大型儀器參與開放性實驗教學的機制初探

孫愛麗　劉艷　張澤明　史西志

摘 要 文章通過闡述寧波大學海洋學院大型儀器公共平臺運行和學院課程設置的現狀，分析了大型儀器參與本科生實驗教學的可行性，并運用具體實驗課程案例進行了實踐探索，通過實踐初步探明了平臺為本科生服務的可行性，形成了氣質聯用儀參與本科生實驗教學的操作方法和實驗條件，淺述了大型儀器平臺服務于本科生實驗教學的可行性機制和重要作用。

關鍵詞 大型儀器 本科實驗教學 參與機制

中圖分類號：G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2020.09.023

On the Mechanism of Large Instruments Participating in

Open Experimental Teaching

SUN Aili[1]， LIU Yan[2]， ZHANG Zeming[1]， SHI Xizhi[1]

（[1] School of Marine Sciences， Ningbo University， Ningbo， Zhejiang 315823;

[2] Department of Applied Chemical Engineering， Ningbo Polytechnic， Ningbo， Zhejiang 315800）

Abstract This paper describes the current situation of the operation of the public platform of large-scale instruments and the curriculum setting of the college， analyzes the feasibility of large-scale instruments participating in undergraduate experimental teaching， and carries out practical exploration by using specific experimental course cases. Through practice， the feasibility of platform service for undergraduates is preliminarily proved， and the operation of GC-MS in undergraduate experimental teaching is formed， and the feasibility mechanism and important role of large-scale instrument platform for undergraduate experimental teaching are discussed.

Keywords large instrument; undergraduate experimental teaching; participation mechanism

0 引言

大型儀器是高校的優質資源，在助力科技成果創新和高層次人才培養方面往往發揮著重要作用，我院大型儀器公共平臺在服務于科研項目和助力于科技成果產出等方面具有重要作用，平臺除了為高校科研服務，同時也是高質量人才培養不可缺少的教學資源，承擔著為人才培養服務的重要功能，提高人才培養質量是高校辦學的重要目標之一，也是新農科人才培養的重要目標，[1-2]所以有必要探索大型儀器參與本科生開放實驗教學的可行性，發揮大型儀器在人才培養中的作用。

大型儀器設備投資比較大，購置成本高，有些儀器單服務于科研項目不能發揮出其應有的效益，隨著學校學科建設水平的不斷提升，學校對儀器設備的投資還會持續加大，高性能大型儀器設備的數量和價值也不斷攀升，平臺可服務范圍也不斷擴大，要想提高儀器的利用率，降低維護成本，建立與本科實驗教學的共享機制大有必要，如此既能提高儀器效能，也能在一定程度上減少設備的維護成本。大型儀器設備資源共享是高校實驗教學改革的新潮流，[1]全國各級各類高校為培養高質量的專業人才，紛紛進行了不同形式的實驗教學改革，有些高校如中國藥科大學中藥學院藥用植物實驗教學中心于2014年構建了“大型儀器設備共享平臺”并將這一技術引進了實驗教學環節，取得了較好的效果。吉林大學生命科學院面向本科生開放大型儀器，并以具體案例加以說明，證明了大型科研儀器完全可以為本科生深度開放。[1，6]

綜上，大型儀器向本科生實驗教學開放越來越有必要性，在此背景下本文就我院實際情況先進行一些可行性探索，得出一些具體操作方法，從公共平臺儀器設備資源共享的角度入手，探索公共平臺中心與開放實驗相融合的方法和機制，讓大型儀器不僅向科研項目開放，也能向相關的本科實驗課程開放。

1 大型儀器應用于本科生實驗教學實例

1.1 學院大型儀器平臺現狀

當前我院開設有海洋資源與環境、水產養殖和生物技術等本科專業，開設儀器分析、分子生物學檢測技術、農獸藥殘留檢測技術等專業實驗課程，這些課程在不同程度上涉及到大型儀器的應用原理和使用方法，大型儀器設備是先進技術的代表，在實驗廣度和深度上都有一定的科學性，如果大型儀器能與實驗教學的設計與指導相結合，其作用得以在實驗教學中體現，大型儀器的開放性將進一步擴大，儀器功能應用領域得以拓展，同時可以讓學生了解到最近的科研趨勢，最終實現科研平臺與實驗教學的開放與共享。

1.2 實驗課程簡介

以我院開設的開放實驗課程“水產品中農藥殘留檢測”為例，實踐大型儀器服務于本科生實驗教學的可行性，并發現其中存在的問題，介紹大型儀器GC-MS/MS融合到本科生開放性實驗的詳細過程及經驗探討。

“水產品中農藥殘留檢測”是一門開放性本科實驗課程，有預修相關課程背景的學生不分年級和專業都可以選課，學生在學期初根據自己的需要在線選擇課程，指導老師根據選課情況將學生進行分組，為保障每個學生有充分的動手機會，課程設定每3～4人一個小組。實驗用到的主要大型儀器是GC-MS/MS，樣品中的農藥殘留用乙腈提取出來，用吸附劑吸附液體樣品溶液，目標物質被保留，再選用特定的溶劑沖去雜質、洗脫待測目標物質，從而達到快速分離與濃縮的目標，[2]樣品經過GC-MS/MS檢測，外標法定量得出結論。

1.3 實驗具體過程

老師指導學生分階段完成實驗課，第一階段：學生在網上預約分組之后，先熟悉實驗室制度、儀器的操作流程規范和主要基礎工作原理，討論實驗方案;第二階段：根據約定時間和地點按照方案進行樣品前處理;第三階段：各小組對處理好的樣品上機測定，并分析實驗數據和總結結果，整個過程需要循序漸進，有條不紊地一步步進行。

