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浅析大精仪器管理及本科实验教学

2019/10/05 阅读:

[摘要]大精仪器在高校科研和人才培养上发挥着重要作用。为达到仪器管理更好地服务实验教学,我们调研了高校大精仪器的教学和管理现状。本文以四川师范大学化学与材料科学学院为例,结合本校化学本科教学实践,探索了由浅入深的实验教学模式,即从基础性实验教学到提升性实验教学,再渗透到研究性实验教学。初步实现设备使用率和学生科研素养、动手能力的双提升。对高校实验教学的发展有一定的推广和借鉴意义。

[关键词]大精仪器;实验教学;仪器管理;人才培养

为了适应教学改革、科研和高素质人才培养的需要,高等院校实验室的大型精密仪器设备日益增多。大型精密仪器具有技术先进、功能强大、价格昂贵、数据处理快、自动化程度高等优点,其档次和拥有量是办学实力的重要标志之一。调研发现大精仪器设备在实验教学未充分发挥其预期作用[1-3]。部分高校甚至出现价格不菲的大精仪器闲置成为“展览馆中的展品”。究其根本,源于大型仪器设备价格昂贵、实验时间及条件、专业技术人员稀缺等因素,使得本科生接触大型仪器设备的机会大大减少。因此,提高大型仪器的使用率,使其高效服务于实验教学成为各大高校研究的重要课题[4-5]。

1大型仪器教学现状

近年来,高等学校通过世界银行贷款、国家和地方共建经费和科研项目的增加,购入了数量众多的大型仪器设备。四川师范大学作为国家“中西部高校基础能力建设工程”重点建设高校,化学与材料科学学院是四川师范大学办学历史最为悠久的院系之一,其中学院实验中心共有原子吸收光谱仪、原子发射光谱仪、X射线衍射仪、差热分析仪、液相色谱仪、液质联用、红外光谱仪、荧光光谱仪等百余台大型仪器设备。目前高校大型仪器设备的教学模式主要有:演示教学、虚拟教学和开放式教学。由于大型仪器价格昂贵、操作复杂以及实验时间有限等多方面因素的制约,这些教学模式仅仅只让学生掌握了实验课程的理论知识,而未能让每一位学生都能够亲自动手操作仪器,学生在大型仪器设备的实验教学环节受到了很大的限制[3]。以四川师范大学化学与材料科学学院实验教学改革前为例,有以下问题:(1)仪器分析理论和实验教学范围过广,实验项目数量多,且没有设置选修课,学生上完大多知之甚少;例如,大三环境工程专业一学期就有四种不同的专业实验,实验课程任务繁重,学生大多是走马观花,未理解到实验原理;(2)老师以演示教学为主,加之上课学生人数较多,学生没有充分的时间去亲自动手操作仪器,大型仪器设备专业人才稀缺,且组与组教师水平存在差异,导致学生之间实验技能会有较大差异;(3)大型仪器在工作时间测试任务繁重,影响了对学生的开放。因此想要科学研究和学科建设再上新台阶,如何让大型仪器和实验教学更好结合,实现科研与教学的共赢,是我们本科实验教学改革探索的重点关注的问题。

2大型仪器本科实验教学探索

长期以来,高校实验教学所使用的仪器设备相对落后[6],毕业生缺乏使用先进测试仪器的实践机会[7-8]。为满足现代社会对分析测试人才的需求,根据四川师范大学对实验教学的要求:实验教学应以培养学生的科研兴趣、基本技能、创新思维和创新能力为目标。针对本科生专业基础薄弱的特点,在课程设计中更注重知识的基础性和趣味性,因材施教,提出了“基础性实验教学-提升性实验教学-研究性实验教学”这一由浅入深本科实验教学探索模式,并付诸了实践。以下对这三方面进行简要论述。

2.1基础性实验教学

基础性实验目的是为了让学生了解实验设备原理,掌握基本操作方法。(1)理论必修和实验选修相结合。学校每学期都会有针对性地为工科类专业开设有关仪器方面的专业理论必修课。首先老师讲授理论知识,学生初步了解仪器设备的结构、运行原理、功能和操作方法,其次再安排相关实验课程,先由教师讲解及演示操作方法,再由学生动手操作完成实验,最后达到提高仪器的使用率和培养学生操作能力的目的。由于我院实验课程较多,学生大多上完知之甚少,这种传统的实验安排达到的教学效果差强人意,对于上述现象,建议实验课程采用选课制。选课制模式:学校开设实验选修课种类数量因年级不同而不同。根据教学培养目标来决定实验选修课的总数,学生每学期可选修其中几门感兴趣且熟悉的课程来达到学分要求。基于兴趣和熟悉程度选择相应大型仪器的选修课程,有效解决了学生做完实验却生疏的问题,进而提高了教学质量。(2)改革教师实验教学模式。教师的教学水平直接影响着教学质量。高校一般的实验教学是不同的组分配不同的实验老师,由于教师教学水平存在差异,在教学方法上或多或少都有区别,学生们通过老师获得的实验知识也不尽相同,可能导致同一个班的学生实验水平相差很大,不利于后续教学的开展。改革教学模式,从同一组实验教师中挑选一名师作为主讲人,讲解实验的原理、操作及注意事项,同时伴随视频式教学和演示性教学,其它老师和学生同堂听课。这样的同行督导教学模式既有利于青年教师们的成长,提高了实验教师的教学热情,更让学生直接受益于高效的课堂教学,最小化的消除了组间差异。(3)开展大型仪器设备讲座。定期开展有关大型仪器设备讲座,通过视频演示及教师解说大型仪器的构造及工作原理,充分调动学生对大型仪器设备学习的积极性,更深层次地认识到大型仪器设备在实验中的重要作用及意义。这一方式不仅能满足学生的好奇心和求知欲,还逐步培养了他们动手能力和实践能力,扩宽了知识视野。

