大型儀器設備在生物技術綜合實驗課程中的應用

張蕊 王展霞 李銳

摘 要：大型儀器設備是高校開展實驗教學和科學研究工作的重要工具。生物技術綜合實驗課程綜合性較強，將大型儀器設備應用在生物技術綜合實驗課程當中，既是高質量教學的保證，又是順應時代發(fā)展的必然趨勢。文章分析了大型儀器設備的含義、在本科實驗教學中的現(xiàn)狀、應用于生物技術綜合實驗課程中的積極作用以及改革的主要措施，希望對提高教學質量和深化教學內容創(chuàng)新和改革提供幫助。

關鍵詞：大型儀器設備；實驗；生物技術；教育教學

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2018）08-0194-03

Abstract： large instrument and equipment are important tools for carrying out experimental teaching and scientific research in Colleges and universities. The comprehensive course of biotechnology is quite comprehensive. The application of large-scale instruments and equipment in the comprehensive experimental course of biotechnology is not only a guarantee of high quality teaching， but also an inevitable trend to adapt to the development of the times. This paper analyzes the meaning of large-scale instruments and equipment， the status quo in undergraduate experimental teaching， the positive role in the application of biotechnology in comprehensive experimental courses， and the main measures of reform， hoping to improve teaching quality and deepening innovation and reform of teaching content.

Keywords： large instrument and equipment； experiment； biotechnology； education and teaching

21世紀是生命科學發(fā)展迅速的時代，諸多進展都取決于新技術的發(fā)現(xiàn)和應用。生物技術是決定國家命運的關鍵技術之一，是世界上許多國家優(yōu)先發(fā)展的支柱產業(yè)[1]。生物技術在現(xiàn)代醫(yī)藥產品、農林牧漁等新產品的研發(fā)、環(huán)境修復等方面發(fā)揮著巨大的作用[2]，高校通過生物技術綜合實驗課程不但可以使學生了解生命科學發(fā)展的前沿動態(tài)，熟悉和掌握通用的大型儀器設備的使用，而且能夠提高學生的學習興趣，調動學生的實驗積極性，培養(yǎng)學生的自主學習能力，合作學習能力和探究學習能力[3]，使學生具有良好的科研素質、生物學實驗技能和較強的分析問題、解決問題的能力，為今后獨立從事生物技術及相關學科領域的研究奠定基礎。這不僅達到了高等教育的要求，也順應了社會對生命科學人才的需要。

生物技術綜合實驗課程是一門綜合性實驗課程。學生在掌握生物化學、生物技術學、微生物學和生物化學技術原理等的基礎上，學習和掌握生物技術實驗的基本原理、步驟[4]和技術，主要包括基因工程常規(guī)操作技術及一系列生物大分子的提取、分離、純化的方法和技術[5]。在每項試驗中，試劑的配制、儀器的安裝、樣品的處理、提取分離純化和含量的測定及性質的鑒定都會用到各種儀器，因此掌握各種生化儀器及發(fā)酵器材特別是大型儀器的規(guī)范操作至為重要。儀器設備在教學、科研工作中起著技術支撐的作用，而大型儀器設備更是儀器設備的重要組成部分。因此將大型儀器設備應用在生物技術綜合實驗課程當中，既是高質量教學的保證，又是順應時代發(fā)展的必然趨勢。

大型儀器設備是保證高校正常的實驗教學和科學研究必備的重要物質基礎；在一定程度上也衡量著高校的綜合實力[6-8]。隨著國家對高等教育的重視和支持[9，10]，高校對實驗室儀器設備投入的金額和數(shù)量逐年遞增[11]，這對提升高校的科研與教學能力有極為重要的意義，為高校學生對大型儀器設備的掌握和應用提供了技術保障。但是現(xiàn)今大型儀器設備在實驗教學過程中仍然存在設備利用率低、專業(yè)技術人員不足、維修維護經費不足等諸多問題，如何促進大型儀器設備在實驗課程中的開放、共享與可持續(xù)性發(fā)展，成為高校發(fā)展中亟待解決的問題[12]。

