基于“大型儀器設(shè)備共享平臺”的開放式實驗教學(xué)

賀丹霞，李會軍，張朝鳳

中國藥科大學(xué)中藥學(xué)院　(南京　211198)

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基于“大型儀器設(shè)備共享平臺”的開放式實驗教學(xué)

賀丹霞，李會軍，張朝鳳

中國藥科大學(xué)中藥學(xué)院(南京211198)

摘要中國藥科大學(xué)中藥學(xué)院藥用植物實驗教學(xué)中心構(gòu)建了“大型儀器設(shè)備共享平臺”，基于此平臺，學(xué)生可以網(wǎng)上預(yù)約實驗室和實驗儀器，并使用校園卡刷卡使用有關(guān)儀器，進(jìn)行開放式實驗，管理人員也可以使用該系統(tǒng)遠(yuǎn)程實時了解學(xué)生的實驗情況及儀器的使用情況。該平臺實現(xiàn)了對實驗室及實驗儀器的自動化管理。文章就該平臺在開放式實驗教學(xué)中的應(yīng)用前景進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞開放式實驗教學(xué)；大型儀器設(shè)備共享平臺；網(wǎng)上預(yù)約

實驗教學(xué)是大學(xué)教學(xué)的重要組成部分，實驗教學(xué)能夠培養(yǎng)學(xué)生動手能力，是理論教學(xué)的補(bǔ)充及延伸。傳統(tǒng)的實驗教學(xué)主要開設(shè)基礎(chǔ)性實驗，用來驗證理論課中學(xué)到的基本定律，往往是教師設(shè)計好實驗步驟，學(xué)生按部就班地進(jìn)行實驗操作，不利于培養(yǎng)學(xué)生獨立思考問題的能力。因此，目前全國大多數(shù)高校都積極地進(jìn)行實驗教學(xué)改革，其中開放實驗室，進(jìn)行開放式實驗教學(xué)是目前大學(xué)實驗教學(xué)改革的重要內(nèi)容[1]，也是國內(nèi)外培養(yǎng)創(chuàng)新性、復(fù)合型、高素質(zhì)人才的重要策略。全國各個高校都積極地開展了與開放實驗室相關(guān)的開放式實驗教學(xué)，比如開設(shè)開放性實驗和大學(xué)生創(chuàng)新性實驗以及開放實驗室項目等形式。開放式實驗教學(xué)模式不同于基礎(chǔ)性實驗教學(xué)，大多數(shù)開放性實驗教學(xué)相關(guān)項目開設(shè)的是綜合性實驗，有的甚至要求學(xué)生自己動手查閱資料，動腦筋設(shè)計實驗方案，極大地提高了學(xué)生主動參與實驗的興趣和熱情，非常有利于培養(yǎng)具有創(chuàng)新性思維，善于獨立思考問題的綜合型應(yīng)用型人才。近年來本校也在積極推進(jìn)開放式實驗教學(xué)，每學(xué)期都設(shè)置了一定數(shù)目的開放性實驗和大學(xué)生創(chuàng)新性實驗以及開放實驗室項目面向本科生開放。

開放式實驗教學(xué)打破了課堂教學(xué)的時間限制，學(xué)生可以利用課余時間，自由安排實驗，這就要求實驗室以及實驗儀器必須在課堂以外的時間對學(xué)生開放，隨之而來面臨一系列管理問題，計算機(jī)技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及能夠解決這一矛盾，通過物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可以實現(xiàn)對實驗室資源和學(xué)生實驗過程進(jìn)行自動化管理[2]，中國藥科大學(xué)中藥學(xué)院藥用植物實驗教學(xué)中心于2014年將這一技術(shù)引進(jìn)了實驗教學(xué)環(huán)節(jié)，通過構(gòu)建“大型儀器設(shè)備共享平臺”將實驗中心的大型儀器聯(lián)網(wǎng)，學(xué)生可以通過互聯(lián)網(wǎng)預(yù)約使用儀器和實驗室，管理人員也可以通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程實時了解儀器的運行和使用情況。實現(xiàn)了對實驗中心的實驗室及實驗儀器的自動化管理，極大地促進(jìn)了開放性實驗教學(xué)和創(chuàng)新性實驗教學(xué)以及開放實驗室教學(xué)工作的順利開展。下面就該中心建成的“大型儀器設(shè)備共享平臺”及此平臺在開放式實驗教學(xué)中的應(yīng)用前景進(jìn)行了探究性分析。

