提升研究生儀器設(shè)備操作能力探析
——以《材料現(xiàn)代研究方法》課程為例

＊侯小虎 白樸存 趙學(xué)平* 劉飛 張靜 宋銀敏

（1.內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué) 測試中心 內(nèi)蒙古 010051 2.內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院 內(nèi)蒙古 010051 3.內(nèi)蒙古建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 內(nèi)蒙古 010020）

隨著國家對(duì)科學(xué)研究重視程度的不斷提高，科學(xué)研究工作對(duì)于高校而言日趨重要?？茖W(xué)研究離不開各類先進(jìn)儀器設(shè)備，高校對(duì)科研儀器設(shè)備的資金投入也不斷增加。然而，隨著高校儀器數(shù)量的逐年增加，大型科研儀器使用過程中存在的諸多問題也逐漸浮現(xiàn)。如：各學(xué)科都能用到的通用型大型儀器設(shè)備分散在多個(gè)學(xué)院，導(dǎo)致出現(xiàn)了儀器使用效率降低、功能開發(fā)少、外部共享率低[1-3]等問題。此外，由于部分學(xué)院預(yù)算緊張，沒有專項(xiàng)資金對(duì)大型設(shè)備進(jìn)行維修，影響儀器的正常使用[4-5]。測試中心的建成，促進(jìn)了大型儀器的集中管理，提高了儀器的使用效率。測試中心利用現(xiàn)代化的先進(jìn)設(shè)備和儀器，通過設(shè)置專業(yè)化的人才培養(yǎng)模式，引進(jìn)具有專業(yè)水準(zhǔn)和綜合職業(yè)素養(yǎng)的專業(yè)化人才展開研究生培養(yǎng)工作。所制定的課程面向全校研究生開課。課程的開設(shè)主要是為了能夠使研究生掌握現(xiàn)代化的分析檢測方法，進(jìn)一步提高研究生的儀器操作能力。近些年，隨著研究生錄取數(shù)量的不斷增多，測試中心的工作量也在不斷增加。然而，由于測試中心專任儀器操作教師數(shù)量較少，仍然難以滿足科研人員日益增加的儀器測試要求，很多實(shí)驗(yàn)的實(shí)際測試工作往往需要研究生獨(dú)立完成。因此，測試中心通過直接培訓(xùn)研究生，讓其能夠熟練掌握儀器的使用方法，既提高了研究生操作大型儀器設(shè)備的能力，也解決了中心教師數(shù)量不足的問題。

當(dāng)前，對(duì)研究生實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作非常重視，國務(wù)院《關(guān)于深化關(guān)于教育改革全面推進(jìn)素質(zhì)教育的決定》文件中要求“加強(qiáng)課程的綜合性和實(shí)踐性，重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際操作能力”[6-7]。尤其是理工科研究生，掌握儀器的操作能力對(duì)后期科研工作的開展更加重要。目前，大部分高校給研究生開設(shè)了《材料現(xiàn)代分析方法》課程，旨在提高研究生科研實(shí)踐能力。隨著檢測技術(shù)的不斷發(fā)展，新理論和新技術(shù)不斷應(yīng)用在X射線衍射儀（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電子顯微鏡（TEM）等儀器設(shè)備上。目前該課程的授課方式大部分為PPT和板書，學(xué)生對(duì)儀器相關(guān)知識(shí)的理解不夠直觀，影響了儀器相關(guān)知識(shí)的理解和學(xué)習(xí)積極性的調(diào)動(dòng)，對(duì)研究生在科研工作中的儀器操作能力提升有限[8-9]，難以讓研究生第一時(shí)間解決工作中儀器相關(guān)的問題。通過將《材料現(xiàn)代分析方法》實(shí)踐課程安排在大型儀器相對(duì)集中的測試中心，可以有效提升研究生的儀器實(shí)踐操作能力和實(shí)驗(yàn)理論水平，為后續(xù)科研工作開展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[10]。本文結(jié)合儀器操作課程的實(shí)踐教學(xué)，針對(duì)測試中心如何有效提升研究生的儀器實(shí)踐操作能力進(jìn)行探討。

