以培养学生创新能力为核心的教学科研一体化实验室建设

颜菲 孙金平 刘迢迢

摘要：目前高校实验室的建设与使用现状，在一定程度上制约了学生创新能力的培养与提升。结合本院实际，建设生物信息与生物技术教学科研一体化实验室，着重介绍一体化实验室的构建思路、主要内容及“1+N”运行管理保障机制，在优化实验资源、科研反哺教学、调动学生科研兴趣、培养学生创新能力等方面取得良好成效，对于高校实验室建设及创新型人才培养具有一定的指导价值。

关键词：创新培养   教学科研一体化   实验室建设  实验室管理

中共中央国务院《中国教育现代化2035》中提到“加强创新人才特别是拔尖创新人才的培养”，《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020）》指出，要“促进科研与教学互动、与创新人才培养相结合”，这对高校人才培养提出了更高要求。多年教学实践证明，充分发挥实验室资源的作用，有利于培养学生的创新能力和科研思维，是实现以上目标的有力抓手和有效途径。

天津医科大学生物医学工程与技术学院依托学校医学教育和临床优势，旨在培养医理、医工交叉学科复合型、创新型人才，建设国家一流本科专业和一流学科。目前高校实验室的建设与使用现状，在一定程度上制约了学生创新能力的培养与提升，结合本学院现状，通过整合教学实验室和科研实验室资源，探索建设教学科研一体化实验室，取得了良好的成效。

1建设教学科研一体化实验室的背景

通过调研高校实验室现状，发现普遍存在以下问题：实验室面积不足，教学实验室使用率较低;教学实验室与科研实验室分设，仪器分散利用率不高等^[1-4]。具体到本学院实验室，表现为：（1）教学实验室与科研实验室分设，科研实验室需求激增导致用房紧张，但部分教学实验室闲置率较高;（2）部分常规仪器设备，如PCR仪、离心机、摇床、凝胶成像仪、计算机服务器等，在科研实验室和教学实验室普遍使用，重复购置;（3）教学实验室设备更新率低，实验设备较陈旧，实验教学无法跟上学科发展前沿;（4）科研实验室仪器设备较为先进，但不对学生开放使用，大型仪器设备使用率低且无专人管理等。这些问题造成实验室资源不能得到有效利用，难以发挥在培养人才方面的基础性作用，与我国倡导的创新型人才培养目标更是相距甚远。

作为高校实验技术人员，建设好、管理好、发挥好实验室在培养学生创新能力、提高学生应用技能方面的功能和效用，积极探索实验室运行管理的新机制，是工作的重点和难点。为此，将教学和科研资源整合共享，以“生物信息与生物技术创新实验室”为试点进行了教学科研一体化实验室建设的探索和实践。

2教学科研一体化实验室的构建思路和主要内容

立足学院实际，借鉴其他高校实验室建设和改革经验^[5-7]，本学院生物信息与生物技术教学科研一体化实验室（以下简称“一体化实验室”）的总体构建思路为：打破教学实验室和科研实验室的空间隔阂，设置在同一区域，整合学院生物信息学与生物技术专业的3个教学实验室和学科科研实验室，将教学实验室的實验用房优势、师资优势和科研实验室的设备资源优势有效结合，健全实验室运行管理机制，实现实验资源的高效利用和可持续共享，充分发挥实验室资源在培养学生创新能力、科研思维和应用技能方面的保障作用。

整合后的一体化实验室面向学生开放，在保证实验教学需求基础上，承载科研用途。一体化实验室承担学生科研训练工作，主要涉及学科竞赛、自主实验、大学生创新创业训练、毕业设计、学生加入教师科研团队开展科研锻炼等;承担的教学任务主要是专业课实验、综合性课程设计、实训课程等。

一体化实验室有利于促进科教融合，提高学生参加科研训练的主动性和积极性，有助于学生掌握先进实验技术、锻炼科研思维，是培养学生创新能力的专业平台。

2.1一体化实验室的运行机制

健全一体化实验室管理机制是实验室正常运行的前提和保障。为充分发挥一体化实验室的功能，建立了“1+N”的保障体系，即通过制定一个管理办法，形成了从实验室预约申请、实验设备管理、药品耗材使用、师资配备、实验室维护等N个环节的保障体系，推动一体化实验室安全、平稳、有序地运行。

2.3.1 制度建设

立足学科发展前景，以巩固学生教学成果、提高创新能力、提升创新思维为目标，突出科研应用导向，制定了《天津医科大学生物医学工程与技术学院教学科研一体化实验室管理办法》。除了规范一体化实验室日常使用及维护相关措施，重点体现对学生科研创新训练的支持保障，在实验药品耗材、大型仪器设备使用、实验技术指导、经费支持等方面提供“绿色通道”。

