大型檢測設(shè)備服務(wù)于研究生科研素質(zhì)培養(yǎng)的方法

段輝平 宋洪海 王嘉宜 袁澤紅

北京航空航天大學(xué)分析測試中心 北京 100191

資產(chǎn)管理與設(shè)備采購

大型檢測設(shè)備服務(wù)于研究生科研素質(zhì)培養(yǎng)的方法

段輝平 宋洪海 王嘉宜 袁澤紅

北京航空航天大學(xué)分析測試中心 北京 100191

高校大型分析檢測設(shè)備的使用幾乎全部與研究生的科研活動相關(guān)，大型分析檢測設(shè)備服務(wù)于學(xué)生實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重點(diǎn)應(yīng)該放在如何提高研究生對大型分析檢測設(shè)備的利用能力上。根據(jù)研究生對大型分析檢測設(shè)備的不同需求，通過設(shè)計分層次、有針對性的教學(xué)體系，既可以滿足不同層次學(xué)生的需求，又可以降低實(shí)驗(yàn)課程對大型設(shè)備的依賴性。結(jié)果表明通過這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的訓(xùn)練，可以使大型分析檢測設(shè)備的使用率和研究生的科研素質(zhì)得到明顯提高。

大型設(shè)備；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；研究生；科研素質(zhì)

隨著科技水平的發(fā)展和學(xué)生培養(yǎng)要求的提高，掌握先進(jìn)的分析檢測技術(shù)已經(jīng)成為許多學(xué)科學(xué)生的必備技能之一。分析檢測方法是一門實(shí)踐性非常強(qiáng)的技術(shù)，但目前學(xué)生對于分析檢測方法的學(xué)習(xí)依然局限于課堂和書本學(xué)習(xí)，仍然以“理論講解+實(shí)驗(yàn)操作(示范教學(xué))+考核”為主，學(xué)生對設(shè)備的掌握只限于學(xué)過而已，在學(xué)習(xí)過相關(guān)理論知識后，基本沒有親自動手操作設(shè)備的機(jī)會，對大型設(shè)備的感性認(rèn)識幾乎為零，在實(shí)驗(yàn)技能方面沒有實(shí)質(zhì)性提升。

如何平衡大型分析檢測設(shè)備服務(wù)于科學(xué)研究和實(shí)驗(yàn)教學(xué)，一直是困擾教育部門和實(shí)驗(yàn)管理人員的難題。近些年，許多高校都引進(jìn)了大量的分析檢測設(shè)備，其中不乏高端精密的大型設(shè)備，建立了系統(tǒng)、完善的檢測機(jī)構(gòu)，例如分析測試中心(以下簡稱“中心”)等，檢測能力和水平得到了跨越式的發(fā)展，對提升高校的科研水平發(fā)揮了重要作用，同時也為解決學(xué)生的實(shí)驗(yàn)問題提供了設(shè)備基礎(chǔ)。但遺憾的是，由于大型精密檢測設(shè)備價格昂貴、數(shù)量少、維修價格高且周期長，一般都由專人專管；同時大型精密檢測設(shè)備主要為滿足重大科研或攻關(guān)項目所需，要承接大量的科研測試任務(wù)，而且每次實(shí)驗(yàn)?zāi)苋菁{的學(xué)生數(shù)很少，無法留出足夠時間承擔(dān)教學(xué)任務(wù)，導(dǎo)致大型分析檢測設(shè)備基本不向?qū)W生開放。這嚴(yán)重偏離了高校人才培養(yǎng)的重要職能，不利于學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。隨著學(xué)生規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大，這種矛盾也將變得越來越尖銳。

許多專家學(xué)者為此進(jìn)行了研究和探討，但目前大多數(shù)研究集中在大型分析檢測設(shè)備的共享管理[1,2]以及為本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)服務(wù)[3,4]范圍。筆者認(rèn)為，就目前狀況而言，徹底滿足本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)需求是不現(xiàn)實(shí)的，也完全沒有必要。對本科生而言，如何利用有限的設(shè)備資源激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，應(yīng)該成為服務(wù)的重要內(nèi)容。[5,6]大型分析檢測設(shè)備的真正用戶群主要是在讀研究生，因此，大型分析檢測設(shè)備服務(wù)于高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重點(diǎn)應(yīng)該放在如何培養(yǎng)和提高研究生的科研素質(zhì)和能力等方面。

