新校區(qū)開放共享平臺的運行管理模式探索

王雪紅，支東彥，陳健壯，楊曉玲，唐頌超，莊啟昕

（華東理工大學材料科學與工程學院，上海 200237）

0 引言

隨著新工科背景下應用型人才培養(yǎng)的逐步推進，高校要不斷加強高水平科研人才、創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)，發(fā)揮在實踐育人方面的重要作用［1-2］。然而，近幾年來，隨著我國高等教育的快速發(fā)展，很多高校紛紛增設新校區(qū)或與其他高校合作辦學，形成了多校區(qū)辦學的局面［3-4］。由于校區(qū)、年級或?qū)I(yè)分割等因素，原有教學工作的連貫模式受到較大沖擊，實踐教學難度加大［5］。我校本科教學形成了徐匯老校區(qū)、奉賢新校區(qū)的新格局，一、二、三年級本科生教育工作集中在新校區(qū)，四年級本科生和研究生的教育及科學研究工作集中在老校區(qū)。由于兩校區(qū)距離較遠，很多本科生很難抽出完整的時間前往老校區(qū)開展科學研究，而新校區(qū)又缺乏相應的科研支撐、科研實踐和科研氛圍，從而使得學生的創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)效果不容樂觀。因此，探索新形勢下新校區(qū)學生的創(chuàng)新實踐能力的提升已成為一校兩區(qū)辦學高校面臨且需持續(xù)開展的一項重要工作。

1 新校區(qū)開放共享平臺的管理運行模式探索

在借鑒國內(nèi)外高校多校區(qū)辦學經(jīng)驗的基礎上［6-8］，材料學科實驗教學中心（以下簡稱“實驗中心”）結(jié)合學校定位、辦學特色以及學科特點等實際情況，率先在新校區(qū)建立了材料學科開放共享平臺，并對實驗室安全保障體系進行了大膽地探索和嘗試。

1.1 落實實驗室的“分類”管理模式

為了更好地解決新校區(qū)學生創(chuàng)新實踐項目難以開展的場地問題，實驗中心對所有的本科教學實驗室，如材料基礎、專業(yè)基礎、專業(yè)綜合實驗室進行了分類管理，將原本只用于教學的儀器設備進行了再梳理和再分類，組建了材料學科開放共享平臺。該平臺由材料共享基礎實驗室、常規(guī)儀器測試室和貴重儀器測試室構(gòu)成，每個實驗室功能和用途各有不同，管理要求也有所差異（見圖1）。以貴重儀器測試室為例，現(xiàn)有高端儀器30余臺，價值2 000萬元以上，對應的儀器管理教師13名，學生可根據(jù)時間隨時預約實驗，實現(xiàn)了貴重儀器共享服務和實驗人才培養(yǎng)雙贏。

圖1 材料學科開放共享平臺的分類管理圖

隨著高校實踐教學和科研項目規(guī)模的逐年增加，隨之而來的安全管理壓力也在不斷增長［9-10］。為此，實驗中心根據(jù)國家及學校發(fā)布的有關高校實驗室安全工作的法律、法規(guī)和條例，并結(jié)合材料學科實驗室運行的具體情況，建立了一系列的安全管理制度，如：“材料學院創(chuàng)新聯(lián)動平臺奉賢校區(qū)實驗管理辦法（試行）”“材料實驗教學中心安全衛(wèi)生制度”“材料實驗教學中心學生實驗室守則”等。同時，實驗中心還聘任了專門的實驗室安全員，擔任安全管理的“探測器”，主要負責實驗教學實驗室和材料開放共享平臺的日常檢查工作，通過排查將安全隱患和管理等深層次的問題找出來，及時排除潛在風險，實現(xiàn)實驗室的持續(xù)穩(wěn)定和健康運轉(zhuǎn)。

