本科實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)教學(xué)中必不可少的硬件基礎(chǔ)，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)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(duì)大型儀器設(shè)備在本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的使用情況進(jìn)行調(diào)研，分析了大型儀器設(shè)備在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)狀，并進(jìn)一步提出了如何將大型儀器設(shè)備更好的服務(wù)本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一些建議和改進(jìn)辦法。

關(guān)鍵詞:高校;環(huán)境工程專業(yè);大型儀器設(shè)備;實(shí)驗(yàn)教學(xué)

近年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，大型分析測(cè)試儀器設(shè)備因其具有技術(shù)先進(jìn)、功能強(qiáng)大、數(shù)據(jù)處理快、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，在食品、環(huán)境、化工、生物等領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。因此，各大高等院校都在致力于加強(qiáng)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(duì)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(jià)格非常昂貴、維護(hù)周期長(zhǎng)、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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)課程中的相關(guān)理論知識(shí)，而不能讓每一位學(xué)生都能親自動(dòng)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(shí)驗(yàn)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(duì)大型儀器設(shè)備在高校本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)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(shì)重點(diǎn)建設(shè)學(xué)科和四個(gè)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(chǎng)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(shí)驗(yàn)教學(xué)中仍然在使用那些型號(hào)老舊、穩(wěn)定性不高的小型、低端的分析測(cè)試設(shè)備。這些設(shè)備不僅已經(jīng)和教材上的現(xiàn)代先進(jìn)的分析儀器技術(shù)嚴(yán)重脫節(jié)，更重要的是無(wú)法給學(xué)生提供實(shí)際意義上的實(shí)踐機(jī)會(huì)。近兩年學(xué)校積極引進(jìn)高端人才，并投入了大量資金購(gòu)買大型儀器設(shè)備、改擴(kuò)建實(shí)驗(yàn)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(tái)(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(jì)劃的逐步推廣應(yīng)用于各專業(yè)本科實(shí)驗(yàn)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(cè)實(shí)驗(yàn)》，就涉及到許多應(yīng)用在環(huán)境監(jiān)測(cè)方面的分析測(cè)試大型儀器設(shè)備。以前由于缺少大型儀器設(shè)備，在實(shí)驗(yàn)課上老師只能以演示教學(xué)為主，學(xué)生們既沒(méi)有充分的時(shí)間也沒(méi)有更多的機(jī)會(huì)去親自動(dòng)手操作儀器完成一系列的分析測(cè)試過(guò)程?？上攵鎸?duì)老師布置的實(shí)驗(yàn)任務(wù)學(xué)生們只能機(jī)械的完成和抄寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。相比于傳統(tǒng)的有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)等基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，這樣的儀器分析實(shí)驗(yàn)安排無(wú)法給予學(xué)生循序漸進(jìn)的知識(shí)積累和適應(yīng)提高過(guò)程，而且被動(dòng)的學(xué)習(xí)過(guò)程使學(xué)生對(duì)儀器分析這一部分失去了興趣和主動(dòng)性，急需改革。

2大型儀器設(shè)備在本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)中面臨的問(wèn)題及原因分析

大型儀器設(shè)備在本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)中面臨的問(wèn)題主要表現(xiàn)在:大型儀器設(shè)備價(jià)格昂貴、數(shù)量少，運(yùn)行維護(hù)周期長(zhǎng)、成本高，本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)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(shí)驗(yàn)教學(xué)中的共享工作在我校仍處于起步階段。實(shí)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(shí)施細(xì)則》等。但關(guān)于大型儀器設(shè)備與本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)這兩部份內(nèi)容相交叉的方面，還沒(méi)有政策和制度涉及到，暫時(shí)也沒(méi)有相應(yīng)的考核的指標(biāo)來(lái)進(jìn)行監(jiān)督政策的實(shí)施。(2)實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)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(shí)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(dòng)手實(shí)驗(yàn)，幾乎是不可能的。實(shí)驗(yàn)課堂上學(xué)生只能機(jī)械、被動(dòng)地按照老師設(shè)定好的實(shí)驗(yàn)步驟完成相應(yīng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，缺少設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案和論證優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方法環(huán)節(jié)，課后的實(shí)驗(yàn)報(bào)告也只是照搬書本或者實(shí)驗(yàn)講義上的內(nèi)容，基本不用主動(dòng)思考。這種傳統(tǒng)單一的實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式重結(jié)果，輕過(guò)程，無(wú)法達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考問(wèn)題、解決問(wèn)題能力的教學(xué)目的。(3)大型儀器設(shè)備價(jià)格昂貴、維修費(fèi)用高、維護(hù)周期長(zhǎng)。高校有限的經(jīng)費(fèi)導(dǎo)致大型儀器設(shè)備數(shù)量有限，多數(shù)僅有一臺(tái)(套)。而且這些儀器設(shè)備本身就承擔(dān)了繁重的科研測(cè)試任務(wù)，科研和教學(xué)時(shí)間安排上容易造成沖突，客觀造成留給教學(xué)使用的時(shí)間相對(duì)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(duì)復(fù)雜，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中極易因?yàn)椴僮鞯氖д`導(dǎo)致儀器損壞，增加儀器損壞率、造成高額的維修費(fèi)用，并且出現(xiàn)問(wèn)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(zhǎng)，這樣將會(huì)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(hù)成本，也不愿共享于本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

3在本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)中提高大型儀器設(shè)備使用率的建議

3．1加強(qiáng)設(shè)備管理方面的制度建設(shè)，完善獎(jiǎng)懲措施，提高本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)投入使用率

