大型儀器設(shè)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(xué)環(huán)境學(xué)院實驗中心大型儀器設(shè)備的實際情況，分析大型儀器設(shè)備面向研究生培養(yǎng)過程中存在的問題，并提出相應(yīng)的解決對策，即強調(diào)實驗教學(xué)的設(shè)計理念，嚴(yán)格實驗室準(zhǔn)入，預(yù)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(xué)管理提供參考。

關(guān)鍵詞：大型儀器設(shè)備;研究生培養(yǎng);對策

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

研究生是國家科學(xué)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(shè)備的數(shù)量，強化大型儀器的實驗教學(xué)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(shè)備在研究生培養(yǎng)過程中存在的問題，從實驗教學(xué)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(xué)中的問題及對策

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

然而，實驗教學(xué)通常針對低年級研究生且學(xué)生基礎(chǔ)相對薄弱。大型儀器設(shè)備通常操作復(fù)雜，課堂教學(xué)課時有限、學(xué)生上機時數(shù)少;傳統(tǒng)實驗教學(xué)樣品單一，與學(xué)生研究方向關(guān)聯(lián)性差，導(dǎo)致學(xué)生積極性、主動性差;傳統(tǒng)實驗報告可復(fù)制性強，容易應(yīng)付，學(xué)生注重操作，弱化分析，寫作能力缺乏;操作大型儀器設(shè)備經(jīng)驗不足，等等，這些問題導(dǎo)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(xué)生的研究方向，教學(xué)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(shè)備教學(xué)課時少、學(xué)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(xué)生對大型儀器僅處于對儀器名稱的認知階段。在實驗教學(xué)課之前，開展儀器普及講座，介紹儀器基本原理、功能、應(yīng)用范圍，使學(xué)生了解實驗室的儀器平臺建設(shè)、分類，對儀器設(shè)備具備初步的了解，對后續(xù)實驗教學(xué)開展，做好良好的理論鋪墊，變相縮短了實驗教學(xué)理論講習(xí)時間，延長了實驗教學(xué)的實踐時間。

實驗教學(xué)，以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，小班式上課，將學(xué)生分成若干小組，學(xué)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(xué)可得到一對一指導(dǎo)，確保上機實驗質(zhì)量。

借助網(wǎng)絡(luò)，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(xué)。建立實驗教學(xué)微信群和QQ群構(gòu)建信息共享平臺。在信息共享平臺上，學(xué)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(xué)生的鉆研精神、實驗意識。師生之間、學(xué)生之間會展開研討，每一位學(xué)生都可參與，大家一起互動。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)拓展并延伸了課堂教學(xué)時間，為學(xué)生課堂上的上機操作爭取更多的實踐機會和時間。

以科學(xué)研究為載體，以大型儀器設(shè)備為手段，線上線下混合式實驗教學(xué)，教學(xué)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(xué)與開放提供了良好的前期基礎(chǔ)和準(zhǔn)備。

（二）實驗教學(xué)樣品單一，與學(xué)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(luò)教學(xué)，學(xué)生針對自己的需求在為研究生開設(shè)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(xué)習(xí)。切合學(xué)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(xué)流程，使目標(biāo)教學(xué)內(nèi)容與樣品選擇、方法緊密相連，調(diào)動學(xué)生對實驗教學(xué)的積極性和學(xué)習(xí)主動性。

