雙一流背景下化學實驗中心的建設與實踐

熊 輝， 高曉莉， 郭雯霽， 秦超然， 付世濤， 龔躍法

（華中科技大學化學與化工學院化學實驗中心，武漢 430074）

0 引 言

教育興則國家興，教育強則國家強；建設教育強國，龍頭是高等教育［1］。公共實驗平臺是高?？蒲泻徒虒W的重要支撐；如何在＂雙一流＂建設的機遇下，以把握學科建設內涵為導向，深化資源配置綜合改革，高效發揮平臺的服務保障作用，使之成為支撐學科發展、人才引進、科學研究、人才培養及社會服務窗口，是平臺建設面臨的普遍問題［2-5］?；瘜W作為一門實驗性基礎科學，是一流學科建設的重要基礎和條件［6-8］。在“雙一流”建設背景下，學院所屬的實驗技術平臺建設和運行也進入了一個全新的發展階段。

1 發展歷程

秉承“明德厚學，求是創新”的校訓和“砥德礪行，格物致新”的院訓，“化學實驗中心”自2005 年10 月成立以來，心懷雙一流發展全局，牢記立德樹人初心，和衷共濟、行穩致遠。入選強基計劃試點、基礎學科拔尖學生培養計劃2.0 基地和國家級一流本科專業（化學），推動化學實驗教學和大型儀器測試平臺內涵式并行發展，為教學科研服務，為科普宣傳服務，為人才培養服務?；瘜W實驗中心由化學實驗室、化工實驗室、同濟校區實驗室及分析測試共享平臺組成，2008 年評為湖北省化學實驗教學示范中心。中心以加強基礎、注重能力、引導創新為指導思想，確立了一體化、多層次、開放式的實驗課程體系，實施實驗教學和實驗室管理一體化、分級式的運行模式，遵循“制度化、規范化、專業化、科學化”的原則，為實驗教學開展和科研測試服務提供有力保障，強化學生知識、能力和素質的全面協調發展。在學校的支持下打造了一支政治堅定、作風頑強、業務精湛、結構合理、充滿活力的高素質實驗技術隊伍（在編人員22 人，其中高級工程師7 人，擁有博士學位5 人，博士后經歷3 人，45 歲以內占比50%其中30 歲以內6 人）。依據專業特點對實驗教師結構進行整合，設置5 個實驗教學課程組，每年面向化學、材料、醫學、生命、環境、航天等學科專業開設實驗項目232 個、2 300 學時，惠及學生人數達3 000 人，總數近24 萬人時／年。入選湖北省科技創新券服務機構，依托大儀共享平臺的測試用戶涉及校外20 多個單位，涵蓋校內30 多個院系，年測試收入200 萬元以上，2022年度測試服務機時達35 900 h。發揮了開放共享的社會服務功能，成為學校創新能力培養和開放共享服務的重要基地。

2 建設與實踐

2.1 推進基礎條件更新助力基礎學科快跑

俗話說巧婦難為無米之炊，在聚力實驗技術隊伍提升“軟實力”的同時，要做到統籌兼顧，持續更新改造實驗室，助推我?；瘜W學科快跑。學校歷來十分重視化學實驗中心的基礎教學實驗室條件建設并給予大力支持，以“爭創世界一流大學，培養六卓越一拔尖人才”為總抓手，加強公共基礎實驗建設，以“從無到有，不破不立，從規范中抓提升、提升中抓創新”的工作思路，進一步提升化學基礎學科的競爭力，持續擴大化學學科在全國高?；瘜W專業中的影響力和號召力。近5年每年投入200 萬元，用于設備更新和購置，投入100萬元用于安全及環境改造；建設了污水處理系統，改造了通風系統，增加了尾氣處理裝置，更新了廢棄物暫存柜，購置了PP藥品柜，部署了監控門禁考勤和實驗室智能可視化管理系統。中心硬件條件不斷提升，安全環境極大改善，助力我?；瘜W學科新一輪評估更上一層樓，ESI排名73／1734，進入前千分之0.421。