1.2 建立實踐項目的“雙導師”負責制

為了更好地保障開放共享平臺的安全運轉(zhuǎn)，實驗中心通過自薦、審核等形式在內(nèi)部挑選長期駐守新校區(qū)、具有優(yōu)秀的專業(yè)技能水平和豐富教學經(jīng)驗的實驗技術(shù)人員擔任實踐項目合作導師，實行項目指導教師和合作教師簽約的“雙導師”負責制。①實踐項目的實驗過程要相對安全、綠色和環(huán)保，且實驗內(nèi)容具有一定的趣味性、實用性和前沿性，具備在材料開放共享平臺開展實踐教學的必要條件；②在充分考慮實踐項目研究方向的同時，結(jié)合實驗技術(shù)人員的專業(yè)背景，確定合作導師，簽署合作協(xié)議，明確工作職責，從而解決了開放過程中職責不一、管理不暢等管理“盲區(qū)”。通常指導教師應對實踐項目進行全方位負責，并定期與學生碰面交流，制定學習計劃，提供有效的幫助和指導；合作導師主要負責學生的操作實踐教學、現(xiàn)場協(xié)助指導、實驗使用記錄書寫、應急事故處理等工作。

為加強材料學科開放共享平臺的化學品管理，實驗中心依托學校化學品采購平臺，建立了一套針對開放共享實驗室的化學品采購、存放、使用和回收的全過程閉環(huán)監(jiān)管流程（見圖2），該規(guī)范的建立有效地避免了實驗人員在實驗室隨意存放藥品的問題，又可嚴格控制藥品存量，降低安全風險。除此之外，實驗中心還組織學生參觀材料開放共享平臺，開展實驗規(guī)范操作培訓和安全自救教育等活動，以體驗式教學強化安全意識和綜合素養(yǎng)，讓學生在潛移默化中增強自我保護意識。

圖2 材料學科開放共享平臺的化學品管理流程圖

1.3 健全實驗室的“準入－預約－審批”流程

為了加強材料學科開放共享平臺的高效規(guī)范運作，實驗中心依托學院的信息化管理模塊，建立集在線培訓、考核、預約、時長統(tǒng)計和收費等功能為一體的信息化管理平臺，并在材料開放共享平臺等重點區(qū)域建立了實驗室門禁刷卡系統(tǒng)，所有人員必須通過刷卡終端才可進入。此外，為了防止“一人刷卡，多人進入”的現(xiàn)象，材料開放共享平臺還在出入口等位置安裝了監(jiān)控設備，實驗中心負責人只需登錄信息化監(jiān)控系統(tǒng)即可隨時調(diào)閱進出實驗室的人員信息（主要包括姓名、班級、學號、專業(yè)、實驗錄像等），從而實現(xiàn)了智能、安全和高效管理。圖3所示為材料開放共享平臺的準入－預約－審批流程圖。

圖3 材料開放共享平臺的準入-預約-審批流程圖

在完善材料學科開放共享平臺的準入制度的同時，實驗中心還以中央高校改善基本辦學條件為依托加大了對實驗室硬件設施改善，使實驗環(huán)境得到較大改善。①增加了安全防護設施，升級改造了通風系統(tǒng)、應急照明系統(tǒng)、緊急噴淋器、急救箱和消防設施等設備，同時，在實驗室走廊處增設了智能存儲柜，并為開展實驗的師生配發(fā)防護眼鏡、手套、防護服等防護裝備。②增設了安全標識，如專用氣體鋼瓶柜、廢液收集區(qū)、落地儀器設備等警示帶，以及安全警示標語和逃生指示等。除此之外，實驗中心還對使用年限超過5年的設備進行經(jīng)常性的檢查維護，并聘請專業(yè)人員定期對實驗室的水電氣等基礎設施進行維護。

2 以材料學科開放共享平臺為依托，開展大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練

以材料學科創(chuàng)新人才培養(yǎng)為目標，以大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目——聚多巴胺涂層改性聚乳酸復合薄膜為實例，該項目是從項目指導教師的科研成果轉(zhuǎn)化而來，實驗操作環(huán)節(jié)相對成熟、可控，重點考察分析材料開放共享平臺在創(chuàng)新實踐教育教學改革中的重要作用。其中，該項目是在項目指導教師、合作導師和項目小組成員4人的共同努力下開展實施，并由1名同學擔任項目負責人，負責整個實驗項目的對外聯(lián)絡、溝通與協(xié)調(diào)工作。

