崔喜平　黄陆军　陈俊锋　张杰　耿林　来忠红　王晓军

摘  要：当前我国高端制造装备与前沿科研仪器自主研发能力薄弱、严重依赖进口，这已经成为制约我国自主创新能力提升完成产业升级和创新型国家建设的瓶颈问题，为摆脱“卡脖子”、受制于人的局面，除资金持续投入与国家政策倾斜之外，具有高端仪器与表征技术专长的创新拔尖人才队伍建设是关键与根本。文章将就如何培养实践能力和创新精神强、适应面广的高素质分析测试人才，尤其是具有仪器与表征技术专长的创新拔尖人才的培养模式进行了初步探索。

关键词：仪器与表征;创新人才;培养模式

中图分类号：C961       文献标志码：A         文章编号：2096-000X（2020）23-0033-03

Abstract： So far， the independent research and development capability of the high-end manufacturing equipment and cutting-edge scientific instruments in China is weak， and these high-performance devices largely depends on import， which have heavily restricted the improvement of independent innovation capability and the industrial upgrading and the construction of the innovative country. In order to solve the bottleneck problem of heteronomy， the sustained financial support and the national policy must be provided. Besides， the construction of the top-notch innovative talents team with outstanding instruments and characterization technologies is the critical and fundamental significance. This paper will make a preliminary exploration on how to train high quality analytical and testing talents with excellent practical ability， strong innovation spirit and good adaptability， the emphasis will be on discussing the training mode of innovative top-grade talents with cutting-edge instruments experience and outstanding characterization technologies.

Keywords： instruments and characterization; innovative talents; training mode

前言

科學仪器设备是科学研究和技术创新的基石，是经济社会发展和国防安全的重要保障。当前我国高端制造装备与重大科研仪器的自主研发能力薄弱，严重依赖进口，这已成为制约我国自主创新能力提升和创新型国家建设的瓶颈问题，大大影响了我国产业升级和创新驱动发展战略的实施[1]。因此，为摆脱“卡脖子”、受制于人的局面，《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》明确将科学仪器研制列为优先发展的战略领域，在此背景下科技部“重大科学仪器设备开发”重点专项于2016年度启动，国家自然基金委也特别设立了“国家重大科研仪器设备研制专项”项目，经过多年尝试，取得了显著成效，发展了一批具有自主知识产权的高端科学仪器，为我国的科技创新和国民经济社会发展提供了重要支撑。

然而要实现“原创性”重大科研仪器的研发和重大科学仪器设备的产业化[2]，除资金持续投入与国家政策倾斜之外，具有高端仪器与表征技术专长的创新拔尖人才培养是重中之重[3]。在“中国制造2025”的大背景下，工业和信息化部、国家发展改革委、中国工程院于2017年2月联合发布的《制造业人才发展规划指南》，就明确指出人才必须作为我国建设制造强国的根本，必须科学培养多层次多类型制造业人才[4]。当前仪器与分析测试行业人员一般从事简单的分析测试服务工作，绝大部分都是从材料、机械、化工和能源等专业跨行而来，没有独立的仪器与分析测试专业来培养相关的专业性人才。且从事仪器与分析测试行业的职业荣誉感不强、社会地位与收入不高，导致仪器与分析测试行业的高端创新性人才严重匮乏[5]，这已经成为限制前沿科研成果产出与高端重大仪器研发的瓶颈问题。因此，高等院校的人才培养模式必须与时俱进服务国家的人才发展战略[6]，如何培养具有仪器与表征技术专长的创新拔尖人才是关键。本文将初步探讨如何建设具有仪器与表征技术专长的创新型人才队伍。

一、激发兴趣，树立“崇尚科学”价值观

兴趣爱好与个人职业结合才是最完美的职业设计。因此哈工大分析测试中心为吸引高质量的生源同时激发学生从事仪器与表征技术行业的兴趣，我们针对大一新生开展了“高端仪器开放日”参观学习活动：通过高端仪器现场参观与演示、热点案例如我国诺贝尔奖级原创科研成果-量子反常霍尔效应如何实现与检测等深入剖析，引导大一新生了解高端科研仪器与分析测试水平在现代科学技术进步中的关键作用，是发现前沿科研之妙与保障生产质量的“眼睛”，是保障我国建设创新型国家、制造强国、科技强国的大国重器。

此外，邀请科研之星为同学们开展专业的学术报告与交流沙龙等活动，并建立微信群线下广泛讨论交流，让学生树立“科研崇拜”的价值观，充分激发大一新生对于从事高端仪器开发与分析测试工作的热情与兴趣，让其了解从事此行业不但可以发现前沿科学之美，还可以服务国家重大战略需求，是值得作为一项终生事业而为之奋斗的。

