理工科研究生大型分析仪器实验教学改革的探索*

钱 刚，张竞成，章天赐，张 强

(合肥工业大学分析测试中心，安徽 合肥 230009)

大型分析仪器在高水平的学术研究、重大科研成果的突破以及学科前沿知识的发展中都起着关键技术支撑作用，能否熟练运用大型分析仪器分析解决科学研究中遇到的问题是体现理工科高水平研发人员科研素质和创新意识的一个重要标志[1-2]。高等学校是培养高素质创新型研发人才的重要基地。大型分析仪器是高校的优质资源，是进行高水准科学研究和实验教学的重要硬件基础，也是高校科研水平和办学实力的重要标志[3-4]。近年随着办学条件的改善，高校大型分析仪器的数量和质量都有了极大提升，对高校科研水平的提高和理工科研究生科研素质的培养都发挥了巨大推动作用[5-6]。高校大型分析仪器一般都在二级单位分析测试中心集中管理。分析测试中心作为校级大型分析仪器共享测试平台，只有在高水平研究性人才的培养方面积极发挥作用，才能有更广阔的发展前景。虽然目前很多高校分析测试中心都承担了理工科研究生分析测试方法相关课程的理论和实验教学工作，并为理工科研究生进行科学研究和完成学位论文进行了大量的分析测试工作，但是在大型分析仪器的使用上仍然普遍存在重科研、轻教学的现象，大型分析仪器在人才培养方面的功能还远远没有得到充分发挥[7-9]。培养理工科相关专业研究生运用大型分析仪器分析解决科学研究过程中遇到问题的能力，是培养其科研素质和创新意识的基础[10-11]。因此如何充分发挥大型分析仪器的人才培养功能是高校理工科研究生实验教学改革的重要研究课题，也是高校分析测试中心进一步发展过程中面临的重要问题。

1 目前大型分析仪器实验教学面临的主要问题

大部分高校分析测试中心都联合相关学院在理工科研究生中开设了大型分析仪器相关的理论和实验课程，如《材料分析测试方法》、《仪器分析》等，但是重视大型分析仪器的科学研究功能，对其人才培养功能的开发不够关注和重视的问题仍然普遍存在。目前大型分析仪器用于理工科专业研究生的培养主要存在以下问题：

(1)大型分析仪器在高校中属稀缺资源，数量较少，大部分仪器还承担着相当繁重的校内科研工作和校外社会服务工作，提高大型分析仪器实验教学用时占比会挤占科学研究用时比重，影响科研工作的正常开展，因此在安排大型分析仪器实验课程时，时间成本是必须要考虑的重要方面。

(2)大型分析仪器实验课程由于仪器台套数有限，学生人数多，上机课时少，课程教学实际开展过程中多以教师课堂讲授仪器原理和操作方法为主，辅以教师现场操作演示，学生观摩。较少的上机课时无法做到让每个学生都实际上机操作，绝大多数学生只能做到走马观花式参观一下。

(3)高校大型分析仪器实验课程上机实验一般仍采用传统的分小组循环实验的方式进行，实验内容单一老套，缺乏创新性、研究性和前沿学术性的实验内容，缺少对理工科研究生实践能力和创新能力的训练，无法提升研究生对大型分析仪器实验课程的兴趣。

(4)大型分析仪器大多为国外进口设备，价格昂贵且运行维护成本较高。大部分理工科研究生缺乏足够的理论基础和专业的操作培训，自主上机操作容易增加大型分析仪器的故障率，从而增加大型分析仪器维修维护成本，而且一旦仪器出现故障，较长的维修周期也会耽误科研工作的开展。因此大部分高校理工科研究生能够独立操作大型分析仪器的机会非常有限。

(5)高校分析测试中心作为大型分析仪器共享测试平台不属于教学单位，开设实验课程需层层审批，难度较大。管理大型分析仪器的实验教师岗位职责以分析测试和仪器维护保养工作为主，繁重的分析测试任务以及缺乏科学有效的激励机制导致仪器管理教师开设大型分析仪器实验课程以及改革课程内容的积极性不高。

2 多层次大型分析仪器实验教学改革举措

将大型分析仪器实验课程引入理工科研究生培养常态化实验教学，研究生在获取仪器分析理论知识的同时又能掌握大型分析仪器的实际操作技能，进而为开展更高层次的科学研究奠定基础。理工科研究生大部分具有一定的仪器分析理论和实践基础，进入课题研究阶段对大型分析仪器的需求也非常迫切。大型分析仪器实验课程实际开展过程中可以根据每个研究生的理论基础参差不齐以及研究课题的不同，采用因人施教、自主操作培训的方式开展教学。具体可采取如下多层次的教学改革措施以提高大型分析仪器实验课程教学效果。