1傳統(tǒng)實驗室管理模式在開放性實驗教學(xué)中的不足

開放式實驗教學(xué)開設(shè)的實驗項目一般都是綜合性實驗，一次實驗不能完成全部內(nèi)容，需要多次使用多個儀器設(shè)備，進(jìn)入多個實驗室，而且面向本科生，主要利用學(xué)生的課余時間如周末或者晚上來完成。這給實驗室的開放時間和實驗儀器的管理帶來了很大不便。在傳統(tǒng)的實驗室管理模式下，學(xué)生參與了開放式實驗教學(xué)項目后，進(jìn)行實驗時需要專門找到實驗室管理員或者儀器管理員，說明緣由后，請管理員幫忙打開實驗室的門，學(xué)生使用儀器前后需要在記錄本上登記設(shè)備的完好狀況及儀器的使用狀況。一方面，給管理員帶來很多額外工作壓力，而且管理員只能在上班時間段幫忙維持開放性實驗教學(xué)的順利進(jìn)行，下班后則不能保證。另一方面，記錄儀器使用情況的是紙質(zhì)記錄本，很容易破損，并且有時學(xué)生不自覺，不主動登記，導(dǎo)致儀器設(shè)備出了問題后無人上報，自然延誤儀器維修時間，導(dǎo)致下面的相關(guān)實驗無法開展。顯然，傳統(tǒng)的實驗室管理模式在開放式實驗教學(xué)中存在很多弊端，急需改進(jìn)。為了實現(xiàn)開放實驗室的功能，必須對開放實驗室管理模式進(jìn)行改革，以便更好地促進(jìn)開放式實驗教學(xué)的進(jìn)行。

2“大型儀器設(shè)備共享平臺”在開放式實驗教學(xué)中應(yīng)用

2.1大型儀器設(shè)備共享平臺簡介

“大型儀器設(shè)備共享平臺”使用各種授權(quán)控制器，如門禁控制器、電腦控制器、電源控制器和攝像頭、授權(quán)服務(wù)器等硬件系統(tǒng)以及用于實驗室管理的軟件系統(tǒng)即刷卡計時系統(tǒng)完成對實驗室儀器的實時管理。中國藥科大學(xué)中藥學(xué)院藥用植物實驗教學(xué)中心目前已將20多臺貴重儀器納入大型儀器共享平臺，包括高速臺式離心機(jī)，全自動凝膠成像系統(tǒng)、基因擴(kuò)增儀、二氧化碳培養(yǎng)箱、酶標(biāo)儀、薄層色譜掃描儀、紫外可見分光光度計、液相色譜儀、萬分之一天平、冷凍切片機(jī)、熒光顯微鏡、偏光顯微鏡等。這些儀器目前面向全校本科生免費開放。由于該系統(tǒng)能夠識別校園卡，因此學(xué)生通過學(xué)號或者校園卡號登錄系統(tǒng)，即可預(yù)約儀器，預(yù)約記錄經(jīng)過管理員審核后，學(xué)生即可持校園卡刷卡打開門禁，刷卡打開儀器，并在預(yù)約時間段使用儀器。同時系統(tǒng)實時記錄儀器的使用者、使用起止時間等信息，并通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送到服務(wù)器數(shù)據(jù)庫。管理人員可以隨時隨地查看儀器及實驗室的使用情況，進(jìn)行儀器使用率等各類統(tǒng)計分析工作，實現(xiàn)一人管理多地點的多臺儀器設(shè)備。

為了保證儀器的安全使用，實驗中心將每臺儀器的使用說明制成紙質(zhì)標(biāo)牌放置或者黏貼在儀器醒目位置，同時對實驗中心儀器管理人員、部分學(xué)生等進(jìn)行了儀器操作使用培訓(xùn)，并制訂了系列規(guī)章制度。

2.2基于“大型儀器設(shè)備共享平臺”的開放性實驗教學(xué)改革

藥用植物實驗教學(xué)中心的目標(biāo)是將“中心”建設(shè)成為具備開設(shè)基礎(chǔ)性、綜合性、探索性和創(chuàng)新性本科生實驗教學(xué)的現(xiàn)代化實驗教學(xué)平臺，以培養(yǎng)創(chuàng)新能力強(qiáng)、思維活躍、實驗動手能力強(qiáng)的新型藥學(xué)人才為目的，目前全校的實驗教學(xué)改革主要有以下幾個方面。