2 實驗結果及意義

GC-MS/MS檢測方法在生物、食品、農業和環境安全等領域具有廣泛的應用，學生通過實驗項目的培訓熟悉了GC-MS/MS的主要工作原理和操作規范，掌握了相關分析技術在檢測領域中的應用原理，并能掌握外標法測定樣品中農藥殘留的基本方法。

通過實踐我們體會到，將大型儀器引入到實驗教學環節，除了對本科實驗課程有直接作用之外，還有其引申層次的意義：首先，學生通過自主設計實驗思路，可以深化對課堂理論知識的解讀，通過動手操作儀器，可以做到理論與實踐的結合，同時可以了解到分析測試技術領域的先進技術和發展趨勢。其次，大型儀器設備平臺的測試工作能夠與所學課程相結合，這種工作模式為學生的畢業設計、實踐類課程和競賽類活動提供了參考，擴大了其所需要的設備條件和實驗環境。最后，大型儀器平臺通常是先進設備的代表，通過這個渠道學生能夠了解當前領域的發展現狀，先進的應用技術及本領域的發展趨勢，為將來可能從事更深層次的科學研究或就業打下良好的基礎。[4]

3 結果與討論

以創新性開放實驗為例，探索得出實驗課程與大型儀器相結合的工作模式是可行的，大型儀器比較精密，操作步驟相對復雜，大型儀器的使用包含了相對精深的科學道理，學生只有既掌握操作規范，又熟悉理論知識，才有可能正確地使用精密儀器，從而獲得準確數據及合理結果。這種結合應用的模式既能推進儀器設備潛能開發，提高儀器使用效率，擴大平臺服務開放范圍，也有利于學生動手能力和綜合素質的培養，同時對實驗課程質量的提高有直接幫助。

大型設備參與本科生開放性實驗教學，學生可以更直接地了解到當前技術水平，更立體地體會到學以致用，大型儀器所包含的方法和技術通常是常規實驗教學設備無法展現的，大型設備的應用軟件和數據分析軟件功能相對齊全，軟件操作步驟復雜，實踐性很高，參與到本科生的實驗教學環節，將是開放性實驗教學中很重要的外部條件，也是本科生教學中培養學生創新能力的基礎條件。

4 存在問題與解決措施

（1）儀器數量通常很難滿足學生數量要求，大型儀器設備單價很高，通常要過百萬，高校不會實現大規模采購，一般情況下只有一臺，所以只能采取將學生分小組的形式開展實驗，如果涉及到的實驗課程人數很多，就只能采用大組教學的授課方式，學生實際動手能力得不到鍛煉和提高。

（2）大型儀器設備通常為高精尖的進口設備，運行和維護成本高，所需要的實際耗材和購置價格都很高，在實驗教學過程中，學生如果沒有操作經驗，就可能發生操作不當損壞儀器的現象，如此一來維修所耗費的時間和經濟成本也會很高，會影響正常使用和科研工作的深入展開，這也是大型儀器難以在本科實驗教學中普遍應用的原因之一。

5 機制探索

隨著寧波大學學科建設水平的不斷提升，大型儀器平臺的功能涵蓋范圍和檢測項目將會進一步增加，與此同時學校對教育教學改革的支持力度也會加大，學校制定了一系列措施推動教學改革的進行，并且設立了教學改革專項經費，積極鼓勵學院廣大教職工創新性地開展工作。這些鼓勵措施在一定程度上增加了學院教師探索利用大型儀器改良傳統實驗方式的可能性。本文選擇的創新性開放實驗課程，上課內容和形式相對靈活，有利于教師在開展實驗教學改革研究的同時，開展實驗課程，通過這種方式把相關領域最新的科學前沿信息引入到學生實驗課堂中。

大型儀器平臺面向本科生開放性實驗教學開放，以大型儀器公共平臺為培養載體，以精密儀器為手段提高實驗課程的質量，培養創新型人才，是本科實驗教學改革的出路之一，通過根據平臺功能和培養目標來更新實驗課程大綱內容，并建立有效的實施機制，可以促進平臺的開放與共享，為高等學校培養人才、創新科研思路提供有力的技術支撐。[5-6]同時可以提高儀器的利用率，資源得以合理調配，大型儀器設備服務范圍更加廣泛，隨著信息化的普及，也可以考慮使用網絡平臺進行實驗前的預培訓，配套流程化的標準實驗操作指導，讓實驗過程更加便捷、操作更加規范。

*通訊作者：孫愛麗

基金項目：2019年12月寧波大學教學研究項目“大型儀器參與實驗教學機制的初步探索”（項目編號JYXMXYB202086）

參考文獻

[1] 劉芙等.高校大型儀器平臺面向實驗教學開放的思考與研究.中國現代教育裝備，2018年2月.總第283期.

[2] 宋娟.大型儀器設備服務于本科實驗教學的初探.廣東化工，2019年第15期.第46卷，總第401期.

[3] 彭超等.大型儀器在本科開放性實驗教學中的應用實踐.廣東化工，2020年第一期.第47卷.總第411期.

[4] 溫慧珍.大型儀器設備應用于實驗教學.科技視界.

[5] 湯海峰等.面向本科生開放大型儀器的實踐.實驗室技術與管理，2015.31（2）.

[6] 喬光等.大型儀器設備在本科實驗教學中使用問題的探討.實驗室科學，2017.20（04）.