基于“產(chǎn)學(xué)研”平臺的掃描電鏡實驗教學(xué)改革與實踐

陸筑鳳　李加友　王紅梅

（嘉興學(xué)院，嘉興314001）

基于“產(chǎn)學(xué)研”平臺的掃描電鏡實驗教學(xué)改革與實踐

陸筑鳳李加友王紅梅

（嘉興學(xué)院，嘉興314001）

利用學(xué)校分析測試中心的“產(chǎn)學(xué)研”平臺，通過建立掃描電鏡基礎(chǔ)教學(xué)實驗、開放應(yīng)用型實驗、創(chuàng)新研究型實驗三層次的實驗教學(xué)體系，克服掃描電鏡教學(xué)實驗使用成本高、開機時數(shù)少等缺點，建立基礎(chǔ)、應(yīng)用、創(chuàng)新一體化實驗教學(xué)管理辦法，形成新的運行機制，延伸和拓展掃描電鏡實踐教學(xué)內(nèi)容，增加了掃描電鏡開機時數(shù)，提高了教師教學(xué)積極性和學(xué)生實踐動手能力。

產(chǎn)學(xué)研；掃描電鏡；實驗教學(xué)改革；應(yīng)用型人才

《國家教育事業(yè)發(fā)展第十二個五年規(guī)劃》提出要擴(kuò)大應(yīng)用型復(fù)合型技能型人才培養(yǎng)規(guī)模，地方高校要以培養(yǎng)應(yīng)用型、技能型人才為主，加強應(yīng)用型、技能型人才學(xué)科專業(yè)建設(shè)。在“十二五”期間，根據(jù)教育部提出的全面提高高等教育質(zhì)量的指導(dǎo)意見，大多學(xué)校展開了實驗教學(xué)改革，增加了應(yīng)用性、實踐性內(nèi)容，突出了實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)，改善教學(xué)效果，提高了教學(xué)質(zhì)量［1-4］。通過加強實驗教學(xué)的經(jīng)費投入，許多大型精密儀器的分析檢測方法被列入實驗教學(xué)內(nèi)容［5-7］。但在大型儀器設(shè)備的實驗教學(xué)過程中，由于機器耗材和維護(hù)費用高，普遍采用學(xué)生進(jìn)行樣品處理，老師進(jìn)行操作分析，學(xué)生完成報告的流水線模式，導(dǎo)致學(xué)生上機時數(shù)少，教學(xué)效果差的情況［8-9］。

嘉興學(xué)院作為一所地方應(yīng)用型本科院校，通過與地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展服務(wù)相結(jié)合，積極開展了應(yīng)用型人才培養(yǎng)的教育改革探索。學(xué)校開設(shè)的高分子材料與工程和應(yīng)用化學(xué)等專業(yè)人才培養(yǎng)中，要求學(xué)生掌握電鏡在材料制備和檢測方面的應(yīng)用能力。因此，基于我校省級示范分析測試中心（以下簡稱“中心”）的“產(chǎn)學(xué)研”平臺，針對高分子材料與工程和應(yīng)用化學(xué)專業(yè)學(xué)生，通過將掃描電鏡實驗項目分為驗證性實驗、開放應(yīng)用型實驗和創(chuàng)新研究型實驗三個層次，并利用“產(chǎn)學(xué)研”平臺的送檢樣品作為教學(xué)材料，減少實驗教學(xué)過程的開機費用，增加學(xué)生上機時數(shù)，提高實驗教學(xué)效果，從而達(dá)到系統(tǒng)地進(jìn)行實驗理論、實驗方法、實驗技術(shù)的教學(xué)和培養(yǎng)科研能力和應(yīng)用能力的目的。

一、實驗教學(xué)內(nèi)容改革

掃描電鏡實驗教學(xué)自2009年開設(shè)，一直存在學(xué)生上機時間短，單次上機人數(shù)有限，教學(xué)效果較差等問題，極大地限制了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和創(chuàng)新性，不利于培養(yǎng)適應(yīng)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的應(yīng)用型專業(yè)人才，經(jīng)過6年的實踐與探索，中心建立了“三層次”電鏡實驗教學(xué)體系，如表1所示。

