大型儀器設備在研究生培養(yǎng)中的問題與對策

李哲煜 陳忠林 沈吉敏

摘? ? 要：文章結(jié)合哈爾濱工業(yè)大學環(huán)境學院實驗中心大型儀器設備的實際情況，分析大型儀器設備面向研究生培養(yǎng)過程中存在的問題，并提出相應的解決對策，即強調(diào)實驗教學的設計理念，嚴格實驗室準入，預約、安全與監(jiān)控管理機制，為進一步加強大型儀器的開放共享及科學管理提供參考。

關(guān)鍵詞：大型儀器設備;研究生培養(yǎng);對策

中圖分類號：G643? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ?文章編號：1002-4107（2020）10-0081-03

研究生是國家科學研究的主要后備力量和生力軍，加強研究生培養(yǎng)，提高研究生綜合素質(zhì)是高校培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神、創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才的重要途徑。為此，加大研究生科研條件的投入，增加大型科研儀器設備的數(shù)量，強化大型儀器的實驗教學與開放，以促進研究生的能力和素質(zhì)的培養(yǎng)。本研究針對大型儀器設備在研究生培養(yǎng)過程中存在的問題，從實驗教學到儀器開放提出了解決對策，并加以實施。

一、大型儀器在研究生實驗教學中的問題及對策

根據(jù)哈爾濱工業(yè)大學環(huán)境學院的特點，在研究生培養(yǎng)過程中，學院實驗中心利用學院儀器平臺的科研儀器設備，開設研究生綜合實驗課，設計包括大型儀器檢測原理與方法、學科實驗方法與技術(shù)等覆蓋學科各類實驗教學的30余個單元，每單元6個學時，學生可以根據(jù)自身實際需求，自主選擇實驗教學單元，完成相應學時，獲得實驗課學分[1-2]。有精力的學生在選擇完成必修學分的基礎(chǔ)上，可以加選其他實驗課程學習，充分滿足研究生對技能培養(yǎng)的渴求。

然而，實驗教學通常針對低年級研究生且學生基礎(chǔ)相對薄弱。大型儀器設備通常操作復雜，課堂教學課時有限、學生上機時數(shù)少;傳統(tǒng)實驗教學樣品單一，與學生研究方向關(guān)聯(lián)性差，導致學生積極性、主動性差;傳統(tǒng)實驗報告可復制性強，容易應付，學生注重操作，弱化分析，寫作能力缺乏;操作大型儀器設備經(jīng)驗不足，等等，這些問題導致研究生動手能力、分析能力得不到充分提高，影響了研究生科研實踐技能和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。文章針對大型儀器在研究培養(yǎng)過程中存在的這些問題，切合學生的研究方向，教學與理論相結(jié)合，實踐和研究相結(jié)合，提出對策，加以解決。

（一）大型儀器設備教學課時少、學生上機時數(shù)少

研究生的初期階段是以基礎(chǔ)課為主，科研實驗為輔，所以這一時期，學生對大型儀器僅處于對儀器名稱的認知階段。在實驗教學課之前，開展儀器普及講座，介紹儀器基本原理、功能、應用范圍，使學生了解實驗室的儀器平臺建設、分類，對儀器設備具備初步的了解，對后續(xù)實驗教學開展，做好良好的理論鋪墊，變相縮短了實驗教學理論講習時間，延長了實驗教學的實踐時間。

實驗教學，以學生為主體，教師為主導，小班式上課，將學生分成若干小組，學生可根據(jù)自己的實際情況調(diào)整上課組別。小班上課，效率高，每位同學可得到一對一指導，確保上機實驗質(zhì)量。

借助網(wǎng)絡，課前與課后，開展問題式、研討式、參與式、互動式、啟發(fā)式組合實驗教學。建立實驗教學微信群和QQ群構(gòu)建信息共享平臺。在信息共享平臺上，學生提出問題，教師不僅會解答問題，同時教師也會在群里提出問題啟發(fā)學生的鉆研精神、實驗意識。師生之間、學生之間會展開研討，每一位學生都可參與，大家一起互動。網(wǎng)絡教學拓展并延伸了課堂教學時間，為學生課堂上的上機操作爭取更多的實踐機會和時間。

以科學研究為載體，以大型儀器設備為手段，線上線下混合式實驗教學，教學與信息共享相結(jié)合，為研究生培養(yǎng)過程中在大型儀器的教學與開放提供了良好的前期基礎(chǔ)和準備。