針對研究生的需求，筆者提出了分層次、有針對性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，并進(jìn)行了具體的應(yīng)用研究。通過4年實(shí)踐，取得了滿意的效果。

1 教學(xué)理念

通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，研究生對分析檢測設(shè)備的需求分為3個層次。一是了解，即了解設(shè)備的功能和原理，便于研究生有針對性地設(shè)計科學(xué)實(shí)驗(yàn)，縮短研究周期，避免走彎路；對于這一部分學(xué)生而言，只需要掌握如何利用大型分析測試設(shè)備為自己的科學(xué)研究服務(wù)，了解設(shè)備的功能即可，不需要掌握設(shè)備的操作和分析技能。二是分析，即需要對檢測結(jié)果進(jìn)行系統(tǒng)分析，便于研究生從分析檢測結(jié)果中得出正確結(jié)論并反饋于前期的實(shí)驗(yàn)設(shè)計，提出合理的實(shí)驗(yàn)方案，最終得到滿意的研究結(jié)果；對于這一部分學(xué)生而言，不僅需要了解設(shè)備的功能和基本工作原理，還需要熟練掌握各種分析方法和技巧，了解設(shè)備的基本操作方法和技能。三是研究，即需要利用分析檢測設(shè)備進(jìn)行科學(xué)研究，便于研究生在分析檢測過程中實(shí)時發(fā)現(xiàn)新問題、新現(xiàn)象并對其進(jìn)行實(shí)時研究；對于這一部分學(xué)生而言，在掌握第一、第二層次技能的基礎(chǔ)上，還需要熟練掌握設(shè)備的操作和分析技能，掌握設(shè)備的基本日常維護(hù)，因此需要進(jìn)行重點(diǎn)學(xué)習(xí)和培訓(xùn)。

可見不同學(xué)生有不同的需求，因此完全沒有必要對所有研究生都進(jìn)行同樣的系統(tǒng)培訓(xùn)(全同教學(xué))，而可以采用分層次、有針對性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)(層次教學(xué))，這樣既可以滿足研究生不同層次的需求，又可以節(jié)約大量的機(jī)時。隨著需求層次的提高，學(xué)生數(shù)急劇減少。以透射電子顯微鏡為例，假設(shè)第一需求層次的學(xué)生數(shù)為100人，則第二需求層次以上的學(xué)生數(shù)下降為50人左右，有第三需求層次的學(xué)生數(shù)更少，約為10人左右。假設(shè)達(dá)到第一、第二、第三需求層次需要投入的實(shí)驗(yàn)機(jī)時分別為10小時、30小時、50小時，不同教學(xué)方法需要投入的機(jī)時存在較大差別。表1列出了2種不同教學(xué)方法需要投入的實(shí)驗(yàn)機(jī)時對比。以上述假設(shè)的學(xué)生數(shù)為例，如果采用全同教學(xué)，都要達(dá)到第三層次需求，則需要投入5 000小時機(jī)時，而采用層次教學(xué)，則只需要2 700小時?？梢姾笳呖梢源罅抗?jié)約設(shè)備資源，減少實(shí)驗(yàn)教學(xué)對大型分析檢測設(shè)備的依賴性，可以緩解大型分析測試設(shè)備如何服務(wù)于科研和教學(xué)的矛盾。

表1 不同實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法所需機(jī)時(小時)

2 教學(xué)體系

基于上述實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念，結(jié)合研究生對設(shè)備的需求，合理設(shè)計分層次、具有針對性的包含課程體系和培訓(xùn)體系兩部分的教學(xué)體系，滿足研究生不同層次的需求，提高研究生理論聯(lián)系實(shí)際的能力。

2.1 課程體系

對于第一層次需求的研究生而言，需要了解中心所有設(shè)備的功能和原理，為此開設(shè)了材料學(xué)科基本實(shí)驗(yàn)，由中心教師通過演示實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)等，為研究生現(xiàn)場講解設(shè)備的工作原理和功能并進(jìn)行現(xiàn)場答疑，此課程涉及中心所有設(shè)備。對于第二層次需求的研究生，需要掌握如何從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中獲得所需要的重要信息和結(jié)論，為此開設(shè)了透射材料電鏡分析實(shí)驗(yàn)、掃描電鏡分析實(shí)驗(yàn)2門實(shí)驗(yàn)課程，研究生在教師的指導(dǎo)下，通過親自操作設(shè)備進(jìn)行分析檢測，獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果并在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行結(jié)果分析和總結(jié)。對于第三層次需求的研究生，由于需要在分析檢測過程中發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象、新問題，因此必須掌握設(shè)備操作技巧和日常維護(hù)技能，達(dá)到獨(dú)立使用、管理、開發(fā)設(shè)備的水平，需要投入較多的機(jī)時進(jìn)行專門培訓(xùn)。這涉及后續(xù)的培訓(xùn)體系。

