本科實驗教學(xué)大型儀器設(shè)備應(yīng)用研究

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摘要:大型儀器設(shè)備是高校實驗教學(xué)中必不可少的硬件基礎(chǔ)，對于培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力、應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力起著非常重要的作用。本文以廣東石油化工學(xué)院的環(huán)境工程專業(yè)為例，對大型儀器設(shè)備在本科實驗教學(xué)中的使用情況進行調(diào)研，分析了大型儀器設(shè)備在實驗教學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)狀，并進一步提出了如何將大型儀器設(shè)備更好的服務(wù)本科實驗教學(xué)的一些建議和改進辦法。

關(guān)鍵詞:高校;環(huán)境工程專業(yè);大型儀器設(shè)備;實驗教學(xué)

近年來，隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，大型分析測試儀器設(shè)備因其具有技術(shù)先進、功能強大、數(shù)據(jù)處理快、自動化程度高等優(yōu)點，在食品、環(huán)境、化工、生物等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。因此，各大高等院校都在致力于加強培養(yǎng)大學(xué)生操作使用大型儀器設(shè)備的能力，這樣做的目的既能滿足企業(yè)用人單位對這類人才的需要，更是為大學(xué)生的就業(yè)增加了一條出路［1］。但是由于大型儀器設(shè)備價格非常昂貴、維護周期長、工作原理復(fù)雜、操作要求高以及高水平專業(yè)技術(shù)人員不多，直接導(dǎo)致大型儀器設(shè)備在高校本科實驗教學(xué)中的使用受到了很大的局限?，F(xiàn)在的使用率僅僅只能滿足讓學(xué)生掌握實驗課程中的相關(guān)理論知識，而不能讓每一位學(xué)生都能親自動手操作儀器［2－3］，更談不上熟練掌握操作使用乃至開展研究的能力。因此，提高大型儀器設(shè)備的使用率，特別是提高其在本科實驗教學(xué)中的利用率成為現(xiàn)今高校的重要研究課題之一。本文以廣東石油化工學(xué)院環(huán)境工程專業(yè)為背景，對大型儀器設(shè)備在高校本科實驗教學(xué)中的應(yīng)用進行了一定的探索和研究。

1背景介紹及現(xiàn)狀

廣東石油化工學(xué)院的環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)科是廣東省高水平理工科建設(shè)大學(xué)五大優(yōu)勢重點建設(shè)學(xué)科和四個碩士授權(quán)規(guī)劃建設(shè)學(xué)科之一。幾年前，由于資金、人員、場地等各種條件限制，廣東石油化工學(xué)院環(huán)境工程專業(yè)的本科實驗教學(xué)中仍然在使用那些型號老舊、穩(wěn)定性不高的小型、低端的分析測試設(shè)備。這些設(shè)備不僅已經(jīng)和教材上的現(xiàn)代先進的分析儀器技術(shù)嚴(yán)重脫節(jié)，更重要的是無法給學(xué)生提供實際意義上的實踐機會。近兩年學(xué)校積極引進高端人才，并投入了大量資金購買大型儀器設(shè)備、改擴建實驗室，現(xiàn)已擁有同位素質(zhì)譜儀、電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀、氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀、高效液相色譜質(zhì)譜質(zhì)譜聯(lián)用、離子色譜、核磁共振波譜儀等大型儀器40余臺(套)。這些設(shè)備不僅很大程度上滿足了科研的需要，更是有計劃的逐步推廣應(yīng)用于各專業(yè)本科實驗教學(xué)。例如，環(huán)境工程專業(yè)本科教學(xué)中的《環(huán)境監(jiān)測實驗》，就涉及到許多應(yīng)用在環(huán)境監(jiān)測方面的分析測試大型儀器設(shè)備。以前由于缺少大型儀器設(shè)備，在實驗課上老師只能以演示教學(xué)為主，學(xué)生們既沒有充分的時間也沒有更多的機會去親自動手操作儀器完成一系列的分析測試過程?？上攵?，面對老師布置的實驗任務(wù)學(xué)生們只能機械的完成和抄寫實驗報告。相比于傳統(tǒng)的有機化學(xué)、分析化學(xué)等基礎(chǔ)實驗，這樣的儀器分析實驗安排無法給予學(xué)生循序漸進的知識積累和適應(yīng)提高過程，而且被動的學(xué)習(xí)過程使學(xué)生對儀器分析這一部分失去了興趣和主動性，急需改革。