表1　掃描電鏡實驗教學(xué)體系

1.改進(jìn)基礎(chǔ)教學(xué)實驗

掃描電鏡本科驗證性教學(xué)實驗“掃描電鏡的認(rèn)識、樣品制備及圖像分析”6學(xué)時，是在學(xué)習(xí)完理論知識的基礎(chǔ)上，通過具體的實驗操作，幫助學(xué)生進(jìn)一步理解相應(yīng)的知識點，熟悉儀器設(shè)備的使用方法。實驗?zāi)康暮鸵蟀ǎ毫私怆娮语@微鏡的基本組成、工作原理和基本操作步驟；了解電子顯微鏡分析樣品的常規(guī)制備方法；練習(xí)對二次電子像（照片）、背散射電子像等電子顯微照片的解釋和分析，學(xué)會電子顯微像的分析方法。

針對該類實驗學(xué)習(xí)過程被動、學(xué)生興趣不高的問題，做如下三方面改進(jìn)：首先，學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識查閱相關(guān)資料，自備感興趣的樣品。其次，選擇典型樣品、設(shè)計實驗內(nèi)容讓學(xué)生在實踐中理解課堂教學(xué)的內(nèi)容，鍛煉分析能力。最后，觀察學(xué)生自帶樣品，如頭發(fā)、羊毛、兔毛的微觀形貌，激發(fā)學(xué)生的興趣。

2.在驗證性實驗基礎(chǔ)上，設(shè)立開放性應(yīng)用實驗

掃描電鏡開放性實驗項目主要取自企業(yè)的生產(chǎn)檢測任務(wù)，通過檢測分析解決企業(yè)實際生產(chǎn)中的難題。在與相關(guān)企業(yè)充分協(xié)商、交流的基礎(chǔ)上，首先由指導(dǎo)教師依據(jù)企業(yè)的科研任務(wù)設(shè)立若干小項目，供相應(yīng)專業(yè)的學(xué)生選擇參與，然后在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生獨立完成開放性項目。

實驗?zāi)康暮鸵笫牵旱谝?，掌握掃描電鏡常規(guī)制樣方法，熟悉儀器操作規(guī)程、數(shù)據(jù)處理軟件使用方法及儀器使用安全注意事項。第二，以廣泛研究的功能材料分析表征為研究課題，通過對實驗內(nèi)容優(yōu)化設(shè)計、實踐摸索和經(jīng)驗總結(jié)，改進(jìn)掃描電鏡原理和應(yīng)用實驗的教學(xué)方法，為完善掃描電鏡在普通本科院校實驗教學(xué)中的應(yīng)用做出探索。

實施方案為：第一，每周對外開放2-3次樣品制備時間，由學(xué)生自主選擇合理分組，參與樣品制備和檢測。第二，教師詳細(xì)講解操作使用技能，指導(dǎo)每位學(xué)生的獨立操作。第三，在對功能材料，如石墨烯、氧化亞銅等進(jìn)行分析過程中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，以此增進(jìn)交流與協(xié)作，掌握儀器使用。學(xué)生通過該方案完成實驗時，不但掌握了該項技術(shù)，還接受了早期科研培訓(xùn)，為其今后科研工作的開展奠定了基礎(chǔ)。

3.結(jié)合科研，開設(shè)創(chuàng)新研究型實驗

傳統(tǒng)實驗教學(xué)是為理論教學(xué)服務(wù)的，不能結(jié)合學(xué)生興趣或需要來設(shè)定實驗內(nèi)容，無法充分發(fā)揮學(xué)生在實驗過程中的積極性和創(chuàng)造性。利用產(chǎn)學(xué)研平臺開設(shè)實驗教學(xué)，一方面由送樣單位承擔(dān)了檢測費用，避免了實驗原料的浪費，節(jié)省了大量資金；另一方面，可以提供給學(xué)生大量上機時間，鼓勵學(xué)生豐富第二課堂研究，提高教學(xué)效果。

其實驗?zāi)康暮鸵笫牵旱谝?，針對不同樣品進(jìn)行分析，優(yōu)化操作條件，讓學(xué)生在實踐中提高分析能力，理解所涉及的課堂教學(xué)內(nèi)容。第二，用實例加深對不同圖像特點的理解，尤其是二次電子像和背散射電子像，加強對分辨率和景深的理解。第三，通過檢測，使學(xué)生了解材料涂層，并用實例突出能譜測試的應(yīng)用場合。

