大型儀器設(shè)備實(shí)驗(yàn)教學(xué)與本科生、研究生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的探索實(shí)踐*

湯云暉 王 波 李 耳

北京工業(yè)大學(xué) 北京 100124

大型儀器設(shè)備實(shí)驗(yàn)教學(xué)與本科生、研究生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的探索實(shí)踐*

湯云暉 王 波 李 耳

北京工業(yè)大學(xué) 北京 100124

大型儀器設(shè)備是先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的代表，在科研工作中起著重要的作用，同時(shí)也是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的重要途徑。本文以實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的大型儀器設(shè)備教育實(shí)踐為例，闡述了大型儀器設(shè)備在本科生、研究生創(chuàng)新能力培養(yǎng)中的實(shí)踐教學(xué)模式、特點(diǎn)及成效。

大型儀器設(shè)備；創(chuàng)新實(shí)踐課程；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

國務(wù)院在《關(guān)于深化關(guān)于教育改革全面推進(jìn)素質(zhì)教育的決定》中明確指出：“高等教育要重視培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)業(yè)能力”，并要求“加強(qiáng)課程的綜合性和實(shí)踐性，重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際操作能力”。本世紀(jì)教育的使命之一就是培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的、能推動社會發(fā)展和進(jìn)步的創(chuàng)新型人才?？茖W(xué)的發(fā)展日新月異，學(xué)生渴望了解學(xué)科發(fā)展前沿的知識，用人單位也越來越重視高校畢業(yè)生的創(chuàng)新能力和實(shí)際動手能力，尤其是代表著高科技發(fā)展方向的大型儀器的操作與利用能力。

加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)、重視學(xué)生能力的培養(yǎng)已成為各高校的共識。實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅僅是理論聯(lián)系實(shí)際的重要環(huán)節(jié)，更重要的是其本身就是培養(yǎng)學(xué)生自己動手解決實(shí)際問題的能力、自我學(xué)習(xí)能力、培養(yǎng)創(chuàng)新精神和創(chuàng)造能力的重要途徑。事實(shí)表明，高等學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室是學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)知識，引證科學(xué)思想，提高動手能力，發(fā)展創(chuàng)新的基地。尤其是大型儀器設(shè)備，是高等學(xué)校的優(yōu)質(zhì)資源，是培養(yǎng)高層次人才、發(fā)展高科技的重要工具。

一、目前大型儀器實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主要模式

近年來，高等學(xué)校通過世界銀行貸款、國家和地方共建經(jīng)費(fèi)、“211工程”“985”投入和科研項(xiàng)目的增加，購入了數(shù)量眾多的大型儀器設(shè)備。這些設(shè)備使高等學(xué)校的教學(xué)裝備水平大幅度提高，測試的范圍加大，測試的精確度更高，測試的手段也更為先進(jìn)。但由于大型儀器價(jià)格昂貴、操作復(fù)雜以及實(shí)驗(yàn)時(shí)間有限等多方面因素的制約，學(xué)生在大型儀器設(shè)備的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)受到了很大的限制。

目前大型儀器實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主要模式有：(1)演示教學(xué)，以實(shí)驗(yàn)演示為主，注重理論知識的了解而非實(shí)驗(yàn)技能的掌握；(2)虛擬教學(xué)，以虛擬軟件為平臺進(jìn)行模擬操作；(3)開放式教學(xué)，以學(xué)生實(shí)際操作為主。總的說來，學(xué)生實(shí)際操作的時(shí)間有限。以我校的材料現(xiàn)代分析與測試方法課程為例，在本科生四年級時(shí)開設(shè)，近百名學(xué)生，32學(xué)時(shí)，每臺儀器只有8學(xué)時(shí)的時(shí)間。學(xué)生僅能按照老師的要求操作儀器而已，缺乏思考的空間，大多學(xué)生上課缺乏興趣，只是拿個(gè)學(xué)分了事。

二、探索嶄新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

如何提高大型儀器設(shè)備的利用率，合理地配置資源，讓大型儀器設(shè)備在學(xué)校的教學(xué)、科研和社會服務(wù)中充分發(fā)揮作用，是高等學(xué)校急需面對的重要現(xiàn)實(shí)課題。近年來，國內(nèi)各高校紛紛提出了大型儀器設(shè)備開放共享、提高儀器設(shè)備資源效益的主張，并在一些高校率先實(shí)現(xiàn)了大型儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)室的開放共享。開放包括教學(xué)開放、科研開放和對外服務(wù)開放，在均衡考慮教學(xué)科研的基礎(chǔ)上進(jìn)行教學(xué)開放，為學(xué)生提供更多的實(shí)驗(yàn)機(jī)會，探索出一條適合高校本科生、研究生大型儀器實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展的新路子，是我們目前實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作研究的一個(gè)迫切內(nèi)容。