2.2.1基礎(chǔ)性實驗教學(xué)管理改革

藥用植物實驗中心承擔(dān)全校中藥學(xué)、藥學(xué)、中藥資源學(xué)、藥事管理等多個專業(yè)的中藥質(zhì)量類專業(yè)基礎(chǔ)課程群的本科實驗教學(xué)任務(wù)，涉及生藥學(xué)、藥用植物學(xué)、中藥顯微鑒定學(xué)、中藥資源學(xué)、藥用植物生物技術(shù)、植物生理生態(tài)、藥用植物栽培學(xué)等課程，開設(shè)81個基本實驗項目、近7萬年人實驗時數(shù)的實驗教學(xué)任務(wù)，每門課程每年都要求更新一至兩個實驗項目，以增加綜合性試驗項目在基礎(chǔ)教性實驗教學(xué)中的比例。涉及大型儀器設(shè)備的主要是8臺液相色譜儀和萬分之一天平，專業(yè)任課教師可以根據(jù)上課時間段批量統(tǒng)一預(yù)約儀器。

2.2.2開放式實驗教學(xué)

開放式實驗教學(xué)主要是面向本科生開放實驗室和實驗儀器，開放實驗室是指學(xué)校正式建制的各級各類實驗室，在完成正常教學(xué)、科研任務(wù)的前提下，利用現(xiàn)有儀器設(shè)備、環(huán)境條件等資源，面對學(xué)生開放使用的實驗室[3- 4]，開放實驗室主要包括實驗時間的開放、實驗內(nèi)容的開放、實驗對象的開放三大核心思想，開放式實驗教學(xué)融合了這些思想，是一種具備新觀念、引入管理新思路的實驗室教學(xué)形式，可以給實驗興趣濃厚和學(xué)有余力的學(xué)生提供更多的學(xué)習(xí)機(jī)會和實踐空間，是面向本科生的實踐教學(xué)平臺，是課程以外的實驗技能訓(xùn)練[5]。也是國內(nèi)外各大高校公認(rèn)的最有利于培養(yǎng)學(xué)生綜合創(chuàng)新能力的實驗平臺，目前本校開設(shè)的開放性試驗教學(xué)主要包括，面向本科生開放的開放性試驗項目以及大學(xué)生創(chuàng)新性實驗項目和開放實驗室項目。

本校面向本科生開放的開放性實驗項目目前主要是學(xué)生選作教師發(fā)布的實驗項目，項目實施可以是多元化的，學(xué)生可以按要求完成指定實驗內(nèi)容，也有可能需要獨立設(shè)計實驗方案。大學(xué)生創(chuàng)新性實驗可以是學(xué)生選作教師發(fā)布的相關(guān)實驗項目，也可以是學(xué)生就某個感興趣的實驗方向提出實驗設(shè)想，征得相關(guān)專業(yè)教師指導(dǎo)后組織實施。藥用植物學(xué)實驗中心每年承擔(dān)大約40項開放性試驗項目和多項大學(xué)生創(chuàng)新性項目。開放實驗室項目主要用于綜合性實驗，首先面向?qū)W生開放專業(yè)實驗室，由教師發(fā)布相關(guān)實驗項目，學(xué)生選擇項目后在開放實驗室內(nèi)完成。藥用植物學(xué)實驗中心分別在實驗樓E104、E203建設(shè)了藥用植物識別與中藥質(zhì)量分析兩個開放性實驗室，面向全校本科生開展了“校園藥用植物識別、植物標(biāo)本采集與制作以及分類檢索(第1期、第2期、第3期)”、“銀杏葉的化學(xué)成分研究(第1期)”開放實驗項目。中心已經(jīng)擬定將實驗樓E214建設(shè)為中藥種質(zhì)資源開放性實驗室，面向全校學(xué)生開設(shè)開放性實驗項目?；诖笮蛢x器設(shè)備共享平臺的開放性實驗室建成后，每年向全校本科生開放，開設(shè)相關(guān)專業(yè)類群的綜合性實驗項目。