2大型儀器設(shè)備在本科實驗教學(xué)中面臨的問題及原因分析

大型儀器設(shè)備在本科實驗教學(xué)中面臨的問題主要表現(xiàn)在:大型儀器設(shè)備價格昂貴、數(shù)量少，運行維護周期長、成本高，本科實驗教學(xué)學(xué)時少且教學(xué)內(nèi)容復(fù)雜單一等方面:(1)大型儀器設(shè)備在本科實驗教學(xué)中的共享工作在我校仍處于起步階段。實行共享管理可以從根本上改善和提高大型儀器設(shè)備在本科教學(xué)中投入使用率［4－6］。廣東石油化工學(xué)院已經(jīng)制定了一系列大型儀器設(shè)備相關(guān)管理制度，例如《廣東石油化工學(xué)院大型儀器設(shè)備管理實施細則》等。但關(guān)于大型儀器設(shè)備與本科實驗教學(xué)這兩部份內(nèi)容相交叉的方面，還沒有政策和制度涉及到，暫時也沒有相應(yīng)的考核的指標(biāo)來進行監(jiān)督政策的實施。(2)實驗教學(xué)學(xué)時少且教學(xué)的內(nèi)容復(fù)雜形式單一。學(xué)生在有限的學(xué)時數(shù)內(nèi)，既要了解和掌握儀器結(jié)構(gòu)、試樣制備及結(jié)果分析方法又要熟練操作步驟并動手實驗，幾乎是不可能的。實驗課堂上學(xué)生只能機械、被動地按照老師設(shè)定好的實驗步驟完成相應(yīng)實驗內(nèi)容，缺少設(shè)計實驗方案和論證優(yōu)化實驗方法環(huán)節(jié)，課后的實驗報告也只是照搬書本或者實驗講義上的內(nèi)容，基本不用主動思考。這種傳統(tǒng)單一的實驗教學(xué)形式重結(jié)果，輕過程，無法達到培養(yǎng)學(xué)生獨立思考問題、解決問題能力的教學(xué)目的。(3)大型儀器設(shè)備價格昂貴、維修費用高、維護周期長。高校有限的經(jīng)費導(dǎo)致大型儀器設(shè)備數(shù)量有限，多數(shù)僅有一臺(套)。而且這些儀器設(shè)備本身就承擔(dān)了繁重的科研測試任務(wù)，科研和教學(xué)時間安排上容易造成沖突，客觀造成留給教學(xué)使用的時間相對較少。更重要的是大型儀器設(shè)備的結(jié)構(gòu)、原理、操作相對復(fù)雜，學(xué)生在實驗過程中極易因為操作的失誤導(dǎo)致儀器損壞，增加儀器損壞率、造成高額的維修費用，并且出現(xiàn)問題后多數(shù)需要等待廠家工程師上門維修導(dǎo)致維修周期也很漫長，這樣將會嚴(yán)重影響科研工作者的使用。因此一些大型儀器設(shè)備管理單位寧愿空置以降低維護成本，也不愿共享于本科實驗教學(xué)。