2.3.2预约申请使用

每学期初，学院中心实验室网站发布公告，告知实验教学时间安排，并提供科研可申请使用时间。学生如申请使用一体化实验室从事科研实验，需完成学校统一组织的实验室安全在线学习并考核合格、获得实验室安全培训证书，依托微信“审批宝”小程序，经过“指导教师-一体化实验室负责人-学院分管实验室领导”三级审批通过，方可获得门禁系统授权。为最大限度满足学生科研使用需求，经学生申请、指导教师审核、实验室教师确认，一体化实验室可24h开放，门禁系统兼具监控功能，便于保障学生人身安全和实验室安全运行。

2.3.3 实验药品、耗材保障

一体化实验室实验药品主要有两类：普通实验药品和危险化学品。普通实验药品和耗材的存放分为公共区和科研课题组区。公共区药品耗材是科研、教学普遍使用的常规实验药品（如NaCl、KCl、酵母膏、蛋白胨、SDS等）和一次性实验耗材（如各种规格的离心管、移液枪头、试管等），由实验室负责教师根据申请科研训练所需药品耗材清单，在统筹教学、科研需求量的基础上，使用教学经费集中采买，学生可以登记领取使用。

为合理统筹实验室资源，方便学生开展科研训练，根据学生申请的科研项目类型，将开展同类型或具有承接关系的科研训练项目整合为一个课题组，并划定独立的实验区域，即科研课题组区。公共区没配备的药品耗材由科研课题组自行购买，经费一般来源于指导教师的科研经费、学生获批的项目经费等，存放在各科研课题组分配的实验区域内。学院鼓励学生自主开展科研实验，如获批的科研训练项目没有经费来源或经费紧张的，经项目组申请，学院综合评价项目的创新性、应用性等因素，可提供不同程度的经费支持。

危险化学品通常不允许学生使用，建议学生使用无毒或低毒的药品替代，若确实无法满足实验需要，学生可以在指导教师同意并现场指导的前提下，双人领取、双人使用。

2.3.4 一体化实验室仪器设备管理

实验室的仪器设备由实验室负责教师管理，同时聘任研究生或高年级学生协助实验室教师做好设备维护;大型仪器设备和生物信息学计算机服务器由专人管理。一体化实验室仪器设备对学生可24h开放使用。

科研训练项目开始前，实验室负责教师会为申请使用实验室的学生进行设备使用培训，详细介绍设备的结构、工作原理、使用范围等，并现场演示操作，说明使用过程中的注意事项和突发情况及处置方法。学院中心实验室网站提供大型仪器设备使用操作演示视频，要求学生观看视频提前熟悉设备使用方法。同时在每台设备的显著位置放置该设备的说明书、操作流程及注意事项，可以使学生在使用前对设备有详细的了解，便于顺利操作。学生使用设备过程中遇到问题，实验室负责教师会提供帮助指导，如遇突发情况，按照应急预案处理。

2.3.5师资保障

一体化实验室为提升学生创新能力提供坚实的师资保障。对于实验教学过程中表现出动手能力强、科研思维活跃、科研兴趣浓厚的学生，实验教师可推荐其加入学院研究生导师课题组或青年教师科研创新团队。依托一体化实验平台，一方面，学生可以在教师或研究生的指导下学习先进的实验技术、仪器设备操作使用方法、实验数据整理分析方法，锻炼自己分析问题、解决问题的能力，培样学术思维和创新能力;另一方面，也有利于充实学院科研团队、培养后备人才，导师可以从中发掘有科研潜质的学生加入自己的课题组继续深造。

另外，对于有创新想法，依托一体化实验室积极开展大学生创新创业训练项目、参加实验技能大赛等科研训练的学生，学院为其选拔责任心强、专业技能突出、经验丰富的教师给予指导，并对指导教师给予绩效奖励。

近2年，在实验教师的推荐下，共有5名博士研究生指导教师、10名硕士研究生指导教师和12名青年教师接纳学生加入其科研团队，7名学生毕业后通过推免或考研的方式继续在原科研团队攻读硕士研究生;学院共选拔12名优秀教师充实到实验指导队伍，结合学生专业知识背景，制订实验方案，带领学生开展科研训练。

2.3.6 经费支持

一体化实验室经费来源主要是3个方面：教学经费、科研经费及学生项目获批的经费。教学经费主要用于一体化实验室日常开销、设备维护等常规性事务。由于一体化实验室建设实现了教学、科研仪器设备的共享，避免了仪器设备重复购置的问题，节省了大量原本计划购置仪器的科研经费，这部分科研经费可以用于设备更新，不断满足学科发展需要，为实验教学贴近科学前沿提供硬件支持，有利于学生掌握先进的实验技能，提高人才培养质量。学生项目获批的经费主要用于开展科研训练项目，学院对项目进展实施考核并给予一定的经费支持，对于成果显著的学生也会给予创新奖学金。

