大型儀器面向本科生開放過程存在的問題與解決對策

湯海峰，王德利，孟 威，孟慶繁，滕利榮

（吉林大學生命科學學院，吉林長春 130012）

《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》指出:“學生適應社會和就業(yè)創(chuàng)業(yè)能力不強，創(chuàng)新型、實用型、復合型人才緊缺”。因此，高校要想方設法加強對本科生的實踐能力、創(chuàng)新能力和社會競爭能力的培養(yǎng)。但是，認為“本科實驗教學應以基礎為主，沒有必要上大型儀器設備”［1］的舊教學觀念還不同程度存在著。這種教育思維嚴重阻礙了大型儀器面向本科生開放的進程。隨著國家對教育的投入逐步增加，高校將購置更多的大型儀器設備。如果這些儀器設備不能在高級人才培養(yǎng)中發(fā)揮應有作用，將是教育資源的巨大浪費。所以推動大型儀器面向本科生開放，深化實踐教學改革勢在必行。

1 大型儀器在本科生實驗教學中的作用

要提高實驗教學的水平和質(zhì)量，必須增加實驗教學儀器設備投入，改善硬件和軟件條件，促使教學內(nèi)容、實驗項目不斷更新［2］。大型儀器是培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，提高學生綜合素質(zhì)的基礎條件。

首先，大型儀器一般是物理、電子、化學、數(shù)學、計算機等多學科高度綜合的產(chǎn)物，所承載的實驗項目往往涉及到多個學科的知識。學生在操作大型儀器時，可以綜合運用各學科知識。這個過程既能培養(yǎng)他們對知識的綜合運用能力，也能培養(yǎng)他們的實踐能力和創(chuàng)新能力。

其次，隨著科學技術的快速發(fā)展，儀器分析已廣泛應用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科學技術各個領域，已成為重要的研究手段和不可或缺的工具。很多高新技術產(chǎn)品都是通過大型儀器產(chǎn)生的，誰掌握了先進的儀器和方法，誰就搭上了發(fā)展的快車，誰就有可能成為相關研究領域的佼佼者［3－4］。參加過大型儀器操作訓練的學生，由于掌握了儀器的基本操作技能，在未來的就業(yè)競爭中將有一定的優(yōu)勢［5］。

2 大型儀器面向本科生開放的主要問題

從2000年開始，我國高校實驗室的儀器設備大量增加。高校利用世界銀行貸款、“211 工程”、“985 工程”、中央高校修購項目以及國家和地方共建經(jīng)費等項目的支持，購入了數(shù)量眾多的大型儀器設備。這些儀器設備使高校的教學裝備水平有了大幅提高［6］。很多高校已經(jīng)注意到了大型儀器在人才培養(yǎng)中的重要作用，已經(jīng)開始嘗試將大型儀器用于本科生實驗教學。但由于受各種因素影響，大型儀器的開放水平還較低。

2.1 臺套數(shù)少，達不到規(guī)模實驗教學要求

由于大型儀器價格昂貴，多數(shù)高校不能實現(xiàn)大規(guī)模采購。學校僅有的幾臺（套）儀器，甚至是單臺（套）儀器，很難滿足實驗教學的開課要求。學生在上含有大型儀器的實驗課時，往往排隊的時間要比實際操作的時間還要長，使教師很難組織實驗教學，導致實驗教學效率低下，不但不能滿足學生對操作大型儀器的渴求，漫長的等待時間還會降低學生的積極性。

2.2 實驗項目周期長，缺少實驗學時支持

大型儀器的操作復雜，實驗周期較長。很多利用大型儀器進行的實驗項目都需要連續(xù)幾天的時間才能完成。如此長的實驗周期不但增加了實驗教師的教學負擔，而且很難在教學計劃中獲得支持。所以很多高校采取大組教學的方式，把一個班，甚至幾個班編為一組進行實驗，結(jié)果使這類對本科生實踐能力培養(yǎng)至關重要的實驗項目演變?yōu)橛^摩實驗或演示實驗，失去了大型儀器在本科生創(chuàng)新能力培養(yǎng)過程中的優(yōu)勢。

2.3 運行與維修費用昂貴，缺少教學經(jīng)費支持

高校的大型儀器多為“高精尖”設備，其中也不乏高價進口儀器，對高校的科研工作至關重要。如果在本科教學中損壞了這些儀器，就可能影響到科研工作的進展，而有的科研工作是不允許中斷的［7］。所以高校教師普遍認為大型儀器應該以為科研服務為主。在一些高校，即使研究生使用大型儀器也需要層層審批、反復培訓；而本科生能夠觀看別人操作大型儀器就已屬幸運，更何談親自操作。造成這種情況的原因，除了有傳統(tǒng)教育思想的束縛外，主要是由于大型儀器的運行與維護費用過高［8－9］，超出了教學經(jīng)費的承擔能力。特別是一些進口儀器，損壞后甚至需要返廠檢測維修，更增加了高校維修經(jīng)費負擔。