參與開放式實驗教學(xué)相關(guān)項目的學(xué)生，可以使用學(xué)號登陸“大型儀器設(shè)備共享平臺”，熟悉儀器的使用說明和安全操作注意事項，根據(jù)實驗項目需要網(wǎng)上預(yù)約儀器，得到管理員審核批準(zhǔn)后，可以利用課余時間刷校園卡打開門禁進(jìn)入實驗室，刷卡使用所預(yù)約的儀器完成實驗。借助該平臺，管理人員可以異地審核學(xué)生，同時由于用于開放實驗室的儀器設(shè)備，在實驗課的課堂教學(xué)以外一般是閑置的，因此，學(xué)生就可以利用周末或者晚上等課余時間來完成實驗。這種管理模式，時間可以靈活安排，既充分發(fā)揮了大型儀器設(shè)備的使用價值，又充分利用了本科生的課余時間，同時減輕了實驗管理員的工作量。這種管理模式極為彈性化，給學(xué)生自主學(xué)習(xí)提供更多的選擇性，有利于培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成終身學(xué)習(xí)習(xí)慣。

2.3“大型儀器設(shè)備共享平臺”在開放式實驗教學(xué)改革中的應(yīng)用前景

基于“大型儀器設(shè)備共享平臺”的開放式實驗教學(xué)改革是大學(xué)實驗教學(xué)改革一種必然趨勢[6]，各個高校盡管開放式試驗教學(xué)的模式不同，方法不同[7- 8]，但開放式實驗教學(xué)的核心都需要將實驗室和實驗儀器面向本科生在課余時間開放，這就必然要求實驗室及實驗儀器在閑置時間能夠?qū)I(yè)高效運行并被客觀管理。網(wǎng)絡(luò)預(yù)約和刷卡計時系統(tǒng)很好地解決了這一難題，實現(xiàn)了實驗室資源的高效配置。已經(jīng)有很多高校運用了這一系統(tǒng)[2]，同時，“大型儀器設(shè)備共享平臺”還可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入和導(dǎo)出，支持各種統(tǒng)計報表的生成，并且還有計時計費系統(tǒng)可以選用，在必要時間，需要收費時可以開啟該系統(tǒng)。目前，本校已經(jīng)開始在全校范圍內(nèi)多個本科實驗教學(xué)中心構(gòu)建“大型儀器設(shè)備共享平臺”并且可以和教務(wù)系統(tǒng)相整合，屆時全校的教師和學(xué)生都可以通過教務(wù)系統(tǒng)賬號密碼登錄，根據(jù)開放式實驗教學(xué)項目需要在全校范圍內(nèi)預(yù)約使用儀器，最大限度地實現(xiàn)實驗室開放和大型儀器設(shè)備共享。

基于“大型儀器設(shè)備共享平臺”的開放式實驗教學(xué)可以使得實驗室高度開放，進(jìn)出的學(xué)生靠門禁卡刷卡進(jìn)入，如果實驗樓也用門禁控制，開放實驗室甚至可以達(dá)到24小時開放，向國外的大學(xué)看齊[9]，對于促進(jìn)我國高等教育，培養(yǎng)面向世界，面向未來的高素質(zhì)，復(fù)合型人才提供強(qiáng)有力的支撐。

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Open Laboratory Teaching on the Base of Large-scale Instruments and

Equipment Sharing Platform

HE Danxia,LI Huijun,ZHANG Chaofeng

(SchoolofTraditionalChineseMedicine，ChinaPharmaceuticalUniversity，Nanjing211198，China)

Abstract:A kind of large-scale instruments and equipment sharing platform was used to open Laboratory teaching in pharmaceutical botany experimental center of College of TCM,China Pharmaceutical University.On the base of this platform,students can use the lab and instrument for open laboratory experiment by online booking,while the administrator can also control the lab and instrument online,which means the platform can automate the management of the lab and instrument.The application prospect of this platform on open laboratory teaching was discussed.

Key words:Open Laboratory Teaching;large-scale Instruments and Equipment Sharing Platform;Online Booking

基金項目：中國藥科大學(xué)2013年教學(xué)改革研究課題“基于藥用植物學(xué)實驗教學(xué)中心的開放性實驗教學(xué)平臺建設(shè)研究”研究成果。

收稿日期:2014-11-19。