基于高校大型仪器设备开展实验教学的探索实践研究

俞有幸+毕晓昉+郝维昌

摘要：大型仪器设备是高校教学和科研的宝贵资源，合理有效地利用高校大型仪器设备资源开展本科实验教学工作是培养学生综合能力的重要环节，也是提高高校大型仪器设备利用效率的重要途径。一直以来，大型仪器设备由于台套数不够，限制了基于大型仪器设备开展本科实验教学的工作。启发创新思维、提出可行方案、突破台套数限制，是当前实现基于大型仪器设备开展本科实验教学的关键。

关键词：透射；教学；实验

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）46-0263-02

一、引言

随着国家对教育和科研的持续投入，大型仪器设备在各个高校的普及率越来越高。据不完全统计，全国范围内50万以上的大型仪器设备中，有40%分布在高校中[1]。2015年初国务院发布的《关于国家重大科研基础设施和大型科研仪器向社会开放的意见》中明确指出，提高高校大型科研仪器的开放程度，进一步提高科技资源利用效率是当前的重要任务。大型仪器设备面向本科实验教学开放，是提高大型仪器设备资源利用率的有效途径之一。一直以来，大型仪器设备由于价格昂贵、设备精密、操作复杂、科研任务繁重等种种原因，仅能承担部分研究生实验教学，真正面向本科实验教学开放的力度普遍不够。

二、基于高校大型仪器设备开展本-研一体化实验教学的指导思想

“本-研一体化”是近年来国内外高校实验教学改革的主要发展趋势，通过实验教学资源的有机整合，将本、研两种教学模式优势互补，充分挖掘学生的创新意识，培养符合时代需要的创新型人才，满足国家未来发展对知识和技术创新型人才的战略需求[2]。本-研一体化实验教学的核心并不是简单地让本科生和研究生共享实验资源、共同参与教学，而是将“研究型”、“创新型”、“个性化”教学理念贯彻到实验学员选择、实验课程设置、实验内容选择、实验知识讲授、实验能力训练、实验结果分析、学习效果测评到课程结束后的延续学习等各个环节中的全新教学模式，是教学模式的本质创新，旨在鼓励对科研感兴趣的本科学生提前接触科研，培养本科学生的创新意识和实践能力，同时提升研究生的科研能力和科学素养。

大型仪器设备往往承载了研究和开发的先进理念，同时也是先进制造和分析技术的集中体现[3]。将“本-研一体化”实验教学模式与高校大型仪器设备有机结合，不仅更能体现“研究型”、“创新型”本-研一体化实验教学的优势，而且还能弥补大型仪器设备台套数方面的不足，为进一步提升高校大型仪器设备的利用效率提供了创造性思路。

三、基于透射电子显微镜开展本-研一体化实验教学模式的探索

1.课程的定位。北航一直以培养未来领军和领导人才为目标，坚持“把一流学生培养成一流人才”的育人理念，在人才培养中创造知识，在创造知识中培育人才，尊重学生个性特点，实施有温度的教育[4]。实验课程的宏观定位也应紧密围绕“一流人才”、“创造创新”、“个性化”的人才培养宗旨，鼓励和帮助有志于科学研究的一流学生提前进入科研，经历真实科研过程，以研究任务为导向，充分挖掘学生的科研潜力和创新潜能，为综合性大学“研究型”、“创新型”的人才培养目标服务。

2.平台的介绍。北京航空航天大学材料科学与工程实验教学中心（以下简称“中心”）成立于2001年。中心坚持以培养材料科学与工程高素质、宽口径创新型人才为目标，“以大专业、自主式为核心，增强实践能力，培养协作精神，提升研究素质，强化创新意识”为实验教学理念，2008年被评为“北京市实验教学示范中心”，2016年被评为“国家实验教学示范中心”。中心现有专职人员50人，其中正高20人，副高17人。拥有包括透射电子显微镜、扫描电子显微镜、电子探针、原子力显微镜在内的各类大型仪器设备二十余台，在材料制备、材料结构表征、材料物理和化学性能表征等方面积累了丰富的实验与教学经验。

