高中科教设备基于大型科研仪器设备的实验教

　

摘　要：

基于厦门理工学院大型科研仪器设备的使用现状，结合学校实际，探索一种全新的实验教学改革方案，将学院的大型科研仪器设备开放共享应用到学生实验教学中，培养学生的创新意识，提高学生的实践动手能力。通过建立完善服务管理制度、开展专业技术培训、开设开放性实验课程、开设课程设计实践课、仪器设备开放共享等一系列改革措施，充分发挥大型科研仪器设备在实验教学中的作用，同时也提升了大型科研仪器设备的利用率。

关键词：

大型科研仪器设备；实验教学；开放共享

大型科研仪器设备是高校实验室的重要组成部分，为高校教师的科学研究提供强力保障，同时也是实验室实力和水平的重要体现，代表着学科建设的专业水平和科研方向。近些年，随着国家经济快速增长和科学技术迅猛发展，国家对高校科学研究的投资力度不断增大，高校大型科研仪器设备的数量也迅速增加。这些仪器设备，大部分用于服务重大科研项目的申请及完成、培养硕士研究生，而很少用于本科生的实验教学，大型科研仪器设备的效能并未得到充分的发挥利用。因此，如何将大型科研仪器设备应用于实验教学改革中，培养学生的实践动手能力和提高思维创新能力，让其进一步为教学、科研和社会服务成为当前亟待解决的问题之一。

福建省光电技术与器件重点实验室是省级重点实验平台，依托于厦门理工学院光电与通信工程学院，于2013年获批建设。近年来，在福建省科技厅和学校的经费资助下，实验室先后购置了大量的科研仪器设备。实验室共有科研仪器设备149台(套)，其中30万元以上的27台(套)，50万元以上的10台(套)，包括X射线衍射仪、稳态/瞬态荧光光谱仪、半导体热特性测试仪、I-V/C-V半导体参数测试系统、频谱分析仪、分布光度计等。这些科研仪器设备的投入及使用大大提升了重点实验室的科研水平，使教师的科研成果有了大幅度增加。为了进一步提升设备的利用率，实验室正在积极探索大型科研仪器设备在实验教学改革方面的应用。

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大型科研仪器设备的使用现状

1. 设备使用率低

大型科研仪器设备专业性较强，大部分只用于教师和研究生的科研。部分设备是根据教师的研究方向购置，具有较强的针对性，仅在教师做科研实验时开机运行，其余时间均闲置在实验室，年额定机时不足100，远达不到设备厂家规定的年额定机时，影响仪器设备的使用寿命。而有些教师从事研究两三年后未得出科研成果而选择了放弃或更换研究方向，这些设备将长期闲置等同于废弃。这些现象造成了高校教育资源的严重浪费。

2. 对实验教学开放不足

大型科研仪器设备价格昂贵、维护和维修费用高、对操作规范性要求较高，需要操作者具有一定的专业技术水平。为避免实验教学中因学生使用不当或操作失误造成设备损坏而产生昂贵的维修费用，大型科研仪器设备多用于教师的科学研究，而很少用于学生的实验教学，对实验教学工作的开放性程度不足。笔者管理的重点实验室，每年毕业设计时都有学生需要使用实验室的大型科研仪器设备，但是其中有大部分学生没有接触过仪器，且仪器的原理和操作需要耗费大量时间学习，占用毕业设计时间。这是高校大型科研仪器设备在实验教学中开放不足造成的，不利于学生实践能力的培养。

3. 教学形式单一仪器操作时间有限

大型科研仪器设备基本都是单台套的，且存放的场地空间有限，如果学生人数太多，实验室内仪器的相对占有率就小。当前高校大型科研仪器设备开设的实验教学多以仪器演示为主，即实验教师进行仪器使用操作，配以PowerPoint演示和简单的解说，学生以看为主，形式单一，教学效果较差。由于大型科研仪器设备的复杂结构和高标准操作要求，精通大型仪器的操作通常需要一定的学习时间，且有些仪器需要很长的时间才能完成一个完整的实验，而高校的实验教学时间多为2学时或4学时，其中还包括讲授仪器基本操作的时间，留给学生自己操作的时间非常有限，几乎很难做到每位学生独立进行操作，对于学生实践能力的培养帮助有限。如学校当前开设的X射线衍射仪课程，每个教学班人数有30人，因存放设备空间较小，需分批次授课，上课过程中只能简单地讲解仪器设备的基本原理和操作，学生的动手操作基本为零。

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大型科研仪器设备应用于学生实验教学中的改革措施

1. 建立大型科研仪器设备服务管理制度

大型科研仪器设备服务管理制度是管理员和使用人员必须共同遵守的规则和指导方针，是仪器设备管理的基本保证。只有完善管理制度才能保证仪器的正常使用和运行，充分发挥科研仪器设备在教学和科研中的重要作用。首先，实验室需要制订仪器设备购置管理办法。大型科研仪器设备购置前要做好充分需求调研及必要性分析，合理规划，避免重复购置和设备闲置的情况发生。其次，大型科研仪器设备使用过程中，需要制订仪器设备的使用管理与维护保养制度。每台仪器设备均需配备仪器使用记录本、维护保养记录、标准操作规范手册，保证仪器正确操作，延长仪器使用寿命。为了发挥大型科研仪器设备的最大效益，需要制订仪器设备开放共享管理制度。大型科研仪器设备在为教学服务时不收费，而为科研服务时则实行有偿使用收费管理制度，依照标准按使用时间收费，获得的收入可用于耗材采购和维护保养，从而保证大型仪器设备的良好运行。最后，为了保证学生安全和仪器设备的完好，还需要制订设备安全管理制度及损坏赔偿制度等。服务管理制度的建立和完善，不仅保证了仪器设备的正常使用和运行，同时提高了仪器的投资效益和使用效率。

