淺析大精儀器管理及本科實驗教學范文

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[摘要]大精儀器在高校科研和人才培養上發揮著重要作用。為達到儀器管理更好地服務實驗教學，我們調研了高校大精儀器的教學和管理現狀。本文以四川師范大學化學與材料科學學院為例，結合本校化學本科教學實踐，探索了由淺入深的實驗教學模式,即從基礎性實驗教學到提升性實驗教學，再滲透到研究性實驗教學。初步實現設備使用率和學生科研素養、動手能力的雙提升。對高校實驗教學的發展有一定的推廣和借鑒意義。

[關鍵詞]大精儀器；實驗教學；儀器管理；人才培養

為了適應教學改革、科研和高素質人才培養的需要，高等院校實驗室的大型精密儀器設備日益增多。大型精密儀器具有技術先進、功能強大、價格昂貴、數據處理快、自動化程度高等優點，其檔次和擁有量是辦學實力的重要標志之一。調研發現大精儀器設備在實驗教學未充分發揮其預期作用[1-3]。部分高校甚至出現價格不菲的大精儀器閑置成為“展覽館中的展品”。究其根本，源于大型儀器設備價格昂貴、實驗時間及條件、專業技術人員稀缺等因素，使得本科生接觸大型儀器設備的機會大大減少。因此，提高大型儀器的使用率，使其高效服務于實驗教學成為各大高校研究的重要課題[4-5]。

1大型儀器教學現狀

近年來，高等學校通過世界銀行貸款、國家和地方共建經費和科研項目的增加，購入了數量眾多的大型儀器設備。四川師范大學作為國家“中西部高校基礎能力建設工程”重點建設高校，化學與材料科學學院是四川師范大學辦學歷史最為悠久的院系之一，其中學院實驗中心共有原子吸收光譜儀、原子發射光譜儀、X射線衍射儀、差熱分析儀、液相色譜儀、液質聯用、紅外光譜儀、熒光光譜儀等百余臺大型儀器設備。目前高校大型儀器設備的教學模式主要有：演示教學、虛擬教學和開放式教學。由于大型儀器價格昂貴、操作復雜以及實驗時間有限等多方面因素的制約，這些教學模式僅僅只讓學生掌握了實驗課程的理論知識，而未能讓每一位學生都能夠親自動手操作儀器，學生在大型儀器設備的實驗教學環節受到了很大的限制[3]。以四川師范大學化學與材料科學學院實驗教學改革前為例，有以下問題：(1)儀器分析理論和實驗教學范圍過廣，實驗項目數量多，且沒有設置選修課，學生上完大多知之甚少；例如，大三環境工程專業一學期就有四種不同的專業實驗，實驗課程任務繁重，學生大多是走馬觀花，未理解到實驗原理；(2)老師以演示教學為主，加之上課學生人數較多，學生沒有充分的時間去親自動手操作儀器，大型儀器設備專業人才稀缺，且組與組教師水平存在差異，導致學生之間實驗技能會有較大差異；(3)大型儀器在工作時間測試任務繁重，影響了對學生的開放。因此想要科學研究和學科建設再上新臺階，如何讓大型儀器和實驗教學更好結合，實現科研與教學的共贏，是我們本科實驗教學改革探索的重點關注的問題。

2大型儀器本科實驗教學探索

長期以來，高校實驗教學所使用的儀器設備相對落后[6]，畢業生缺乏使用先進測試儀器的實踐機會[7-8]。為滿足現代社會對分析測試人才的需求，根據四川師范大學對實驗教學的要求：實驗教學應以培養學生的科研興趣、基本技能、創新思維和創新能力為目標。針對本科生專業基礎薄弱的特點，在課程設計中更注重知識的基礎性和趣味性，因材施教，提出了“基礎性實驗教學-提升性實驗教學-研究性實驗教學”這一由淺入深本科實驗教學探索模式，并付諸了實踐。以下對這三方面進行簡要論述。