研究型實驗提高了電鏡教學(xué)效果，達(dá)到了培養(yǎng)學(xué)生初步具有科學(xué)研究能力的目的。實施方案為：第一，根據(jù)平臺教師的科研項目和科研經(jīng)歷開設(shè)實驗內(nèi)容，例如，石墨烯復(fù)合材料的制備、氧化亞銅微納米材料的制備及性能研究、過渡金屬氧化物納米材料的制備、仿生納米材料的合成及性能研究等。第二，每周有2-3天開放給科研團(tuán)隊讓學(xué)生認(rèn)真觀察科研課題制備的材料，發(fā)現(xiàn)問題、思考問題，相互討論并向指導(dǎo)老師請教，儀器管理教師則輔助現(xiàn)場檢測。

二、實驗教學(xué)管理改革

為了提高掃描電鏡教學(xué)實驗的效率，充分體現(xiàn)學(xué)生的自主性，我們對實驗管理也做了較大改革。實驗前應(yīng)使學(xué)生明確實驗要求和儀器使用規(guī)范及考核標(biāo)準(zhǔn)，依托中心的實驗室管理系統(tǒng)，建立基礎(chǔ)、應(yīng)用、創(chuàng)新一體化的實驗教學(xué)管理辦法，形成新的運行機制，讓學(xué)生自主參加實驗過程，激發(fā)興趣，體現(xiàn)了實驗管理人性化與柔性化相結(jié)合的特征。

1.一體化實驗教學(xué)管理辦法

開放實驗每學(xué)年申報一次，組織學(xué)生參加實驗室安全知識競賽。內(nèi)容包括實驗室安全以及與環(huán)保知識有關(guān)的內(nèi)容，如防火防爆、危險化學(xué)品的安全使用及防護(hù)、實驗室生物安全與防護(hù)、電氣安全與防護(hù)、放射性安全與防護(hù)、計算機信息安全、三廢處理、實驗室安全事故的緊急處理與救援、食品安全等。對參與開放實驗的學(xué)生采用網(wǎng)絡(luò)平臺預(yù)約，校園一卡通授權(quán)門禁系統(tǒng)的方式。將選課的學(xué)生名單輸入基于校園一卡通的大型科學(xué)儀器設(shè)備共享預(yù)約系統(tǒng)，儀器管理教師將開放時間段公布在網(wǎng)絡(luò)平臺，學(xué)生可通過儀器設(shè)備網(wǎng)查詢和預(yù)約學(xué)習(xí)時間，待預(yù)約單審核成功后用戶持卡通過一卡通身份認(rèn)證，實現(xiàn)用戶自助使用儀器。對于通過儀器管理老師的操作考核的參與創(chuàng)新研究型實驗的學(xué)生，中心頒發(fā)相關(guān)儀器操作培訓(xùn)合格證書，通過網(wǎng)絡(luò)預(yù)約的方式可自行上機檢測?？己送ㄟ^的用戶信用度為100分，若違規(guī)按考核辦法扣分，累計扣分100分，則取消該用戶的獨立使用權(quán)限。

2.實驗運行機制

有意參加開放性實驗的學(xué)生首先在網(wǎng)上報名，中心根據(jù)報名情況和實驗室的承受能力通過考核確定參加開放實驗的人員，接收24-30人，實驗結(jié)束后按有關(guān)規(guī)定可記第二課堂學(xué)分，并出具中心的開放實驗證明。學(xué)生可根據(jù)自己的實際情況選擇實驗的時間，充分體現(xiàn)以學(xué)生為本的理念。除基礎(chǔ)實驗課外，學(xué)生均經(jīng)過考核授權(quán)后預(yù)約進(jìn)入掃描電鏡室學(xué)習(xí)。儀器使用經(jīng)費從實驗室開放基金列支。學(xué)校設(shè)立實驗室開放獎勵制度，評選大型儀器設(shè)備優(yōu)秀開放機組，對開放工作成績突出的大型儀器設(shè)備、教師、實驗技術(shù)人員給予獎勵。