一、大型儀器設備的基本含義和涵蓋范圍

根據《高等學校儀器設備管理辦法》（教育部教高[2000]9號），大型儀器設備指的是單價在人民幣10萬元（含）以上的儀器設備。各省級教育行政部門和各高等學?？筛鶕嶋H情況，明確各自所管大型儀器設備的范圍。大型儀器設備有專業(yè)性強、精密度高、功能多、速度快、應用范圍廣、更新?lián)Q代周期短等特征[11-14]，是高校開展實驗教學和科學研究工作的重要工具和手段，為本科生創(chuàng)新能力和實驗技能的培養(yǎng)提供了強大的硬件支撐[15]。大型儀器設備按使用范圍可分為行業(yè)專用儀器設備和通用儀器設備，專用類儀器，如惰性氣體質譜儀、核磁共振巖心測量儀；通用類儀器，如：顯微鏡、高效液相色譜儀、離心機等。生物技術綜合實驗課程中涉及的大型儀器設備有紫外及可見分光光度計、高壓滅菌鍋、PCR儀、電泳儀、凝膠成像分析系統(tǒng)、高效液相色譜儀、超速離心機等。

二、大型儀器設備在本科實驗教學中的應用現(xiàn)狀

（一）利用率低

設備利用率是反映設備工作狀態(tài)及生產效率的技術經濟指標，主要用于衡量生產設備在數(shù)量、時間、能力等方面的利用程度[16]。隨著國家對教育的重視，大型儀器設備的引進速度也明顯增長，我國擁有的科學儀器設備數(shù)量比歐盟15國數(shù)量總和還多，一些高校大型儀器設備原值在儀器設備總值中所占比重高達到50%，有些高校甚至接近60%[17]。但是，很多高校的大型儀器設備利用率不夠高。據有關資料顯示，不少發(fā)達國家儀器設備利用率高達170% ～200%，但我國許多儀器設備利用率還不到25%[18]。目前，購置前沒有充分論證和科學評價是重要原因之一[19]，另外許多高校存在的不重視管理、不善管理等問題導致不少儀器設備長期閑置或使用率低，影響儀器設備使用效益的發(fā)揮，造成資源的極大浪費[20]。

（二）重科研、輕教學

從大型儀器的使用情況來看，國內高校普遍重視其科研功能的開發(fā)，但對其教學功能的關注不夠，用于教學工作的時間遠遠低于科研[21，22]。如對高等農業(yè)院校大型儀器使用現(xiàn)狀的調查顯示：高等農業(yè)院校中大型儀器主要用于教師的科研，本科生教學使用較少，無本科生自主學習的大型儀器試驗項目[12]。在實驗課堂上，開始以老師演示為主，學生在一旁觀察，由于時間有限最后學生自己動手進行操作的機會很少[23]。學生數(shù)量與大型儀器設備的使用不匹配，也導致大型儀器設備對學生實踐能力起不到應有的作用。

大型儀器設備專業(yè)性強、價格昂貴、對操作人員技術要求高。由于本科生缺乏經驗和專業(yè)的操作培訓，容易增加大型儀器設備損壞的概率，提高維修成本，因此高校對于本科生使用大型儀器設備的開放性不足[24]。有些大型儀器設備購置后，開放性不足，利用率不高，甚至個別設備出現(xiàn)閑置的情況。這不僅造成了高校教育資源的嚴重浪費，與大型儀器設備開放共享脫節(jié)，而且影響了實驗教學質量，不利于學生綜合素質的培養(yǎng)[25]。

（三）管理與維護維修不足

部分高校對大型儀器設備使用的管理與維護維修不重視，分配的費用少，而且仍采用傳統(tǒng)方式使用和管理大型儀器設備，很少用物聯(lián)網、大數(shù)據等信息化技術手段進行管理，對購買的設備“專管專用”，即使本學院的大型儀器設備也只有極少數(shù)的教師能夠使用，往往設備只是擺設在極個別科研能力很強或者職務級別很高的幾個人獨立擁有的房間內[26]。大型儀器設備不能及時得到維護與維修，使用壽命降低，且許多功能不能得到有效發(fā)揮，造成功能浪費，有一些大型儀器設備經常處于損壞狀態(tài)，這也嚴重影響了大型儀器設備在實驗教學中的應用。