2.1 优化大型分析仪器使用效率

目前各高校分析测试中心使用率较高的大型分析仪器都是新旧或者高低中档搭配使用。大型分析仪器实验课程前期的理论知识讲授和现场操作培训可以在相对较旧或者较低档的仪器上开展，待研究生对仪器原理构造、操作流程熟练后可进一步在较先进的仪器上开展更高层次的操作培训；此外从学校层面出台激励机制督促仪器管理教师尽量在保障仪器科研用时之余更多地开展上机实验课程。合理安排大型分析仪器实验教学与科学研究用时比重，这样也有利于降低性能较先进仪器的故障率以及保证热门仪器的科研用时，从而大大提高分析测试中心大型分析仪器的整体使用效率。

2.2 开设大型分析仪器相关实验课程

面向理工科研究生开设仪器分析专业必修课如《材料分析测试方法》、《仪器分析》等，讲授大型分析仪器的基础理论并培训基本的仪器操作技能。面向对仪器分析感兴趣的研究生开设专业选修课如《现代分析测试技术》、《分析测试技术与仪器》等，介绍先进大型分析仪器的发展历程，最新分析仪器的构造、用途及操作等内容，目的是让研究生开阔视野、掌握仪器分析学科发展前沿知识，了解先进分析仪器的高级应用，为更高层次科学研究的开展奠定基础。

2.3 改革大型分析仪器实验课程教学内容、教学模式和考核方式

利用先进分析技术对传统实验进行改造，让实验内容更加贴近科研实际，开发具有研究性和创新性的综合性实验，使仪器操作培训与学科前沿知识有机衔接起来，提升理工科研究生对大型分析仪器实验课程的兴趣，从而取得更好的教学效果。同时采用轮转制、小批量、小组化的上机操作教学模式，每组完成各自实验后，与其他小组互换，保证每位学生都有足够的上机操作时间。此外，为提高研究生对大型分析仪器实验课程重视程度，需要改变以往完全按照实验报告进行评价的课程考核方式，考核内容包括出勤情况、操作考核、实验效果和实验报告撰写，对应的考核成绩分别占总成绩的10%、30%、30%和30%。

2.4 开展大型分析仪器相关讲座和自主操作培训

以分析测试中心为主体定期开展各种大型分析仪器相关讲座，让研究生获得课题所需或者感兴趣的大型分析仪器的原理结构、功能和用途以及数据分析等相关知识。定期举行大型分析仪器自主操作培训，内容包括仪器基础理论及应用讲解、基本的操作与维护及具体的实践操作。理工科研究生可以根据研究课题需要和自己的兴趣自行申请，仪器管理教师根据申请学生数量、仪器工作情况安排培训时间和培训内容。所有研究生经培训后均需进行严格的理论和实操考试，考试合格者颁发相应仪器的自主测试上岗证书。分析测试中心大型分析仪器实行开放共享的管理模式，持有自主测试上岗证的研究生可在规定的时间内自主上机测试。自主测试的开展可以有效利用周末和晚间时间，从而有效延长大型分析仪器的使用机时并减轻仪器管理教师的工作量，极大提高大型分析仪器的使用效率，同时增强了研究生的科研实操能力。

2.5 开展大型分析仪器高级应用培训

聘请大型分析仪器领域资深学者以及仪器厂家高级应用工程师等，以专题讲座的形式结合实际研究案例阐述大型分析仪器各单元的构造和功能以及仪器最新发展的高级应用和扩展功能。主讲老师结合自身仪器分析专业知识和科研实践过程中面临的具体测试问题进行详细透彻的解析，这可大大提高理工科研究生对仪器基础理论的理解，不断拓宽研究生的视野，了解仪器分析学科前沿动向，为将来进行高层次的科学研究奠定坚实的基础。

2.6 强化仪器管理人员专业素质

高素质的师资力量是延长大型分析仪器使用寿命并发挥其最大使用效益的前提，也是保障高水准实验教学质量的关键。高校分析测试中心需要对师资队伍制定合理的继续培训计划，积极安排仪器管理教师参加仪器厂商组织的基础理论培训以及高级应用培训，积极参加高水平的学术研讨和技术交流活动，大力促进仪器管理教师工作能力和业务能力的提升。

3 结 语

多层次的大型分析仪器实验课程教学模式弥补了单一教学模式的不足，提升仪器分析实验课程的教学质量，研究生对大型分析仪器的原理构造、性能及应用等知识有了更深刻的理解，掌握了大型分析仪器的操作技能，提高了科研实操能力和创新意识。通过整合分析测试中心的大型分析仪器资源并将其合理有效地引入理工科研究生的培养计划中，为研究生后续研究课题的开展奠定了坚实的基础，充分体现了高校分析测试中心在培养研究型、应用型、综合型人才方面的重要作用。