我校材料學(xué)院實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心成立于1997年12月，是北京工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院教學(xué)和科研的重要基地。近年來，在學(xué)校“211工程”學(xué)科建設(shè)和教學(xué)基地建設(shè)項(xiàng)目的支持下，中心實(shí)驗(yàn)室陸續(xù)裝備了大批先進(jìn)的大型分析測試用儀器設(shè)備。目前，中心實(shí)驗(yàn)室擁有掃描電子顯微鏡、X射線衍射儀、透射電子顯微鏡、X射線熒光光譜儀、X射線光電子能譜儀等大型儀器設(shè)備，總價(jià)值近2700萬元。為了更好的利用先進(jìn)的大型儀器設(shè)備，掌握測試分析方法，提高實(shí)驗(yàn)技能，中心實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了大型儀器的新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式探索。

1.主要做法

（1）針對本科生，開設(shè)大型儀器設(shè)備的創(chuàng)新實(shí)踐課程

針對不同層次的學(xué)生開設(shè)創(chuàng)新實(shí)踐課程，例如針對本科三年級及以上學(xué)生開設(shè)“環(huán)保新材料的晶體結(jié)構(gòu)分析及計(jì)算機(jī)模擬”，針對本科一年級及以上學(xué)生開設(shè)“納米稀土二氧化鈰的多種軟化學(xué)制備方法及粒度分析”。通過有目的地系列實(shí)踐教學(xué)來學(xué)習(xí)現(xiàn)代分析方法，掌握大型儀器設(shè)備的使用與操作，提高學(xué)生的動手能力和科研實(shí)驗(yàn)技能。

（2）針對研究生，進(jìn)行不定期的短期的大型儀器設(shè)備操作培訓(xùn)

研究生開始進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，具有一定的了解大型儀器設(shè)備的需求，同時(shí)工作時(shí)間有限，希望進(jìn)行短期、有針對性的培訓(xùn)。不定期的短期的大型儀器設(shè)備操作培訓(xùn)，正好滿足其需求。培訓(xùn)一般每學(xué)期至少1次，內(nèi)容包括應(yīng)用講座和實(shí)際操作訓(xùn)練，所有培訓(xùn)學(xué)生均經(jīng)過嚴(yán)格的考核，考核合格后獲得大型儀器設(shè)備培訓(xùn)合格證書，為以后大型儀器設(shè)備面向科研開放、學(xué)生自己上機(jī)測試奠定基礎(chǔ)。

所有創(chuàng)新實(shí)踐課程、大型設(shè)備培訓(xùn)安排都展示在校園網(wǎng)上，學(xué)生根據(jù)個(gè)人興趣愛好對不同教師開設(shè)的創(chuàng)新實(shí)踐課程進(jìn)行選擇。每門創(chuàng)新實(shí)踐課程1個(gè)學(xué)分，學(xué)生可以只選1門，也可以多選；或者不選，通過聽大型儀器講座、參加大型儀器培訓(xùn)來達(dá)到所需學(xué)分。

2.特點(diǎn)

新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式以創(chuàng)新實(shí)踐課程為主體，多期次的大型儀器應(yīng)用講座、操作培訓(xùn)為輔，每學(xué)期循環(huán)進(jìn)行。時(shí)間安排機(jī)動，內(nèi)容和形式靈活。

與常規(guī)教學(xué)相比，創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)具有時(shí)間、內(nèi)容和形式靈活的特點(diǎn)。以往制定教學(xué)計(jì)劃，某個(gè)專業(yè)的課程一旦確定，就難以改動。而創(chuàng)新實(shí)踐課程的申報(bào)每年一次，可以根據(jù)教師的科研方向選題、根據(jù)科研進(jìn)度改題，甚至照顧到學(xué)生的個(gè)人興趣愛好。教學(xué)以學(xué)生操作實(shí)踐為主，根據(jù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)狀況確定教學(xué)方式與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。例如長余輝發(fā)光材料的研制課程，教師指定研究的對象，學(xué)生自行參考文獻(xiàn)、決定實(shí)驗(yàn)的具體過程，例如原材料的選擇、配比、焙燒溫度、焙燒方法等等，再根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、選擇所需的大型儀器設(shè)備——X射線衍射儀進(jìn)行測試，對樣品進(jìn)行物相確定、結(jié)構(gòu)分析，結(jié)合大型儀器分析結(jié)果對實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行糾正。其間，所有的儀器操作、數(shù)據(jù)分析處理，都由學(xué)生自己完成。實(shí)驗(yàn)時(shí)間由教師和學(xué)生商量決定，學(xué)生可以在8小時(shí)以外、利用自己的空余時(shí)間到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

