本科实验教学大型仪器设备应用研究
摘要:大型仪器设备是高校实验教学中必不可少的硬件基础，对于培养学生的实践能力、应用能力和创新能力起着非常重要的作用。本文以广东石油化工学院的环境工程专业为例，对大型仪器设备在本科实验教学中的使用情况进行调研，分析了大型仪器设备在实验教学中的应用现状，并进一步提出了如何将大型仪器设备更好的服务本科实验教学的一些建议和改进办法。
关键词:高校;环境工程专业;大型仪器设备;实验教学
近年来，随着社会经济的飞速发展，大型分析测试仪器设备因其具有技术先进、功能强大、数据处理快、自动化程度高等优点，在食品、环境、化工、生物等领域的应用越来越广泛。因此，各大高等院校都在致力于加强培养大学生操作使用大型仪器设备的能力，这样做的目的既能满足企业用人单位对这类人才的需要，更是为大学生的就业增加了一条出路［1］。但是由于大型仪器设备价格非常昂贵、维护周期长、工作原理复杂、操作要求高以及高水平专业技术人员不多，直接导致大型仪器设备在高校本科实验教学中的使用受到了很大的局限。现在的使用率仅仅只能满足让学生掌握实验课程中的相关理论知识，而不能让每一位学生都能亲自动手操作仪器［2－3］，更谈不上熟练掌握操作使用乃至开展研究的能力。因此，提高大型仪器设备的使用率，特别是提高其在本科实验教学中的利用率成为现今高校的重要研究课题之一。本文以广东石油化工学院环境工程专业为背景，对大型仪器设备在高校本科实验教学中的应用进行了一定的探索和研究。
1背景介绍及现状
广东石油化工学院的环境科学与工程学科是广东省高水平理工科建设大学五大优势重点建设学科和四个硕士授权规划建设学科之一。几年前，由于资金、人员、场地等各种条件限制，广东石油化工学院环境工程专业的本科实验教学中仍然在使用那些型号老旧、稳定性不高的小型、低端的分析测试设备。这些设备不仅已经和教材上的现代先进的分析仪器技术严重脱节，更重要的是无法给学生提供实际意义上的实践机会。近两年学校积极引进高端人才，并投入了大量资金购买大型仪器设备、改扩建实验室，现已拥有同位素质谱仪、电感耦合等离子体发射光谱仪、气相色谱质谱联用仪、高效液相色谱质谱质谱联用、离子色谱、核磁共振波谱仪等大型仪器40余台(套)。这些设备不仅很大程度上满足了科研的需要，更是有计划的逐步推广应用于各专业本科实验教学。例如，环境工程专业本科教学中的《环境监测实验》，就涉及到许多应用在环境监测方面的分析测试大型仪器设备。以前由于缺少大型仪器设备，在实验课上老师只能以演示教学为主，学生们既没有充分的时间也没有更多的机会去亲自动手操作仪器完成一系列的分析测试过程。可想而知，面对老师布置的实验任务学生们只能机械的完成和抄写实验报告。相比于传统的有机化学、分析化学等基础实验，这样的仪器分析实验安排无法给予学生循序渐进的知识积累和适应提高过程，而且被动的学习过程使学生对仪器分析这一部分失去了兴趣和主动性，急需改革。
2大型仪器设备在本科实验教学中面临的问题及原因分析
大型仪器设备在本科实验教学中面临的问题主要表现在:大型仪器设备价格昂贵、数量少，运行维护周期长、成本高，本科实验教学学时少且教学内容复杂单一等方面:(1)大型仪器设备在本科实验教学中的共享工作在我校仍处于起步阶段。实行共享管理可以从根本上改善和提高大型仪器设备在本科教学中投入使用率［4－6］。广东石油化工学院已经制定了一系列大型仪器设备相关管理制度，例如《广东石油化工学院大型仪器设备管理实施细则》等。但关于大型仪器设备与本科实验教学这两部份内容相交叉的方面，还没有政策和制度涉及到，暂时也没有相应的考核的指标来进行监督政策的实施。(2)实验教学学时少且教学的内容复杂形式单一。