實驗技術人員在實驗室開放項目中的作用

任淑霞, 張翠秒, 劉 微, 閏明濤, 白國義

(河北大學 化學與環境科學學院 國家級化學實驗教學示范中心, 河北 保定 071002)

建設創新型國家,首要的是提高教育創新能力。對于理工科院校,提高實驗教學在人才培養方面的功能,是解決當前高校創新人才培養問題的必然要求。《教育部等部門關于進一步加強高校實踐育人工作的若干意見》(教思政〔2012〕1號)中明確提出要強化實踐育人環節,明確實踐教學是學校教學工作的重要組成部分,是深化課堂教學的重要環節,是學生獲取、掌握知識的重要途徑。高校實驗教學成為提升培養實踐創新人才質量的重要手段,隨著實驗教學改革的深入,實驗室的開放已經成為目前我國高校實驗室建設和發展的核心內容[1-8]。

1 實驗室開放的項目類型

實驗室向學生開放的具體項目分為自選實驗課題、學生參與教師科研、科學素養與人文素質培養、學科競賽、大型儀器設備開放等類型,采取以學生為主體、教師輔以指導的實驗教學模式。

從我校及其他兄弟院校近幾年學生參與開放實驗的狀況看,由于將參與競賽獲獎、科研論文發表與學生評優、保送研究生、評定獎學金等學生評獎評優體系相掛鉤,使學科競賽、創新設計競賽類及教師科研類開放實驗項目成為開放實驗的主導,對通用類開放實驗項目及學生受益面大的基礎教學類實驗項目啟動數量極少[9]。即使本科實驗教學開設了綜合型、設計型實驗課題,也不是以開放形式展開,而是實驗內容、時間都是固定的,屬于教學計劃內的課程。

自選實驗課題型實驗是指實驗室發布教學計劃以外的綜合型、設計型自選實驗課題,鼓勵學生進行創新設計實驗。學生在教師指導下獨立完成課題的方案設計、實驗裝置安裝與調試,完成實驗并撰寫實驗報告。這類實驗室開放項目同樣能夠提高學生的實踐能力,而且受限條件少,實驗的類型、內容、方式靈活多樣,有利于更多的學生參與進來,因此,自選實驗課題應該成為今后實驗教改大力發展的方向。

2 化學示范中心開放的意義及有利條件

2.1 示范中心開設自選實驗課題的意義

學科競賽、創新設計競賽類及教師科研類開放實驗項目的場地一般是指導教師的科研實驗室,培養場地及培養學生人數上都是屈指可數的。這些類型的開放項目培養的主要是拔尖人才,可謂是鳳毛麟角。拔尖人才的培養很重要,在近幾年的競賽中,我院也取得了傲人的成績,學生受到鍛煉的同時,也給學校、學院增光添彩。但絕大多數學生沒有機會、也不適合進行拔尖培養。如何對那些基礎知識參差不齊,科研素質、創新能力較差的學生,提供參與創新訓練和實踐的平臺,滿足大多數學生想參與實踐與創新訓練的需求？自選實驗課題解決了這個難題。自選實驗課題的開設能夠轉變學生的學習方式,培養創新思維,促使學生夯實知識基礎、鍛煉實踐能力、提高創新能力。

2.2 示范中心具有充分的開放資源

我校國家化學實驗教學示范中心(以下簡稱示范中心)由院校二級管理,儀器設備比較齊全,固定資產約3 400臺件,資產總額達2 800萬。擁有教學測試平臺,具有門類比較齊全的測試分析儀器,涵蓋光、電、熱、色譜、結構、物相、形貌等方面的測試與表征,支撐化學、材料、環境等領域的教學與科研。示范中心所有實驗室在保證完成本科實驗教學計劃的前提下,可以對本科生開放,為開放性設計實驗提供工作場所和物質資源,允許學生在教師的指導下在課余時間包括晚上和假期進入實驗室做實驗。示范中心下屬儀器中心所管理的大中型儀器在保證各實驗課任務完成的前提下,也為本科生、研究生和教師的科研提供各種開放服務。

