(實驗教學論文)本科實驗教學大型儀器設備應用研究

【實驗教學論文】本科實驗教學大型儀器設備應用研究內(nèi)容摘要:大型儀器設備是高校實驗教學中必不可少的硬件基礎，對于培養(yǎng)學生的實踐能力、應用能力和創(chuàng)新能力起著非常重要的作用。本文以廣東石油化工學院的環(huán)境工程專業(yè)為例，對大型儀器設備在本科實驗教學中的使用情況進行調(diào)研，分析了大型儀器設備在實驗教學中的應用現(xiàn)在狀況，并進一步提出了如何將大型儀器設備更好的服務本科實驗教學的一些建議和改進辦法。本文關鍵詞語:高校;環(huán)境工程專業(yè);大型儀器設備;實驗教學近年來，隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，大型分析測試儀器設備因其具有技術先進、功能強大、數(shù)據(jù)處理快、自動化程度高等優(yōu)點，在食品、環(huán)境、化工、生物等領域的應用越來越廣泛。因此，各大高等院校都在致力于加強培養(yǎng)大學生操作使用大型儀器設備的能力，這樣做的目的既能知足企業(yè)用人單位對這類人才的需要，更是為大學生的就業(yè)增加了一條出路［1］。但是由于大型儀器設備價格非常昂貴、維護周期長、工作原理復雜、操作要求高以及高水平專業(yè)技術人員不多，直接導致大型儀器設備在高校本科實驗教學中的使用受到了很大的局限?，F(xiàn)在的使用率僅僅只能知足讓學生掌握實驗課程中的相關理論知識，而不能讓每一位學生都能親自動手操作儀器［2－3］，更談不上熟練掌握操作使用乃至開展研究的能力。因此，提高大型儀器設備的使用率，十分是提高其在本科實驗教學中的利用率成為現(xiàn)今高校的重要研究課題之一。本文以廣東石油化工學院環(huán)境工程專業(yè)為背景，對大型儀器設備在高校本科實驗教學中的應用進行了一定的探尋求索和研究。1背景介紹及現(xiàn)在狀況廣東石油化工學院的環(huán)境科學與工程學科是廣東省高水平理工科建設大學五大優(yōu)勢重點建設學科和四個碩士授權規(guī)劃建設學科之一。幾年前，由于資金、人員、場地等各種條件限制，廣東石油化工學院環(huán)境工程專業(yè)的本科實驗教學中仍然在使用那些型號老舊、穩(wěn)定性不高的小型、低端的分析測試設備。這些設備不僅已經(jīng)和教學資料上的現(xiàn)代先進的分析儀器技術嚴重脫節(jié)，更重要的是無法給學生提供實際意義上的實踐機會。近兩年學校積極引進高端人才，并投入了大量資金購買大型儀器設備、改擴建實驗室，現(xiàn)已擁有同位素質(zhì)譜儀、電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀、氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀、高效液相色譜質(zhì)譜質(zhì)譜聯(lián)用、離子色譜、核磁共振波譜儀等大型儀器40余臺(套)。這些設備不僅很大程度上知足了科研的需要，更是有計劃的逐步推廣應用于各專業(yè)本科實驗教學。例如，環(huán)境工程專業(yè)本科教學中的(環(huán)境監(jiān)測實驗〕，就牽涉到許多應用在環(huán)境監(jiān)測方面的分析測試大型儀器設備。以前由于缺少大型儀器設備，在實驗課上教師只能以演示教學為主，學生們既沒有充分的時間也沒有更多的機會去親自動手操作儀器完成一系列的分析測試過程?？上攵?，面對教師布置的實驗任務學生們只能機械的完成和抄寫實驗報告。相比于傳統(tǒng)的有機化學、分析化學等基礎實驗，這樣的儀器分析實驗安排無法給予學生循序漸進的知識積累和適應提高過程，而且被動的學習過程使學生對儀器分析這一部分失去了興趣和主動性，急需改革。2大型儀器設備在本科實驗教學中面臨的問題及原因分析大型儀器設備在本科實驗教學中面臨的問題主要表現(xiàn)在:大型儀器設備價格昂貴、數(shù)量少，運行維護周期長、成本高，本科實驗教學學時少且教學內(nèi)容復雜單一等方面:(1)大型儀器設備在本科實驗教學中的共享工作在我校仍處于起步階段。