（二）實驗教學樣品單一，與學生研究方向關(guān)聯(lián)性差

經(jīng)過對儀器的普及講座及網(wǎng)絡教學，學生針對自己的需求在為研究生開設的綜合實驗課中選擇與自己科研相關(guān)的實驗單元進行進一步的理論及實際操作學習。切合學生的研究方向，從實驗前、實驗中、實驗后，合理分配編排實驗教學流程，使目標教學內(nèi)容與樣品選擇、方法緊密相連，調(diào)動學生對實驗教學的積極性和學習主動性。

實驗前，針對每個實驗教學單元，通過互聯(lián)網(wǎng)，建立實驗教學單元學生群，傳送課上實驗講義電子版材料，便于學生了解實驗內(nèi)容與流程，做好實驗預習。鼓勵學生根據(jù)自己的研究方向，自備樣品，教學實驗開始前，逐一討論并加以指導，量身定制，建立實驗計劃，讓學生在課前充分把握自己的實驗目的和節(jié)奏。

實驗中，由于實驗預習充分與樣品前處理準備到位，理論教學輕松，實驗編排順暢，大大提高了實驗教學的課堂效率。引導學生從淺入深，從原理到實踐，逐個親自動手操作，消除對大型儀器的恐懼感。對注意事項，在重點強調(diào)和教師操作示范的基礎(chǔ)上，注重實驗筆記的記錄和實際的演練。學生的積極性、主動性得到極大地調(diào)動。

（三）實驗報告具有可復制性，學生重操作、弱分析

對實驗數(shù)據(jù)和實驗結(jié)果的認知，結(jié)合實驗樣品與實驗目的，引導并教授數(shù)據(jù)分析方法，注意調(diào)控學生的情緒，即使是看起來消極的實驗結(jié)果，在分析找出問題點的同時，鼓勵學生挖掘探究新方法，變消極為積極。實驗后，學生填寫專門設計的實驗報告模板，內(nèi)容包括與實驗相關(guān)聯(lián)的研究背景、測樣目的、材料（包括樣品準備）、實驗儀器、實驗方法、實驗數(shù)據(jù)與討論、實驗分析與結(jié)論、參考文獻。這種基于科研論文基本框架的實驗報告的設計理念與實驗的量身定制相結(jié)合，有效地避免了實驗報告的可復制性，學生不再容易應付。實驗報告分析整理完畢，相當于模擬完成了一篇小論文的基礎(chǔ)框架。有效運用實驗報告，將促進學生科研能力提升，實現(xiàn)理論知識與實踐技能的高度結(jié)合和統(tǒng)一，并初步培養(yǎng)學生科研論文的寫作思路和方法，為將來實際撰寫期刊論文乃至學位論文的準備奠定良好的理論基礎(chǔ)及素材積累。

（四）研究生對大型儀器設備經(jīng)驗不足

在儀器普及講座的基礎(chǔ)上，綜合實驗課的課堂實際教學，加強了學生們對儀器的認知，并掌握了操作的基本技能。但是綜合實驗課主要是針對低年級碩士研究生的流程式基礎(chǔ)實驗教學，隨著研究的深入展開，學生的研究成果更加依賴儀器，僅靠綜合實驗課的學習將無法滿足學生的科研需要。另外，老生不斷畢業(yè)，新生不斷涌進，各研究組經(jīng)常出現(xiàn)儀器使用技能的技術(shù)斷層。鑒于每個研究組的研究方向都有各自的特點，在綜合實驗課教學的基礎(chǔ)上，采取遞進式強化培訓。即，以研究組為單位，組織學生儀器上機培訓，針對各研究組情況強化細化實驗指導與培訓，鞏固綜合實驗課教學成果，加強實驗室管理及安全操作意識，掌握儀器基本維護技能。擴大學生培養(yǎng)范圍，大力培養(yǎng)作為中堅力量的低年級博士研究生，使其在研究組里有效地起到承上啟下的傳幫帶作用。

切合學生的研究方向，教學與理論相結(jié)合，實踐和研究相結(jié)合，開展普及講座、流程式基礎(chǔ)實驗教學與遞進式強化培訓相結(jié)合的立體階梯式教學模式，有效加強了研究生對大型儀器的使用原理和操作技能的掌握，切實發(fā)揮先進大型儀器的科研作用。

