“五位一体”高校大型仪器开放共享模式探索与实践

肖 康， 王 琼， 崔国印， 郭 盛， 郑 超， 沈清明，

（南京邮电大学a.材料科学与工程学院；
b.实验室建设与管理处，南京 210023）

大型仪器是探索未知世界、发现自然规律、实现技术变革、突破科学前沿、解决经济社会发展和国家安全重大科技问题的重要工具。随着国家对科研和教学的投入增大，大型仪器规模持续增长，覆盖领域不断拓展，已成为科研和教学的重要支撑，综合效益日益显现。然而大型仪器普遍存在重复购置、利用率低、使用效益不高、维护保养压力大等问题［1-3］，功效得不到充分发挥。为进一步发挥大型仪器效能、释放其对社会经济的推动力，2014 年12 月，国务院发布了《关于国家重大科研基础设施和大型科研仪器向社会开放的意见》（国发〔2014〕70 号）［4］，提出完善大型仪器开放共享制度，提升开放水平和利用率。这成为大型仪器开放共享的纲领性文件。随后各地方相继出台了配套文件或法规，如2023 年江苏省立法支持大型科学仪器设施共享，在新修订的《江苏省科学技术进步条例》中提出，要建立财政性资金购置的大型科学仪器、设施共享制度，建立共享服务平台［5］。在各级政府部门的推动和支持下，各高校院所在大型仪器开放共享方面做了大量研究和探索，在宏观和制度层面积累了丰富的宝贵经验。

我校十分重视大型仪器的开放共享工作，形成了自身的开放共享体系。如何让开放共享制度和意识下沉到基层、落实到一线，并切实提高仪器开放共享效率，是工作中的重点。大型仪器是开放共享的实体基础和基本单元，实践证明，做好单台仪器的开放共享工作，整体开放共享效率的提高自然水到渠成［6-8］。基于此，学校任何开放共享机制都应从基层出发，在立足学校高质量发展大局的基础上，充分考虑各学院（分中心）大型仪器的实际情况，鼓励一线人员在共享制度的指导下积极探索适合自身仪器特点的开放共享方式，以保障开放共享落实到“器”、落实到人。由此构建了管理责任体系、培训准入、信息平台、安全监督和服务保障“五位一体”的大型仪器开放共享管理模式（见图1）。

图1 “五位一体”开放共享管理模式

大型仪器均为精密仪器，为确保仪器稳定运行和使用安全，设置专职管理老师（A 岗），全权负责仪器的日常管理、维护、培训、测试、故障维修及仪器规章制度的制定等。同时设置B 岗管理老师，辅助培训、测试以及专职管理老师休假期间的管理维护工作。实践证明，对利用率高的仪器实行双人或多人共同管理，可为全天候开放共享提供便利，提高设备的共享率与利用率［9］。在AB岗的基础上聘任研究生助管，辅助下班时段、周末、节假日等非工作时间的仪器管理，解决常见故障、及时补充耗材，进一步提升仪器使用效率。事实上聘任研究生助管的方式在中国地质大学［10］和四川大学［11］同样被证明是一种提高仪器利用率的有效方式。这种A岗专职老师—B岗管理员—研究生助管的多人管理模式不仅能有效提高仪器使用效率、保障仪器平稳运行，亦可为管理老师拓展仪器功能和优化管理方案腾出时间。

学生自主上机是大型仪器开放的重要举措［12-13］，也是从“授人以鱼”到“授人以渔”的转变［14］。自主上机过程中，学生拥有更多观察现象、发现问题并解决问题的机会，提高科学素养，这是研究生培养的重要环节。然而，维护和保障大型仪器的安全和正常性能是大仪开放的基本前提［15］。大型仪器通常有严格的操作规范和样品要求，不熟悉仪器或未按规范操作，无法得到可靠的实验结果，甚至可能损坏仪器，因此，为提高实验结果准确性、保障仪器安全运行，对申请自主上机的学生设置了严格的培训准入流程。

培训采用线上线下结合的方式，基本流程如图2所示。管理老师在大型仪器管理平台发布培训计划，学生登录平台在线报名。报名时检查实验室安全考试情况，未通过者不予报名。提交报名后由导师审核，随后管理员进一步审核，形成报名名单。

图2 培训准入流程示意图

报名成功的学生首先接受理论培训，包括仪器原理和构造、操作流程、注意事项、数据分析及实验室安全等。线上整合了演示视频、操作简章、注意事项和常见问题等多种形式的学习资源供学生随时学习和复习（见图3），同时管理老师通过线下讲授，结合实际案例进一步强调样品制备、测试操作和数据分析的基本要求和注意事项。理论培训之后进行在线理论考核（见图4），给予2 次机会，通过者方可参加后续上机操作培训，2 次均未通过的，需重新参加下一轮培训。操作培训分组次进行，持续时间较长，确保每位学生都有足够的上机练习时间。操作培训后会再次空出一定机时供学生上机练习，之后进行上机操作考核，通过者授予机时预约权限，即可在管理平台上自主预约上机测试。未通过者需等待下一轮培训，2 次培训均未通过的，则不再接收其培训报名。

图3 在线学习资源

图4 在线理论考核结果

管理老师根据系统上的使用记录，每学期对拥有预约权限但测试频率不足两周一次的学生进行上机操作复核，未通过者将被取消权限，确保上机测试者都是“熟手”。同时结合信用积分和黑名单制度，进一步规范测试行为。对严重违规或造成事故的，直接取消权限并通报其导师。

