

表1 实验设备分类管理与使用要求

3.2 制度建设

① 规范健全的实验室规章制度是实验室安全、有序和高效运行的基本保证。在现有实验室规章制度的基础上，要进一步完善“实验室安全管理制度”“仪器操作规范”“仪器开放管理制度”及“实验室人员管理制度”等。

② 利用信息网络技术提高仪器设备共享利用率，避免浪费。将实验室的大型设备相关信息在高校仪器共享网络上发布，与校内外单位开展互惠互利、开放共享优质实验资源的合作，提高设备使用效率。

③ 加强实验室安全管理。考虑到一些仪器设备使用的专业性和潜在危险性，应强化入室前的培训体系，避免不当操作造成意外人身伤害与经济损失，并提高设备操作的成功率。在实验教学过程中，将操作讲解、虚拟仿真和课程前现场示范演示培训结合起来，加深学生对仪器原理、注意事项、样品准备、参数设置、数据处理等内容的理解，确保学生不会出现违规操作后继续进行实验操作。

4 结 语

近年来，随着学校对科研和教学资源的投入加大，生物医学工程实验中心的硬件设施得到了有效改善。加强实验室的共享与开放能够缓解高校在人才培养和实践教学方面的压力，切实提高实验资源的利用效率。践行教学促进科研发展、科研成果反哺教学的科教融合实验教学改革之路，全面提升科研创新能力和人才培养质量，为提高我国的原始创新能力作出一定贡献。