二、大型儀器對研究生開放管理存在的問題及對策

研究生通過實驗教學，認知大型儀器設備，一定程度上掌握了大型儀器設備的操作方法，但是對大型儀器的使用需求和頻度，因研究方向而異、因研究階段而異、因研究程度而異。大型儀器普遍投入較大，價格昂貴，維護成本高，如果研究生經(jīng)驗不足，操作不熟練或不當，可能造成對儀器的故障或損壞，加之學生通常只有在實驗教師工作時間才能預約檢測，致使大型儀器的使用率偏低，開放力度不夠[3]。大型儀器對研究生的開放管理中，學院實驗中心實施了大型儀器獨立操作資格取得制和網(wǎng)上預約制[4]，一定程度上改善了大型儀器的開放力度，緩解了實驗教師的實驗強度，但是還存在以下問題：1.學生實驗的階段性、短期密集性，造成實驗操作技能的長期時效性差;2.實驗教師通常管理多臺儀器，有時難以兼顧;3.無大型儀器獨立操作資格證書的學生只能在實驗教師工作時間內(nèi)預約實驗;4.大型儀器對學生開放，尤其在實驗教師非工作時間，缺乏有效實時監(jiān)控及應急處理。針對以上問題，提出大型儀器獨立操作資格有效期限制度、非工作時間實驗申請承諾制度、大型儀器的雙預約制度、實驗室監(jiān)控管理辦法。

（一）實驗操作技能時效性差

通過大型儀器的普及講座、實驗課堂教學與及強化培訓，學生們不僅掌握了針對大型儀器的樣品制備方法，更具備了大型儀器的使用操作能力。理論測試和操作能力考核合格的學生將獲得大型儀器獨立操作資格證書，便可持證預約獨立上機。通過幾年來的運行，實驗室的儀器使用大幅度提高。但是由于學生新老更替，加上部分學生對儀器的使用具有階段性、短期密集性，一段時間后，儀器操作手法淡忘、實驗技能下降，各研究組具備穩(wěn)定操作大型儀器實驗技能的學生數(shù)量減少或出現(xiàn)空白斷層，致使儀器使用過程中容易出現(xiàn)誤操作，導致儀器故障。實驗技能下降的持證同學和無證同學一樣去預約實驗教師的工作時間，同樣降低了大型儀器的利用率。

為此，大型儀器獨立操作資格取消終身制，實行有效期限制度，一年兩次考核，分別設在春季和秋季學期，激勵已有證學生不斷加強鞏固，鼓勵未取得證書學生嚴格要求自己，學習過程中注重儀器使用環(huán)境條件、軟硬件條件，注重操作細節(jié)，安全高效地完成實驗全過程，早日取得資格證書。為已獲得證書學生按儀器分類建群，實驗教師為群主，學生可以在群里自由討論交流，加強對儀器的把握和實驗技能的切磋。大型儀器獨立操作資格的有效期制度有效避免了持證學生上機率過低，導致儀器使用的熟練程度與技能的下降，從而確保大型儀器的開放率和安全使用質(zhì)量，提高實驗教師的工作時間利用率。

（二）學生只能在實驗教師工作時間內(nèi)預約實驗

實驗教師通常不只管理一臺儀器，當不同儀器同一時間段接受預約時，有時難以兼顧。大型儀器對學生開放，尤其在實驗教師非工作時間，缺乏有效實時監(jiān)控，通常學生只能在實驗教師工作時間內(nèi)預約實驗。針對持有大型儀器獨立操作資格證的學生，建立非工作時間預約制度。持證學生不僅可以在實驗教師工作時間預約，還可以申請在實驗教師非工作時間預約，使大型儀器預約時間更加靈活。凡在非工作時間申請實驗的學生需填寫實驗中心《非工作時間實驗安全承諾書》，承諾嚴格遵守《環(huán)境學院實驗室安全制度》，承擔實驗期間的安全責任，杜絕設備連續(xù)運轉(zhuǎn)中實驗無人值守，承諾書一式兩份，學生和指導教師分別簽字后，一份交實驗室負責人，一份交學院備案。非工作日實驗安全承諾制度的建立，延伸了學生的實驗自由度，并且使各研究組的指導教師不僅掌握學生的科研動態(tài)、也能夠一定程度上管控組里學生的實驗計劃與進程。

