地方院校大型分析仪器在本科实验教学中的应用

任梦娇 郭 伟 李 霄 李 健 马向荣

榆林学院化学与化工学院 陕西榆林 719000

科教兴国是我国强国的基本战略,高等教育是科教兴国的主阵地,而大型科学仪器设备无疑是印证、传授科学的必不可少的硬件条件,也是高校人才培养及创新性高质量成果产出的重要保障[1-2]。本科实验教学对于学生的综合素质、创新精神以及实践创新能力的提高都具有非常重要的意义[3]。这些仪器不仅在实验教学中可以帮助学生更好地理解分析检测仪器的基本原理和操作方法,同时提高操作技能和数据分析能力。我校是一所以工科为主,工、管、文、理、农、法等多个专业共同发展的省属重点本科学院[4]。近些年,能源化工产业在榆林迅猛发展,大幅度带动了当地乃至周边区域经济的发展。榆林作为陕甘宁蒙晋能源化工重点核心区,打造一批服务地方特色经济的能源化工类人才队伍尤为重要。我校创建于2011年的分析测试研究中心,目前占地约1200平方米,共有实验仪器设备一百多台套,设有20个分室,包括扫描电镜实验室、气相色谱实验室、液相色谱实验室、气/质联用实验室、原子吸收光谱实验室、紫外可见光谱实验室、红外光谱实验室、电化学实验室、全自动旋光计实验室、比表面吸附仪实验室、煤化工产品分析检测实验室等。2017年利用院校网站开通“大型仪器开放共享服务平台”,平台预约操作界面如下图。至此学校教师、学生均可凭用户信息登录平台网站,仪器中心的大部分仪器都实现了科研、教学及对外服务功能,提升了仪器使用效率及在本科教学中的参与度。后台则会有专门负责统计和管理的人员,定期进行设备的维护和保养,包括定期检查和清洁、更换易损零件等,以确保仪器的精度和稳定性。

图1 共享平台大型仪器设备预约界面

1 大型分析仪器在高校实验教学中的现状

综合近三年来全国高校普遍情况及统计数据来看,虽然各高校分析测试中心的大型分析仪器使用都很频繁,产出科研成果也较多,但作为本科生认识、掌握仪器设备技术的主要途径来说,也只能提供简单的基础课程,如“无机化学测试”“分析化学”等课程,所使用的仪器设备也都是较为基本和普通的中小型装备[5-7],且是以教师示范使用、讲解介绍为主,学生在一旁观摩,人数多课时少。有时会采取分组实践的方式,但经常会出现一人作为代表操作仪器,其他组员仅作为辅助及记录,上手使用的时间也很少。对于高达几十万甚至几百万的仪器,本科生根本没有机会亲手操作使用。即使是毕业设计,很多也都是将实验检测部分“托付”给指导老师的研究生或老师亲自操作,这使很多本科生学习科技前沿知识技能的途径受限。这主要是担心本科生缺乏经验,会因为操作不当发生仪器损坏,而大型分析仪器造价高,调试维修需要厂家派专人进行,耗时长、费用高,又会耽误正常进行的科研工作,使得在安排本科生教学时,不得不把时间和金钱的成本问题考虑在内。因此高校有些大型分析仪器即便使用率很低,也不愿投入本科实验教学中去[8]。如何建立一种合理的本科生教学模式是许多高校面临的实际问题。

2 提高大型分析仪器在本科教学中应用的措施

2.1 结合互联网进行大型仪器培训教学

大型分析仪器自身构造复杂、使用过程烦琐。我校通过在大型仪器网站上传相关大型仪器设备的知识和使用过程录像,使本科生可以基于兴趣随时了解仪器设备的作用机理和应用方式等基础知识。另外,不定期举办线下仪器的培训教学,学生可自愿报名参加,由指导老师系统讲解指导仪器的使用及测试过程,讲解注意事项,学生学习并经考核合格后可按照严格的操作规范和注意事项亲自上手实践仪器的操作,需要在专业仪器管理人员的指导下进行。以此锻炼学生的动手能力,使其更好地学习有关仪器的使用。