化學實驗中心主持編寫校級立項教材“化學實驗室安全與規范”［9］，制定實驗室“定制化”安全準入及“定量化”動態管理方案，定期對實驗室進行全面自查，做到防患于未然，檢查實驗設備安全，排查實驗室安全隱患，發現問題及時整改上報。危險源附近放置消防器材并粘貼安全警示標識，每個層樓走廊放置應急用品柜（內置防毒面具、消防沙箱、滅火毯、安全頭盔、衛生消毒用品、急救包），每個實驗室配備安全手冊和檢查記錄本以及防護服、防護眼鏡、防護手套和防護口罩等必要的防護用品等。本著服務學生的原則，在洗手池下安裝小廚寶提供熱水；在每個教學實驗室安裝觸控大屏一體機實現教學信息在不同實驗室之間同屏互傳；提供刷卡存包柜方便學生個人物品存取。不斷提升實驗室教學條件，強化實驗室安全措施（見圖1）。

2.2 深化實驗教學改革打造實驗高效課堂

中心以學校發展總體目標為指導，對標國內一流化學實驗教學中心，明確實驗中心在化學教學和學科發展中的重要作用［10-11］，更新教學理念，以人才培養為核心，以學科發展為動力，深化實驗教學改革，建設具有華中大特色的化學實驗教學體系，打造實驗教學新生態。2016 ～2022 年中心教師完善實驗教學體系，申報省級以上教改項目12 個，校級教改項目12 個，深入探索并全面制定了化學專業及拔尖人才的教學大綱；結合教師科研方向新增一系列研究設計性實驗，實現了科研反哺教學，與當今科研前沿接軌；出版了一系列基礎化學實驗教材［12］，深入推動本科教學改革，相關成果獲省級教學成果一等獎。

2.2.1 實驗教學內容改革

隨著實驗教學和科學技術的發展，實驗課程的教學任務已經不僅僅是讓學生驗證基礎知識和理論，學習相應的實驗方法和技術，更重要的是讓學生通過實踐再現知識的創造過程，訓練其科學思維并培養相應的創新意識和能力［13-14］。物理化學實驗室近年開設了10 個創新性設計實驗，這些實驗在保證實驗安全的前提下從實驗步驟設計、準備、數據處理到PPT 答辯總結都由學生小組查閱文獻資料獨立完成，培養學生以科研的態度進行學習。每年服務于化學、材料、醫學、生命等專業近千人，總數為4 萬人時／年（見圖2）。

圖2 物理化學實驗教學

設計實驗的引入雖然能夠提高學生的科學思維和創新能力，但僅靠此還不夠，中心嘗試在驗證性實驗的基礎上根據不同專業的特點與學科前沿相結合加入與實際應用接軌的實驗［15］。例如針對化學專業的學生增加熱力學動力學方面的實驗，醫學專業增加滲透壓測定的實驗，材料專業側重熱重等性能測試實驗。同時滲透融合綠色環保理念對現有實驗教學內容進行改進［16］，在實驗中采用低毒或無毒化學品替代高毒性試劑，優化實驗溶劑體系，大幅減少了化學試劑用量。

2.2.2 實驗教學方法改革

實驗教學改革是一個系統工程，不僅要專注實驗教學內容改革，也要注重實驗教學方法改革［17-18］。中心改進并豐富實驗教學方法與手段，引入協同性教學方法，讓學生采用合作式、探究式學習模式，注重培養學生的團隊協作能力和思維能力。通過實驗方法改革，增強了化學實驗課程的趣味性、針對性和實效性。如新開放的無機化學實驗“碳酸鋇晶體的制備與晶形觀察”，可將微觀下美麗的晶體通過顯微鏡直觀地展示在學生面前，展現了化學之美，得到了學生的一致好評，增強了學生對化學的興趣。