3.與企業(yè)建立長期合作，發(fā)展“產(chǎn)學(xué)研”平臺

與嘉興地區(qū)企事業(yè)單位開展“產(chǎn)學(xué)研用”合作，如與清華長三角研究院、中科院等科研院所，嘉興市出入境檢測檢疫局、韓泰輪胎（嘉興）有限公司等建立長期的合作關(guān)系，實行儀器共享機制。同時和常州大學(xué)、江西理工大學(xué)等兄弟院校聯(lián)合培養(yǎng)研究生，提供科研平臺，在這一過程中，教學(xué)與科研及人才培養(yǎng)互相促進(jìn)，不僅為地方經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和人才培養(yǎng)做出了貢獻(xiàn)，而且使自身的辦學(xué)實力大大增強，為嘉興及周邊地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展也提供了科技支撐。

三、實驗教學(xué)改革的效果評價

1.提高掃描電鏡實驗教學(xué)效果

實驗技能的培養(yǎng)是地方院校教育和人才培養(yǎng)的重要內(nèi)容，三層次系統(tǒng)化實驗教學(xué)，極大地彌補了大型儀器設(shè)備實驗教學(xué)的不足，有效地調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，開拓了掃描電鏡實驗教學(xué)新途徑。利用“產(chǎn)學(xué)研”平臺將教學(xué)資源統(tǒng)一協(xié)調(diào)，可充分發(fā)揮實驗室資源的最大效益，為學(xué)生提供進(jìn)行科學(xué)研究和多學(xué)科綜合實踐的學(xué)習(xí)研究平臺和實驗條件，學(xué)生可利用課余時間，根據(jù)自身的實際和興趣參與到有關(guān)項目的實踐活動中去［10-11］，這些項目可以是某個知識點的驗證，也可以是一個完整知識體系的集成，在驗證的基礎(chǔ)上，可以促成學(xué)生對知識的拓展和延伸，學(xué)生的應(yīng)用能力得到提高，這對提高實驗教學(xué)效果有積極作用。

2.提高教學(xué)和辦學(xué)質(zhì)量

充分發(fā)揮中心“產(chǎn)學(xué)研”平臺進(jìn)行實驗教學(xué)的優(yōu)勢，推動高校加強學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，在地區(qū)內(nèi)實現(xiàn)資源整合和共享，發(fā)揮示范輻射作用，以此加快實驗教學(xué)改革和實驗室建設(shè)，提升辦學(xué)水平和教育質(zhì)量。

四、結(jié)束語

加強實驗教學(xué)改革，充分利用產(chǎn)學(xué)研平臺提高教學(xué)效果，不僅可以有效地提高大型儀器設(shè)備利用率，還可以不斷提高高校的教學(xué)科研水平和學(xué)生的創(chuàng)新能力。大型儀器設(shè)備“產(chǎn)學(xué)研”合作共享平臺在一些高校剛剛起步，在實際工作中會遇到許多困難和問題，面對新的形勢和新的機遇，需要勇于探索，不斷實踐，充分利用教學(xué)資源培養(yǎng)綜合素質(zhì)人才。

［1］李劍平，楊詠東.地方高校掃描電鏡使用現(xiàn)狀及整改措施［J］.實驗技術(shù)與管理，2013，30（1）：88-90.

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［10］楊安，歐陽奇.儀器設(shè)備平臺資源共享系統(tǒng)［J］.實驗室研究與探索，2008，27（8）：147-150.

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（責(zé)任編輯：姚歆燁）

Teaching Reform and Practice in Scanning Electron Microscope Experiment Based on“Industry-University-Research”Platform

LU Zhufeng，LI Jiayou，WANG Hongmei
（Jiaxing University，Jiaxing 314001，China）

Scanning electron microscope（SEM）experiment teaching is costly and complex.Based on the platform of“industry-university-research cooperation”，a“3-level”system of SEM experiment teaching was established to deal with those problems.The“3-level”system was composed of basic teaching experiment，application experiment and innovative research experiment.The contents of teaching and mechanism of management were reorganized.Teaching practice showed that the open time of SEM was increased，the initiative of the teacher was promoted，and the practical ability of the students was enhanced significantly.

“industry-university-research”platform；scanning electron microscope；reform of experiment teaching；applied talents

G642.0

陸筑鳳（1984—），女，實驗師，研究方向：電鏡實驗教學(xué)、分析測試技術(shù)。

浙江省分析測試科技計劃項目（2015C37010）；嘉興學(xué)院教學(xué)改革實驗專項（70115008）。