双一流背景下化学实验中心的建设与实践

熊 辉， 高晓莉， 郭雯霁， 秦超然， 付世涛， 龚跃法

（华中科技大学化学与化工学院化学实验中心，武汉 430074）

0 引 言

教育兴则国家兴，教育强则国家强；建设教育强国，龙头是高等教育［1］。公共实验平台是高校科研和教学的重要支撑；如何在＂双一流＂建设的机遇下，以把握学科建设内涵为导向，深化资源配置综合改革，高效发挥平台的服务保障作用，使之成为支撑学科发展、人才引进、科学研究、人才培养及社会服务窗口，是平台建设面临的普遍问题［2-5］。化学作为一门实验性基础科学，是一流学科建设的重要基础和条件［6-8］。在“双一流”建设背景下，学院所属的实验技术平台建设和运行也进入了一个全新的发展阶段。

1 发展历程

秉承“明德厚学，求是创新”的校训和“砥德砺行，格物致新”的院训，“化学实验中心”自2005 年10 月成立以来，心怀双一流发展全局，牢记立德树人初心，和衷共济、行稳致远。入选强基计划试点、基础学科拔尖学生培养计划2.0 基地和国家级一流本科专业（化学），推动化学实验教学和大型仪器测试平台内涵式并行发展，为教学科研服务，为科普宣传服务，为人才培养服务。化学实验中心由化学实验室、化工实验室、同济校区实验室及分析测试共享平台组成，2008 年评为湖北省化学实验教学示范中心。中心以加强基础、注重能力、引导创新为指导思想，确立了一体化、多层次、开放式的实验课程体系，实施实验教学和实验室管理一体化、分级式的运行模式，遵循“制度化、规范化、专业化、科学化”的原则，为实验教学开展和科研测试服务提供有力保障，强化学生知识、能力和素质的全面协调发展。在学校的支持下打造了一支政治坚定、作风顽强、业务精湛、结构合理、充满活力的高素质实验技术队伍（在编人员22 人，其中高级工程师7 人，拥有博士学位5 人，博士后经历3 人，45 岁以内占比50%其中30 岁以内6 人）。依据专业特点对实验教师结构进行整合，设置5 个实验教学课程组，每年面向化学、材料、医学、生命、环境、航天等学科专业开设实验项目232 个、2 300 学时，惠及学生人数达3 000 人，总数近24 万人时／年。入选湖北省科技创新券服务机构，依托大仪共享平台的测试用户涉及校外20 多个单位，涵盖校内30 多个院系，年测试收入200 万元以上，2022年度测试服务机时达35 900 h。发挥了开放共享的社会服务功能，成为学校创新能力培养和开放共享服务的重要基地。

2 建设与实践

2.1 推进基础条件更新助力基础学科快跑

俗话说巧妇难为无米之炊，在聚力实验技术队伍提升“软实力”的同时，要做到统筹兼顾，持续更新改造实验室，助推我校化学学科快跑。学校历来十分重视化学实验中心的基础教学实验室条件建设并给予大力支持，以“争创世界一流大学，培养六卓越一拔尖人才”为总抓手，加强公共基础实验建设，以“从无到有，不破不立，从规范中抓提升、提升中抓创新”的工作思路，进一步提升化学基础学科的竞争力，持续扩大化学学科在全国高校化学专业中的影响力和号召力。近5年每年投入200 万元，用于设备更新和购置，投入100万元用于安全及环境改造；建设了污水处理系统，改造了通风系统，增加了尾气处理装置，更新了废弃物暂存柜，购置了PP药品柜，部署了监控门禁考勤和实验室智能可视化管理系统。中心硬件条件不断提升，安全环境极大改善，助力我校化学学科新一轮评估更上一层楼，ESI排名73／1734，进入前千分之0.421。

化学实验中心主持编写校级立项教材“化学实验室安全与规范”［9］，制定实验室“定制化”安全准入及“定量化”动态管理方案，定期对实验室进行全面自查，做到防患于未然，检查实验设备安全，排查实验室安全隐患，发现问题及时整改上报。危险源附近放置消防器材并粘贴安全警示标识，每个层楼走廊放置应急用品柜（内置防毒面具、消防沙箱、灭火毯、安全头盔、卫生消毒用品、急救包），每个实验室配备安全手册和检查记录本以及防护服、防护眼镜、防护手套和防护口罩等必要的防护用品等。本着服务学生的原则，在洗手池下安装小厨宝提供热水；在每个教学实验室安装触控大屏一体机实现教学信息在不同实验室之间同屏互传；提供刷卡存包柜方便学生个人物品存取。不断提升实验室教学条件，强化实验室安全措施（见图1）。

2.2 深化实验教学改革打造实验高效课堂

中心以学校发展总体目标为指导，对标国内一流化学实验教学中心，明确实验中心在化学教学和学科发展中的重要作用［10-11］，更新教学理念，以人才培养为核心，以学科发展为动力，深化实验教学改革，建设具有华中大特色的化学实验教学体系，打造实验教学新生态。2016 ～2022 年中心教师完善实验教学体系，申报省级以上教改项目12 个，校级教改项目12 个，深入探索并全面制定了化学专业及拔尖人才的教学大纲；结合教师科研方向新增一系列研究设计性实验，实现了科研反哺教学，与当今科研前沿接轨；出版了一系列基础化学实验教材［12］，深入推动本科教学改革，相关成果获省级教学成果一等奖。