2.2 开设课程并建立合理的教学模式

设置大型分析仪器的选修实验项目,由教师提供一些目前仪器设备所能进行的检测课题,每个课题可由培训考核通过的学生自愿组成4～6人的学习小组。学生根据老师提供的题目及要求查找文献资料,进一步熟悉仪器的原理、操作及样品制备、参数设置、数据分析……提出一份测试计划给老师,由老师审定计划,学生完成测试。在实践活动中,老师能够根据各组的计划有针对性地给他们实施指导,突破了教师操作、学生参与的常规教学方法,使整个测试流程学生都参与其中,从备样、预处理、测试操作、数据导出、仪器维护、数据处理等每一个环节学生都有所思考、有所实践。又考虑到地方院校中,可能由于经费和场地等问题,实验教学的时间和频率受到限制。为了让学生有更多的时间和机会进行操作和实践,可适当在课余时间增加实验教学时间和频次。利用这些创新的实验教学,培养他们自主研究和解决问题的能力,并且在亲身实施的活动中加深他们对测试仪器设备的理解,对于培养他们的创新素养和探索能力及实际创新能力有着很大帮助。

2.3 实行双轨制度并聘用本科生辅助管理员

重大精密仪器的操作或者维修不仅需要大量资金作为后备支撑,更需要专业技术人员和运行经费作为保障。为确保大型仪器的本科实践教学运行以及研究科研工作的顺利完成,采取付费与无偿相结合的双轨模式。在研究测试业务中,根据校内规定的收费标准实行网上预约付费,并采取有偿提供的制度。在提供给本科生创新培养的教学业务中,则采取无偿制度,只需每学期按照开设计划与仪器管理人员预约协调好时间,就可使用。一方面采用有偿的方法资金可用作仪器设备维修基金,以进行仪器设备的日常运行、维护与保养,从而解决了经费不足的矛盾,为仪器设备长期平稳健康运转的良性循环提供了保证。另一方面,以科研促教学的方式可以使得大型仪器在本科生教学中发挥更大的作用。管理团队方面,实行专业专职的教师管理团队和聘用学生管理员的辅助管理团队相结合的模式,教师管理团队主要负责仪器设备的常规规范化管理、学生的培训指导、仪器设备的保养维护维修及实验室建设,学生辅助管理员由操作成绩优秀的本科生及研究生组成,主要负责运行网站的维护、仪器预约信息的统计、实验室正常测试秩序的维持及解决测试中遇到的一些小的技术性问题。通过专辅相结合的模式,一方面锻炼了一批学生管理员的实践操作能力、组织协调能力和团队合作能力,另一方面解决了专业技术人员短缺的现实问题。

3 大型分析仪器对本科创新人才的培养

3.1 创新思维的培养

运用知识处理现实问题的过程叫做实践,该过程对学习者的思考方法可产生深远的影响[9-10]。大型的分析仪器,常常是一个集物理、化学、电子工程和数学等多种学科高度综合的成果产品[11]。如在本科生教育环节中适当采用大型精密仪器,他们将能够在掌握基础知识的同时完成科研实验,较快了解更高级和更先进的科学技术,增加他们对新事物的接受程度,开发他们的创新性思想,在以后的研究和探索方面将会比较科学和完整,并具有创新性。

3.2 综合能力的培养

通过在本科生课堂教学活动中合理运用大型分析仪器,能够使学生按照兴趣自主挑选、设置和进行系统的创新性实践,不但能够亲自运用大型仪器设备,增进学生对大型分析仪器设备的应用技术和应用领域的了解,培养他们的动手技能,同时能够提高他们分析、思考问题的能力,培养他们认知现象、扩展分析和解决问题的维度,使他们的整体素质得以提高。

3.3 对本科生就业的影响

随着现代工业的急速发展,对本科毕业生的个人技能和综合素质要求都非常高[12],学生不仅需要掌握大量的理论知识,更要有超强的实践操作能力,这就要求它们在大量实践课程中锻炼自己,特别是能源化工专业对大型分析仪器的使用,将所学理论知识运用到实践中,具有大型分析仪器的使用操作技能,将直接促进本科生就业并实现服务地方产业的目标。

结语

地方院校大型分析仪器在本科教学中的应用,不仅可以提高学生的实验技能和科研能力,也可以促进教师的专业能力和学校的科研水平。现代社会需要过硬的专业技能和实践能力超强的高素质学生,高校在培养学生过程中需要不断改进教学模式和教学手段,提高大型仪器设备在本科生教学中的参与度。然而,地方院校在大型分析仪器运转中仍存在一些问题和不足,还需从加强教师的培训、加强仪器的维护保养、增加实验教学的时间频次以及实验室建设合理配置仪器等方面不断努力,让大型分析仪器不仅为科研服务,更为人才培养服务。