實行共享管理可以從根本上改善和提高大型儀器設備在本科教學中投入使用率［4－6］。廣東石油化工學院已經(jīng)制定了一系列大型儀器設備相關管理制度，例如(廣東石油化工學院大型儀器設備管理實施細則〕等。但關于大型儀器設備與本科實驗教學這兩部份內(nèi)容相交叉的方面，還沒有政策和制度牽涉到，暫時也沒有相應的考核的指標來進行監(jiān)督政策的實施。(2)實驗教學學時少且教學的內(nèi)容復雜形式單一。學生在有限的學時數(shù)內(nèi)，既要了解和掌握儀器結構、試樣制備及結果分析方法又要熟練操作步驟并動手實驗，幾乎是不可能的。實驗課堂上學生只能機械、被動地按照教師設定好的實驗步驟完成相應實驗內(nèi)容，缺少設計實驗方案和論證優(yōu)化實驗方法環(huán)節(jié)，課后的實驗報告也只是照搬書本或者實驗講義上的內(nèi)容，基本不用主動思考。這種傳統(tǒng)單一的實驗教學形式重結果，輕過程，無法達到培養(yǎng)學生獨立思考問題、解決問題能力的教學目的。(3)大型儀器設備價格昂貴、維修費用高、維護周期長。高校有限的經(jīng)費導致大型儀器設備數(shù)量有限，多數(shù)僅有一臺(套)。而且這些儀器設備本身就承擔了繁重的科研測試任務，科研和教學時間安排上容易造成沖突，客觀造成留給教學使用的時間相對較少。更重要的是大型儀器設備的結構、原理、操作相對復雜，學生在實驗過程中極易因為操作的失誤導致儀器損壞，增加儀器損壞率、造成高額的維修費用，并且出現(xiàn)問題后多數(shù)需要等待廠家工程師上門維修導致維修周期也很漫長，這樣將會嚴重影響科研工作者的使用。因此一些大型儀器設備管理單位寧愿空置以降低維護成本，也不愿共享于本科實驗教學。3在本科實驗教學中提高大型儀器設備使用率的建議3．1加強設備管理方面的制度建設，完善獎懲措施，提高本科實驗教學投入使用率學校按照需求將購置的大型儀器設備分配至使用部門，由使用部門與學校簽訂設備管理協(xié)議書。協(xié)議書內(nèi)容包括這臺大型儀器設備每年用于實驗教學的課時數(shù)、用于科研工作以及社會服務方面的使用標準、效益目標，十分是要規(guī)定面向本科實驗教學開放的課時的量化指標。每年進行一次考核，根據(jù)使用部門完成指標的情況進行評分考評。對于考評等級優(yōu)秀的部門，學校應從多方面進行獎勵，例如可以全額或按比例返還當年的設備使用費用于使用部門對本科實驗教學開放上維護大型儀器設備的支出，可以在該部門的實驗室建設經(jīng)費立項上予以傾斜，可以給予申請購置新設備的優(yōu)先權，可以對工作突出的個人予以獎勵等等，這樣形成長效的良性循環(huán)。而對于考評等級無法達標的使用部門，首先要找出無法達標的原因，找出問題對癥下藥，找到責任人明確責任，其次可以收回并重新調(diào)整該部門管理使用的大型儀器設備。以最終的考評結果為導向，來提高大型儀器設備資源向本科實驗教學中的轉移調(diào)控力度，從學校規(guī)章制度層面上保證大型儀器設備在本科實驗教學上的投入使用率。3．2只有讓學生學習更多大型儀器設備的原理，提高并掌握其操作使用技術，才能讓學生在以后的學習、工作中熟練地利用這些大型儀器設備進行科學研究或是為企業(yè)創(chuàng)造價值(1)增加課時，調(diào)整牽涉到大型儀器設備的實驗教學內(nèi)容安排，將實驗課安排與理論課內(nèi)容同步以豐富教學內(nèi)容形式。只有當理論和實驗教學同步時，理論教學才能為實驗教學打基礎，而實驗教學則能夠促進理論教學的鞏固和深化。其次，增加實驗教學課時。在做好預習，學好相關理論知識的基礎上，使學生有充分的時間自己動手操作這些儀器設備，獨立完成包括制樣、上機分析及實驗結果處理這些過程，有利于提高學生的動手能力和激發(fā)學習興趣。從去年開始，環(huán)境工程專業(yè)18級的(環(huán)境監(jiān)測實驗〕的課時已經(jīng)由原來的8課時增加到12課時，教學效果已經(jīng)得到明顯改善。