（一）宽口径，重理论，强基础

基础理论课学习包括机械、控制、电气、材料等机械类课程基础理论学习与创新性实验教学，是培养具有高水平分析测试水平与高端仪器开发能力的创新拔尖人才的核心环节。当然重点是材料分析测试方法基本原理与仪器构造原理的学习。哈尔滨工业大学除注重课堂教学内容的实时更新与实验教学的不断创新外，还充分利用新媒体技术在教学中的重要作用。由于微信已经成为当代中国大学生获取信息的最重要途径之一，利用微信公众平台进行专业知识传播的潜力十分巨大[7]。由此，哈工大分析测试中心依据本科实验课程和硕士生实践教学的现状，针对传统教学中存在的问题，根据该课程特点，构建了基于微信公众平台与课堂教学的混合式教学模式，具体为课前在线预习-课中教学与演示-课后在线答疑等三位一体式的实施方案：1. 建立课程微信公众号，将课堂内容相关的PPT，视频和音频等资料上传，鼓励并督促学生课前进行充分预习;2. 课中专业课教师图文并茂讲解重点知识要点，并将前沿科研成果融入教学内容中，使学生明白“学有所用”;3. 课后利用微信群在线答疑，使学生有问必答、有问即答。

除创造线上线下多途径方式夯实学生的基础知识外，实验教学更能培养学生的动手能力和创新能力，是培养拔尖人才不可替代的重要环节[8]。由此，我们请具有长期一线分析测试教师与大型仪器功能改造项目科研经验的教师共同拟定实验课教学内容，发挥教师在实验教学中的主导地位，促进科研成果转化为实验项目，解决“研究创新型”实验的源头问题[9]，增加实验课教学的多样化、专业化、趣味性，尽力提升学生将专业基础知识转化为解决实际问题的科研能力。此外，我们还邀请学术科研明星进课堂以“案例式”模式讲授高端仪器在科学研究中的最新进展，将基础理论学习与前沿科学发展有机结合起来，让学生明白“学而有用”，激发学生学习枯燥的专业基础课的热情，夯实基础理论。

（二）强化实践与开放实习

实践是教学最有利的辅助工具，为让学生深入理解仪器的工作原理、发展趋势以及在各前沿学科中的应用，为此哈工大分析测试中心设立了分析测试学生助管岗位，学有余力的学生可以申请此岗位。通过优中选优的方式选出兴趣高、基础好的学生经过一线仪器管理教师的系统培训与严格考核（理论笔试+现场操机考核形式）获得大型仪器自主操机资质。在仪器管理教师的监督下具有自主操作仪器设备资质的学生可以亲自完成各种样品的制备-处理-在线测试-结果分析等全链条的分析活动，并协助仪器管理教师对设备进行维护、维修、操作规程制定、国家仪器类标准和分析测试行业标准制定等，让学生深入理解高端仪器在各前沿学科中的作用以及发现分析测试中出现的问题，经过长期培训的学生会获得丰富的分析测试经验与解决科研问题的能力。同时一线操机教师更容易从简单重复的分析测试中解脱出来，有更自由时间去进行重大设备的改造、高级功能和新型分析测试方法的开发等科学研究，也使教师更有精力去思考如何培养与指导学生。

此外，分析测试中心还将能力强、兴趣高的学生推荐进入国际知名仪器厂家如Carl Zeiss制造生产线参观实习，深入理解仪器构造、制造过程并了解国内外高端仪器的差距;同时分析测试中心還与国际顶级仪器厂家在国内设计的Demo样品演示实验室深入合作，使学生有机会接受经验丰富的厂家仪器应用专家的培训与现场指导，深入理解分析测试方法的高级应用与行业发展新动态。通过提供实践学习与现场实习可以增强学生对高端仪器与分析测试方法的深入理解，拓展学生思维并提高学生动手能力与解决问题的能力。

二、仪器类开放式创新课题研究

在“兴趣培养-基础理论学习-实践与现场实习”基础上，学生已经具备了专业的仪器知识与分析测试基本技能，同时也培养学生主动发现问题、分析问题、自我解决问题的探究能力[10]。但终极目标是使学生学会开展理论知识的实用性探索，继而挑战新的理论与实践创新，即“学以致用”。因此，哈工大分析测试中心开展了以仪器类开放式创新课题为毕业论文核心内容的本科、硕/博研究生培养模式。将本科生和研究生纳入不同的培养体系，目的是为建设国家制造强国输出更优秀的具有高端仪器与表征技术特长的专业性人才。