严格的培训准入流程，让学生充分重视培训，避免培训无效化［16］；
严格的权限授予条件，也做好了自主上机的“事前监督”，杜绝不懂、不熟悉仪器者上机，在提高仪器利用率的同时确保仪器使用安全。

信息化管理是提高仪器利用效率的主要方向和有效途径［17］，是扩大开放共享的必要支撑和重要手段［18-20］。为进一步扩大开放共享范围、提高共享效率，学校持续推进信息化建设，建立了校级大型仪器开放共享管理平台并逐年迭代升级，为全校大型仪器信息化管理提供了支撑。同时开通微信预约助手（见图5）［21］，可通过手机随时随地查看仪器状态、预约仪器、管理预约单、管理课题组等，还可收藏仪器，方便后续预约，为使用者和管理员提供了极大便利。

基于大仪管理平台的预约系统，实行7 ×24 h 全天候深度开放，仪器处于全时段可服务状态。学生可在平台上预约任意空闲机时测试，自主性强、灵活性高，能充分利用下班、周末及节假日等非工作时间，避免机时浪费。学生自主上机与全天候开放的结合，最大限度地提高了仪器使用效率。

仪器室装有人脸识别门禁，测试电脑装有终端控制器控制屏幕开关，可扫码上下机（图6）。门禁和终端与预约系统联动，具备上机预约权限的学生在预约时段内方可开启门禁和控制器，防止无关人员进入仪器室，人脸识别进一步确保预约者与使用者为同一人。仪器室门口和室内对角位置装有视频监控，实时记录仪器室动态，在培训准入“事前监督”的基础上实现自主上机“事中监督”。系统实时记录门禁和终端动作，可随时查看任意时段的开门和开关机记录，结合监控记录，实现有问题时的“事后追溯”。预约系统与智慧终端软硬件结合的“事前-事中-事后”全过程可溯源监管模式，可实现7 ×24 h无人值守式开放［22-23］，最大程度为开放共享提供便利的同时保障了仪器安全。

实验室定期安全巡检必不可少［24］，在全过程监督的基础上实行“日例检”“周例查”与“定期维护”相结合的安全巡检制度，进一步保障仪器和实验室安全。管理老师每日上班前例行检查仪器和配件状态、耗材储备情况以及实验室环境，并不定时进入仪器室查看，下班前再次检查仪器状态和实验室环境。分析测试中心设有安全巡查小组，每组2 人，每周例行对中心所有仪器室进行安全和卫生检查，发现问题通报批评，以作警示。

大型精密仪器必须细心维护才能获得可靠的测试结果。定期维护还能有效预防事故发生，延长大型仪器使用寿命［25］。维护既包括仪器本身的维护，也包括实验室环境的维护。以PXRD 为例，实验室和门廊均装有除湿机，确保仪器室相对湿度不大于50%；
室内装有立式空调，常年运行，保持室内温度在20 ±2 ℃。每学期进行一次仪器除尘，进行一次标样测定和仪器校准；
每学期至少进行一次样品台清洗；
定期查看循环水水位和水质，一旦出现明显悬浊物，则更换循环水。

大型仪器开设实验课程是开放共享的一个重要途径，既有利于提高仪器利用率，也有利于全面培养学生的动手能力与科研思维，激发科研兴趣［8］。学校鼓励大型仪器积极参与实验实践课程，加强师生沟通，为科研创新和人才培养助力。现以PXRD 为例，说明大型仪器参与实验课和科研创新方面的积极成效。

PXRD目前参与“材料分析实习”和“高分子材料测试与表征”2 门本科生实习实践课程，年均培养本科生近200 人。有效增强了学生仪器设备操作技能，培养与提高学生的创新思维、创新能力和综合素质，为后续科研打下了坚实的基础。

PXRD建有仪器交流QQ 群，有测试需求的学生和老师均可加入，即方便通知传达，也方便测试问题的交流讨论。管理老师上班期间不定时进入仪器室查看学生测试情况，对存在的问题现场指导，对学生的疑问现场解答。每学期举办一次师生交流会，反馈服务、听取建议，了解新的测试需求、调查仪器升级和购买愿望、讨论疑难样品的解决方案等，进一步优化管理模式，提高服务质量。

PXRD自2014 年验收并投入使用以来，截至2022年底，累计测试样品41 358 个，服务9 697.7 h，培训学生800 余人，有力支撑了科研与教学工作，助力教师在Nature Communications［26-27］、Inorganic Chemistry［28］以及Chemical Engineering Journal［29］等国际一流期刊发表高水平文章多篇。同时在创新人才培养中发挥重要作用，助力学生取得中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛国赛金奖4 项、“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛全国三等奖1 项、全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛一等奖1 项、全国青少年零碳科技大展领航项目（最高奖）1 项等多项国家及省部级奖项。

“五位一体”开放共享模式从多个维度支撑大型仪器的开放共享：专人负责、多人共管的责任体系保障了仪器管理责任具体到人，同时兼顾了仪器的使用效率；
严格的培训准入制度提高了学生的安全意识和操作技能，减少了仪器故障率和“废数据”率；
全面提高信息化水平，既方便仪器管理也利于仪器利用率的提高；
软硬件结合的全过程监管模式和定期巡检维护制度，强化了学生的责任心，提高了实验室和仪器运行的安全性；
结合实验课程以及师生交流互动，为学校教学科研和人才培养提供了强有力的支撑与高质量的服务。

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