依據(jù)傳統(tǒng)的預約，不持有大型儀器獨立操作資格證書的學生只能在實驗教師工作時間內(nèi)預約，實驗教師只能按預約先后順序安排實驗。為了滿足實驗需要，改進了傳統(tǒng)的預約方法，建立大型儀器雙預約制度。將取得大型儀器獨立操作資格的學生建立預約持證人力資源群。非持證學生預約實驗，不僅可以向?qū)嶒灲處燁A約，由實驗教師操作實驗;還可以向持證人力資源群下單，申請預約，與持證同學達成訂單，雙方均填寫實驗中心《非工作時間實驗安全承諾書》，得到實驗教師許可后，由持證學生幫助非持證學生完成測樣。雙預約制更加提高了大型儀器的使用率，增加了持證學生的操作頻度，鞏固了實驗操作技能，優(yōu)化了實驗平臺的資源化。

（三）缺乏實時監(jiān)控及應急處理

大型儀器對學生開放，尤其在實驗教師非工作時間，缺乏有效實時監(jiān)控及應急處理措施。實驗室建立監(jiān)控管理辦法，配備實時攝像監(jiān)控系統(tǒng)，不僅實驗室主體監(jiān)控系統(tǒng)能實時監(jiān)控，而且和教師手機相關(guān)聯(lián)。實驗室教師通過手機可實時監(jiān)控學生的實驗操作，即使是在下班后，也可以隨時了解學生的實驗狀態(tài)，如果出現(xiàn)緊急狀態(tài)，可遠程在線指導。大型儀器配備了不間斷電源UPS，UPS不僅續(xù)航時間長，而且具有通信功能，一旦出現(xiàn)停電狀況，實驗教師即使不在學校也能收到UPS發(fā)出的異常短信，便于教師從容應急處理。

大型儀器開放中，實驗室安全是大型儀器管理的重要環(huán)節(jié)，必須要防患于未然。在建立有效實時監(jiān)控及應急處理機制的基礎(chǔ)上，在實驗教學過程中，注入并建立學生實驗室管理、儀器維護與安全意識。學生從進入實驗室的實驗環(huán)境監(jiān)控、儀器及附件維護、實驗安全操作及注意事項，到離開實驗室，教師全套講解，關(guān)鍵部分學生逐一練習，培養(yǎng)學生實驗環(huán)境參數(shù)、設備設置參數(shù)、實驗數(shù)據(jù)的記錄習慣，不僅能夠加深對實驗教學的理解和體驗，而且能夠把科研習慣、實驗室安全管理、責任意識融入研究生的科研素養(yǎng)中。

三、結(jié)論

本文針對大型儀器設備面向研究生培養(yǎng)過程中存在的問題，從實驗教學與儀器開放管理，制訂了切實可行的解決對策。建立與研究生培養(yǎng)切實可行的普及講座、課堂教學與遞進式強化培訓的立體階梯式研究生實驗教學模式，網(wǎng)絡教學拓展并延伸了課堂教學時間，為學生課堂上的上機操作爭取到更多的實踐機會和時間;實驗的量身定制與基于科研論文基本框架的實驗報告的設計理念，不僅極大地調(diào)動了學生的主動性和積極性，還為科研論文的撰寫奠定良好的理論基礎(chǔ)，也為素材積累做好充分的準備。加強大型儀器的開放管理，健全大型儀器獨立操作資格考核制度，取消終身制;在安全承諾與監(jiān)控管理的保障下，靈活大型儀器預約制度，建立雙預約制，優(yōu)化了實驗儀器資源的使用，把科研習慣、安全管理、責任意識融入研究生的科研素養(yǎng)中，研究生的動手能力和科研實驗技能得到提升，從而加快了科研成果進程。總結(jié)研究生的培養(yǎng)模式，今后將運用到有志于讀研的高年級本科生，以及參加創(chuàng)新研究的低年級學生，為優(yōu)秀人才的儲備打好堅實的基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1]趙晟鋅，陳忠林，徐永鵬.實驗教學中心一體化建設的示范作用探析[J].黑龍江教育：高教研究與評估，2017，（7）.

[2]王世平.研究生儀器分析課程中實驗教學改革[J].實驗技術(shù)與管理，1995，（4）.

[3]陳忠林，趙貞，徐永鵬，等.科研儀器設備開放共享在研究生培養(yǎng)中的作用[J].實驗技術(shù)與管理，2015，（5）.

[4]趙貞，徐永鵬，陳忠林.高校“大型儀器獨立操作資格”制度的管理與實踐[J].實驗技術(shù)與管理，2014，（11）.

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