（一）以仪器应用为主的分析测试专业人才培养

哈工大分析测试中心协调组织一线仪器操作经验丰富的老师与科研成果突出的导师“一对一”合作，共同择优设计以仪器简单功能或测试方法开发为目标的本科毕业论文，如搭建高温加热模块结合商业X射线衍射仪的薄膜掠入射衍射模块开发出样品表面微纳米膜层的高温相变原位测试方法以及基于三维X射线显微镜（XRM）搭建高分辨率的原位加载测试平台。让学生真正理解分析测试方法的本质以及高端仪器的构造与应用，使本科毕业生成长为掌握了扎实理论知识并具有熟练操作技能的“合格的人才产品”，并使其可以参与国际竞争的新型分析测试人才，他们毕业后可以补充到高校、研究院所、大型测试服务机构和企业的分析测试队伍中，发挥其专业特长，满足新形势的分析测试工作要求。

（二）以重大仪器研发或改造中的科学问题为导向的创新拔尖人才培养

对于本科已经具有扎实仪器理论功底并熟练掌握表征技能的学生，在其硕士和博士研究生阶段，除继续引导其进行更深入的基础理论学习和仪器前沿技术与发展趋势调研外，具有一线测试与仪器开发经验的导师可以凝练出重大仪器研发或改造中的科学问题，以解决此科学问题为导向提炼出硕士或博士研究生的研究课题，如商业扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）不能进行磁性粉末材料的测量是公认的科学问题，如何通过仪器设备改造攻克SEM/TEM进行磁性粉末材料的表征技术难题;此外，如何通过改进改造SEM解决基于SEM原位拉伸时高分辨图像漂移的瓶颈问题等等。通过这类的仪器改造类课题攻关，培养出更多具有仪器与表征技术专长的创新拔尖人才，为实现我国的制造强国战略储备更多研究型专业人才。

（三）仪器类创新人才培养成效

经过几年的改革实践，已经摸索出了可行的仪器类专业人才培养模式，且取得了显著成效。目前获得透射电子显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪等大型分析测试设备独立自主操机资格的学生达600余人，培养的毕业生20余人进入高等院校（哈工大分析测试中心3人）、科研院所和大型企业等单位从事分析测试与仪器开发等相关的工作;同时培养的学生与导师合作完成了设备改造与功能开发等6项，作为核心单位参与仪器类国家标准、行业标准制定4项，最为重要的是有3名博士毕业生作为项目骨干成员参与了科技部的国家重点研发计划-大科学装置前沿研究专项项目研究。虽然取得了一些成果，但是分析测试中心依然会以哈工大“规格严格、功夫到家”的校训为理念，坚持创新思维，继续探索并完善该人才培养模式，为我国培养出更多的具有仪器与表征技术专长的创新拔尖人才。

三、结束语

哈工大分析测试中心开创了以“兴趣培养-基础理论学习-实践与现场实习-仪器类创新课题研究”四位一体的学生培养模式，目的是以兴趣与扎实基础理论为前提，促进学生创新思维的形成，锻炼其实践和动手能力，最大限度地提高学生分析问题和解决问题的能力，为我国培养出实践能力和创新精神强、适应面广的高素質分析测试人才，特别是培养出更多具有仪器与表征技术专长的创新拔尖人才。

参考文献：

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[3]贾文宝，凌永生.重大仪器专项下专硕培养模式的工程化实践[J].科技资讯，2015（26）：227-229.

[4]邓小华.“中国制造2025”与高职制造业人才培养体系创新研究——基于《制造业人才发展规划指南》的启示[J].改革前瞻，2017，38（19）：14-18.

[5]刘海玲，陶慧林，侯明，等.构建创新课程体系，培养新世纪的分析测试人才[J].广西师范大学学报（自然科学版），2003，21（Z2）：62-63.

[6]凌辉，张媛.一流学科建设需要一流实验室作为支撑[J].实验技术与管理，2014，31（3）：217-219.

[7]刘艳芳，杨文荣，商建锋.基于微信公众平台的电路混合式实验教学实践[J].教育现代化，2019，87：203-205.

[8]毋妙丽.科研项目驱动下实践“四结合”实验教学新体系——以不同环境下驾驶行为影响实验为例[J].高教学刊，2019（23）：55-57.

[9]陈浪城，吴福根，邱伟青.面向“新工科”的高校实验室建设与管理模式创新和实践[J].实验技术与管理，2019，36（10）：273-276.

[10]李秀娟，张志辉，邹猛，等.实验课适应教学改革的必然性分析[J].大学教育，2019（11）：51-53.