提升研究生仪器设备操作能力探析——以《材料现代研究方法》课程为例

＊侯小虎 白朴存 赵学平* 刘飞 张静 宋银敏

（1.内蒙古工业大学 测试中心 内蒙古 010051 2.内蒙古工业大学 材料科学与工程学院 内蒙古 010051 3.内蒙古建筑职业技术学院 内蒙古 010020）

随着国家对科学研究重视程度的不断提高，科学研究工作对于高校而言日趋重要。科学研究离不开各类先进仪器设备，高校对科研仪器设备的资金投入也不断增加。然而，随着高校仪器数量的逐年增加，大型科研仪器使用过程中存在的诸多问题也逐渐浮现。如：各学科都能用到的通用型大型仪器设备分散在多个学院，导致出现了仪器使用效率降低、功能开发少、外部共享率低[1-3]等问题。此外，由于部分学院预算紧张，没有专项资金对大型设备进行维修，影响仪器的正常使用[4-5]。测试中心的建成，促进了大型仪器的集中管理，提高了仪器的使用效率。测试中心利用现代化的先进设备和仪器，通过设置专业化的人才培养模式，引进具有专业水准和综合职业素养的专业化人才展开研究生培养工作。所制定的课程面向全校研究生开课。课程的开设主要是为了能够使研究生掌握现代化的分析检测方法，进一步提高研究生的仪器操作能力。近些年，随着研究生录取数量的不断增多，测试中心的工作量也在不断增加。然而，由于测试中心专任仪器操作教师数量较少，仍然难以满足科研人员日益增加的仪器测试要求，很多实验的实际测试工作往往需要研究生独立完成。因此，测试中心通过直接培训研究生，让其能够熟练掌握仪器的使用方法，既提高了研究生操作大型仪器设备的能力，也解决了中心教师数量不足的问题。

当前，对研究生实验教学工作非常重视，国务院《关于深化关于教育改革全面推进素质教育的决定》文件中要求“加强课程的综合性和实践性，重视实验教学，培养学生的实际操作能力”[6-7]。尤其是理工科研究生，掌握仪器的操作能力对后期科研工作的开展更加重要。目前，大部分高校给研究生开设了《材料现代分析方法》课程，旨在提高研究生科研实践能力。随着检测技术的不断发展，新理论和新技术不断应用在X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）等仪器设备上。目前该课程的授课方式大部分为PPT和板书，学生对仪器相关知识的理解不够直观，影响了仪器相关知识的理解和学习积极性的调动，对研究生在科研工作中的仪器操作能力提升有限[8-9]，难以让研究生第一时间解决工作中仪器相关的问题。通过将《材料现代分析方法》实践课程安排在大型仪器相对集中的测试中心，可以有效提升研究生的仪器实践操作能力和实验理论水平，为后续科研工作开展打下坚实的基础[10]。本文结合仪器操作课程的实践教学，针对测试中心如何有效提升研究生的仪器实践操作能力进行探讨。

1.课程开发背景

为进一步提高研究生的实践动手能力，仪器操作培训被越来越多的应用在研究生培养当中。为了能够了解师生对仪器操作课程的需求情况，测试中心团队成员通过对8个学院860名研究生进行调研，化工、材料、能动三个学院的研究生对测试实践培训具有较高的需求，90%的学生对于参加测试中心的科学仪器培训意愿强烈。据统计，测试中心每学年至少承担600名研究生培训学习任务。

通过对860份研究生数据样本调研，发现80%的研究生期望开展实践活动。他们认为继续攻读硕士学位的原因与多方面因素有关，主要包括工作能力，社会实践情况，校内实践方式，校外社会实践安排等。一部分同学表示，希望能够在校内开展科研实践活动，加之部分学生需要在校内完成硕士论文，因此对于学校的测试中心抱有非常高的期望值。与此同时，更多的学生表示，即使科学仪器实践与硕士论文关系不大，他们依然希望能够在测试中心进行仪器操作相关培训，以提升自身能力。

同时，针对28份硕士研究生导师样本进行调研，导师是连接学校与学生之间的纽带，导师既了解学校的教学资源设置，又掌握学生的对科研实践的需求。因此通过导师的意见反馈，能够更好地了解测试中心开展工作的意义和价值。通过对导师的深入调研，93%的导师希望学校能够提供比较稳定的校内仪器操作实践场所，进行科学仪器设备使用方面知识的学习。

基于上述原因，为了解决研究生缺乏仪器操作实践的问题，测试中心针对研究生全部开设课程《材料现代研究方法》，重构课程体系，主动开发实践教学内容。

2.提升研究生仪器设备操作能力实施路径

(1)多渠道加强加大宣传力度

在工科类高校中，仪器操作涉及的专业包括材料、化工、土木等专业的研究生。由于各个专业都是独立的学院，学院中导师和研究生并不清楚测试中心仪器操作课程的培训内容，因此，提前做好仪器操作培训课程的宣传工作至关重要。通过建立测试中心公众号和信息平台[11]，针对培训内容如培训仪器的型号、技术参数、培训内容、开课时间等进行有效宣传。导师及研究生可根据各自科研方向有针对性的选择相关仪器操作培训。此外，邀请仪器操作方面专家进行技术讲座，针对测试中心平台的仪器种类、性能、应用领域等方面开展培训。

