大型儀器設(shè)備在研究生培養(yǎng)中的應(yīng)用探索

摘"要：大型儀器設(shè)備已成為高水平科研的重要支撐。為了滿(mǎn)足新時(shí)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)人才的需求，大型儀器平臺(tái)的功能由原來(lái)的測(cè)試服務(wù)向復(fù)合型人才培養(yǎng)轉(zhuǎn)變。以國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室大型儀器平臺(tái)在研究生培養(yǎng)中的應(yīng)用實(shí)踐為例，探索大型儀器設(shè)備在研究生實(shí)踐教學(xué)和科研創(chuàng)新能力培養(yǎng)等方面的作用。關(guān)鍵詞：大型儀器設(shè)備；研究生；創(chuàng)新能力；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；實(shí)踐教學(xué)0"引言隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，大型儀器設(shè)備已成為開(kāi)展科學(xué)研究的必備工具[1]。各高校均已建立大型儀器平臺(tái)或分析測(cè)試中心，先進(jìn)的儀器設(shè)備不僅可以保障高水平科研的開(kāi)展，而且在教學(xué)實(shí)踐、高水平人才培養(yǎng)和社會(huì)服務(wù)等方面發(fā)揮著重要作用[2-3]。在新時(shí)期高校改革中，如何在原有分析測(cè)試服務(wù)的基礎(chǔ)上強(qiáng)化以大型儀器為載體的研究生綜合能力培養(yǎng)，是高校人才培養(yǎng)中亟待解決的問(wèn)題[4]。本文以亞熱帶農(nóng)業(yè)生物資源保護(hù)與利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（以下簡(jiǎn)稱(chēng)亞熱帶國(guó)重室）為例，針對(duì)大型儀器設(shè)備應(yīng)用在研究生培養(yǎng)中存在的問(wèn)題進(jìn)行分析并開(kāi)展探索實(shí)踐。1"大型儀器設(shè)備應(yīng)用在研究生培養(yǎng)中存在的問(wèn)題大型儀器設(shè)備的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是一門(mén)多學(xué)科交叉的課程，綜合性、實(shí)踐性和實(shí)用性均較強(qiáng)。該課程要求學(xué)生掌握不同大型儀器設(shè)備的原理和功能，能夠根據(jù)科研課題需要選擇正確的儀器測(cè)試方法，具備一定的數(shù)據(jù)分析和圖譜解析能力，學(xué)習(xí)該課程可以為學(xué)生科研素質(zhì)的培養(yǎng)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。目前，國(guó)內(nèi)大部分高校在研究生培養(yǎng)中開(kāi)設(shè)了儀器分析相關(guān)的理論和實(shí)驗(yàn)課程，如現(xiàn)代儀器分析、儀器分析導(dǎo)論、熱分析技術(shù)和色譜技術(shù)等，但這類(lèi)課程大部分屬于通識(shí)課程，局限于理論教學(xué)或儀器觀摩，在研究生創(chuàng)新能力提升方面的作用仍然有所欠缺，亟待進(jìn)行改革。通過(guò)調(diào)查分析，目前大型儀器設(shè)備應(yīng)用在研究生培養(yǎng)中主要存在以下問(wèn)題。1.1"大型儀器設(shè)備教學(xué)資源不足大型儀器設(shè)備價(jià)格昂貴，數(shù)量較少，在高校中屬于稀缺硬件資源，主要承擔(dān)科研服務(wù)工作。將大型儀器設(shè)備用于研究生實(shí)踐教學(xué)會(huì)擠壓其承擔(dān)測(cè)試服務(wù)的時(shí)間，可能影響科研服務(wù)。因此，高校教學(xué)所需的大型儀器設(shè)備資源相對(duì)匱乏且較為陳舊。1.2"儀器教學(xué)課程方法落伍研究生儀器分析教學(xué)正處于教學(xué)改革的重要時(shí)期，教學(xué)重點(diǎn)是培養(yǎng)學(xué)生掌握大型儀器設(shè)備的使用方法和應(yīng)用范圍，培養(yǎng)學(xué)生的科研素養(yǎng)和動(dòng)手操作能力，但目前的課程在教學(xué)內(nèi)容和方法方面并未突出課程特色和優(yōu)勢(shì)，仍以理論基礎(chǔ)課為主、實(shí)踐教學(xué)課為輔。