实验技术人员在实验室开放项目中的作用

任淑霞, 张翠秒, 刘 微, 闰明涛, 白国义

(河北大学 化学与环境科学学院 国家级化学实验教学示范中心, 河北 保定 071002)

建设创新型国家,首要的是提高教育创新能力。对于理工科院校,提高实验教学在人才培养方面的功能,是解决当前高校创新人才培养问题的必然要求。《教育部等部门关于进一步加强高校实践育人工作的若干意见》(教思政〔2012〕1号)中明确提出要强化实践育人环节,明确实践教学是学校教学工作的重要组成部分,是深化课堂教学的重要环节,是学生获取、掌握知识的重要途径。高校实验教学成为提升培养实践创新人才质量的重要手段,随着实验教学改革的深入,实验室的开放已经成为目前我国高校实验室建设和发展的核心内容[1-8]。

1 实验室开放的项目类型

实验室向学生开放的具体项目分为自选实验课题、学生参与教师科研、科学素养与人文素质培养、学科竞赛、大型仪器设备开放等类型,采取以学生为主体、教师辅以指导的实验教学模式。

从我校及其他兄弟院校近几年学生参与开放实验的状况看,由于将参与竞赛获奖、科研论文发表与学生评优、保送研究生、评定奖学金等学生评奖评优体系相挂钩,使学科竞赛、创新设计竞赛类及教师科研类开放实验项目成为开放实验的主导,对通用类开放实验项目及学生受益面大的基础教学类实验项目启动数量极少[9]。即使本科实验教学开设了综合型、设计型实验课题,也不是以开放形式展开,而是实验内容、时间都是固定的,属于教学计划内的课程。

自选实验课题型实验是指实验室发布教学计划以外的综合型、设计型自选实验课题,鼓励学生进行创新设计实验。学生在教师指导下独立完成课题的方案设计、实验装置安装与调试,完成实验并撰写实验报告。这类实验室开放项目同样能够提高学生的实践能力,而且受限条件少,实验的类型、内容、方式灵活多样,有利于更多的学生参与进来,因此,自选实验课题应该成为今后实验教改大力发展的方向。

2 化学示范中心开放的意义及有利条件

2.1 示范中心开设自选实验课题的意义

学科竞赛、创新设计竞赛类及教师科研类开放实验项目的场地一般是指导教师的科研实验室,培养场地及培养学生人数上都是屈指可数的。这些类型的开放项目培养的主要是拔尖人才,可谓是凤毛麟角。拔尖人才的培养很重要,在近几年的竞赛中,我院也取得了傲人的成绩,学生受到锻炼的同时,也给学校、学院增光添彩。但绝大多数学生没有机会、也不适合进行拔尖培养。如何对那些基础知识参差不齐,科研素质、创新能力较差的学生,提供参与创新训练和实践的平台,满足大多数学生想参与实践与创新训练的需求？自选实验课题解决了这个难题。自选实验课题的开设能够转变学生的学习方式,培养创新思维,促使学生夯实知识基础、锻炼实践能力、提高创新能力。

2.2 示范中心具有充分的开放资源

我校国家化学实验教学示范中心(以下简称示范中心)由院校二级管理,仪器设备比较齐全,固定资产约3 400台件,资产总额达2 800万。拥有教学测试平台,具有门类比较齐全的测试分析仪器,涵盖光、电、热、色谱、结构、物相、形貌等方面的测试与表征,支撑化学、材料、环境等领域的教学与科研。示范中心所有实验室在保证完成本科实验教学计划的前提下,可以对本科生开放,为开放性设计实验提供工作场所和物质资源,允许学生在教师的指导下在课余时间包括晚上和假期进入实验室做实验。示范中心下属仪器中心所管理的大中型仪器在保证各实验课任务完成的前提下,也为本科生、研究生和教师的科研提供各种开放服务。

2.3 有一支精技术、善管理、能吃苦的队伍

新形势下高校实验技术人员已不是原来意义上的辅助教学岗位,示范中心的发展需要技术人员精通大型仪器的使用与维护,具备开发仪器延伸功能的能力；需要具有管理实验室安全与环保的能力；需要具有自制仪器与改革实验项目,提高教学质量的能力；需要具有沟通协调的能力；需要具有吃苦耐劳的品质。示范中心成立以来,充分认识到实验技术队伍是实践教学环节的执行者,也是高校实验室建设、发展和改革的重要推动者,逐步加强实验技术人员的队伍建设,学历水平明显提高,示范中心工作人员有硕士以上学历者占80%。示范中心加大对实验技术人员的技能培训,提供对外交流学习机会,提高其业务素质。同时采取多种激励措施,如：奖励指导实验室开放项目、自制仪器、实验教改项目、实验教改论文等,充分发挥实验技术人员的主观能动性,使中心资产发挥最大效能,服务于教学、科研和社会。