學(xué)校按照需求將購(gòu)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(tái)大型儀器設(shè)備每年用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的課時(shí)數(shù)、用于科研工作以及社會(huì)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(shí)驗(yàn)教學(xué)開放的課時(shí)的量化指標(biāo)。每年進(jìn)行一次考核，根據(jù)使用部門完成指標(biāo)的情況進(jìn)行評(píng)分考評(píng)。對(duì)于考評(píng)等級(jí)優(yōu)秀的部門，學(xué)校應(yīng)從多方面進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)，例如可以全額或按比例返還當(dāng)年的設(shè)備使用費(fèi)用于使用部門對(duì)本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)開放上維護(hù)大型儀器設(shè)備的支出，可以在該部門的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)經(jīng)費(fèi)立項(xiàng)上予以傾斜，可以給予申請(qǐng)購(gòu)置新設(shè)備的優(yōu)先權(quán)，可以對(duì)工作突出的個(gè)人予以獎(jiǎng)勵(lì)等等，這樣形成長(zhǎng)效的良性循環(huán)。而對(duì)于考評(píng)等級(jí)無(wú)法達(dá)標(biāo)的使用部門，首先要找出無(wú)法達(dá)標(biāo)的原因，找出問(wèn)題對(duì)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(píng)結(jié)果為導(dǎo)向，來(lái)提高大型儀器設(shè)備資源向本科實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(jìn)行科學(xué)研究或是為企業(yè)創(chuàng)造價(jià)值

(1)增加課時(shí)，調(diào)整涉及到大型儀器設(shè)備的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容安排，將實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)教學(xué)同步時(shí)，理論教學(xué)才能為實(shí)驗(yàn)教學(xué)打基礎(chǔ)，而實(shí)驗(yàn)教學(xué)則能夠促進(jìn)理論教學(xué)的鞏固和深化。其次，增加實(shí)驗(yàn)教學(xué)課時(shí)。在做好預(yù)習(xí)，學(xué)好相關(guān)理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，使學(xué)生有充分的時(shí)間自己動(dòng)手操作這些儀器設(shè)備，獨(dú)立完成包括制樣、上機(jī)分析及實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理這些過(guò)程，有利于提高學(xué)生的動(dòng)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(jí)的《環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)》的課時(shí)已經(jīng)由原來(lái)的8課時(shí)增加到12課時(shí)，教學(xué)效果已經(jīng)得到明顯改善。(2)結(jié)合實(shí)際需求和資源優(yōu)勢(shì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)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(jì)與社會(huì)發(fā)展需求，同時(shí)考慮現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件和學(xué)生基礎(chǔ)，及中國(guó)石化集團(tuán)茂名石油化工有限公司與學(xué)校有長(zhǎng)期合作的資源優(yōu)勢(shì)，有的放矢地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)講義。例如我們?cè)诃h(huán)境工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中針對(duì)石油化工污染這個(gè)學(xué)生們感興趣的話題這樣設(shè)計(jì)了三個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目:TOC測(cè)定儀測(cè)定油廠廢水中的總有機(jī)碳;氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀測(cè)定油廠污水處理裝置廢水中的有機(jī)物和X射線熒光光譜儀測(cè)定污泥中的元素含量。每個(gè)實(shí)驗(yàn)4個(gè)學(xué)時(shí)，分組分批進(jìn)行，每組8－10人。在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行授課，使用實(shí)地采集的樣品進(jìn)行操作，老師在授課過(guò)程中隨時(shí)接受學(xué)生的提問(wèn)并進(jìn)行講解和演示，使學(xué)生能獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)并更好地撰寫提交完整詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)報(bào)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(shí)還能體會(huì)到這些分析測(cè)試技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)生活中的應(yīng)用情況，能有效提高學(xué)生們的實(shí)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(shí)驗(yàn)課程建議采用選課制。例如在大一，大二時(shí)，可以先開設(shè)講授現(xiàn)代先進(jìn)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(duì)這些設(shè)備的工作原理，機(jī)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(duì)自己感興趣的儀器設(shè)備有了基本了解，這時(shí)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(lái)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(jìn)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(xiàn)資料，并在老師指導(dǎo)下自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。實(shí)驗(yàn)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(jī)操作，操作熟練之后學(xué)生可以獨(dú)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(shí)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(jī)會(huì)。

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(lì)直接參與本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)

設(shè)備管理人員本身?yè)?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(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題能夠被迅速的排查、解決，能有效保障設(shè)備的正常運(yùn)行并極大的降低維護(hù)成本。同時(shí)設(shè)備管理人員直接參與本科實(shí)驗(yàn)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(duì)先進(jìn)儀器設(shè)備、技術(shù)的了解與學(xué)生開展座談會(huì)、討論會(huì)等，以豐富的形式提高學(xué)生的實(shí)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(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)或者作為帶隊(duì)老師指導(dǎo)學(xué)生參加大學(xué)生科技或技能競(jìng)賽，對(duì)于那些參與教學(xué)過(guò)程并獲得高級(jí)別競(jìng)賽成果的，可以適當(dāng)?shù)挠枰元?jiǎng)勵(lì)，鼓勵(lì)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(shí)驗(yàn)教學(xué)中教師人手不足的問(wèn)題。

4結(jié)語(yǔ)

科教興國(guó)，高?？蒲泄ぷ饕恢笔俏覀儑?guó)家科研工作的重點(diǎn)。國(guó)家將有限的資金大量投入給各個(gè)高校用以購(gòu)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(jī)制以及應(yīng)用成為了高校研究中一個(gè)非常重要的課題，特別是其在本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用受到越來(lái)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(duì)本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)中大型儀器設(shè)備的使用率現(xiàn)狀及改革方向進(jìn)行了一些初步的探討。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式以及技術(shù)隊(duì)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。

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作者：詹彤 王儒珍 劉志森 李長(zhǎng)剛 單位：廣東石油化工學(xué)院