(2)多方式合理设置授课时间

工科类高校中的大部分学科系统性和连贯性较强，虽然工学研究生在本科阶段参与的科研实验不少，但对于大型精密仪器操作往往接触较少。测试中心开发的仪器操作课是一门提升研究生实践能力的课程。具备仪器设备的操作能力和实验数据分析能力是研究生开展后续科研实验的基础。研究生通过单纯的设备操作培训，并不能获得高质量的测试结果。而高质量的测试结果，既需要精准的设备操作能力，更需要对仪器构造、工作原理的深入认知。因此，测试中心开发的仪器设备操作课程，要求研究生应具备现代材料分析方法前导课程学习基础。

(3)多元化共同制定培训计划

随着各个高校对科研实验工作的重视，实验序列引进的人员学历层次也逐渐提高。实验室负责仪器的教师大部分具有硕士或博士学位，研究生期间的仪器操作经历，为后期教学打下了坚实的基础。根据教师的科研背景和擅长的设备，分成不同的仪器小组，根据仪器特点制定合理的仪器培训计划。在培训研究生前，测试中心组织教师每月1次集体备课，并邀请行业仪器设备测试专家根据仪器特点和科研课题制定仪器操作培训大纲，确定培训内容，将《材料现代分析方法》理论课所学习的知识与仪器操作相结合，让研究生明确学习目标，逐渐提高研究生的科研素养。

(4)多维度加强教师队伍建设

要求负责培训学生的教师不仅能够熟练操作科研仪器，熟悉该仪器在科研中的应用，能够根据测试样品的情况，给学生较为专业的指导。此外，应不断提高培训教师的英语水平，为熟悉大型进口仪器的操作界面和英文说明书打下基础。

(5)多角度有效保证培训质量

为了保证仪器培训质量，培训采用小班授课，每班10人左右。小班上课能够让研究生有足够的时间熟悉仪器原理，操作流程，还可以有足够的时间与负责培训的教师沟通，教师能够对研究生仪器操作中存在的问题给与指导[12]。大型仪器操作培训班可以根据学生的研究的方向进行分类，例如：金属材料班、高分子材料班等。学生在仪器培训操作时，教师可以针对性的培训，组长定期向教师汇报本小组研究生的学习情况。

(6)多方面创新仪器培训方法

仪器操作课为学生提高专业学习研究能力提供更多的硬件支持和条件保障，激发研究生的研究学习潜力，从而提高创新能力。然而，由于大型仪器设备数量少、学生数量多，难以开展大规模仪器实践操作培训。因此，针对不能培训群体制定明确的培训计划尤为重要。如在仪器操作培训初期，可以利用虚拟仿真实验教学平台[13]对研究生进行样品制备、喷金、仪器操作界面等方面的培训，可以达到较好的实验教学效果，并将有效突显实验教学优势。教师根据教学大纲，并结合实际教学需求，最大程度地发挥虚拟仿真电镜实验室资源优势，提升教学效果。以扫描电镜虚拟仿真为例，通过模拟电镜操作，结合现代材料分析方法课程内容，使得学生深刻理解扫描电镜成像原理、特点等知识，提高学生科研实践能力。

图1 研究生仪器操作培训流程图

一是合理设置教学课程，提高学生实践能力。首先在进行课堂教学内容设置时，必须要根据当前社会及其学科发展的需求来进行合理设置。因此在教学过程中必须结合科研实际需求，将理论知识与实践紧密结合。突出课程的教学重点，不断优化教学内容，以此来提高学生的学习兴趣。如在进行X射线衍射仪操作时，可提前讲解晶体结构分析。这种调整方式能够把抽象乏味的公式具体化，与其专业知识进行有机融合。提高学生的发散思维，突破思维局限性，与教学内容充分联系。其次利用信息化教学资源，使学生只管掌握相关仪器设备的工作原理以及操作方法，并将课程内容上传至网络教学平台，便于学生反复学习。

二是促进学术交流，提高教学能力。由于仪器操作培训涉及的各学科内容比较广泛，并且仪器操作培训对象为研究生。因此担任教学的教师必须具有较强的专业水准，以及良好的综合职业素养。为了能够更好地开展教学工作，学校应该定期组织教师进行学术交流，参加相关的讲座，使其能够了解最前沿的科学技术知识。便于更好地对学生进行更加专业的教学，进一步提高研究生的实践能力。

3.结语

我们以测试中心为实验操作基地开展了《现代材料分析方法》实践课程，探索了实践教学改革在提高仪器利用率、提高研究生科研仪器操作能力和指导人才培养等方面发挥的作用。目前测试中心等仪器公共服务平台发展迅速，通过测试中心构建研究生仪器操作培训体系，在培训内容和培训制度方面还需要在实践中不断优化和完善，探索新的仪器培训模式。通过提出测试中心开发实践课程提升研究生科研能力的思路与措施，实现了《现代材料分析方法》实践课程的设计与实践，验证了测试中心实践课在提升研究生科研能力方面发挥的重要作用，为后续更系统化进行研究生教育培养探索打下了良好基础。研究生经过仪器操作实践培训后，均能够自主操作各类仪器，获得的实验结果符合科研要求。此外，参加仪器操作培训的研究生也会将培训中遇到的问题及时反馈给培训人员，培训人员根据反馈及时调整培训内容，以达到良好的培训效果。希望本研究为测试中心有效开展《现代材料分析方法》实践课程，提升研究生的科研能力提供新的探索和思考。