3 实验技术人员在实验室开放中的作用

示范中心实验授课教师隶属于相应教研室,教学准备实验技术人员隶属于示范中心管理。从管理角度看,实验教学准备技术人员是示范中心的主体,他们对自己管辖范围的实验室情况了如指掌。实验室开放项目的实施,随着使用实验室人数和实验类型的增多,必然会遇到各种各样的问题。这些问题的处理需要有非常了解实验室运行,也有丰富实践经验和广阔知识面的管理人员[8]。实验技术人员繁杂的工作性质历练了他们“一专多能”的本领,以示范中心为基地开设的实验室开放项目只有在这些人员的精心工作下才能顺利开展。实验技术人员在示范中心实验室开放项目中是主角,而不再是隶属相关教研室的辅助人员。示范中心要求全体实验技术人员以主人翁的态度对待实验室的开放,充分利用和合理调配实验室资源,促进实验教学改革,培养学生的实践能力和创新精神,规范有序地开展我校实验室开放工作,构建高素质创新型人才培养体系。因此,实验技术人员参与实验室开放项目的运行具有良好的基础和充分的必要性。

3.1 参与自选实验项目的制定

实验技术人员在多年的实验教学准备以及辅助教学的工作积累中,明确每一个实验的设置目的和训练目标,并善于总结不同实验的共性和联系,领会实验编排的思路[10],也非常了解学生对实验项目改进的要求。如何利用现有资源设备,将部分验证性的基础实验改为设计型、综合型的实验,实验技术人员的灵感可能更容易激发。例如：物化实验——乙醇溶液表面张力的测定项目中会产生大量的乙醇废液,需要花费资金外委资质单位去处理,起初实验技术人员是感觉可惜,在中心鼓励实验技术员编写综合设计型实验室项目时,在变废为宝,绿色循环的教学理念下设计了综合实验——乙醇废液制备固体酒精及其燃烧热值的测定。实验涉及精馏操作、含量测定、热值测定三个操作单元,充分锻炼了学生的动手能力,培养了学生的创新思维,而且实验的设计内容更贴近实际生活,学生具有浓厚的学习兴趣。2017年学校设立实验精品项目教改课题,我中心实验技术人员踊跃报名,有7项获得通过。这些都说明教学准备实验技术人员有能力参与教改,可以以教师的身份参与选项制定。

3.2 审核、预做自选实验项目

实验技术人员要先对学生的实验方案进行审核,审核方案是否具有创新性、可行性、安全性。其次是实验预做,无论是教师自定还是学生设计的实验室自选实验课题,授课教师和实验技术人员,特别是实验技术人员必须预做。因为看似合理的设计,不通过预做,难以预知各种不理想情况的发生。通过预做,尽可能地少让学生走弯路。通过查阅资料,对出现的预测外现象给予学生最合理的解释。实验预做是非常重要的环节,通过预做可以改进、完善实验内容和方法。比如物化实验室设计的设计型实验——溶液表面张力的测定,正交实验中将不同含量的乙醇溶液和氯化钠溶液混合时,有的混合组就会有氯化钠析出,这是设计实验项目时未预测到的情况。经查阅资料得知,由于氯化钠溶液和乙醇溶液混溶后,乙醇的亲水基团占据了部分水分子,当造成氯化钠的溶剂减少到一定程度时,就会有氯化钠晶体析出。经过预做,确定了乙醇氯化钠的混合溶液的最大质量百分配比。实验预做是一个繁杂的工作,需要耐心与细心,耗费时间、体力与脑力。

3.3 实验准备工作

实验技术人员要先对学生的实验方案进行浏览,统计所需药品和仪器设备,查阅自己负责的实验室及中心资源是否满足实验条件,尽可能地满足学生实验方案提出的要求。遇到实验室不能满足的实验条件,或有可替换的实验条件,尽快告知学生指导教师,并协助他们进行实验方案的调整。

(1) 一般试剂、耗材的准备。自选课题实验开放项目涉及的试剂与耗材可能在场地实验室里没有,但是用量很少,如根据试剂公司包装规格购买,会造成浪费。由于实验技术人员属于示范中心管辖,不存在利益冲突关系。每个类别的实验室一般试剂、耗材的周动态用量、余量报告表可在实验中心电子文件中查找,通过报备示范中心办公室就可从其他所辖实验室中调度。中心资源不能满足的,药品的购置要根据学生参与人数与用量确定。实验技术人员还需将涉及的化学试剂的理化性质进行整理,以电子资源的方式发送给参与实验的人员。项目结束后,场地实验室实验技术人员要对药剂进行分类存储。