2.4 專業(yè)技術人員缺少，不能滿足教學要求

大型儀器的運行和操作有自身的特點，要求儀器的管理人員和操作人員對其原理、性能和使用方法有非常詳細和透徹的了解；而普通實驗教師如果沒有與大型儀器相關的專業(yè)基礎，很難達到這種技術水平，甚至有些實驗教師對進口大型儀器的說明書都不能完全理解。如果要求缺乏大型儀器使用技能的實驗教師開設大型儀器相關實驗課程，其難度可想而知。

3 加強大型儀器面向本科生開放的措施

擁有先進實驗設備和良好實驗環(huán)境的高水平綜合實驗中心或?qū)嶒炇?，對大學生實踐能力、業(yè)務素質(zhì)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)起著至關重要的作用［10］。但是，如果這些價值不菲的大型儀器都成為“展覽館中的展品”，不能在本科生創(chuàng)新能力培養(yǎng)中發(fā)揮應有的作用，將是巨大的資源浪費。實行大型儀器面向本科生開放是充分發(fā)揮教育資源效益的有效途徑。

3.1 通過改進實驗項目，將大型儀器用于實驗教學

大型儀器面向本科生開放不能采取單一的形式。要將大型儀器操作訓練與各層次的實驗教學環(huán)節(jié)有機結(jié)合，為學生搭建基本實驗技能培養(yǎng)與綜合創(chuàng)新能力訓練相統(tǒng)一的實踐教學平臺。

3.1.1 認知實習

將大型儀器融入本科生實驗教學應從低年級開始，并貫穿于高校人才培養(yǎng)的始終。新入學的本科生對先進儀器、儀器操作軟件以及相關領域前沿的實驗手段有著濃厚的興趣，學校要及時把握這個有利時機，在大學新生中開展大型儀器使用訓練。開設大型儀器實驗課時，應注意實驗課程的層次和難度，遵循循序漸進的方法［11］?？梢詮恼J知實習開始，讓新生親自進入實驗室，與儀器零距離接觸。指導教師在儀器面前為學生講解大型儀器的基礎知識，使學生對儀器有一個全面的了解，培養(yǎng)他們的科學研究和原始創(chuàng)新意識。

3.1.2 多層次實驗課程

認知實習只能引導學生對大型儀器和科學實驗產(chǎn)生濃厚的興趣。要想真正培養(yǎng)他們的實踐能力，還應該為他們創(chuàng)造更多操作大型儀器的機會。通過改造傳統(tǒng)實驗項目和設計綜合性實驗項目，將需要使用大型儀器的實驗方法引入實驗項目中，使學生在課堂上不但可以深入學習相關大型儀器的原理、功能、操作方法和數(shù)據(jù)處理方法等，還可以親自操作儀器并獲得相關數(shù)據(jù)，在教師的指導下進行數(shù)據(jù)分析處理。

通過把大型儀器融入多層次實驗課程，不但使學生在大學期間可以在實驗課程中親自操作大型儀器，逐步培養(yǎng)動手能力和實踐能力，還滿足了學生的好奇心和求知欲，增強了他們進行科學探索的熱情。

3.1.3 實訓實驗

受實驗室容量和學時限制，能夠引入實驗課程的大型儀器數(shù)量和種類有限。對于不能引入實驗課程的大型儀器，可以通過實訓實驗為學生創(chuàng)造學習機會。

實訓實驗以大型儀器為主，設置系統(tǒng)的實訓工藝路線，每個工藝路線只需引入相關大型儀器3～5 臺（套）即可。實訓過程中可以把5～6名學生編為一個小組，每個小組配備一名指導教師，利用3～4天的時間針對一個工藝路線進行實訓。為了節(jié)省學時，提高實訓教學效率，有條件的高?？梢圆扇　拜営枴钡男问竭M行大型儀器實訓。輪訓時，可將6個工藝路線設為一輪，將一個教學班分成6個小組，每個小組5～6人，各個小組分別在6個工藝路線上同時進行實訓實驗。每個學年就可以完成7～9個教學班18～30臺（套）大型儀器的實訓教學。如果能夠在大學二、三年級（4個學期）均開設大型儀器的實訓實驗，本科生在2學年的時間里就可以掌握12個工藝路線和36～60臺（套）大型儀器的操作。