儀器分析課程存在教學(xué)方式傳統(tǒng)、設(shè)備操作訓(xùn)練不足、缺乏實(shí)際案例應(yīng)用、技術(shù)更新滯后以及缺乏互動(dòng)和實(shí)踐環(huán)節(jié)等問(wèn)題，研究生對(duì)大型儀器的了解較少，理論知識(shí)理解有限，上機(jī)操作采用本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)類(lèi)型的小組循環(huán)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一陳舊，缺乏前沿性、創(chuàng)新性的內(nèi)容，無(wú)法提升對(duì)大型儀器分析課程的熱情和興趣[5]。1.3"大型儀器設(shè)備實(shí)驗(yàn)教學(xué)成本高昂大型儀器設(shè)備以進(jìn)口精密儀器居多，配件昂貴，試劑耗材和維保成本較高[6]。在開(kāi)展研究生實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，選課學(xué)生缺乏專(zhuān)業(yè)操作培訓(xùn)知識(shí)，上機(jī)時(shí)易誤操作引起儀器故障。因此，受限于潛在的課程成本因素，各高校在推廣大型儀器設(shè)備進(jìn)入研究生實(shí)踐教學(xué)時(shí)缺乏原動(dòng)力。1.4"研究生教學(xué)課程設(shè)置制度的制約高校大型儀器設(shè)備一般屬于分析測(cè)試中心或大型儀器平臺(tái)，多為教輔機(jī)構(gòu)，非教學(xué)單位不具備開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)課的條件[7]。大型儀器專(zhuān)技崗位以?xún)x器管理和測(cè)試服務(wù)為主，對(duì)教學(xué)無(wú)考核要求。因此，大型儀器設(shè)備歸口單位對(duì)開(kāi)設(shè)研究生實(shí)踐教學(xué)課程積極性不高。2"大型儀器設(shè)備用于研究生實(shí)踐教學(xué)的改革舉措和成效亞熱帶國(guó)重室大型儀器公共平臺(tái)成立于2008年，現(xiàn)有大型儀器設(shè)備60多臺(tái)（套），在支撐高水平科研的同時(shí)，致力于發(fā)揮儀器平臺(tái)在高水平人才培養(yǎng)中的作用，強(qiáng)化以大型儀器設(shè)備為載體的研究生綜合能力培養(yǎng)，探索出一系列行之有效的實(shí)踐教學(xué)改革舉措。2.1"合理調(diào)配大型儀器資源用于研究生教學(xué)實(shí)踐為解決研究生實(shí)驗(yàn)教學(xué)機(jī)時(shí)和科研測(cè)試機(jī)時(shí)之間的沖突，亞熱帶國(guó)重室根據(jù)儀器的購(gòu)置時(shí)間、應(yīng)用范圍和功能特點(diǎn)有序分類(lèi)管理，將現(xiàn)有大型儀器設(shè)備劃分為教學(xué)專(zhuān)用、教學(xué)科研共用、科研專(zhuān)用三大類(lèi)。以液相色譜儀為例，將技術(shù)落伍但功能正常的色譜儀設(shè)為教學(xué)專(zhuān)用機(jī)，配備給研究生實(shí)驗(yàn)教學(xué)使用，用于研究生前期的理論授課和基本操作培訓(xùn)，開(kāi)展演示實(shí)驗(yàn)和上機(jī)操作訓(xùn)練；高級(jí)培訓(xùn)則在功能更為先進(jìn)的教學(xué)科研共用色譜儀上開(kāi)展；而功能最為先進(jìn)、高靈敏度和分辨率的色譜儀則專(zhuān)門(mén)服務(wù)科研，以確?？蒲袑?shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性和效率。大型儀器設(shè)備的科學(xué)分類(lèi)和合理利用，不僅解決了教學(xué)與科研的沖突，也提高了技術(shù)淘汰類(lèi)儀器設(shè)備的使用率。