2.2 培訓(xùn)體系

分析測試設(shè)備大致可以分為兩大類，一類是人與設(shè)備可以分離的設(shè)備，即試樣安裝到檢測設(shè)備后，設(shè)備可以自動進(jìn)行檢測，整個檢測過程中不需要操作人員進(jìn)行干預(yù)即可獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果；另一類是人與設(shè)備不可分離的設(shè)備，即試樣安裝到檢測設(shè)備后，設(shè)備不能進(jìn)行自動檢測，整個檢測過程中都需要操作人員進(jìn)行人為干預(yù)才可獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果，這類設(shè)備主要包含透射電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡以及電子探針微分析儀等。

第一類設(shè)備操作相對比較簡單，可采用學(xué)生隨到隨學(xué)的方式進(jìn)行即時培訓(xùn)；而第二類設(shè)備操作比較復(fù)雜，培訓(xùn)合格的操作人員所需的周期較長，例如透射電子顯微鏡，一般需要1個月以上。對于這類設(shè)備采用定期培訓(xùn)的方式進(jìn)行，要求培訓(xùn)合格的研究生定期操作設(shè)備，參與設(shè)備的日常管理工作。表2列出了教學(xué)體系包含的內(nèi)容以及適用的范圍。

表2 教學(xué)體系內(nèi)容及其需求層次、設(shè)備類型、學(xué)生群體

3 教學(xué)成果

通過4年的實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，這種教學(xué)體系對提升研究生的整體科研能力效果顯著，獲得了教師和研究生廣泛好評。由于研究生了解了分析測試設(shè)備的功能，可以根據(jù)課題的需求和研究內(nèi)容，有針對性地設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案，提高了實(shí)驗(yàn)效率和針對性；由于研究生掌握了設(shè)備的操作和分析方法，可以獨(dú)立操作設(shè)備并在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)新的現(xiàn)象和問題，提高了研究水平和設(shè)備使用效率，科研成果顯著。

3.1 研究生科研論文數(shù)量和質(zhì)量

圖1顯示了近六年我院研究生發(fā)表SCI論文的情況。由圖1可見，在學(xué)院研究生規(guī)模沒有明顯增加的前提下，論文數(shù)量逐年增加，從2009年的155篇上升到2013年的300篇，呈現(xiàn)出強(qiáng)勁的上升勢頭，特別是高影響因子論文的數(shù)量成倍增加，從2009的8篇提高到2013年的52篇，論文質(zhì)量和在學(xué)術(shù)界的影響得到顯著提升。

圖1 近六年研究生發(fā)表SCI論文統(tǒng)計

3.2 研究生對課程的評價

表3列出了學(xué)生對課程的評價分?jǐn)?shù)，數(shù)據(jù)來源于研究生院教務(wù)系統(tǒng)，能反映學(xué)生的真實(shí)意愿。從學(xué)生對開設(shè)的3門實(shí)驗(yàn)課的評價來看，認(rèn)可度很高，普遍反映收獲很大。

表3 研究生對課程的評價

表3 (續(xù))

3.3 大型設(shè)備的使用效率

通過不同層次的學(xué)習(xí)和培訓(xùn)，許多研究生熟練地掌握了一些設(shè)備的操作和分析技能，科研能力和分析測試水平得到顯著提高。除了前文列出的發(fā)表論文數(shù)量可以體現(xiàn)研究生科研能力和分析測試水平顯著提高以外，從中心大型設(shè)備的使用效率也可以看出研究生分析測試能力和實(shí)踐動手能力都得到了顯著提高。表4列出了近幾年中心電子顯微分析主體設(shè)備的年工作時間。通常來說，這些設(shè)備的年工作時間達(dá)到800小時即可認(rèn)為達(dá)到飽和工作量，但中心對應(yīng)的設(shè)備年工作量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出行業(yè)內(nèi)飽和工作量，根本原因就是研究生分析測試水平和操作設(shè)備的能力都得到了提高，可以在工作時間以外的時間里獨(dú)立操作設(shè)備進(jìn)行科學(xué)研究。

