理工科研究生大型分析儀器實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的探索*

錢 剛，張競(jìng)成，章天賜，張 強(qiáng)

(合肥工業(yè)大學(xué)分析測(cè)試中心，安徽 合肥 230009)

大型分析儀器在高水平的學(xué)術(shù)研究、重大科研成果的突破以及學(xué)科前沿知識(shí)的發(fā)展中都起著關(guān)鍵技術(shù)支撐作用，能否熟練運(yùn)用大型分析儀器分析解決科學(xué)研究中遇到的問題是體現(xiàn)理工科高水平研發(fā)人員科研素質(zhì)和創(chuàng)新意識(shí)的一個(gè)重要標(biāo)志[1-2]。高等學(xué)校是培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型研發(fā)人才的重要基地。大型分析儀器是高校的優(yōu)質(zhì)資源，是進(jìn)行高水準(zhǔn)科學(xué)研究和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要硬件基礎(chǔ)，也是高校科研水平和辦學(xué)實(shí)力的重要標(biāo)志[3-4]。近年隨著辦學(xué)條件的改善，高校大型分析儀器的數(shù)量和質(zhì)量都有了極大提升，對(duì)高?？蒲兴降奶岣吆屠砉た蒲芯可蒲兴刭|(zhì)的培養(yǎng)都發(fā)揮了巨大推動(dòng)作用[5-6]。高校大型分析儀器一般都在二級(jí)單位分析測(cè)試中心集中管理。分析測(cè)試中心作為校級(jí)大型分析儀器共享測(cè)試平臺(tái)，只有在高水平研究性人才的培養(yǎng)方面積極發(fā)揮作用，才能有更廣闊的發(fā)展前景。雖然目前很多高校分析測(cè)試中心都承擔(dān)了理工科研究生分析測(cè)試方法相關(guān)課程的理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作，并為理工科研究生進(jìn)行科學(xué)研究和完成學(xué)位論文進(jìn)行了大量的分析測(cè)試工作，但是在大型分析儀器的使用上仍然普遍存在重科研、輕教學(xué)的現(xiàn)象，大型分析儀器在人才培養(yǎng)方面的功能還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有得到充分發(fā)揮[7-9]。培養(yǎng)理工科相關(guān)專業(yè)研究生運(yùn)用大型分析儀器分析解決科學(xué)研究過程中遇到問題的能力，是培養(yǎng)其科研素質(zhì)和創(chuàng)新意識(shí)的基礎(chǔ)[10-11]。因此如何充分發(fā)揮大型分析儀器的人才培養(yǎng)功能是高校理工科研究生實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的重要研究課題，也是高校分析測(cè)試中心進(jìn)一步發(fā)展過程中面臨的重要問題。

1 目前大型分析儀器實(shí)驗(yàn)教學(xué)面臨的主要問題

大部分高校分析測(cè)試中心都聯(lián)合相關(guān)學(xué)院在理工科研究生中開設(shè)了大型分析儀器相關(guān)的理論和實(shí)驗(yàn)課程，如《材料分析測(cè)試方法》、《儀器分析》等，但是重視大型分析儀器的科學(xué)研究功能，對(duì)其人才培養(yǎng)功能的開發(fā)不夠關(guān)注和重視的問題仍然普遍存在。目前大型分析儀器用于理工科專業(yè)研究生的培養(yǎng)主要存在以下問題：

(1)大型分析儀器在高校中屬稀缺資源，數(shù)量較少，大部分儀器還承擔(dān)著相當(dāng)繁重的校內(nèi)科研工作和校外社會(huì)服務(wù)工作，提高大型分析儀器實(shí)驗(yàn)教學(xué)用時(shí)占比會(huì)擠占科學(xué)研究用時(shí)比重，影響科研工作的正常開展，因此在安排大型分析儀器實(shí)驗(yàn)課程時(shí)，時(shí)間成本是必須要考慮的重要方面。

(2)大型分析儀器實(shí)驗(yàn)課程由于儀器臺(tái)套數(shù)有限，學(xué)生人數(shù)多，上機(jī)課時(shí)少，課程教學(xué)實(shí)際開展過程中多以教師課堂講授儀器原理和操作方法為主，輔以教師現(xiàn)場(chǎng)操作演示，學(xué)生觀摩。較少的上機(jī)課時(shí)無法做到讓每個(gè)學(xué)生都實(shí)際上機(jī)操作，絕大多數(shù)學(xué)生只能做到走馬觀花式參觀一下。

(3)高校大型分析儀器實(shí)驗(yàn)課程上機(jī)實(shí)驗(yàn)一般仍采用傳統(tǒng)的分小組循環(huán)實(shí)驗(yàn)的方式進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一老套，缺乏創(chuàng)新性、研究性和前沿學(xué)術(shù)性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，缺少對(duì)理工科研究生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的訓(xùn)練，無法提升研究生對(duì)大型分析儀器實(shí)驗(yàn)課程的興趣。