1.課程開發(fā)背景

為進(jìn)一步提高研究生的實(shí)踐動(dòng)手能力，儀器操作培訓(xùn)被越來越多的應(yīng)用在研究生培養(yǎng)當(dāng)中。為了能夠了解師生對(duì)儀器操作課程的需求情況，測試中心團(tuán)隊(duì)成員通過對(duì)8個(gè)學(xué)院860名研究生進(jìn)行調(diào)研，化工、材料、能動(dòng)三個(gè)學(xué)院的研究生對(duì)測試實(shí)踐培訓(xùn)具有較高的需求，90%的學(xué)生對(duì)于參加測試中心的科學(xué)儀器培訓(xùn)意愿強(qiáng)烈。據(jù)統(tǒng)計(jì)，測試中心每學(xué)年至少承擔(dān)600名研究生培訓(xùn)學(xué)習(xí)任務(wù)。

通過對(duì)860份研究生數(shù)據(jù)樣本調(diào)研，發(fā)現(xiàn)80%的研究生期望開展實(shí)踐活動(dòng)。他們認(rèn)為繼續(xù)攻讀碩士學(xué)位的原因與多方面因素有關(guān)，主要包括工作能力，社會(huì)實(shí)踐情況，校內(nèi)實(shí)踐方式，校外社會(huì)實(shí)踐安排等。一部分同學(xué)表示，希望能夠在校內(nèi)開展科研實(shí)踐活動(dòng)，加之部分學(xué)生需要在校內(nèi)完成碩士論文，因此對(duì)于學(xué)校的測試中心抱有非常高的期望值。與此同時(shí)，更多的學(xué)生表示，即使科學(xué)儀器實(shí)踐與碩士論文關(guān)系不大，他們依然希望能夠在測試中心進(jìn)行儀器操作相關(guān)培訓(xùn)，以提升自身能力。

同時(shí)，針對(duì)28份碩士研究生導(dǎo)師樣本進(jìn)行調(diào)研，導(dǎo)師是連接學(xué)校與學(xué)生之間的紐帶，導(dǎo)師既了解學(xué)校的教學(xué)資源設(shè)置，又掌握學(xué)生的對(duì)科研實(shí)踐的需求。因此通過導(dǎo)師的意見反饋，能夠更好地了解測試中心開展工作的意義和價(jià)值。通過對(duì)導(dǎo)師的深入調(diào)研，93%的導(dǎo)師希望學(xué)校能夠提供比較穩(wěn)定的校內(nèi)儀器操作實(shí)踐場所，進(jìn)行科學(xué)儀器設(shè)備使用方面知識(shí)的學(xué)習(xí)。

基于上述原因，為了解決研究生缺乏儀器操作實(shí)踐的問題，測試中心針對(duì)研究生全部開設(shè)課程《材料現(xiàn)代研究方法》，重構(gòu)課程體系，主動(dòng)開發(fā)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容。

2.提升研究生儀器設(shè)備操作能力實(shí)施路徑

(1)多渠道加強(qiáng)加大宣傳力度

在工科類高校中，儀器操作涉及的專業(yè)包括材料、化工、土木等專業(yè)的研究生。由于各個(gè)專業(yè)都是獨(dú)立的學(xué)院，學(xué)院中導(dǎo)師和研究生并不清楚測試中心儀器操作課程的培訓(xùn)內(nèi)容，因此，提前做好儀器操作培訓(xùn)課程的宣傳工作至關(guān)重要。通過建立測試中心公眾號(hào)和信息平臺(tái)[11]，針對(duì)培訓(xùn)內(nèi)容如培訓(xùn)儀器的型號(hào)、技術(shù)參數(shù)、培訓(xùn)內(nèi)容、開課時(shí)間等進(jìn)行有效宣傳。導(dǎo)師及研究生可根據(jù)各自科研方向有針對(duì)性的選擇相關(guān)儀器操作培訓(xùn)。此外，邀請儀器操作方面專家進(jìn)行技術(shù)講座，針對(duì)測試中心平臺(tái)的儀器種類、性能、應(yīng)用領(lǐng)域等方面開展培訓(xùn)。