2.3 有一支精技術、善管理、能吃苦的隊伍

新形勢下高校實驗技術人員已不是原來意義上的輔助教學崗位,示范中心的發展需要技術人員精通大型儀器的使用與維護,具備開發儀器延伸功能的能力；需要具有管理實驗室安全與環保的能力；需要具有自制儀器與改革實驗項目,提高教學質量的能力；需要具有溝通協調的能力；需要具有吃苦耐勞的品質。示范中心成立以來,充分認識到實驗技術隊伍是實踐教學環節的執行者,也是高校實驗室建設、發展和改革的重要推動者,逐步加強實驗技術人員的隊伍建設,學歷水平明顯提高,示范中心工作人員有碩士以上學歷者占80%。示范中心加大對實驗技術人員的技能培訓,提供對外交流學習機會,提高其業務素質。同時采取多種激勵措施,如：獎勵指導實驗室開放項目、自制儀器、實驗教改項目、實驗教改論文等,充分發揮實驗技術人員的主觀能動性,使中心資產發揮最大效能,服務于教學、科研和社會。

3 實驗技術人員在實驗室開放中的作用

示范中心實驗授課教師隸屬于相應教研室,教學準備實驗技術人員隸屬于示范中心管理。從管理角度看,實驗教學準備技術人員是示范中心的主體,他們對自己管轄范圍的實驗室情況了如指掌。實驗室開放項目的實施,隨著使用實驗室人數和實驗類型的增多,必然會遇到各種各樣的問題。這些問題的處理需要有非常了解實驗室運行,也有豐富實踐經驗和廣闊知識面的管理人員[8]。實驗技術人員繁雜的工作性質歷練了他們“一專多能”的本領,以示范中心為基地開設的實驗室開放項目只有在這些人員的精心工作下才能順利開展。實驗技術人員在示范中心實驗室開放項目中是主角,而不再是隸屬相關教研室的輔助人員。示范中心要求全體實驗技術人員以主人翁的態度對待實驗室的開放,充分利用和合理調配實驗室資源,促進實驗教學改革,培養學生的實踐能力和創新精神,規范有序地開展我校實驗室開放工作,構建高素質創新型人才培養體系。因此,實驗技術人員參與實驗室開放項目的運行具有良好的基礎和充分的必要性。

3.1 參與自選實驗項目的制定

實驗技術人員在多年的實驗教學準備以及輔助教學的工作積累中,明確每一個實驗的設置目的和訓練目標,并善于總結不同實驗的共性和聯系,領會實驗編排的思路[10],也非常了解學生對實驗項目改進的要求。如何利用現有資源設備,將部分驗證性的基礎實驗改為設計型、綜合型的實驗,實驗技術人員的靈感可能更容易激發。例如：物化實驗——乙醇溶液表面張力的測定項目中會產生大量的乙醇廢液,需要花費資金外委資質單位去處理,起初實驗技術人員是感覺可惜,在中心鼓勵實驗技術員編寫綜合設計型實驗室項目時,在變廢為寶,綠色循環的教學理念下設計了綜合實驗——乙醇廢液制備固體酒精及其燃燒熱值的測定。實驗涉及精餾操作、含量測定、熱值測定三個操作單元,充分鍛煉了學生的動手能力,培養了學生的創新思維,而且實驗的設計內容更貼近實際生活,學生具有濃厚的學習興趣。2017年學校設立實驗精品項目教改課題,我中心實驗技術人員踴躍報名,有7項獲得通過。這些都說明教學準備實驗技術人員有能力參與教改,可以以教師的身份參與選項制定。