3在本科實驗教學(xué)中提高大型儀器設(shè)備使用率的建議

3．1加強設(shè)備管理方面的制度建設(shè)，完善獎懲措施，提高本科實驗教學(xué)投入使用率

學(xué)校按照需求將購置的大型儀器設(shè)備分配至使用部門，由使用部門與學(xué)校簽訂設(shè)備管理協(xié)議書。協(xié)議書內(nèi)容包括這臺大型儀器設(shè)備每年用于實驗教學(xué)的課時數(shù)、用于科研工作以及社會服務(wù)方面的使用標(biāo)準(zhǔn)、效益目標(biāo)，特別是要規(guī)定面向本科實驗教學(xué)開放的課時的量化指標(biāo)。每年進行一次考核，根據(jù)使用部門完成指標(biāo)的情況進行評分考評。對于考評等級優(yōu)秀的部門，學(xué)校應(yīng)從多方面進行獎勵，例如可以全額或按比例返還當(dāng)年的設(shè)備使用費用于使用部門對本科實驗教學(xué)開放上維護大型儀器設(shè)備的支出，可以在該部門的實驗室建設(shè)經(jīng)費立項上予以傾斜，可以給予申請購置新設(shè)備的優(yōu)先權(quán)，可以對工作突出的個人予以獎勵等等，這樣形成長效的良性循環(huán)。而對于考評等級無法達標(biāo)的使用部門，首先要找出無法達標(biāo)的原因，找出問題對癥下藥，找到責(zé)任人明確責(zé)任，其次可以收回并重新調(diào)整該部門管理使用的大型儀器設(shè)備。以最終的考評結(jié)果為導(dǎo)向，來提高大型儀器設(shè)備資源向本科實驗教學(xué)中的轉(zhuǎn)移調(diào)控力度，從學(xué)校規(guī)章制度層面上保證大型儀器設(shè)備在本科實驗教學(xué)上的投入使用率。

3．2只有讓學(xué)生學(xué)習(xí)更多大型儀器設(shè)備的原理，提高并掌握其操作使用技術(shù)，才能讓學(xué)生在以后的學(xué)習(xí)、工作中熟練地利用這些大型儀器設(shè)備進行科學(xué)研究或是為企業(yè)創(chuàng)造價值

(1)增加課時，調(diào)整涉及到大型儀器設(shè)備的實驗教學(xué)內(nèi)容安排，將實驗課安排與理論課內(nèi)容同步以豐富教學(xué)內(nèi)容形式。只有當(dāng)理論和實驗教學(xué)同步時，理論教學(xué)才能為實驗教學(xué)打基礎(chǔ)，而實驗教學(xué)則能夠促進理論教學(xué)的鞏固和深化。其次，增加實驗教學(xué)課時。在做好預(yù)習(xí)，學(xué)好相關(guān)理論知識的基礎(chǔ)上，使學(xué)生有充分的時間自己動手操作這些儀器設(shè)備，獨立完成包括制樣、上機分析及實驗結(jié)果處理這些過程，有利于提高學(xué)生的動手能力和激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。從去年開始，環(huán)境工程專業(yè)18級的《環(huán)境監(jiān)測實驗》的課時已經(jīng)由原來的8課時增加到12課時，教學(xué)效果已經(jīng)得到明顯改善。(2)結(jié)合實際需求和資源優(yōu)勢設(shè)計實驗內(nèi)容和準(zhǔn)備實驗講義。結(jié)合廣東石油化工學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)和茂名市經(jīng)濟與社會發(fā)展需求，同時考慮現(xiàn)有的實驗教學(xué)條件和學(xué)生基礎(chǔ)，及中國石化集團茂名石油化工有限公司與學(xué)校有長期合作的資源優(yōu)勢，有的放矢地設(shè)計實驗內(nèi)容和準(zhǔn)備實驗講義。例如我們在環(huán)境工程專業(yè)實驗教學(xué)中針對石油化工污染這個學(xué)生們感興趣的話題這樣設(shè)計了三個實驗項目:TOC測定儀測定油廠廢水中的總有機碳;氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀測定油廠污水處理裝置廢水中的有機物和X射線熒光光譜儀測定污泥中的元素含量。每個實驗4個學(xué)時，分組分批進行，每組8－10人。在實驗室進行授課，使用實地采集的樣品進行操作，老師在授課過程中隨時接受學(xué)生的提問并進行講解和演示，使學(xué)生能獨立完成實驗并更好地撰寫提交完整詳細的實驗報告。讓學(xué)生在熟練掌握大型儀器設(shè)備操作使用技術(shù)的同時還能體會到這些分析測試技術(shù)在實際生產(chǎn)生活中的應(yīng)用情況，能有效提高學(xué)生們的實踐能力、應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。(3)優(yōu)化課程設(shè)置，涉及大型儀器設(shè)備的實驗課程建議采用選課制。例如在大一，大二時，可以先開設(shè)講授現(xiàn)代先進的大型儀器設(shè)備工作原理的基礎(chǔ)理論課，讓感興趣的學(xué)生對這些設(shè)備的工作原理，機械構(gòu)造及其應(yīng)用等先有相應(yīng)的基本了解。從大三開始，學(xué)生已經(jīng)對自己感興趣的儀器設(shè)備有了基本了解，這時如果希望在這方面做更深入的研究，可根據(jù)自己的專業(yè)需求、愛好興趣和未來發(fā)展方向，在專業(yè)老師的指導(dǎo)下組成各類科研創(chuàng)新小組進行選修課程。專業(yè)老師在確定研究課題后，小組成員根據(jù)查閱的文獻資料，并在老師指導(dǎo)下自行設(shè)計實驗方案。實驗方案經(jīng)大型儀器設(shè)備管理人員認(rèn)可并嚴(yán)格培訓(xùn)后，即可上機操作，操作熟練之后學(xué)生可以獨立使用儀器設(shè)備開展研究。這樣的課程設(shè)置，為學(xué)生實踐能力、應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和提高創(chuàng)造了良好的條件和機會。