2.2提升性实验教学

提升性实验教学是为了在基础性实验教学基础上,增加学生实践操作比例,培养学生分析问题、解决问题、创新和动手的能力。(1)增设创新实践课程。参考人才培养计划,增加创新实践课程数量和种类,将即时学的理论知识应用于实际生产中,培养学生创新思维,进而提高整体综合素质。例如在做完《生物样品汞的测定》实验后,根据原子荧光光度计(AFS)的运行原理及应用范围可对污染水体及土壤等所含元素含量进行痕量分析,同时结合水污染控制工程和环境微生物学理论知识可初步设计一个处理工艺系统。其中新颖突出的设计参与“创新创业”、“互联网+”申报和评选工作。通过一系列实践教学来学习现代分析方法,掌握大型仪器设备的使用与操作,提高学生的动手能力和科研实验技能[9]。(2)开展课外科技活动。课外活动相对于理论知识具有较强的灵活性,开展课外科技活动刚好可以弥补理论知识的不足。除由科研老师带队,学生自行报名,组织一支科研队伍,参与课题研究,还可适当增加去当地工产观摩实习的机会。对于低年级的学生,对大型仪器的了解基本全部来源于实验室,观摩机会的增加可以让更多的本科生将理论运用到实际操作中,将书本上抽象的知识变得更具体,激发学生动手的兴趣,从而提高学生的实践能力。(4)举办相关的技能操作竞赛。定时举办大型仪器相关操作竞赛,竞赛成绩直接和奖学金挂钩,能充分调动学生参与的积极性。学生在竞赛中扎实了操作技能,由获得了荣誉。对于竞赛成绩突出的同学,颁发上岗证书,聘任为测试助管,视其测试量发放一定的奖励金,在师生中得到了很好的反馈和认可。

2.3研究性实验教学

研究性教学对象针对于高年级学生,是为了让本科生的实验综合素质有一个质的飞跃,增强本科毕业生发现、分析和解决综合性问题的能力。(1)增加实验室开放力度。普遍高校实验室均对本科生开放程度不高,多数高校有比较成熟的大精仪器测试管理网上平台。在网络平台上应对有继续深造意向的本科生增大开放度,使其接触更多的大型仪器设备,进一步提高本科毕业生的创新实践能力,改变“高分低能”的现状[10-13]。以我院为例,学生可在学校大型仪器管理平台上预约,还可查看实验室的占用情况,合理安排自己的实验时间。如紫外光谱仪器室每周周五下午13:00~15:00在大精仪器管理平台网上预约开放,培训合格的学生向实验室提交申请,由相关管理人员批准后使用。开放实验室全程摄像监控,责任明确,实验室反而比老师在场时更加规整有序,得到了学生的认可。部分利用效率低的仪器可采用全天开放。学生可较自由地、有针对性地选做一些高层次实验,以发挥其学习潜力和锻炼实验操作能力,提高实验操作技能,从而为后续专业课程的学习和科研工作打下基础。此外水平较低的学生可利用此机会弥补在实验上操作的不足。(2)开展大型仪器设备操作技术的培训。大型仪器操作方法的讲座让学生熟悉其理论知识体系,而操作方法技巧并没有在学生脑海里留下很深的印象[14]。通过开展大型仪器设备操作技术的培训,不仅让教师仪器教学更专业化,且使学生仪器操作更熟练可行。学校实验室的大型仪器管理人员可以聘请通过培训且结业的学生,并发放适当的报酬。一方面有效缓解了测试老师测试压力;另一方面让学生们学有所用,充分利用人力资源。(3)适当提高毕业设计环节实验要求。毕业设计是对学生专业知识、技能和创新能力的再提高和检验,是对学生科研素质的一次系统培养。适当提高毕业设计要求,如要求学生从原理、作用、实际应用、操作技巧详细介绍一种大型仪器,将大型仪器应用穿插到本科生的教育中,加深对大型仪器的理解和认识,同时激发研究兴趣激活思维,使其获得将大型仪器应用于自身科研领域必备的能力,满足国家对高标准人才的需求[15-16]。

3完善大型仪器管理制度

仪器管理制度是管好、用好大型仪器的保障。不断完善和健全管理制度才能充分发挥大型仪器在实验教学中的重要作用[17]。

3.1落实仪器管理和使用责任制

学生上机必须经培训和考核合格方能操作,开放预约应严格遵守时间约定和实验室章程,进出要严格填写“实验室使用进出登记”、“仪器使用记录”,且全程视频监控,学生使用责任落实到指导老师和仪器管理老师,一经发现违规操作,取消其预约权限和使用权。由于责任事故造成仪器设备的损坏,严格追究使用人的责任。

3.2完善管理制度

“仪器操作规范和注意事项”、“学生实验室准则”、“实验室安全管理规则”上墙,进出人员要严格遵守实验室有关的制度。仪器设备必须专人专管,发生事故,仪器负责人应立即报告管理部门,并写出事故报告,各仪器的故障、维修、及解决过程均须记录备案。

4结语

四川师范大学实验中心在大精仪器本科实验教学上,开设实验教学示范点,试行由浅入深的教学模式,从基础性实验教学到提升性实验教学,再渗透到研究性实验教学。通过各种有效途径和方式让本科生有效的接触和使用大型仪器设备,促进了大型仪器设备实验教学推广和创新型高素质人才培养。同时对探索适合高校本科生大型仪器实验教学发展之路,也是一次积极有益的尝试。

参考文献

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作者:杨聪玲 梁玲玲 陈丹 蒋佩伶 马骏 余文浩 单位:四川师范大学

浅析大精仪器管理及本科实验教学

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