3.2 審核、預做自選實驗項目

實驗技術人員要先對學生的實驗方案進行審核,審核方案是否具有創新性、可行性、安全性。其次是實驗預做,無論是教師自定還是學生設計的實驗室自選實驗課題,授課教師和實驗技術人員,特別是實驗技術人員必須預做。因為看似合理的設計,不通過預做,難以預知各種不理想情況的發生。通過預做,盡可能地少讓學生走彎路。通過查閱資料,對出現的預測外現象給予學生最合理的解釋。實驗預做是非常重要的環節,通過預做可以改進、完善實驗內容和方法。比如物化實驗室設計的設計型實驗——溶液表面張力的測定,正交實驗中將不同含量的乙醇溶液和氯化鈉溶液混合時,有的混合組就會有氯化鈉析出,這是設計實驗項目時未預測到的情況。經查閱資料得知,由于氯化鈉溶液和乙醇溶液混溶后,乙醇的親水基團占據了部分水分子,當造成氯化鈉的溶劑減少到一定程度時,就會有氯化鈉晶體析出。經過預做,確定了乙醇氯化鈉的混合溶液的最大質量百分配比。實驗預做是一個繁雜的工作,需要耐心與細心,耗費時間、體力與腦力。

3.3 實驗準備工作

實驗技術人員要先對學生的實驗方案進行瀏覽,統計所需藥品和儀器設備,查閱自己負責的實驗室及中心資源是否滿足實驗條件,盡可能地滿足學生實驗方案提出的要求。遇到實驗室不能滿足的實驗條件,或有可替換的實驗條件,盡快告知學生指導教師,并協助他們進行實驗方案的調整。

(1) 一般試劑、耗材的準備。自選課題實驗開放項目涉及的試劑與耗材可能在場地實驗室里沒有,但是用量很少,如根據試劑公司包裝規格購買,會造成浪費。由于實驗技術人員屬于示范中心管轄,不存在利益沖突關系。每個類別的實驗室一般試劑、耗材的周動態用量、余量報告表可在實驗中心電子文件中查找,通過報備示范中心辦公室就可從其他所轄實驗室中調度。中心資源不能滿足的,藥品的購置要根據學生參與人數與用量確定。實驗技術人員還需將涉及的化學試劑的理化性質進行整理,以電子資源的方式發送給參與實驗的人員。項目結束后,場地實驗室實驗技術人員要對藥劑進行分類存儲。

(2) 儀器、反應裝置的準備。自選實驗課題是在示范中心現有的硬件條件下設計的,一般的儀器設備均滿足實驗要求。實驗技術人員只需將自選實驗課題所需的儀器進行調試,使之處于使用的最佳狀態。但反應裝置可能不滿足本科教學實驗所需,這時就需要實驗技術人員根據實驗內容的要求,充分考慮實驗室現有資源,本著“先組裝二購置三自制”的原則,充分發揮實驗技術人員統籌、動手能力。比如,物化實驗項目電池電動勢的測定,本科實驗只能測定實時室溫下的一個定溫數值,自選實驗課題中涉及不同溫度下數值的測定。這樣一來,原來的配套裝置不再適合了,技術人員將溶液表面張力的測定實驗中的配套裝置加以組合,滿足了實驗的要求。必須要購置的設備,由于實驗技術人員作為儀器設備的最終管理人員,會依據積累的管理經驗,考慮購置的合理性,如性價比、可塑性、維護成本等[11]。市場上沒有的,則需實驗技術人員帶領學生自制,充分發揮實驗技術人員自制儀器的經驗,培養學生的設計思維。

3.4 實驗指導工作

(1) 配備全時技術人員指導開放項目。示范中心要求實驗技術人員8 h坐班,在與實驗教學計劃開課不沖突的情況下,開設自選實驗課題的開放項目,能夠隨時指導、監督學生的操作,更好地保障實驗順利完成。同時實驗室的安全、衛生問題在實驗技術人員的管理和監督下,參與開放項目的學生也會做到符合規范,培養學生的全面素質。對于實驗授課教師,既要授課,又要做科研,其能夠指導學生的時間自由度遠沒有實驗技術人員大,滿足實驗室閑置、學生空余時間、授課教師可隨意支配時間三者同時具備的概率很小。所以,實驗技術人員要不斷加強學習,提高理論水平,了解學科最新發展動向,和相關教師溝通交流,做好自選實驗課題的指導工作。