2.2.1 实验教学内容改革

随着实验教学和科学技术的发展，实验课程的教学任务已经不仅仅是让学生验证基础知识和理论，学习相应的实验方法和技术，更重要的是让学生通过实践再现知识的创造过程，训练其科学思维并培养相应的创新意识和能力［13-14］。物理化学实验室近年开设了10 个创新性设计实验，这些实验在保证实验安全的前提下从实验步骤设计、准备、数据处理到PPT 答辩总结都由学生小组查阅文献资料独立完成，培养学生以科研的态度进行学习。每年服务于化学、材料、医学、生命等专业近千人，总数为4 万人时／年（见图2）。

图2 物理化学实验教学

设计实验的引入虽然能够提高学生的科学思维和创新能力，但仅靠此还不够，中心尝试在验证性实验的基础上根据不同专业的特点与学科前沿相结合加入与实际应用接轨的实验［15］。例如针对化学专业的学生增加热力学动力学方面的实验，医学专业增加渗透压测定的实验，材料专业侧重热重等性能测试实验。同时渗透融合绿色环保理念对现有实验教学内容进行改进［16］，在实验中采用低毒或无毒化学品替代高毒性试剂，优化实验溶剂体系，大幅减少了化学试剂用量。

2.2.2 实验教学方法改革

实验教学改革是一个系统工程，不仅要专注实验教学内容改革，也要注重实验教学方法改革［17-18］。中心改进并丰富实验教学方法与手段，引入协同性教学方法，让学生采用合作式、探究式学习模式，注重培养学生的团队协作能力和思维能力。通过实验方法改革，增强了化学实验课程的趣味性、针对性和实效性。如新开放的无机化学实验“碳酸钡晶体的制备与晶形观察”，可将微观下美丽的晶体通过显微镜直观地展示在学生面前，展现了化学之美，得到了学生的一致好评，增强了学生对化学的兴趣。

积极引入多媒体辅助教学模式，利用虚拟仿真技术等现代化实验教学手段，将实验课程内容生动形象直观地展示在学生面前，丰富实验教学内容、方式和途径，激发学生对实验课的兴趣，提高实验教学的效果。疫情特殊时期，中心特事特办，快速调整教学模式，开设实验视频网课及虚拟仿真实验。申报教育部产学合作协同育人项目2 个，结合智慧实验室管理系统完成省级虚拟仿真项目建设［19］，实现以学生为中心的线上与线下实验相结合的互动式混合教学，进一步深化了媒体技术与实验教学相融合，推动了人才培养与实验创新有机结合。

2.2.3 强化实验技术队伍建设

实验教学改革能深入持久，实验技术队伍的管理与建设至关重要［20］。在本科生院、实验室与设备处及学院领导的多方支持下，中心完善并实施“化学实验中心考核管理办法”，建立切实有效的奖励和评价机制，激发实验中心全体人员的工作积极性。推动实验技术队伍内部岗位流动，实现一专多能、一岗多责，依靠激励机制切实提高贡献突出的实验技术人员待遇；坚持“以赛促学，以赛促培”，鼓励支持实验技术人员参与实验竞赛培训，拍摄教学实验及科普视频，融入社会服务及招生宣传工作。加强自我培训意识，提高工作能力和改善服务质量，进一步为实验教学改革和科研测试服务做出贡献。2016 ～2022 年，实验技术人员以第一作者或者通信作者在《实验室研究与探索》等核心期刊发表了实验教学研究论文20 余篇，主持完成实验技术研究项目20 余项，获得学校实验技术成果奖二等奖及大型设备管理（效益）奖，实验室考核管理先进单位等称号。组织承办化学实验创新设计大赛华中赛区竞赛，指导学生多次在全国大学生化学化工类实验大赛中取得一等奖甚至第一名的优异成绩（见图3）。承担湖北省中学生化学奥赛和大学生夏令营及湖北省重点中学学生教师参观交流培训，促进化学实验改革和科学仪器普及，打造科普宣传招生新局面。

图3 中心组织参加竞赛及获奖

中心全体不忘为国育人初心，牢记立德树人使命，在教学改革和人才培养的道路上披荆斩棘，砥砺前行，营造专业、创新、开放、进取的文化氛围，成为学校一支不可或缺的主力军。经过不懈的建设实践，探索优化实验改革方案，为培养适合社会需要的拔尖创新人才再做贡献。