3.学员的选择。选课机制决定了培养对象，唯有合理的选课机制才能保障实验资源的最大利用和培养目标的达成。基于“一流人才”、“创造创新”、“个性化”的人才培养宗旨，我们探索了双向选课机制：学生根据自己的时间、兴趣与爱好自主报名参加课程学习；教师根据学生的知识背景、学习兴趣、动手能力等综合因素对报名学生进行选拔。

4.课程的开展。课程选拔了10名本科生和10名研究生共同进行为期两周的透射电子显微分析实验教学的系统学习，以这20名学员作为研究群体，分两批次（每批次为5名本科生和5名研究生）研究和完善从学员分组搭配、实验知识课堂讲授、实验技术上机教学、学习效果上机测评、实验结果讲解与分析到课程结束后的延续学习等各个环节中的“本-研一体化”实验教学模式。

在学员分组搭配环节，应最大程度结合本科生与研究生的各自特点，鼓励不同知识层次、不同知识架构的学员相互交流与合作，鼓励他们共同学习与创新。探讨了不同分组方式对学员学习兴趣、学习效果的影响，发现由1名本科生和1名研究生自由搭配的分组方式是最为科学、合理的分组方式。

在实验知识课堂讲授环节，研究多因素多目标导向的分层次启发式教学方法。综合学员的各自特点、从“基础”、“拔高”、“超越”等各个角度进行授课，并且着重于精讲多练、精讲多思、精讲多动，并按照难度从低到高的递进式、启发式方法进行讨论。同时，试验了“本-研讨论赛”、“小组PK竞赛”等多种形式的学生主动参与模式。

在实验技术上机教学环节，研究以目的为导向的动手能力培养方法。在上机实验达到基本目标的基础上，对于不同专业背景和知识兴趣的小组提供不同特色的实验任务，并根据小组特点与未来专业发展凝练典型实例，进一步可以将科研项目中分解的小任务进行实践锻炼，培养学员实践能力与创新意识。

5.课件体系、教学测评及反馈体系的开发。从两个维度开展适用于本-研一体化实验教学的可定制课件体系的研究。第一个维度需从广度来研究各种材料结构的特点，按照金属、陶瓷、复合材料、纳米材料等不同的材料结构要求，对各类材料的显微结构进行分类，按照显微结构分析要求的从低到高顺序，知识点集合随之增大。按照知识点集合来建立横向课件体系。第二个维度需从深度来研究关键知识点的多层次扩展集合，对于某一关键性知识点（如电子衍射），根据掌握不同层次、不同难度、不同特点的要求，建立知识点纵向扩展集合。并在此基础上建立纵向课件体系。

6.学员反馈。学习结束半年后，我们对所有学员进行了回访，获得了学员们的反馈。学员普遍反映本-研一体化实验教学过程中研究生并不一定比本科生有优势，部分本科生甚至表现出比研究生更好的学习能力和动手实践能力，这和我们最后的学习测评结果是相符的。据统计，十名本科学员中一半以上选择继续攻读研究生，其中包括一名本科生出国深造，他们普遍认为这样能亲手实践的实验学习机会很宝贵，不仅开阔了眼界，而且提高了动手能力，让他们更早地接触科研，激发了他们对科研的兴趣，同时认为这次学习将会对于他们将来的研究工作起到重要作用。

四、结论

本文基于北京航空航天大学材料科学与工程实验教学中心的透射电子显微镜开展了基于大型仪器设备的实验教学模式研究。研究表明，通过开展本-研一体化教学不仅可以有效改善因大型设备台套数不足带来的限制问题，而且能够促进本科生和研究生的交流与学习效果，起到“1+1>2”的效果。

参考文献：

[1]朱艳萍.加强高校大型仪器设备使用效率的对策探讨[J].赤峰学院学报，2014，30（4）：141.

[2]毛峡.“本-研一体化”实验教学模式的研讨[J].实验室研究与探索，2009，28（4）：224.

[3]汤云晖.大型仪器设备实验教学与本科生、研究生创新能力培养的探索实践[J].中国现代教育装备，2010，（17）：129.

[4]徐惠彬.弘扬北航精神做不平凡的北航人[J].北京教育.德育，2015，（718）：11.