大型儀器操作培訓(xùn)也是如此，由學(xué)生自行申請培訓(xùn)，設(shè)備管理員根據(jù)人員、工作情況安排培訓(xùn)時(shí)間、培訓(xùn)內(nèi)容，如本期金屬材料的學(xué)生多，則以金屬的分析應(yīng)用的案例為主，多結(jié)合本學(xué)院教師的科研方向進(jìn)行講述。

三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式的初步成效

大型儀器設(shè)備是學(xué)校寶貴的實(shí)驗(yàn)資源，代表本專業(yè)先進(jìn)的測試水平和發(fā)展方向。高校面臨著培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新人才的重任，這些貴重的大型儀器的使用與掌握在培養(yǎng)新型、創(chuàng)新型人才的過程中意義重大。

目前，我院中心的大型儀器設(shè)備操作培訓(xùn)、創(chuàng)新實(shí)踐課程均已積極展開，從1臺大型儀器的嘗試到3臺大型儀器的參與，X射線衍射儀的培訓(xùn)和創(chuàng)新實(shí)踐課程已達(dá)到第3期。學(xué)生們積極踴躍參加，二、三年級選修創(chuàng)新實(shí)踐課程的人數(shù)從第1學(xué)期的66人，第2學(xué)期增加到了105人，占可選學(xué)生數(shù)的60%。參與大型儀器設(shè)備應(yīng)用培訓(xùn)的學(xué)生，以研究生為主，目前已有近40名同學(xué)獲得了大型儀器設(shè)備培訓(xùn)合格證書。

我院實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心通過探索大型儀器設(shè)備的實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式,使大部分學(xué)生在校期間能夠通過各種方式接觸和使用這些設(shè)備，學(xué)生掌握和應(yīng)用大型儀器設(shè)備的能力提高，能自覺的應(yīng)用大型儀器進(jìn)行科研探索，為學(xué)生開拓專業(yè)視野、培養(yǎng)創(chuàng)新思維和能力奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)，我中心將繼續(xù)按照“繼承和發(fā)展”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革思路，繼續(xù)推動大型儀器設(shè)備面向本科生、研究生的開放，擴(kuò)大開放范圍、深化開放內(nèi)容，努力把我實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)成為一個(gè)符合現(xiàn)代教學(xué)、科研發(fā)展需要的先進(jìn)實(shí)驗(yàn)室。

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[2]趙豐華，丁利君.淺談大型儀器在本科基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2008，3：226，228

[3]劉紅星，陳福北，黃初升.高校大型儀器培養(yǎng)學(xué)生科研創(chuàng)新能力探討[J].廣西師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）,2008, 25(3):105～108

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[6]龔福忠，童張法，蔡民廷.對我院開放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的幾點(diǎn)思考[J].廣西大學(xué)學(xué)報(bào)（哲學(xué)社會生活版），2006，28（10）增：113

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[9]尹招琴，朱維斌，李文軍.提高大型儀器使用效率培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索2009，28（1）：160～162

Exploration of application of advanced instrument and equipment in experimental teaching practice for developing creativity of undergraduate and postgraduate students

Tang Yunhui, Wang Bo, Li Er
Beijing university of technology, Beijing，100124, China

Advanced instrument and equipment is a represent of advanced technology and play an important role in sciences research; at the same time, application of large-scale instruments are main methods for bringing up creative persons. In this paper the model and specialty, effect of experimental teaching in developing creativity of undergraduate and postgraduate students are described through application of advanced instrument and equipment in innovative practice course of center of experimental teaching, college of material sciences and engineering, Beijing university of technology.

advanced instrument and equipment； innovative practice course； experimental teaching

book=129,ebook=822

2010-04-16

湯云暉，博士，高級實(shí)驗(yàn)師。王波，博士，教授，博士生導(dǎo)師，材料學(xué)院實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心主任。

*本文系北京市教育科學(xué)“十一五”規(guī)劃重點(diǎn)課題(ADA07069)；北京工業(yè)大學(xué)教育教學(xué)研究(ER2009-C-03)。