学生在有限的学时数内，既要了解和掌握仪器结构、试样制备及结果分析方法又要熟练操作步骤并动手实验，几乎是不可能的。实验课堂上学生只能机械、被动地按照老师设定好的实验步骤完成相应实验内容，缺少设计实验方案和论证优化实验方法环节，课后的实验报告也只是照搬书本或者实验讲义上的内容，基本不用主动思考。这种传统单一的实验教学形式重结果，轻过程，无法达到培养学生独立思考问题、解决问题能力的教学目的。(3)大型仪器设备价格昂贵、维修费用高、维护周期长。高校有限的经费导致大型仪器设备数量有限，多数仅有一台(套)。而且这些仪器设备本身就承担了繁重的科研测试任务，科研和教学时间安排上容易造成冲突，客观造成留给教学使用的时间相对较少。更重要的是大型仪器设备的结构、原理、操作相对复杂，学生在实验过程中极易因为操作的失误导致仪器损坏，增加仪器损坏率、造成高额的维修费用，并且出现问题后多数需要等待厂家工程师上门维修导致维修周期也很漫长，这样将会严重影响科研工作者的使用。因此一些大型仪器设备管理单位宁愿空置以降低维护成本，也不愿共享于本科实验教学。
3在本科实验教学中提高大型仪器设备使用率的建议
3．1加强设备管理方面的制度建设，完善奖惩措施，提高本科实验教学投入使用率
学校按照需求将购置的大型仪器设备分配至使用部门，由使用部门与学校签订设备管理协议书。协议书内容包括这台大型仪器设备每年用于实验教学的课时数、用于科研工作以及社会服务方面的使用标准、效益目标，特别是要规定面向本科实验教学开放的课时的量化指标。每年进行一次考核，根据使用部门完成指标的情况进行评分考评。对于考评等级优秀的部门，学校应从多方面进行奖励，例如可以全额或按比例返还当年的设备使用费用于使用部门对本科实验教学开放上维护大型仪器设备的支出，可以在该部门的实验室建设经费立项上予以倾斜，可以给予申请购置新设备的优先权，可以对工作突出的个人予以奖励等等，这样形成长效的良性循环。而对于考评等级无法达标的使用部门，首先要找出无法达标的原因，找出问题对症下药，找到责任人明确责任，其次可以收回并重新调整该部门管理使用的大型仪器设备。以最终的考评结果为导向，来提高大型仪器设备资源向本科实验教学中的转移调控力度，从学校规章制度层面上保证大型仪器设备在本科实验教学上的投入使用率。
3．2只有让学生学习更多大型仪器设备的原理，提高并掌握其操作使用技术，才能让学生在以后的学习、工作中熟练地利用这些大型仪器设备进行科学研究或是为企业创造价值
(1)增加课时，调整涉及到大型仪器设备的实验教学内容安排，将实验课安排与理论课内容同步以丰富教学内容形式。只有当理论和实验教学同步时，理论教学才能为实验教学打基础，而实验教学则能够促进理论教学的巩固和深化。其次，增加实验教学课时。在做好预习，学好相关理论知识的基础上，使学生有充分的时间自己动手操作这些仪器设备，独立完成包括制样、上机分析及实验结果处理这些过程，有利于提高学生的动手能力和激发学习兴趣。从去年开始，环境工程专业18级的《环境监测实验》的课时已经由原来的8课时增加到12课时，教学效果已经得到明显改善。(2)结合实际需求和资源优势设计实验内容和准备实验讲义。结合广东石油化工学院环境科学与工程专业的人才培养目标和茂名市经济与社会发展需求，同时考虑现有的实验教学条件和学生基础，及中国石化集团茂名石油化工有限公司与学校有长期合作的资源优势，有的放矢地设计实验内容和准备实验讲义。例如我们在环境工程专业实验教学中针对石油化工污染这个学生们感兴趣的话题这样设计了三个实验项目:TOC测定仪测定油厂废水中的总有机碳;气相色谱质谱联用仪测定油厂污水处理装置废水中的有机物和X射线荧光光谱仪测定污泥中的元素含量。每个实验4个学时，分组分批进行，每组8－10人。