2.1基礎性實驗教學

基礎性實驗目的是為了讓學生了解實驗設備原理，掌握基本操作方法。(1)理論必修和實驗選修相結合。學校每學期都會有針對性地為工科類專業開設有關儀器方面的專業理論必修課。首先老師講授理論知識，學生初步了解儀器設備的結構、運行原理、功能和操作方法，其次再安排相關實驗課程，先由教師講解及演示操作方法，再由學生動手操作完成實驗，最后達到提高儀器的使用率和培養學生操作能力的目的。由于我院實驗課程較多，學生大多上完知之甚少，這種傳統的實驗安排達到的教學效果差強人意，對于上述現象，建議實驗課程采用選課制。選課制模式：學校開設實驗選修課種類數量因年級不同而不同。根據教學培養目標來決定實驗選修課的總數，學生每學期可選修其中幾門感興趣且熟悉的課程來達到學分要求。基于興趣和熟悉程度選擇相應大型儀器的選修課程，有效解決了學生做完實驗卻生疏的問題，進而提高了教學質量。(2)改革教師實驗教學模式。教師的教學水平直接影響著教學質量。高校一般的實驗教學是不同的組分配不同的實驗老師，由于教師教學水平存在差異，在教學方法上或多或少都有區別，學生們通過老師獲得的實驗知識也不盡相同，可能導致同一個班的學生實驗水平相差很大，不利于后續教學的開展。改革教學模式，從同一組實驗教師中挑選一名師作為主講人，講解實驗的原理、操作及注意事項，同時伴隨視頻式教學和演示性教學，其它老師和學生同堂聽課。這樣的同行督導教學模式既有利于青年教師們的成長，提高了實驗教師的教學熱情，更讓學生直接受益于高效的課堂教學，最小化的消除了組間差異。(3)開展大型儀器設備講座。定期開展有關大型儀器設備講座，通過視頻演示及教師解說大型儀器的構造及工作原理，充分調動學生對大型儀器設備學習的積極性，更深層次地認識到大型儀器設備在實驗中的重要作用及意義。這一方式不僅能滿足學生的好奇心和求知欲，還逐步培養了他們動手能力和實踐能力，擴寬了知識視野。

2.2提升性實驗教學

提升性實驗教學是為了在基礎性實驗教學基礎上，增加學生實踐操作比例，培養學生分析問題、解決問題、創新和動手的能力。(1)增設創新實踐課程。參考人才培養計劃，增加創新實踐課程數量和種類，將即時學的理論知識應用于實際生產中，培養學生創新思維，進而提高整體綜合素質。例如在做完《生物樣品汞的測定》實驗后，根據原子熒光光度計(AFS)的運行原理及應用范圍可對污染水體及土壤等所含元素含量進行痕量分析，同時結合水污染控制工程和環境微生物學理論知識可初步設計一個處理工藝系統。其中新穎突出的設計參與“創新創業”、“互聯網+”申報和評選工作。通過一系列實踐教學來學習現代分析方法，掌握大型儀器設備的使用與操作，提高學生的動手能力和科研實驗技能[9]。(2)開展課外科技活動。課外活動相對于理論知識具有較強的靈活性，開展課外科技活動剛好可以彌補理論知識的不足。除由科研老師帶隊，學生自行報名，組織一支科研隊伍，參與課題研究，還可適當增加去當地工產觀摩實習的機會。對于低年級的學生，對大型儀器的了解基本全部來源于實驗室，觀摩機會的增加可以讓更多的本科生將理論運用到實際操作中，將書本上抽象的知識變得更具體，激發學生動手的興趣，從而提高學生的實踐能力。(4)舉辦相關的技能操作競賽。定時舉辦大型儀器相關操作競賽，競賽成績直接和獎學金掛鉤，能充分調動學生參與的積極性。學生在競賽中扎實了操作技能，由獲得了榮譽。對于競賽成績突出的同學，頒發上崗證書，聘任為測試助管，視其測試量發放一定的獎勵金，在師生中得到了很好的反饋和認可。