三、大型儀器設備應用于生物技術綜合實驗課程的積極作用

（一）提高了大型儀器設備的利用率，利于學生發(fā)展

大型儀器設備應用于生物技術綜合實驗課程中，顯著提高了利用率，可以在一定程度上避免設備出現(xiàn)閑置而浪費教學資源的情況。同時學生可以充分地進行實際操作，了解其工作原理、操作步驟和注意事項，增加對這些大型儀器設備的掌握，更加凸顯學生獨立學習的主題，也使學生對于生物技術有了更為深刻和真實的認識，為以后從事科研工作和生產實踐打下牢固而堅實的基礎，真正從實際出發(fā)培養(yǎng)學生動手實踐、獨立分析解決問題和創(chuàng)新的能力，加強學生團隊合作意識，為學生的發(fā)展奠定了基礎和提供了更廣闊的空間。

（二）促進了科研反哺教學，推動實驗教學改革創(chuàng)新

大型儀器設備應用于生物技術綜合實驗課程中，增加了老師對這些先進儀器設備的利用與掌握。老師可以將自身的研究和大型儀器設備的功能聯(lián)系起來，從自己的科研項目中不斷衍生出高水平的綜合實驗項目，并應用于實驗教學。這種以教學助力科研，而科研又反哺教學的良性循環(huán)，不但提高了教師實驗教學的積極性，更能夠促進教師發(fā)揮自身研究領域的優(yōu)勢，將學科前沿涉及到的多項先進、熱門的實驗技術引入實驗教學，推動實驗教學內容的不斷革新，使實驗教學水平更上新的臺階[27]。

四、改革的主要措施

如何合理有效使用大型儀器設備是實驗教學順利進行的前提，生物技術綜合實驗課程的設立對學生的培養(yǎng)符合國家對生物技術人才的要求，因此了解如何處理大型儀器設備在實驗教學中的使用極為重要。

（一）開放實驗室

目前學校學生人數(shù)多、課時有限，學生沒有充足的時間自己操作大型儀器設備，所以高?？梢詫Υ笮蛢x器設備實行開放，不受上下班時間限制，在課表安排以外的空余時間，學生可以根據自己的時間安排學習，提交申請，預約大型儀器設備的使用[28]。另外可以注重以信息化建設為基礎的管理建設，如：自動控制及遠程控制使得無人使用時自動節(jié)能運行的設備管理、校園一卡通的實行[29]。

（二）加強對教師和學生操作大型儀器設備的培訓

目前傳統(tǒng)的教學模式將教學重點放在了大型儀器設備的原理方面，學生從公式以及理論方面了解大型儀器設備的特點及用途，忽略了基本技能的培訓，致使學生無法加深對課程知識的理解。因此可以定期開展大型儀器設備的培訓講座，邀請儀器公司的精英作為嘉賓為學生講解相關儀器設備的用途和技術原理，提高學生對大型儀器設備的認識，為以后的實驗課程及科研提供技術支持[30]。還可以舉行大型儀器設備的培訓班，既可以加強學生們的能力及日常維護意識又可以提高儀器設備的利用率。

加強相關教師們對大型儀器設備使用與管理方面的培訓，提高教師們的儀器設備知識結構，加強其對儀器設備的管理及應用能力。同時建立互動交流平臺，方便教師和學生們進行交流溝通，加深彼此對課程知識和技能的理解。

五、結束語

實驗教學相比于理論教學對學生綜合能力和創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)有著不可替代的作用[31]。大型儀器設備作為高校不可或缺的教育資源，不但是高校從事實驗教學和科研的硬件保障，更是培養(yǎng)生物技術人才的重要條件。由于大型儀器設備專業(yè)性強、高校輕管理以及教學維護經費少等原因致使大型儀器設備在現(xiàn)實教學工作中使用率較低，不能充分發(fā)揮其教學功能。因此給學生提供更多的實驗時間和空間，有利于學生發(fā)展而且提高大型儀器設備的利用率，也激勵老師科研反哺教學，推動實驗教學改革創(chuàng)新。

參考文獻：

[1]陳曉玲，劉勝洪，梁佳勇.生物技術實驗教學與管理模式的實踐與探索[J].陜西教育（高教版），2009（05）：48-49.

[2]趙東旭，楊新芳，謝海燕，等.生物技術綜合實驗教改的探索[J]. 實驗科學與技術，2016（02）：138-141.

[3]Yan Shao G Y Y Z， Liu A Y. The Construction of Informatization for the Large-scale Instrument and Equipment Training[J]. International Conference on Electronic Information Technology and Intellectualization，2016.