(2) 儀器使用的指導與維修。自選課題實驗開放項目一般是設計型、綜合型,具有創新意義,它所涉及的儀器設備更多一些,指導教師可能對自己課上未涉及的教學儀器不是很熟悉,缺乏豐富的實驗技能。有的教學儀器學生在上教學計劃內的實驗課上已經使用過,但是,大多數學生僅憑一次的操作,是不能熟記的。實驗技術人員在多年的實驗準備、隨堂指導中,教學偶發、突發儀器故障的處理中積累了很多解決問題的技術手段,熟悉實驗儀器的使用、維護及維修,熟知實驗教學中可能出現的問題及解決方法[12]。這就需要儀器設備的最終管理者——實驗技術人員做儀器使用的指導,才能夠保障實驗順利地進行。而且實驗技術人員比指導教師更關注學生操作的細節,能夠較好地維持或延長教學儀器設備的使用壽命。比如電池電動勢的測量裝置旋鈕,有的學生在操作時,不是一檔一停頓,而是快速旋轉至所需位置,多次這樣的操作,就會很容易使旋鈕脫檔,造成儀器返廠維修。恒溫水浴槽中的熱電偶看似一根較粗的“金屬棍”，其實它也很脆弱,當有學生不小心把化學物質撒進槽中,或者對其有了碰撞,都會造成它的失靈。類似這些環節可能授課教師不會太關注并提醒學生,認為儀器設備用壞了會有實驗技術人員更換或維修,從而造成資產的損失。所以自選實驗課的開放,需要實驗技術人員進行設備儀器的指導,而不僅僅充當更換工、維修工。

4 示范中心廣泛開展自選實驗課題的成效

示范中心開設的自選實驗課題內容主要包括：設計性、綜合性和研究性實驗,小發明、小制作、小論文等課外科技活動實驗。中心提倡學生自擬實驗課題,鼓勵學生參與解決生活和生產活動中的實際問題。這類實驗課題用時短,類別多,可使學生得到廣泛的鍛煉,適合學院全體學生,有益于學生創新素質的提升。

實驗技術人員從單純的幕后準備走向指導的崗位,增加了責任感,同時還提升了價值感。實驗技術人員以主人翁的態度參與自選實驗課題的指導,從而使實驗技術人員不但要注重自身相關實驗技術及儀器操作水平的提高,也要注重學習相關學科發展的最新前沿知識,提高理論水平,推動實驗教學質量的發展。

自選實驗課題的開放,使非實驗教學期間閑置的儀器設備在實驗技術人員的管理下最大負荷地運轉起來。整個示范中心充滿探索、創新的氣氛,傳遞勤奮為學的能量,不僅激發學生勇于創新、敢于挑戰的實驗興趣,也使資源的使用價值得到最大利用。

5 結語

示范中心具有可廣泛開放的物質資源,如何使實驗室開放項目充分利用這些資源,培養學生的創新思維和實踐能力,需要掌管這些資源的實驗技術人員做好橋梁的工作。對實驗技術人員而言,其工作內容由單一的實驗準備變成教學、研究、實驗室管理兼顧的復雜局面[13]。學校應針對改革帶來其在教學中作用的日益凸顯和工作內容的變化,適度出臺激勵制度,充分調動實驗技術人員的工作積極性,以“好客”的態度對待實驗室開放項目,促進其蓬勃發展,充分發揮實驗室創新搖籃的作用,帶動學院整體教學質量的提升,為國家培養創新人才。