(4)大型分析儀器大多為國外進(jìn)口設(shè)備，價(jià)格昂貴且運(yùn)行維護(hù)成本較高。大部分理工科研究生缺乏足夠的理論基礎(chǔ)和專業(yè)的操作培訓(xùn)，自主上機(jī)操作容易增加大型分析儀器的故障率，從而增加大型分析儀器維修維護(hù)成本，而且一旦儀器出現(xiàn)故障，較長的維修周期也會(huì)耽誤科研工作的開展。因此大部分高校理工科研究生能夠獨(dú)立操作大型分析儀器的機(jī)會(huì)非常有限。

(5)高校分析測(cè)試中心作為大型分析儀器共享測(cè)試平臺(tái)不屬于教學(xué)單位，開設(shè)實(shí)驗(yàn)課程需層層審批，難度較大。管理大型分析儀器的實(shí)驗(yàn)教師崗位職責(zé)以分析測(cè)試和儀器維護(hù)保養(yǎng)工作為主，繁重的分析測(cè)試任務(wù)以及缺乏科學(xué)有效的激勵(lì)機(jī)制導(dǎo)致儀器管理教師開設(shè)大型分析儀器實(shí)驗(yàn)課程以及改革課程內(nèi)容的積極性不高。

2 多層次大型分析儀器實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革舉措

將大型分析儀器實(shí)驗(yàn)課程引入理工科研究生培養(yǎng)常態(tài)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)，研究生在獲取儀器分析理論知識(shí)的同時(shí)又能掌握大型分析儀器的實(shí)際操作技能，進(jìn)而為開展更高層次的科學(xué)研究奠定基礎(chǔ)。理工科研究生大部分具有一定的儀器分析理論和實(shí)踐基礎(chǔ)，進(jìn)入課題研究階段對(duì)大型分析儀器的需求也非常迫切。大型分析儀器實(shí)驗(yàn)課程實(shí)際開展過程中可以根據(jù)每個(gè)研究生的理論基礎(chǔ)參差不齊以及研究課題的不同，采用因人施教、自主操作培訓(xùn)的方式開展教學(xué)。具體可采取如下多層次的教學(xué)改革措施以提高大型分析儀器實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)效果。

2.1 優(yōu)化大型分析儀器使用效率

目前各高校分析測(cè)試中心使用率較高的大型分析儀器都是新舊或者高低中檔搭配使用。大型分析儀器實(shí)驗(yàn)課程前期的理論知識(shí)講授和現(xiàn)場(chǎng)操作培訓(xùn)可以在相對(duì)較舊或者較低檔的儀器上開展，待研究生對(duì)儀器原理構(gòu)造、操作流程熟練后可進(jìn)一步在較先進(jìn)的儀器上開展更高層次的操作培訓(xùn)；此外從學(xué)校層面出臺(tái)激勵(lì)機(jī)制督促儀器管理教師盡量在保障儀器科研用時(shí)之余更多地開展上機(jī)實(shí)驗(yàn)課程。合理安排大型分析儀器實(shí)驗(yàn)教學(xué)與科學(xué)研究用時(shí)比重，這樣也有利于降低性能較先進(jìn)儀器的故障率以及保證熱門儀器的科研用時(shí)，從而大大提高分析測(cè)試中心大型分析儀器的整體使用效率。

2.2 開設(shè)大型分析儀器相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程

面向理工科研究生開設(shè)儀器分析專業(yè)必修課如《材料分析測(cè)試方法》、《儀器分析》等，講授大型分析儀器的基礎(chǔ)理論并培訓(xùn)基本的儀器操作技能。面向?qū)x器分析感興趣的研究生開設(shè)專業(yè)選修課如《現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)》、《分析測(cè)試技術(shù)與儀器》等，介紹先進(jìn)大型分析儀器的發(fā)展歷程，最新分析儀器的構(gòu)造、用途及操作等內(nèi)容，目的是讓研究生開闊視野、掌握儀器分析學(xué)科發(fā)展前沿知識(shí)，了解先進(jìn)分析儀器的高級(jí)應(yīng)用，為更高層次科學(xué)研究的開展奠定基礎(chǔ)。