積極引入多媒體輔助教學模式，利用虛擬仿真技術等現代化實驗教學手段，將實驗課程內容生動形象直觀地展示在學生面前，豐富實驗教學內容、方式和途徑，激發學生對實驗課的興趣，提高實驗教學的效果。疫情特殊時期，中心特事特辦，快速調整教學模式，開設實驗視頻網課及虛擬仿真實驗。申報教育部產學合作協同育人項目2 個，結合智慧實驗室管理系統完成省級虛擬仿真項目建設［19］，實現以學生為中心的線上與線下實驗相結合的互動式混合教學，進一步深化了媒體技術與實驗教學相融合，推動了人才培養與實驗創新有機結合。

2.2.3 強化實驗技術隊伍建設

實驗教學改革能深入持久，實驗技術隊伍的管理與建設至關重要［20］。在本科生院、實驗室與設備處及學院領導的多方支持下，中心完善并實施“化學實驗中心考核管理辦法”，建立切實有效的獎勵和評價機制，激發實驗中心全體人員的工作積極性。推動實驗技術隊伍內部崗位流動，實現一專多能、一崗多責，依靠激勵機制切實提高貢獻突出的實驗技術人員待遇；堅持“以賽促學，以賽促培”，鼓勵支持實驗技術人員參與實驗競賽培訓，拍攝教學實驗及科普視頻，融入社會服務及招生宣傳工作。加強自我培訓意識，提高工作能力和改善服務質量，進一步為實驗教學改革和科研測試服務做出貢獻。2016 ～2022 年，實驗技術人員以第一作者或者通信作者在《實驗室研究與探索》等核心期刊發表了實驗教學研究論文20 余篇，主持完成實驗技術研究項目20 余項，獲得學校實驗技術成果獎二等獎及大型設備管理（效益）獎，實驗室考核管理先進單位等稱號。組織承辦化學實驗創新設計大賽華中賽區競賽，指導學生多次在全國大學生化學化工類實驗大賽中取得一等獎甚至第一名的優異成績（見圖3）。承擔湖北省中學生化學奧賽和大學生夏令營及湖北省重點中學學生教師參觀交流培訓，促進化學實驗改革和科學儀器普及，打造科普宣傳招生新局面。

圖3 中心組織參加競賽及獲獎

中心全體不忘為國育人初心，牢記立德樹人使命，在教學改革和人才培養的道路上披荊斬棘，砥礪前行，營造專業、創新、開放、進取的文化氛圍，成為學校一支不可或缺的主力軍。經過不懈的建設實踐，探索優化實驗改革方案，為培養適合社會需要的拔尖創新人才再做貢獻。

2.3 資源共享為眾人，大儀管理下苦功

化學實驗中心于2016 和2018 年先后建成2 個“一體化、多層次、開放式”的共享實體子平臺；其中實驗教學子平臺建筑面積約3 600 m2，擁有儀器設備1 900多臺（套），原值超過2 000 萬元，面向本科生和研究生群體覆蓋全校12 個院系28 個專業，開設基礎化學、普通化學、工程化學、無機化學、分析化學、物理化學、有機化學、高分子化學、科學技能訓練、生產實習仿真等20 多個實驗課程，230 多個實驗項目；大儀測試服務子平臺依托“能量轉換與存儲材料化學”教育部重點實驗室，建筑面積1 000 m2，擁有大型儀器50多臺（套），原值達5 000 萬元，承擔校內外科研測試服務及儀器分析／高分子物理／現代材料表征技術／綜合化學實驗教學工作。

2.3.1 健全儀器管理制度

中心本著“共享是理念、規范是前提、管理是手段、效率是目標”的原則，建立健全的儀器設備管理制度，嚴格落實儀器設備的規范使用，切實保證人與儀器的安全。制定了“平臺儀器設備管理細則”“儀器設備管理制度”以及每臺儀器的“操作規程”“送樣要求”“注意事項”等。采取因“儀”施測、一機一策，落實“一室一清單、一機一規程”，強化儀器規范測試，保證測試效率與質量。根據儀器特點、樣品特性、用戶類型，采取自主與委托兩種測試模式。鼓勵校內用戶培養合格后自主測試，前置儀器培訓與考核，理論培訓大班制，實操演練小班制，簽訂上機承諾書，確保儀器零事故和完整性，目前已培訓自主測試人員逾千人，測試合格率達到100%。針對校外用戶，采取委托送樣，測試前與用戶深度溝通，掌握樣品屬性、用戶需求，為用戶提供合適的測試方案，確保測試效果達到用戶預期。