2.3研究性實驗教學

研究性教學對象針對于高年級學生，是為了讓本科生的實驗綜合素質有一個質的飛躍，增強本科畢業生發現、分析和解決綜合性問題的能力。(1)增加實驗室開放力度。普遍高校實驗室均對本科生開放程度不高，多數高校有比較成熟的大精儀器測試管理網上平臺。在網絡平臺上應對有繼續深造意向的本科生增大開放度，使其接觸更多的大型儀器設備，進一步提高本科畢業生的創新實踐能力，改變“高分低能”的現狀[10-13]。以我院為例，學生可在學校大型儀器管理平臺上預約，還可查看實驗室的占用情況，合理安排自己的實驗時間。如紫外光譜儀器室每周周五下午13:00~15:00在大精儀器管理平臺網上預約開放，培訓合格的學生向實驗室提交申請，由相關管理人員批準后使用。開放實驗室全程攝像監控，責任明確，實驗室反而比老師在場時更加規整有序，得到了學生的認可。部分利用效率低的儀器可采用全天開放。學生可較自由地、有針對性地選做一些高層次實驗，以發揮其學習潛力和鍛煉實驗操作能力，提高實驗操作技能，從而為后續專業課程的學習和科研工作打下基礎。此外水平較低的學生可利用此機會彌補在實驗上操作的不足。(2)開展大型儀器設備操作技術的培訓。大型儀器操作方法的講座讓學生熟悉其理論知識體系，而操作方法技巧并沒有在學生腦海里留下很深的印象[14]。通過開展大型儀器設備操作技術的培訓，不僅讓教師儀器教學更專業化，且使學生儀器操作更熟練可行。學校實驗室的大型儀器管理人員可以聘請通過培訓且結業的學生，并發放適當的報酬。一方面有效緩解了測試老師測試壓力；另一方面讓學生們學有所用，充分利用人力資源。(3)適當提高畢業設計環節實驗要求。畢業設計是對學生專業知識、技能和創新能力的再提高和檢驗，是對學生科研素質的一次系統培養。適當提高畢業設計要求，如要求學生從原理、作用、實際應用、操作技巧詳細介紹一種大型儀器，將大型儀器應用穿插到本科生的教育中，加深對大型儀器的理解和認識，同時激發研究興趣激活思維，使其獲得將大型儀器應用于自身科研領域必備的能力，滿足國家對高標準人才的需求[15-16]。

3完善大型儀器管理制度

儀器管理制度是管好、用好大型儀器的保障。不斷完善和健全管理制度才能充分發揮大型儀器在實驗教學中的重要作用[17]。

3.1落實儀器管理和使用責任制

學生上機必須經培訓和考核合格方能操作，開放預約應嚴格遵守時間約定和實驗室章程，進出要嚴格填寫“實驗室使用進出登記”、“儀器使用記錄”，且全程視頻監控，學生使用責任落實到指導老師和儀器管理老師，一經發現違規操作，取消其預約權限和使用權。由于責任事故造成儀器設備的損壞，嚴格追究使用人的責任。

3.2完善管理制度

“儀器操作規范和注意事項”、“學生實驗室準則”、“實驗室安全管理規則”上墻，進出人員要嚴格遵守實驗室有關的制度。儀器設備必須專人專管，發生事故，儀器負責人應立即報告管理部門，并寫出事故報告，各儀器的故障、維修、及解決過程均須記錄備案。

4結語

四川師范大學實驗中心在大精儀器本科實驗教學上，開設實驗教學示范點，試行由淺入深的教學模式，從基礎性實驗教學到提升性實驗教學，再滲透到研究性實驗教學。通過各種有效途徑和方式讓本科生有效的接觸和使用大型儀器設備，促進了大型儀器設備實驗教學推廣和創新型高素質人才培養。同時對探索適合高校本科生大型儀器實驗教學發展之路，也是一次積極有益的嘗試。

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作者：楊聰玲 梁玲玲 陳丹 蔣佩伶 馬駿 余文浩 單位：四川師范大學