以輪訓的形式進行實訓實驗，可以解決學時對大型儀器用于本科生實驗教學的限制，并能使本科生對大型儀器及其工藝路線有更全面、更系統(tǒng)的理解。

3.2 完善大型儀器管理制度

儀器管理制度是儀器使用者和管理者應共同遵守的規(guī)程與準則，是管好、用好大型儀器的保障。只有制度健全，才能保證大型儀器的正常使用與運行，充分發(fā)揮大型儀器在實驗教學中的重要作用［12］。

（1）制定標準操作規(guī)范。制定標準操作規(guī)范（SOP）是減少大型儀器損壞的有效措施。標準操作規(guī)范內(nèi)容應簡單明了，并隨儀器擺放，使學生可以隨時查閱該儀器的操作方法，避免在使用儀器的過程中因忘記操作方法或出現(xiàn)異常情況，造成儀器損壞。為了保證標準操作規(guī)范的可靠性，可以在儀器購置時與安裝工程師共同制定。

（2）基本操作技術提前培訓。為了避免由于操作錯誤造成大型儀器的損壞，可以在每門實驗課程開始前，專門安排時間對學生進行系統(tǒng)的大型儀器操作技術訓練，為每名學生創(chuàng)造操作大型儀器的機會，使學生不但可以熟練使用儀器，而且能夠排除大型儀器使用過程中常見的故障。基本操作技術提前培訓還可以節(jié)省實驗學時，提高教學效率。

（3）儀器操作全程指導。為了避免因操作不當造成的大型儀器損壞，在實驗課上，專業(yè)技術人員應該對儀器使用進行全程指導，對學生操作過程中可能出現(xiàn)的錯誤進行及時糾正，對出現(xiàn)頻率較高的共性錯誤進行先行提示，指導學生正確使用大型儀器。大型儀器操作全程指導可以及時指出學生操作中的錯誤，提高學生操作儀器的技能，提高教學效果。

（4）落實管理責任制。為了保證大型儀器的完好率，必須落實儀器管理和使用責任制，嚴格要求學生填寫“儀器使用記錄”。要求儀器管理人員根據(jù)大型儀器的使用機時數(shù)對儀器進行定期保養(yǎng)，保證大型儀器性能、延長儀器使用壽命，使大型儀器發(fā)揮出最大的效益。

3.3 加強對專業(yè)技術人員的培訓

嚴格的管理制度和精湛的操作技能是延長大型儀器使用壽命和發(fā)揮其最大效益的前提。這就要求儀器的管理人員和操作人員不但要有高超的操作儀器的技能，還應該有維修方面的專業(yè)技能。目前許多高校還缺少高水平的管理技術團隊，實驗技術人員的培訓、再學習制度也不完善［13］。

為了提升大型儀器的管理水平和擴大對本科生開放，必須加強對教師和專業(yè)技術人員的培訓:（1）支持教師和專業(yè)技術人員參加儀器生產(chǎn)廠家舉辦的培訓班和研修班，使他們接受專業(yè)的儀器使用與維護技能訓練；（2）聘請儀器生產(chǎn)廠家或代理商的專業(yè)工程師對大型儀器進行使用技能的指導與培訓；（3）舉辦學校內(nèi)部大型儀器管理人員的經(jīng)驗交流會，促進大型儀器使用經(jīng)驗的交流。通過以上措施，可以不斷提高大型儀器管理和使用人員的操作技能。

將大型儀器用于實驗教學、完善大型儀器管理制度和加強對專業(yè)技術人員的培訓等措施，是提高大型儀器面向本科生開放水平的一套“組合拳”。在此基礎上，還可以探索大型教學儀器面向科研與社會有償開放，以籌集實驗教學資金，改善本科生實驗教學經(jīng)費不足的局面，實現(xiàn)大型儀器面向本科生開放可持續(xù)進行。

4 結(jié)束語

創(chuàng)新源于實踐［14］。搭建一個可以滿足本科生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的實踐教學平臺是當代大學教學的重要任務，大型儀器正是這個平臺不可或缺的組成部分。在平臺中，大型儀器的數(shù)量雖然不多，但是所承載的實驗項目卻是豐富的、綜合的、先進的，在創(chuàng)新人才培養(yǎng)中發(fā)揮的作用是顯著的。大型儀器面向本科生開放應貫穿于人才培養(yǎng)的始終。要創(chuàng)造更多的機會，使學生應用和熟悉大型儀器，使學生的實踐能力和創(chuàng)新能力得到不斷加強。

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