全方位開展儀器維護，切實保證儀器零事故及完好率。①建立儀器檔案。建立儀器資料信息庫，包括購置前的論證報告、購買合同、儀器到校后的使用說明書、配件清單、安裝調試記錄、廠家培訓視頻、驗收報告、入庫單、固定資產卡片等基本資料。②加強儀器維護。定期檢查各儀器運行狀況與日常維護保養，詳細記錄儀器配件耗材的使用情況，及時更換配件保證儀器正常運行；定期向學生進行儀器培訓和考核，避免誤操作的發生；調研相關單位儀器管理經驗，盡可能延長儀器壽命，充分發揮儀器設備價值。③儀器售后服務。對于使用頻率高、原值貴重的設備，如X 射線粉末衍射、掃描電子顯微鏡、核磁共振、質譜、紅外光譜等，與廠家配件銷售和應用工程師協調，將配件采購與更換同時進行，縮短儀器停用時間；疫情期間采用線上遠程售后，提高效率，降低開支。④重視儀器管理。設立儀器管理AB 崗，每臺儀器由2 名以上技術人員熟練掌握，加大儀器管理的靈活性，盡可能保證儀器持續長周期運行；同時也通過相互學習，拓展儀器功能，在儀器共享開發上取長補短。

2.3.2 加強儀器宣傳力度

為更好服務教學與科研，提高儀器使用效率，充分發掘儀器功能價值，積極采取多樣化宣傳手段（建設中心網站、儀器交流群、分發宣傳手冊），提高儀器曝光度，擴大測試影響力（見圖4）。拓展大型科學儀器應用于本科生及研究生的化學實驗，每年教學服務2 500 機時，測試樣品2 450 個；一方面增加大儀的使用率，提高儀器的使用機時，開闊學生的視野；一方面延伸實驗教學的內容，把過程與結果關聯，提升了學生對實驗的興趣?；瘜W實驗中心2017 ～2022 年間連續5次入圍全校大儀管理（效益）年度“良好單位”，獲評“優秀單位”1 次，優秀機組獎項8 次。助力科研論文發表和重點實驗室評估，提供《科學》和《自然》各1篇、《自然·通訊》6 篇、《美國化學會志》2 篇、《德國應化》11 篇、《先進材料》3 篇在內的國際權威期刊學術論文測試數據，支撐兩個省部級重點實驗室獲評優秀。為校內外廣大用戶提供優質的測試服務和技術支撐，打造一流的科研共享服務平臺。

圖4 大型儀器測試交流方式和宣傳資料

3 結 語

以教學理念、體系、制度、內容、方法為基本路徑，激發學生崇尚科學、探索未知的興趣，培養其探索性、創新性思維品質。歷經十七載風雨，化學實驗中心與時俱進、改革創新，向社會、向學校、向師生交出了一份合格的答卷。在實驗室條件建設、實驗隊伍建設、數字化智能化建設、實驗技術研究與創新等方面保障了實驗教學安全，促進了實驗教學改革，培養了實踐創新人才，充分發揮實驗室作為實踐課堂的作用，著力提升學生實驗動手能力，提高化學實驗教學和公共服務水平，持續推進一流化學學科建設。隨著公共基礎實驗大樓的建設以及拔尖創新人才培養模式的推進，化學實驗中心不僅在硬件條件和管理水平達到全國同類實驗平臺的上游水平，還可為我校相關專業一流本科人才培養和學科發展做出支撐貢獻。立足全校公共基礎和專業基礎實驗，既有區分，又可共享，為各專業實驗課程群的內涵式發展提供保障，實現教學資源信息化、實驗管理持續化的目標。

隨著雙一流建設的深入推進，實驗中心全體充滿激情，實干永無止境，創新永無止境，發展永無止境，將繼續譜寫化學實驗中心高質量發展新篇章。