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

實驗中，由于實驗預(yù)習(xí)充分與樣品前處理準(zhǔn)備到位，理論教學(xué)輕松，實驗編排順暢，大大提高了實驗教學(xué)的課堂效率。引導(dǎo)學(xué)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(xué)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(fù)制性，學(xué)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?zāi)康模龑?dǎo)并教授數(shù)據(jù)分析方法，注意調(diào)控學(xué)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(xué)生挖掘探究新方法，變消極為積極。實驗后，學(xué)生填寫專門設(shè)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(zhǔn)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(shè)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(fù)制性，學(xué)生不再容易應(yīng)付。實驗報告分析整理完畢，相當(dāng)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(xué)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(xué)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(xué)位論文的準(zhǔn)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(shè)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(xué)，加強了學(xué)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(xué)，隨著研究的深入展開，學(xué)生的研究成果更加依賴儀器，僅靠綜合實驗課的學(xué)習(xí)將無法滿足學(xué)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(xué)的基礎(chǔ)上，采取遞進式強化培訓(xùn)。即，以研究組為單位，組織學(xué)生儀器上機培訓(xùn)，針對各研究組情況強化細化實驗指導(dǎo)與培訓(xùn)，鞏固綜合實驗課教學(xué)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(xué)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(xué)生的研究方向，教學(xué)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(xué)與遞進式強化培訓(xùn)相結(jié)合的立體階梯式教學(xué)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(xué)，認知大型儀器設(shè)備，一定程度上掌握了大型儀器設(shè)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(dāng)，可能造成對儀器的故障或損壞，加之學(xué)生通常只有在實驗教師工作時間才能預(yù)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(xué)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(yù)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(xué)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(xué)生只能在實驗教師工作時間內(nèi)預(yù)約實驗;4.大型儀器對學(xué)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(yīng)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(yù)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(xué)與及強化培訓(xùn)，學(xué)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(xué)生將獲得大型儀器獨立操作資格證書，便可持證預(yù)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(xué)生新老更替，加上部分學(xué)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(xué)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(dǎo)致儀器故障。實驗技能下降的持證同學(xué)和無證同學(xué)一樣去預(yù)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(shè)在春季和秋季學(xué)期，激勵已有證學(xué)生不斷加強鞏固，鼓勵未取得證書學(xué)生嚴(yán)格要求自己，學(xué)習(xí)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(xué)生按儀器分類建群，實驗教師為群主，學(xué)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(xué)生上機率過低，導(dǎo)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(xué)生只能在實驗教師工作時間內(nèi)預(yù)約實驗

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

依據(jù)傳統(tǒng)的預(yù)約，不持有大型儀器獨立操作資格證書的學(xué)生只能在實驗教師工作時間內(nèi)預(yù)約，實驗教師只能按預(yù)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(yù)約方法，建立大型儀器雙預(yù)約制度。將取得大型儀器獨立操作資格的學(xué)生建立預(yù)約持證人力資源群。非持證學(xué)生預(yù)約實驗，不僅可以向?qū)嶒灲處燁A(yù)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(yù)約，與持證同學(xué)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(xué)生幫助非持證學(xué)生完成測樣。雙預(yù)約制更加提高了大型儀器的使用率，增加了持證學(xué)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(yīng)急處理

大型儀器對學(xué)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(yīng)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(xué)生的實驗操作，即使是在下班后，也可以隨時了解學(xué)生的實驗狀態(tài)，如果出現(xiàn)緊急狀態(tài)，可遠程在線指導(dǎo)。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(xué)校也能收到UPS發(fā)出的異常短信，便于教師從容應(yīng)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(yīng)急處理機制的基礎(chǔ)上，在實驗教學(xué)過程中，注入并建立學(xué)生實驗室管理、儀器維護與安全意識。學(xué)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(xué)生逐一練習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生實驗環(huán)境參數(shù)、設(shè)備設(shè)置參數(shù)、實驗數(shù)據(jù)的記錄習(xí)慣，不僅能夠加深對實驗教學(xué)的理解和體驗，而且能夠把科研習(xí)慣、實驗室安全管理、責(zé)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(shè)備面向研究生培養(yǎng)過程中存在的問題，從實驗教學(xué)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(xué)與遞進式強化培訓(xùn)的立體階梯式研究生實驗教學(xué)模式，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)拓展并延伸了課堂教學(xué)時間，為學(xué)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(shè)計理念，不僅極大地調(diào)動了學(xué)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(zhǔn)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(yù)約制度，建立雙預(yù)約制，優(yōu)化了實驗儀器資源的使用，把科研習(xí)慣、安全管理、責(zé)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(xué)生，為優(yōu)秀人才的儲備打好堅實的基礎(chǔ)。

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