[4]姜偉，韋珂.生物技術綜合實驗課教學和體會[J].科技資訊，2014（01）：171.

[5]杜婕，徐國強，趙運英，等.分子生物學實驗課程的教學改革與實踐[J].廣東化工，2016（05）：194-195.

[6]寇周明，戴建華.我校大型精密儀器設備管理模式探索[J].華南熱帶農業(yè)大學學報，2005（04）：93-95.

[7]吳坤，李存雄，趙君，等.高校大型精密儀器管理的幾點思考[J]. 廣州化工，2016（15）：219-220.

[8]楊巧妹.實驗室大型精密儀器設備共享管理系統(tǒng)的分析與設計[J].湖南科技學院學報，2011（04）：50-52.

[9]賈申利，楊帥.高校實驗室資源共享與人才培養(yǎng)的關系[J].實驗室研究與探索，2009（05）：14-15.

[10]劉嘉南，潘信吉.大型儀器設備開放共享的研究與探索[J].實驗室研究與探索，2009，28（3）.

[11]時曉麗.上海市高等院校大型設備使用效益研究[D].上海工程技術大學，2016.

[12]肖俊生，楊靜慧，張偉玉，等.高等農業(yè)院校大型儀器使用現(xiàn)狀調研分析[J].南方農業(yè)，2015（34）：74-77.

[13]張立全.淺談生物技術實驗室大型儀器管理和使用[J].實驗科學與技術，2013（06）：159-161.

[14]黃海波，李凡.高校大型儀器教學改革的探討——“掃描電子顯微分析”精品課程的建設[J].實驗室研究與探索，2011（11）：317-320.

[15]邢林華.高等院校大型儀器設備使用績效評價方法及應用研究[D].吉林大學，2009.

[16]陳國和，張紅琳.教學型高校實驗室儀器設備利用率計算方法[J].實驗室研究與探索，2010，9（11）.

[17]畢衛(wèi)民，王連之.構建多元化共享服務體系提高大型儀器設備使用效益[J].實驗室研究與探索，2010（06）：100-102.

[18]方松，趙紅萍.我國大型科學儀器設備共享研究初探——借鑒中國水產科學研究院大型科學儀器設備共享研究經驗[J].科技管理研究，2011（02）：39-41.

[19]任志波，馬秀娟，陳宏芳.基于多層次模糊綜合評價的高校大型儀器設備論證方法[J].實驗技術與管理，2015（04）：264-265.

[20]錢向榮，葛磊.淺談提高儀器設備使用效益的對策與措施[J]. 管理觀察，2008（17）：96-97.

[21]張小蒙，閻冰，何畔，等.高校大型儀器設備在教學中的應用探究[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2015（19）：4-7.

[22]羅剛，李云，凌冠華.高校大型儀器設備共享管理平臺建設[J]. 實驗技術與管理，2016（02）：230-233.

[23]李永秀.大型儀器在氣象類專業(yè)本科實踐教學中的應用[J].科技創(chuàng)新導報，2016（17）：144-146.

[24]李旭凱，郭杏妹，朱錫淼，等.本科實驗教學中大型儀器設備的應用實踐[J].實驗室研究與探索，2017（07）：296-298.

[25]劉彥強，王益民，張小蒙，等.大型儀器設備應用于實驗教學的管理方法研究[J].中國輕工教育，2014（02）：66-68.

[26]彭剛.高校大型精密儀器設備管理中存在的問題及對策研究——以四川A大學為例[D].四川師范大學，2012.

[27]李欣，趙玉紅，李小菊，等.生化實驗室大型儀器設備在綜合實驗中的應用[J].實驗技術與管理，2016（05）：252-256.

[28]遇麗，韓梅，蘇小東.大型儀器在應用技術型高等院校有機化學實驗中的應用研究[J].濟南職業(yè)學院學報，2016（05）：47-49.

[29]沈顯生.日本高校實驗教學的考察與啟示[J].實驗室研究與探索，2010，29（11）.

[30]簡利茹.關于高校開設大型儀器培訓課程的思考[J].高校實驗室工作研究，2014（4）：88-89.

[31]王皓，張磊，李艷.生物技術專業(yè)綜合實驗的設計與教學實踐[J].管理觀察，2015（29）：147-149.