2.1 依托材料學科基礎實驗室，開展樣品的前期準備工作

該項目所用的原料及試劑均由項目負責人通過?；瘜W品采購平臺申購，并存儲在材料學科基礎實驗室的指定藥品柜中，按要求建立使用臺賬。其中，聚乳酸（PLLA）由Nature Works LLc提供；多巴胺溶液（DA），純度＞99%，由Adamas Reagent Co.，Ltd提供；二氯甲烷（CH2Cl2），分析純，由國藥化學試劑有限公司提供。

該項目的前期準備工作均由項目負責人及小組成員在材料學科基礎實驗室的通風櫥中完成，由合作教師參與現(xiàn)場指導，整個樣品制備過程耗時3 d。其具體操作過程為：采用溶劑澆鑄法和表面沉積法制備復合薄膜（見圖4）。首先，稱取適量的PLLA，將其溶解在適量的CH2Cl2溶液中，再澆鑄在聚四氟乙烯模具（自購）中，待CH2Cl2揮發(fā)殆盡后，制得PLLA薄膜。之后，將該PLLA 膜浸在DA 的Tri-HCl溶液（2 g／L，pH＝8.5）中一定時間后，會發(fā)現(xiàn)溶液的顏色由最初的無色透明狀變?yōu)榈厣?、深棕色和黑色，待反?4 h之后，溶液顏色呈棕黑色狀，直至觀察不到顏色變化為止，表明聚合完全。接者，用去離子水反復清洗薄膜，以除去未反應的DA，在真空干燥箱（DHG-9032型，上海精宏設備有限公司，由實驗室提供）中干燥24 h，直至恒重，最終得到聚多巴胺涂層改性聚乳酸復合薄膜（PDA＠PLLA），密封于干燥器中，備用。

圖4 PDA＠PLLA復合薄膜的實驗制備流程圖

2.2 依托開放共享儀器測試實驗室，開展樣品的測試表征工作

為了進一步觀察PLLA和PDA＠PLLA復合薄膜的差異，項目組成員通過文獻查閱，小組討論，項目教師指導等方式，初步擬定出實驗的測試方案——紅外光譜儀（FTIR）、X射線光電子能譜儀（XPS）、掃描電子顯微鏡（SEM）、原子力顯微鏡（AFM）技術(shù)和接觸角等。之后，由項目負責人在信息化平臺上預約儀器設備，經(jīng)項目指導教師同意，儀器管理教師審批通過后，可在規(guī)定的時間內(nèi)前往相應的實驗室開展實驗。

（1）薄膜的微觀結(jié)構(gòu)表征。本環(huán)節(jié)是由貴重儀器管理老師協(xié)助項目小組成員完成，測試過程約1 h。從圖5中可以看出，PLLA圖譜在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）具有較強的振動峰，這是典型的PLLA的FTIR圖譜結(jié)構(gòu)［11-12］。與PLLA 薄膜的圖譜相比，PDA＠ PLLA 復合薄膜的譜圖在1 520 cm－1處出現(xiàn)了N-H的伸縮和彎曲振動峰，且1 290和1 037 cm－1處對應的C—O—H的伸縮振動峰也有所變化，這說明PDA＠PLLA復合薄膜兼具PLLA薄膜的圖譜結(jié)構(gòu)和PDA的圖譜結(jié)構(gòu)，也可定性判斷出PDA沉積到PLLA薄膜表面。因此，通過紅外光譜儀的使用，項目小組成員對高分子材料的圖譜有了充分的了解，能夠理解圖譜上各種特征峰代表的物理意義。

圖5 PLLA和PDA＠PLLA的FTIR

為了進一步證實PDA在PLLA薄膜表面的沉積情況，項目小組成員又通過XPS分析PLLA薄膜和PDA＠PLLA復合薄膜的能譜圖及表面化學元素組成。從圖6中可以發(fā)現(xiàn)，PLLA薄膜表面可以檢測到C ls和O ls元素，而經(jīng)過DA改性的PLLA薄膜的表面發(fā)生了化學變化，C 1 s、O 1 s、N ls的含量由原來的61.6%、34.5%和1.2%分別變?yōu)?0.6%、69.3% 和4.4%，且修飾后的O／C元素比值為0.30，介于DA（理論值0.25）和PLLA（0.56）元素之間，進一步印證了PDA成功地沉積在PLLA薄膜的表面［13-14］。另外，由于DA主要是以鹽酸多巴胺的形式存在，故在XPS的全譜圖中引入了Cl元素。該環(huán)節(jié)不僅使學生掌握了XPS的測試表征方法，也使學生能夠體會到科研工作踏實嚴謹?shù)淖黠L。