表4 主體設(shè)備的年使用時間(小時)

4 結(jié)束語

高校重要的職能之一是人才培養(yǎng)，一切教學(xué)活動都要圍繞如何提高學(xué)生綜合素質(zhì)、培養(yǎng)滿足國家戰(zhàn)略需求的高素質(zhì)人才進(jìn)行。大型分析檢測設(shè)備在提高學(xué)生分析檢測能力、提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)動手能力等方面有著重要作用。但囿于其資源稀有性等特點(diǎn)，大型分析檢測設(shè)備如何服務(wù)于學(xué)生實(shí)驗(yàn)教學(xué)一直是一個亟待解決的問題。以上基于對學(xué)生需求層次的分析，對大型分析檢測設(shè)備如何提高研究生科研素質(zhì)等方面進(jìn)行了初步探索，獲得了一些有意義的結(jié)果。

(1)大型分析檢測設(shè)備的使用幾乎全部與研究生的科研活動相關(guān)，因此如何提高研究生對大型分析檢測設(shè)備的利用能力應(yīng)該成為大型分析檢測設(shè)備服務(wù)于學(xué)生實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重點(diǎn)。

(2)根據(jù)研究生對大型分析檢測設(shè)備的不同需求，通過設(shè)計分層次、有針對性的教學(xué)體系，既可以滿足不同層次學(xué)生的需求，又可降低實(shí)驗(yàn)課程對大型設(shè)備的依賴性。

(3)通過4年的實(shí)踐表明，不僅可以顯著提高大型分析檢測設(shè)備的使用效率。而且可以明顯提升研究生的科研素質(zhì)。

[1] 薛玉珍,吳銀素.大型儀器設(shè)備開放管理系統(tǒng)的建設(shè)與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2014,31(8):249.

[2] 韓富,鄭福平,田媛.高等學(xué)校大型儀器設(shè)備共享平臺建設(shè)研究[J].中國現(xiàn)代教育裝備,2009(1):6-7.

[3] 朱平川,芩衛(wèi)健,李楠.大型儀器平臺應(yīng)用于本科教學(xué)實(shí)驗(yàn)的探索[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù),2012,10(1):119.

[4] 白葉飛,馬廣興,賀玲麗,楊普新,康曉龍,賈錦霞.高校大型設(shè)備實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的探索與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué),2014(1):205.

[5] 段輝平,宋洪海,杜娟.分析測試中心服務(wù)于本科教學(xué)的問題與思考[J].中國現(xiàn)代教育裝備,2011(17):47.

[6] 段輝平,宋洪海,杜娟.高校大型分析測試設(shè)備服務(wù)于本科教學(xué)的方法探討[J].中國現(xiàn)代教育裝備,2012(11):25.

Service Approach of Large-scale Testing Equipments on the Scientifc Quality of the Postgraduates

Duan Huiping， Song Honghai， Wang Jiayi， Yuan Zehong
Beihang University， Beijing， 100191， China

Utilization of the large-scale testing equipments （LTEs） in the universities is mainly connected to the scientifc research activities of the postgraduates. The key point for the serving approach of the LTEs on the experimental teaching should be concentrated on how to improve the postgraduate's ability to utilize the LTEs. Based on the difference in the requirements of the postgraduates to the LTEs， a staged and well-targeted training system could be designed， which could not only meet the different requirements of the postgraduates， but also decrease the LTE-dependence of the training course. Results showed that both the utilization rate of the LTEs and the scientifc research ability of the postgraduates could be obviously increased.

large-scale equipment； experimental teaching； postgraduate； research ability

2014-11-01

段輝平，博士，副教授，北京航空航天大學(xué)分析測試中心常務(wù)副主任。

高等學(xué)校儀器設(shè)備和優(yōu)質(zhì)資源共享系統(tǒng)大型儀器示范機(jī)組建設(shè)子項目《材料結(jié)構(gòu)原位電子顯微鏡分析示范機(jī)組建設(shè)》(編號：CERS-1-11)。