2.3 改革大型分析儀器實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式和考核方式

利用先進(jìn)分析技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改造，讓實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更加貼近科研實(shí)際，開發(fā)具有研究性和創(chuàng)新性的綜合性實(shí)驗(yàn)，使儀器操作培訓(xùn)與學(xué)科前沿知識(shí)有機(jī)銜接起來，提升理工科研究生對(duì)大型分析儀器實(shí)驗(yàn)課程的興趣，從而取得更好的教學(xué)效果。同時(shí)采用輪轉(zhuǎn)制、小批量、小組化的上機(jī)操作教學(xué)模式，每組完成各自實(shí)驗(yàn)后，與其他小組互換，保證每位學(xué)生都有足夠的上機(jī)操作時(shí)間。此外，為提高研究生對(duì)大型分析儀器實(shí)驗(yàn)課程重視程度，需要改變以往完全按照實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行評(píng)價(jià)的課程考核方式，考核內(nèi)容包括出勤情況、操作考核、實(shí)驗(yàn)效果和實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫，對(duì)應(yīng)的考核成績分別占總成績的10%、30%、30%和30%。

2.4 開展大型分析儀器相關(guān)講座和自主操作培訓(xùn)

以分析測(cè)試中心為主體定期開展各種大型分析儀器相關(guān)講座，讓研究生獲得課題所需或者感興趣的大型分析儀器的原理結(jié)構(gòu)、功能和用途以及數(shù)據(jù)分析等相關(guān)知識(shí)。定期舉行大型分析儀器自主操作培訓(xùn)，內(nèi)容包括儀器基礎(chǔ)理論及應(yīng)用講解、基本的操作與維護(hù)及具體的實(shí)踐操作。理工科研究生可以根據(jù)研究課題需要和自己的興趣自行申請(qǐng)，儀器管理教師根據(jù)申請(qǐng)學(xué)生數(shù)量、儀器工作情況安排培訓(xùn)時(shí)間和培訓(xùn)內(nèi)容。所有研究生經(jīng)培訓(xùn)后均需進(jìn)行嚴(yán)格的理論和實(shí)操考試，考試合格者頒發(fā)相應(yīng)儀器的自主測(cè)試上崗證書。分析測(cè)試中心大型分析儀器實(shí)行開放共享的管理模式，持有自主測(cè)試上崗證的研究生可在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)自主上機(jī)測(cè)試。自主測(cè)試的開展可以有效利用周末和晚間時(shí)間，從而有效延長大型分析儀器的使用機(jī)時(shí)并減輕儀器管理教師的工作量，極大提高大型分析儀器的使用效率，同時(shí)增強(qiáng)了研究生的科研實(shí)操能力。

2.5 開展大型分析儀器高級(jí)應(yīng)用培訓(xùn)

聘請(qǐng)大型分析儀器領(lǐng)域資深學(xué)者以及儀器廠家高級(jí)應(yīng)用工程師等，以專題講座的形式結(jié)合實(shí)際研究案例闡述大型分析儀器各單元的構(gòu)造和功能以及儀器最新發(fā)展的高級(jí)應(yīng)用和擴(kuò)展功能。主講老師結(jié)合自身儀器分析專業(yè)知識(shí)和科研實(shí)踐過程中面臨的具體測(cè)試問題進(jìn)行詳細(xì)透徹的解析，這可大大提高理工科研究生對(duì)儀器基礎(chǔ)理論的理解，不斷拓寬研究生的視野，了解儀器分析學(xué)科前沿動(dòng)向，為將來進(jìn)行高層次的科學(xué)研究奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.6 強(qiáng)化儀器管理人員專業(yè)素質(zhì)

高素質(zhì)的師資力量是延長大型分析儀器使用壽命并發(fā)揮其最大使用效益的前提，也是保障高水準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵。高校分析測(cè)試中心需要對(duì)師資隊(duì)伍制定合理的繼續(xù)培訓(xùn)計(jì)劃，積極安排儀器管理教師參加儀器廠商組織的基礎(chǔ)理論培訓(xùn)以及高級(jí)應(yīng)用培訓(xùn)，積極參加高水平的學(xué)術(shù)研討和技術(shù)交流活動(dòng)，大力促進(jìn)儀器管理教師工作能力和業(yè)務(wù)能力的提升。

3 結(jié) 語

多層次的大型分析儀器實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)模式彌補(bǔ)了單一教學(xué)模式的不足，提升儀器分析實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)質(zhì)量，研究生對(duì)大型分析儀器的原理構(gòu)造、性能及應(yīng)用等知識(shí)有了更深刻的理解，掌握了大型分析儀器的操作技能，提高了科研實(shí)操能力和創(chuàng)新意識(shí)。通過整合分析測(cè)試中心的大型分析儀器資源并將其合理有效地引入理工科研究生的培養(yǎng)計(jì)劃中，為研究生后續(xù)研究課題的開展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，充分體現(xiàn)了高校分析測(cè)試中心在培養(yǎng)研究型、應(yīng)用型、綜合型人才方面的重要作用。