(2)多方式合理設(shè)置授課時(shí)間

工科類高校中的大部分學(xué)科系統(tǒng)性和連貫性較強(qiáng)，雖然工學(xué)研究生在本科階段參與的科研實(shí)驗(yàn)不少，但對(duì)于大型精密儀器操作往往接觸較少。測試中心開發(fā)的儀器操作課是一門提升研究生實(shí)踐能力的課程。具備儀器設(shè)備的操作能力和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析能力是研究生開展后續(xù)科研實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)。研究生通過單純的設(shè)備操作培訓(xùn)，并不能獲得高質(zhì)量的測試結(jié)果。而高質(zhì)量的測試結(jié)果，既需要精準(zhǔn)的設(shè)備操作能力，更需要對(duì)儀器構(gòu)造、工作原理的深入認(rèn)知。因此，測試中心開發(fā)的儀器設(shè)備操作課程，要求研究生應(yīng)具備現(xiàn)代材料分析方法前導(dǎo)課程學(xué)習(xí)基礎(chǔ)。

(3)多元化共同制定培訓(xùn)計(jì)劃

隨著各個(gè)高校對(duì)科研實(shí)驗(yàn)工作的重視，實(shí)驗(yàn)序列引進(jìn)的人員學(xué)歷層次也逐漸提高。實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)儀器的教師大部分具有碩士或博士學(xué)位，研究生期間的儀器操作經(jīng)歷，為后期教學(xué)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。根據(jù)教師的科研背景和擅長的設(shè)備，分成不同的儀器小組，根據(jù)儀器特點(diǎn)制定合理的儀器培訓(xùn)計(jì)劃。在培訓(xùn)研究生前，測試中心組織教師每月1次集體備課，并邀請行業(yè)儀器設(shè)備測試專家根據(jù)儀器特點(diǎn)和科研課題制定儀器操作培訓(xùn)大綱，確定培訓(xùn)內(nèi)容，將《材料現(xiàn)代分析方法》理論課所學(xué)習(xí)的知識(shí)與儀器操作相結(jié)合，讓研究生明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，逐漸提高研究生的科研素養(yǎng)。

(4)多維度加強(qiáng)教師隊(duì)伍建設(shè)

要求負(fù)責(zé)培訓(xùn)學(xué)生的教師不僅能夠熟練操作科研儀器，熟悉該儀器在科研中的應(yīng)用，能夠根據(jù)測試樣品的情況，給學(xué)生較為專業(yè)的指導(dǎo)。此外，應(yīng)不斷提高培訓(xùn)教師的英語水平，為熟悉大型進(jìn)口儀器的操作界面和英文說明書打下基礎(chǔ)。

(5)多角度有效保證培訓(xùn)質(zhì)量

為了保證儀器培訓(xùn)質(zhì)量，培訓(xùn)采用小班授課，每班10人左右。小班上課能夠讓研究生有足夠的時(shí)間熟悉儀器原理，操作流程，還可以有足夠的時(shí)間與負(fù)責(zé)培訓(xùn)的教師溝通，教師能夠?qū)ρ芯可鷥x器操作中存在的問題給與指導(dǎo)[12]。大型儀器操作培訓(xùn)班可以根據(jù)學(xué)生的研究的方向進(jìn)行分類，例如：金屬材料班、高分子材料班等。學(xué)生在儀器培訓(xùn)操作時(shí)，教師可以針對(duì)性的培訓(xùn)，組長定期向教師匯報(bào)本小組研究生的學(xué)習(xí)情況。

(6)多方面創(chuàng)新儀器培訓(xùn)方法

儀器操作課為學(xué)生提高專業(yè)學(xué)習(xí)研究能力提供更多的硬件支持和條件保障，激發(fā)研究生的研究學(xué)習(xí)潛力，從而提高創(chuàng)新能力。然而，由于大型儀器設(shè)備數(shù)量少、學(xué)生數(shù)量多，難以開展大規(guī)模儀器實(shí)踐操作培訓(xùn)。因此，針對(duì)不能培訓(xùn)群體制定明確的培訓(xùn)計(jì)劃尤為重要。如在儀器操作培訓(xùn)初期，可以利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)[13]對(duì)研究生進(jìn)行樣品制備、噴金、儀器操作界面等方面的培訓(xùn)，可以達(dá)到較好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，并將有效突顯實(shí)驗(yàn)教學(xué)優(yōu)勢。教師根據(jù)教學(xué)大綱，并結(jié)合實(shí)際教學(xué)需求，最大程度地發(fā)揮虛擬仿真電鏡實(shí)驗(yàn)室資源優(yōu)勢，提升教學(xué)效果。以掃描電鏡虛擬仿真為例，通過模擬電鏡操作，結(jié)合現(xiàn)代材料分析方法課程內(nèi)容，使得學(xué)生深刻理解掃描電鏡成像原理、特點(diǎn)等知識(shí)，提高學(xué)生科研實(shí)踐能力。