(2)結合實際需求和資源優(yōu)勢設計實驗內(nèi)容和準備實驗講義。結合廣東石油化工學院環(huán)境科學與工程專業(yè)的人才培養(yǎng)目標和茂名市經(jīng)濟與社會發(fā)展需求，同時考慮現(xiàn)有的實驗教學條件和學生基礎，及中國石化集團茂名石油化工有限公司與學校有長期合作的資源優(yōu)勢，有的放矢地設計實驗內(nèi)容和準備實驗講義。例如我們在環(huán)境工程專業(yè)實驗教學中針對石油化工污染這個學生們感興趣的話題這樣設計了三個實驗項目:TOC測定儀測定油廠廢水中的總有機碳;氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀測定油廠污水處理裝置廢水中的有機物和X射線熒光光譜儀測定污泥中的元素含量。每個實驗4個學時，分組分批進行，每組8－10人。在實驗室進行授課，使用實地采集的樣品進行操作，教師在授課過程中隨時接受學生的提問并進行講解和演示，使學生能獨立完成實驗并更好地撰寫提交完整詳細的實驗報告。讓學生在熟練掌握大型儀器設備操作使用技術的同時還能體會到這些分析測試技術在實際生產(chǎn)生活中的應用情況，能有效提高學生們的實踐能力、應用能力和創(chuàng)新能力。(3)優(yōu)化課程設置，牽涉大型儀器設備的實驗課程建議采用選課制。例如在大一，大二時，可以先開設講授現(xiàn)代先進的大型儀器設備工作原理的基礎理論課，讓感興趣的學生對這些設備的工作原理，機械構造及其應用等先有相應的基本了解。從大三開始，學生已經(jīng)對自己感興趣的儀器設備有了基本了解，這時如果希望在這方面做更深切進入的研究，可根據(jù)自己的專業(yè)需求、愛好興趣和未來發(fā)展方向，在專業(yè)教師的指導下組成各類科研創(chuàng)新小組進行選修課程。專業(yè)教師在確定研究課題后，小組成員根據(jù)查閱的文獻資料，并在教師指導下自行設計實驗方案。實驗方案經(jīng)大型儀器設備管理人員認可并嚴格培訓后，即可上機操作，操作熟練之后學生可以獨立使用儀器設備開展研究。這樣的課程設置，為學生實踐能力、應用能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和提高創(chuàng)造了良好的條件和機會。3．3提高大型儀器設備管理人員的專業(yè)技術水平并鼓勵直接參與本科實驗教學任務設備管理人員本身據(jù)有較高的科研能力和技術水平，其技術水平的提高將使得大型儀器設備在運行過程中出現(xiàn)的問題能夠被迅速的排查、解決，能有效保障設備的正常運行并極大的降低維護成本。同時設備管理人員直接參與本科實驗教學任務，可以更好的教授設備的管理、應用、故障排除及維修技術，還可以憑借他們對先進儀器設備、技術的了解與學生開展座談會、討論會等，以豐富的形式提高學生的實踐能力、應用能力和創(chuàng)新能力。設備管理人員直接參與本科實驗教學任務或者作為帶隊教師指導學生參加大學生科技或技能競賽，對于那些參與教學過程并獲得高級別競賽成果的，可以適當?shù)挠枰元剟?，鼓勵更多的設備管理人員參與大型儀器設備的共享開發(fā)，這樣還能極大的緩解實驗教學中老師人手不足的問題。科教興國，高校科研工作一直是我們國家科研工作的重點。國家將有限的資金大量投入給各個高校用以購買大型儀器設備，我們就要最大化利用這些昂貴的大型儀器設備，因此大型儀器設備的開放共享機制以及應用成為了高校研究中一個非常重要的課題，十分是其在本科實驗教學中的應用受到越來越廣泛的重視。本文以廣東石油化工學院環(huán)境工程專業(yè)為背景，對本科實驗教學中大型儀器設備的使用率現(xiàn)在狀況及改革方向進行了一些初步的探討。通過對實驗教學內(nèi)容、教學方法、考核方式以及技術隊伍建設等方面的分析，提出了若干條提高大型儀器設備在本科教學中的投入及利用率的建議和措施。以下為參考文獻［1］蔡兵，劉妹伶，尹玲娜，等．高校大型儀器設備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