圖6 PLLA和PDA＠PLLA的XPS能譜圖及化學元素組成表

（2）薄膜的表面形貌分析。在掃描電鏡和原子力顯微鏡管理老師的指導下，測試過程約1 h。從圖7中可以看出，在顯微鏡下PLLA和PDA＠PLLA復合薄膜的表面存在大量密集均勻的微孔，且微孔形狀略有不同，前者是由二氯甲烷溶劑的揮發(fā)所產(chǎn)生的，后者是在溶劑揮發(fā)和DP沉積的共同作用下產(chǎn)生的。同時，通過PLLA和PDA＠PLLA的AFM圖發(fā)現(xiàn)，PLLA薄膜和PDA＠PLLA復合薄膜的平均粗糙度（Ra）分別為1.174和1.298 μm，這說明經(jīng)過PDA 涂層改性后的PLLA薄膜的粗糙度增加。因此，通過本環(huán)節(jié)實驗內(nèi)容的設置，項目小組成員既掌握了SEM和AFM的工作原理及分析方法，又掌握了利用儀器設備進行綜合分析的能力。

圖7 PLLA和PDA-PLLA的微觀形貌SEM和AFM圖

（3）薄膜的親水性分析。項目小組成員在合作導師的協(xié)助下自主上機完成的，耗時約1 h。從圖8中可以發(fā)現(xiàn)，PLLA薄膜的水接觸角為77°，是典型的疏水性材料，而PDA＠PLLA復合薄膜的水接觸角為34°，這說明PDA涂層的引入，有助于改善PLLA薄膜的親水性能，也從側(cè)面印證了DA通過自聚合成功地粘附在PLLA薄膜表面。這也說明了接觸角大小與材料表界面的化學組成和形貌有關［15-16］。因此，通過本環(huán)節(jié)的實驗內(nèi)容設置，使學生掌握了水接觸角的測量方法及綜合分析測試結(jié)果的能力。

圖8 PLLA和PDA＠PLLA的水接觸角及PDA涂層的結(jié)構(gòu)示意圖

3 運行效果評價

通過過程交流和課后訪談，項目指導教師、合作教師和學生三方都非常認可這種實踐教學模式，反饋效果良好。一方面，材料開放共享平臺解決了實驗中心儀器設備長期閑置的難題，提高了實驗中心中大型儀器的使用效率及經(jīng)濟效益，同時又減少了項目指導教師往返新老校區(qū)開展實踐教學指導的奔波之苦；另一方面，學生可充分利用課余的碎片化時間，將以往需要半年才能完成的實驗內(nèi)容縮短到一個月，減少了往返新老校區(qū)開展實驗的困難，大大提高了工作效率。總的來講，材料開放共享平臺的構(gòu)建，有助于提高學生的動手能力，培養(yǎng)學生的科研探索精神，為以后從事科研工作打下良好的實驗基礎。

4 結(jié)語

到目前為止，材料開放共享平臺承擔的各類實驗項目達到20余項，實驗所涉及到材料合成、工藝改進、加工成型、性能測試等基本知識和技能，所用到的新工藝和新裝備，能夠使學生以科研工作者的視角，探索解答科學問題，在鍛煉學生獨立思考問題和解決問題的同時，也有效地推進了實驗室的安全高效運作，在孵化創(chuàng)新實驗項目和培養(yǎng)創(chuàng)新人才方面取得了明顯的效果，為本科生開展創(chuàng)新實驗實踐教學提供了良好的實驗環(huán)境。

·名人名言·

科學不論現(xiàn)在和過去，是對一切事物存在的觀察預見，雖然是漸進的，然而它是對即將發(fā)生事物的認識。

——達·芬奇