圖1 研究生儀器操作培訓(xùn)流程圖

一是合理設(shè)置教學(xué)課程，提高學(xué)生實(shí)踐能力。首先在進(jìn)行課堂教學(xué)內(nèi)容設(shè)置時(shí)，必須要根據(jù)當(dāng)前社會(huì)及其學(xué)科發(fā)展的需求來進(jìn)行合理設(shè)置。因此在教學(xué)過程中必須結(jié)合科研實(shí)際需求，將理論知識(shí)與實(shí)踐緊密結(jié)合。突出課程的教學(xué)重點(diǎn)，不斷優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，以此來提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。如在進(jìn)行X射線衍射儀操作時(shí)，可提前講解晶體結(jié)構(gòu)分析。這種調(diào)整方式能夠把抽象乏味的公式具體化，與其專業(yè)知識(shí)進(jìn)行有機(jī)融合。提高學(xué)生的發(fā)散思維，突破思維局限性，與教學(xué)內(nèi)容充分聯(lián)系。其次利用信息化教學(xué)資源，使學(xué)生只管掌握相關(guān)儀器設(shè)備的工作原理以及操作方法，并將課程內(nèi)容上傳至網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，便于學(xué)生反復(fù)學(xué)習(xí)。

二是促進(jìn)學(xué)術(shù)交流，提高教學(xué)能力。由于儀器操作培訓(xùn)涉及的各學(xué)科內(nèi)容比較廣泛，并且儀器操作培訓(xùn)對(duì)象為研究生。因此擔(dān)任教學(xué)的教師必須具有較強(qiáng)的專業(yè)水準(zhǔn)，以及良好的綜合職業(yè)素養(yǎng)。為了能夠更好地開展教學(xué)工作，學(xué)校應(yīng)該定期組織教師進(jìn)行學(xué)術(shù)交流，參加相關(guān)的講座，使其能夠了解最前沿的科學(xué)技術(shù)知識(shí)。便于更好地對(duì)學(xué)生進(jìn)行更加專業(yè)的教學(xué)，進(jìn)一步提高研究生的實(shí)踐能力。

3.結(jié)語

我們以測試中心為實(shí)驗(yàn)操作基地開展了《現(xiàn)代材料分析方法》實(shí)踐課程，探索了實(shí)踐教學(xué)改革在提高儀器利用率、提高研究生科研儀器操作能力和指導(dǎo)人才培養(yǎng)等方面發(fā)揮的作用。目前測試中心等儀器公共服務(wù)平臺(tái)發(fā)展迅速，通過測試中心構(gòu)建研究生儀器操作培訓(xùn)體系，在培訓(xùn)內(nèi)容和培訓(xùn)制度方面還需要在實(shí)踐中不斷優(yōu)化和完善，探索新的儀器培訓(xùn)模式。通過提出測試中心開發(fā)實(shí)踐課程提升研究生科研能力的思路與措施，實(shí)現(xiàn)了《現(xiàn)代材料分析方法》實(shí)踐課程的設(shè)計(jì)與實(shí)踐，驗(yàn)證了測試中心實(shí)踐課在提升研究生科研能力方面發(fā)揮的重要作用，為后續(xù)更系統(tǒng)化進(jìn)行研究生教育培養(yǎng)探索打下了良好基礎(chǔ)。研究生經(jīng)過儀器操作實(shí)踐培訓(xùn)后，均能夠自主操作各類儀器，獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合科研要求。此外，參加儀器操作培訓(xùn)的研究生也會(huì)將培訓(xùn)中遇到的問題及時(shí)反饋給培訓(xùn)人員，培訓(xùn)人員根據(jù)反饋及時(shí)調(diào)整培訓(xùn)內(nèi)容，以達(dá)到良好的培訓(xùn)效果。希望本研究為測試中心有效開展《現(xiàn)代材料分析方法》實(shí)踐課程，提升研究生的科研能力提供新的探索和思考。