2. 开展大型科研仪器设备的专业技术培训

为了让学生更好地了解大型科研仪器设备，可以不定期地开展各类相关大型仪器设备操作培训讲座，了解仪器的使用范围及注意事项，掌握操作技术及常见故障的排除方法，让学生更好地获得所需的知识和能力，达到基本的专业技术水平。培训讲座应每学期至少安排1次，由仪器管理人员根据工作情况、仪器状况安排培训时间和培训内容并发布培训公告，学生可以根据自身需求报名参加培训。培训结束后对学生进行考核，以了解接受程度，对考核通过的学生发放培训证书。

同时，在大型科研仪器设备购置时，应尽量要求设备厂家增加现场培训次数。现场培训时，应将培训时间开放公布，不仅仪器设备负责人参加，相关教师和学生也可以参加。培训内容应包含仪器的原理介绍、基本操作、故障处理、维修保养、技术答疑等，以保证对仪器设备的全面掌握。通过培训，受训人员应掌握设备基本操作、保养技术及常见故障处理方法，减少设备维修次数和费用，延长仪器使用寿命。

3. 开设开放性实验课程

为了增强学生的实践能力和创新精神，推动实验室开放工作顺利开展，厦门理工学院每个学期均开设了开放性实验项目。教师可对相关的大型科研仪器设备开设开放性实验项目，如分布光度计的使用操作、灯具的配光曲线测试等。每个开放性实验项目的学时数可达8个学时，教师除了可以系统地讲解科研仪器设备的原理、构成、功能、应用等，还可以将更多的时间留给学生进行实验操作。并且教师可以根据仪器的场地空间容量，设置开放性实验课程的学生人数上限，提高仪器的相对占有率，确保每位学生的仪器操作时间，帮助其培养实践动手能力。为了解学生对大型仪器科研设备的掌握程度，确保其掌握了大型仪器科研设备的使用与操作，每个开放性实验项目完成后需进行实验考核，并要求学生完成实验数据处理和报告撰写，教师对学生的操作和报告进行评分，成绩合格者取得相应的学分，并将其记入创新活动学分。

4. 开设课程设计实践课

厦门理工学院目前实行一学年三学期制，第三学期主要用于学生实践课程设计等，课程时间一般设定为一周，课时比较集中，方便实验流畅进行。教师可在第三学期开设与大型科研仪器设备相关的课程设计实践课，该课程主要面向高年级的学生，他们具有一定的专业基础知识，且即将面对毕业设计，需要具备一定的科研能力。学生是实践课程设计的主体，他们可以根据自己的兴趣，提出与大型科研仪器设备相关的科学研究，并与教师探讨实验方案设计及可行性分析。实验确定后再由学生进行实验、采集数据、处理数据，并最终提交实验报告。对于高年级学生而言，课程设计可以作为即将到来的毕业设计的预演，能够充分培养科学研究素养和创新意识，提升创新培养能力。

5.大型科研仪器设备开放共享

为了提高大型科研仪器设备的使用效益，盘活学校资产，更好地为教学、科研、人才培养、科技创新和社会需求服务，厦门理工学院已构建大型仪器设备开放共享服务平台，将学校各二级学院、教学科研实验室的单台价值超过10万元的科研仪器设备均纳入开放共享服务平台，实现大型仪器科研设备的资源共享。学生可通过共享服务平台查看大型仪器设备的使用状态，了解仪器测试要求及可预约时间，实现了设备使用的时间、地点、内容、状态4个层面全面开放的教学模式。学生能够根据自己的需求和课余时间选择不同的仪器，在合理的时间内完成实验内容。开放共享服务平台可以实现大型科研仪器设备利用最大化，有效地解决由于信息不共享带来的大型仪器重复购置和效益低下的问题。

特别强调的是在大型科研仪器设备的使用过程中，指导教师需进行全程指导，对学生在操作大型仪器设备的过程中容易发生的共性错误预先提醒，对实验过程中出现的错误操作及时纠正，指导学生正确使用大型仪器；学生在实验过程中遇到问题应及时与指导教师沟通讨论，避免因操作不当造成的大型仪器设备损坏。

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公安院校网络资源建设方法

实验教学是高等院校教学体系中的一个关键组成环节，如何充分利用现有的资源提高教学质量，如何通过实验教学锻炼学生实践动手能力和培养学生创新意识，一直是教育工作者思考的问题。大型科研仪器设备是高等院校的重要物质基础，对于高校学科和专业建设而言具有不可替代的作用。但大型科研仪器设备不能仅为高校的科研工作服务，还应当在高校实验教学工作中发挥重要作用。通过实施专业技术培训、开放性实验、课程设计实践及设备开放共享等改革措施，加强大型科研仪器设备在实验教学中的应用，对实验教学质量的提升、实践创新能力的培养、高水平人才的培育、科学研究水平的提高具有重要意义。

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作者简介：阮剑剑，工学硕士，实验师。厦门理工学院光电与通信工程学院，361024。林海峰，工学硕士，教授级高级实验师。福建省光电技术与器件重点实验室，361024。

原文刊发于《中国现代教育装备》杂志2020年第21期。

封面图片来源于厦门理工学院官网

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