2.3 资源共享为众人，大仪管理下苦功

化学实验中心于2016 和2018 年先后建成2 个“一体化、多层次、开放式”的共享实体子平台；其中实验教学子平台建筑面积约3 600 m2，拥有仪器设备1 900多台（套），原值超过2 000 万元，面向本科生和研究生群体覆盖全校12 个院系28 个专业，开设基础化学、普通化学、工程化学、无机化学、分析化学、物理化学、有机化学、高分子化学、科学技能训练、生产实习仿真等20 多个实验课程，230 多个实验项目；大仪测试服务子平台依托“能量转换与存储材料化学”教育部重点实验室，建筑面积1 000 m2，拥有大型仪器50多台（套），原值达5 000 万元，承担校内外科研测试服务及仪器分析／高分子物理／现代材料表征技术／综合化学实验教学工作。

2.3.1 健全仪器管理制度

中心本着“共享是理念、规范是前提、管理是手段、效率是目标”的原则，建立健全的仪器设备管理制度，严格落实仪器设备的规范使用，切实保证人与仪器的安全。制定了“平台仪器设备管理细则”“仪器设备管理制度”以及每台仪器的“操作规程”“送样要求”“注意事项”等。采取因“仪”施测、一机一策，落实“一室一清单、一机一规程”，强化仪器规范测试，保证测试效率与质量。根据仪器特点、样品特性、用户类型，采取自主与委托两种测试模式。鼓励校内用户培养合格后自主测试，前置仪器培训与考核，理论培训大班制，实操演练小班制，签订上机承诺书，确保仪器零事故和完整性，目前已培训自主测试人员逾千人，测试合格率达到100%。针对校外用户，采取委托送样，测试前与用户深度沟通，掌握样品属性、用户需求，为用户提供合适的测试方案，确保测试效果达到用户预期。

全方位开展仪器维护，切实保证仪器零事故及完好率。①建立仪器档案。建立仪器资料信息库，包括购置前的论证报告、购买合同、仪器到校后的使用说明书、配件清单、安装调试记录、厂家培训视频、验收报告、入库单、固定资产卡片等基本资料。②加强仪器维护。定期检查各仪器运行状况与日常维护保养，详细记录仪器配件耗材的使用情况，及时更换配件保证仪器正常运行；定期向学生进行仪器培训和考核，避免误操作的发生；调研相关单位仪器管理经验，尽可能延长仪器寿命，充分发挥仪器设备价值。③仪器售后服务。对于使用频率高、原值贵重的设备，如X 射线粉末衍射、扫描电子显微镜、核磁共振、质谱、红外光谱等，与厂家配件销售和应用工程师协调，将配件采购与更换同时进行，缩短仪器停用时间；疫情期间采用线上远程售后，提高效率，降低开支。④重视仪器管理。设立仪器管理AB 岗，每台仪器由2 名以上技术人员熟练掌握，加大仪器管理的灵活性，尽可能保证仪器持续长周期运行；同时也通过相互学习，拓展仪器功能，在仪器共享开发上取长补短。

2.3.2 加强仪器宣传力度

为更好服务教学与科研，提高仪器使用效率，充分发掘仪器功能价值，积极采取多样化宣传手段（建设中心网站、仪器交流群、分发宣传手册），提高仪器曝光度，扩大测试影响力（见图4）。拓展大型科学仪器应用于本科生及研究生的化学实验，每年教学服务2 500 机时，测试样品2 450 个；一方面增加大仪的使用率，提高仪器的使用机时，开阔学生的视野；一方面延伸实验教学的内容，把过程与结果关联，提升了学生对实验的兴趣。化学实验中心2017 ～2022 年间连续5次入围全校大仪管理（效益）年度“良好单位”，获评“优秀单位”1 次，优秀机组奖项8 次。助力科研论文发表和重点实验室评估，提供《科学》和《自然》各1篇、《自然·通讯》6 篇、《美国化学会志》2 篇、《德国应化》11 篇、《先进材料》3 篇在内的国际权威期刊学术论文测试数据，支撑两个省部级重点实验室获评优秀。为校内外广大用户提供优质的测试服务和技术支撑，打造一流的科研共享服务平台。

图4 大型仪器测试交流方式和宣传资料

3 结 语

以教学理念、体系、制度、内容、方法为基本路径，激发学生崇尚科学、探索未知的兴趣，培养其探索性、创新性思维品质。历经十七载风雨，化学实验中心与时俱进、改革创新，向社会、向学校、向师生交出了一份合格的答卷。在实验室条件建设、实验队伍建设、数字化智能化建设、实验技术研究与创新等方面保障了实验教学安全，促进了实验教学改革，培养了实践创新人才，充分发挥实验室作为实践课堂的作用，着力提升学生实验动手能力，提高化学实验教学和公共服务水平，持续推进一流化学学科建设。随着公共基础实验大楼的建设以及拔尖创新人才培养模式的推进，化学实验中心不仅在硬件条件和管理水平达到全国同类实验平台的上游水平，还可为我校相关专业一流本科人才培养和学科发展做出支撑贡献。立足全校公共基础和专业基础实验，既有区分，又可共享，为各专业实验课程群的内涵式发展提供保障，实现教学资源信息化、实验管理持续化的目标。

随着双一流建设的深入推进，实验中心全体充满激情，实干永无止境，创新永无止境，发展永无止境，将继续谱写化学实验中心高质量发展新篇章。