3．3提高大型儀器設(shè)備管理人員的專業(yè)技術(shù)水平并鼓勵直接參與本科實驗教學(xué)任務(wù)

設(shè)備管理人員本身據(jù)有較高的科研能力和技術(shù)水平，其技術(shù)水平的提高將使得大型儀器設(shè)備在運行過程中出現(xiàn)的問題能夠被迅速的排查、解決，能有效保障設(shè)備的正常運行并極大的降低維護成本。同時設(shè)備管理人員直接參與本科實驗教學(xué)任務(wù)，可以更好的教授設(shè)備的管理、應(yīng)用、故障排除及維修技術(shù)，還可以憑借他們對先進儀器設(shè)備、技術(shù)的了解與學(xué)生開展座談會、討論會等，以豐富的形式提高學(xué)生的實踐能力、應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。設(shè)備管理人員直接參與本科實驗教學(xué)任務(wù)或者作為帶隊老師指導(dǎo)學(xué)生參加大學(xué)生科技或技能競賽，對于那些參與教學(xué)過程并獲得高級別競賽成果的，可以適當(dāng)?shù)挠枰元剟?，鼓勵更多的設(shè)備管理人員參與大型儀器設(shè)備的共享開發(fā)，這樣還能極大的緩解實驗教學(xué)中教師人手不足的問題。

4結(jié)語

科教興國，高校科研工作一直是我們國家科研工作的重點。國家將有限的資金大量投入給各個高校用以購買大型儀器設(shè)備，我們就要最大化利用這些昂貴的大型儀器設(shè)備，因此大型儀器設(shè)備的開放共享機制以及應(yīng)用成為了高校研究中一個非常重要的課題，特別是其在本科實驗教學(xué)中的應(yīng)用受到越來越廣泛的重視。本文以廣東石油化工學(xué)院環(huán)境工程專業(yè)為背景，對本科實驗教學(xué)中大型儀器設(shè)備的使用率現(xiàn)狀及改革方向進行了一些初步的探討。通過對實驗教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式以及技術(shù)隊伍建設(shè)等方面的分析，提出了若干條提高大型儀器設(shè)備在本科教學(xué)中的投入及利用率的建議和措施。

參考文獻

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作者：詹彤 王儒珍 劉志森 李長剛 單位：廣東石油化工學(xué)院