2.3.7 奖励机制建设

为鼓励学生依托一体化实验室积极开展科研创新训练，学院实施了系列奖励措施。在一体化实验室开展科研训练并完成预定任务的学生，奖励创新学分;科研训练成果突出、获得省部级及以上奖励或作为主要作者之一参与发表高水平论文的学生，可奖励创新奖学金，并计入综合测评学分，在推免生推荐、研究生录取中适度倾斜;应用技能强、动手实践能力突出的学生，优先向用人单位推荐实习等。

3一体化实验室的实践成效

经过2年来的探索与实践，本院生物信息与生物技术教学科研一体化实验室在培养学生创新能力方面和实验室建设方面均取得了良好成效，主要表现在以下几个方面。

（1）一体化实验室以学生为主体，充分发挥学生的主观能动性，为学生开展各类科研训练、学科竞赛提供技术指导、实践平台和经费支持，取得一定成果。2年来，一体化实验室承担大学生创新创业训练项目17项，其中国家级3项、市级3项，累计培养学生78人次，学生参与发表高水平论文20余篇;获各级竞赛奖项90余人次。

（2）引入的科研项目推动了实验教学内容的更新，科研转化教学成果显著。近2年新增“紫外和EMS诱变选育大肠杆菌Lys营养缺陷型菌株”“基因敲除技术高效、定向构建大肠杆菌营养缺陷型菌株”“新冠肺炎主蛋白酶抑制剂中药分子筛选”等10余项综合性实验教学项目，学生既开阔了眼界、拓展了知识面，又学习了新的实验技术，提升了学生的实践动手能力和学术思维。

（3）提高实验室的利用率和仪器设备的使用更新率，为培养学生的创新能力创造良好的硬件条件。一体化实验室建设以来，闲置率较高的教学实验室由原来每周只承担2～3个半天的实践教学任务变为学生全天候开展科研训练的场所，每学期约10组学生申请使用，基本处于满负荷的状态;仪器设备（特别是大型仪器设备）的使用时长较原来提高45%;在不专门增加经费的情况下，更新了计算机服务器、荧光倒置显微镜、荧光定量PCR仪等50余台设备，实现了实验资源的高效配置。

4工作展望

生物信息与生物技术教学科研一体化实验室建设以来，在优化实验资源、科研反哺教学、调动学生科研兴趣、培养学生创新能力等方面取得了良好的成效，为其他實验室建设提供了可供参考的范本，今后将从以下方面继续加强建设。

4.1 提高信息化管理水平

目前，学院正考虑建设完善的一体化实验室信息管理系统，集合信息发布、预约申请、仪器设备管理、数据上传、安全管理、虚拟实验室等功能^[8-10]。在实验教学方面，教师可以通过系统上传教学进度、批改实验作业、进行成绩分析，学生可以通过系统进行实验预习、反馈实验问题、提交实验报告，并且师生通过系统可以实现实时的互动交流。在科研训练方面，学生可以通过系统上传实验开展进度及阶段成果，方便指导教师了解学生的科研训练效果，随时调整训练方案。同时，实验室管理教师可以通过系统及时了解实验药品耗材的储存情况、仪器设备使用情况以及实验室运行情况等。总之，新的一体化实验室管理系统，应该是全方位、多角度的综合系统平台，并具有与时俱进的迭代更新能力，目的是实现实验室管理的科学性和实验资源利用的高效性。

4.2 加强校内跨学科实验资源共享

高校内部实验资源的共享和利用是促进各学科协同发展的重要手段，是高校实现“内涵式”发展的必然要求^[11]。充分发挥本院生物医学工程学科在医学院校的学科特色，依托一体化实验室与学校临床、药学、影像、眼视光等学科开展科研实验、校内实训、教学实习等合作交流，实现实验室、仪器设备等硬件资源共享及指导教师、实验室管理教师、专业知识等软件资源共享，使有限的资源发挥更大效益^[12]，有利于培养多学科交叉、综合素质全面提升的复合型人才。

4.3 促进产学研合作

依托一体化实验室，加强学院与企业合作，将高校人才培养与产业发展有效融合^[13]，培养符合社会发展需求、实践能力强的应用型创新人才。学院可以与相关企业签订合作协议，教师科研成果为企业产品研发提供理论指导和技术支持，企业为学院引入生产实践性更高、应用性更强的课题^[14]。对于高校人才培养，产学研合作一方面有利于革新实验教学内容，使其更贴近社会需求;另一方面，通过与企业合作，聘请优秀的企业技术人员、工程师担任校外导师，指导学生开展创新创业项目，拓寬项目来源，丰富项目种类，增加项目经费，进一步提升学生综合运用专业理论知识的能力和技术创新能力，提高学生就业竞争力^[15]。

5结语

生物信息与生物技术教学科研一体化[A1] 实验室建设是本院发挥实验室资源在培养学生创新能力和科研思维方面的重要举措，经过2年多的实践，实现了预期目标并取得了良好的成效。随着一体化实验室建设的进一步完善，其必将成为促进科教融合、协同育人的有效途径和重要抓手，为培养学生创新能力提供有力保障。

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