(2) 仪器、反应装置的准备。自选实验课题是在示范中心现有的硬件条件下设计的,一般的仪器设备均满足实验要求。实验技术人员只需将自选实验课题所需的仪器进行调试,使之处于使用的最佳状态。但反应装置可能不满足本科教学实验所需,这时就需要实验技术人员根据实验内容的要求,充分考虑实验室现有资源,本着“先组装二购置三自制”的原则,充分发挥实验技术人员统筹、动手能力。比如,物化实验项目电池电动势的测定,本科实验只能测定实时室温下的一个定温数值,自选实验课题中涉及不同温度下数值的测定。这样一来,原来的配套装置不再适合了,技术人员将溶液表面张力的测定实验中的配套装置加以组合,满足了实验的要求。必须要购置的设备,由于实验技术人员作为仪器设备的最终管理人员,会依据积累的管理经验,考虑购置的合理性,如性价比、可塑性、维护成本等[11]。市场上没有的,则需实验技术人员带领学生自制,充分发挥实验技术人员自制仪器的经验,培养学生的设计思维。

3.4 实验指导工作

(1) 配备全时技术人员指导开放项目。示范中心要求实验技术人员8 h坐班,在与实验教学计划开课不冲突的情况下,开设自选实验课题的开放项目,能够随时指导、监督学生的操作,更好地保障实验顺利完成。同时实验室的安全、卫生问题在实验技术人员的管理和监督下,参与开放项目的学生也会做到符合规范,培养学生的全面素质。对于实验授课教师,既要授课,又要做科研,其能够指导学生的时间自由度远没有实验技术人员大,满足实验室闲置、学生空余时间、授课教师可随意支配时间三者同时具备的概率很小。所以,实验技术人员要不断加强学习,提高理论水平,了解学科最新发展动向,和相关教师沟通交流,做好自选实验课题的指导工作。

(2) 仪器使用的指导与维修。自选课题实验开放项目一般是设计型、综合型,具有创新意义,它所涉及的仪器设备更多一些,指导教师可能对自己课上未涉及的教学仪器不是很熟悉,缺乏丰富的实验技能。有的教学仪器学生在上教学计划内的实验课上已经使用过,但是,大多数学生仅凭一次的操作,是不能熟记的。实验技术人员在多年的实验准备、随堂指导中,教学偶发、突发仪器故障的处理中积累了很多解决问题的技术手段,熟悉实验仪器的使用、维护及维修,熟知实验教学中可能出现的问题及解决方法[12]。这就需要仪器设备的最终管理者——实验技术人员做仪器使用的指导,才能够保障实验顺利地进行。而且实验技术人员比指导教师更关注学生操作的细节,能够较好地维持或延长教学仪器设备的使用寿命。比如电池电动势的测量装置旋钮,有的学生在操作时,不是一档一停顿,而是快速旋转至所需位置,多次这样的操作,就会很容易使旋钮脱档,造成仪器返厂维修。恒温水浴槽中的热电偶看似一根较粗的“金属棍”，其实它也很脆弱,当有学生不小心把化学物质撒进槽中,或者对其有了碰撞,都会造成它的失灵。类似这些环节可能授课教师不会太关注并提醒学生,认为仪器设备用坏了会有实验技术人员更换或维修,从而造成资产的损失。所以自选实验课的开放,需要实验技术人员进行设备仪器的指导,而不仅仅充当更换工、维修工。

4 示范中心广泛开展自选实验课题的成效

示范中心开设的自选实验课题内容主要包括：设计性、综合性和研究性实验,小发明、小制作、小论文等课外科技活动实验。中心提倡学生自拟实验课题,鼓励学生参与解决生活和生产活动中的实际问题。这类实验课题用时短,类别多,可使学生得到广泛的锻炼,适合学院全体学生,有益于学生创新素质的提升。

实验技术人员从单纯的幕后准备走向指导的岗位,增加了责任感,同时还提升了价值感。实验技术人员以主人翁的态度参与自选实验课题的指导,从而使实验技术人员不但要注重自身相关实验技术及仪器操作水平的提高,也要注重学习相关学科发展的最新前沿知识,提高理论水平,推动实验教学质量的发展。

自选实验课题的开放,使非实验教学期间闲置的仪器设备在实验技术人员的管理下最大负荷地运转起来。整个示范中心充满探索、创新的气氛,传递勤奋为学的能量,不仅激发学生勇于创新、敢于挑战的实验兴趣,也使资源的使用价值得到最大利用。

5 结语

示范中心具有可广泛开放的物质资源,如何使实验室开放项目充分利用这些资源,培养学生的创新思维和实践能力,需要掌管这些资源的实验技术人员做好桥梁的工作。对实验技术人员而言,其工作内容由单一的实验准备变成教学、研究、实验室管理兼顾的复杂局面[13]。学校应针对改革带来其在教学中作用的日益凸显和工作内容的变化,适度出台激励制度,充分调动实验技术人员的工作积极性,以“好客”的态度对待实验室开放项目,促进其蓬勃发展,充分发挥实验室创新摇篮的作用,带动学院整体教学质量的提升,为国家培养创新人才。