在实验室进行授课，使用实地采集的样品进行操作，老师在授课过程中随时接受学生的提问并进行讲解和演示，使学生能独立完成实验并更好地撰写提交完整详细的实验报告。让学生在熟练掌握大型仪器设备操作使用技术的同时还能体会到这些分析测试技术在实际生产生活中的应用情况，能有效提高学生们的实践能力、应用能力和创新能力。(3)优化课程设置，涉及大型仪器设备的实验课程建议采用选课制。例如在大一，大二时，可以先开设讲授现代先进的大型仪器设备工作原理的基础理论课，让感兴趣的学生对这些设备的工作原理，机械构造及其应用等先有相应的基本了解。从大三开始，学生已经对自己感兴趣的仪器设备有了基本了解，这时如果希望在这方面做更深入的研究，可根据自己的专业需求、爱好兴趣和未来发展方向，在专业老师的指导下组成各类科研创新小组进行选修课程。专业老师在确定研究课题后，小组成员根据查阅的文献资料，并在老师指导下自行设计实验方案。实验方案经大型仪器设备管理人员认可并严格培训后，即可上机操作，操作熟练之后学生可以独立使用仪器设备开展研究。这样的课程设置，为学生实践能力、应用能力和创新能力的培养和提高创造了良好的条件和机会。
3．3提高大型仪器设备管理人员的专业技术水平并鼓励直接参与本科实验教学任务
设备管理人员本身据有较高的科研能力和技术水平，其技术水平的提高将使得大型仪器设备在运行过程中出现的问题能够被迅速的排查、解决，能有效保障设备的正常运行并极大的降低维护成本。同时设备管理人员直接参与本科实验教学任务，可以更好的教授设备的管理、应用、故障排除及维修技术，还可以凭借他们对先进仪器设备、技术的了解与学生开展座谈会、讨论会等，以丰富的形式提高学生的实践能力、应用能力和创新能力。设备管理人员直接参与本科实验教学任务或者作为带队老师指导学生参加大学生科技或技能竞赛，对于那些参与教学过程并获得高级别竞赛成果的，可以适当的予以奖励，鼓励更多的设备管理人员参与大型仪器设备的共享开发，这样还能极大的缓解实验教学中教师人手不足的问题。
4结语
科教兴国，高校科研工作一直是我们国家科研工作的重点。国家将有限的资金大量投入给各个高校用以购买大型仪器设备，我们就要最大化利用这些昂贵的大型仪器设备，因此大型仪器设备的开放共享机制以及应用成为了高校研究中一个非常重要的课题，特别是其在本科实验教学中的应用受到越来越广泛的重视。本文以广东石油化工学院环境工程专业为背景，对本科实验教学中大型仪器设备的使用率现状及改革方向进行了一些初步的探讨。通过对实验教学内容、教学方法、考核方式以及技术队伍建设等方面的分析，提出了若干条提高大型仪器设备在本科教学中的投入及利用率的建议和措施。
参考文献
［1］蔡兵，刘妹伶，尹玲娜，等．高校大型仪器设备开放共享的实践与探索［J］．实验室研究与探索，2014，33(2):259－263．
［2］葛磊．提高高校大型仪器设备使用效率的探讨［J］．中国电教育，2008(10):197－198．
［3］王敏，郑旭．提高高校大型仪器设备利用率的探索［J］．经师，2012(5):87－88．
［4］翟万营，张金标．高校科研实验室大型仪器平台管理探索［J］．高校实验室工作研究，2016(3):120－122
［5］赵彩霞，邹国享，周金龙．加强大型仪器设备管理人员的培养［J］．高校实验室工作研究，2013(3):61－63
［6］解成喜，熊世春，张政．新疆地方高校实验技术队伍建设中存在的问题与对策分析［J］．实验技术与管理，2014，31(7):8－10
作者：詹彤 王儒珍 刘志森 李长刚 单位：广东石油化工学院
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