同時(shí)，亞熱帶國(guó)重室通過(guò)經(jīng)費(fèi)資助激勵(lì)、推薦申報(bào)教改項(xiàng)目等方式，鼓勵(lì)儀器管理員在保障科研服務(wù)的基礎(chǔ)上，合理安排大型儀器科研和教學(xué)的用時(shí)比重，積極開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索，籌劃安排研究生上機(jī)實(shí)驗(yàn)課程，不僅提高了研究生的實(shí)踐創(chuàng)新能力，也提升了大型儀器設(shè)備的整體使用效率。2.2"強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)室安全管理實(shí)驗(yàn)室安全是實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)開(kāi)展的基本保證。在研究生課程安排中，將實(shí)驗(yàn)室安全管理作為“開(kāi)學(xué)第一課”，由培訓(xùn)教師主講實(shí)驗(yàn)室安全管理的規(guī)章制度，將水電安全、?；钒踩⑻胤N設(shè)備安全管理、應(yīng)急處置的基本知識(shí)和技能作為要點(diǎn)逐一講解。通過(guò)“開(kāi)學(xué)第一課”，強(qiáng)化研究生安全意識(shí)，使實(shí)驗(yàn)室安全觀念內(nèi)化于心、外化于行，可以有效地預(yù)防和減少實(shí)驗(yàn)室安全事故的發(fā)生，保障研究生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)中的安全和健康。大型儀器平臺(tái)安全事故零發(fā)生，不僅可以保護(hù)研究生的生命財(cái)產(chǎn)安全，也能夠保障大型儀器平臺(tái)的正常運(yùn)行和實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)的順利開(kāi)展。2.3"改革儀器分析培訓(xùn)課程的內(nèi)容和模式為了保證研究生充分掌握儀器原理和操作流程，亞熱帶國(guó)重室制定了科學(xué)合理的教學(xué)計(jì)劃：1）每期培訓(xùn)8～12人，小班制教學(xué)，保證上機(jī)時(shí)間；2）合理安排課程實(shí)踐，在每年7～8月份第三學(xué)期集中舉辦；3）開(kāi)展培訓(xùn)教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)，由研究生評(píng)價(jià)教學(xué)內(nèi)容和組織形式；4）靈活考核方式，上機(jī)操作考核為主，理論考核為輔。這些培訓(xùn)和課程以能力訓(xùn)練作為最終目的，有針對(duì)性的課程可以充分激發(fā)研究生的學(xué)習(xí)積極性。以使用率最高的實(shí)時(shí)熒光定量PCR儀為例，講解儀器設(shè)備原理的理論課程有助于學(xué)生了解實(shí)時(shí)熒光定量PCR儀在分子生物學(xué)研究中的應(yīng)用領(lǐng)域、優(yōu)勢(shì)和限制，促進(jìn)對(duì)定量PCR技術(shù)的深入理解，為他們后續(xù)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。而在培訓(xùn)課程中，學(xué)生可以通過(guò)實(shí)際操作學(xué)習(xí)如何準(zhǔn)備樣品、設(shè)置PCR反應(yīng)條件、進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析等操作步驟。通過(guò)動(dòng)手操作，學(xué)生可以掌握實(shí)驗(yàn)操作的技巧和注意事項(xiàng)，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)操作的熟練度和自信心，提高科研實(shí)踐能力和實(shí)驗(yàn)技能。亞熱帶國(guó)重室大型儀器平臺(tái)教學(xué)安排靈活多變，每年舉辦定期、非定期技術(shù)培訓(xùn)50余次，參加研究生500多人次。常規(guī)技術(shù)培訓(xùn)課程包括激光共聚焦顯微鏡滾動(dòng)培訓(xùn)、電鏡制樣技術(shù)培訓(xùn)、代謝組學(xué)技術(shù)培訓(xùn)、質(zhì)譜樣品前處理技術(shù)培訓(xùn)、分子生物學(xué)常規(guī)儀器培訓(xùn)等，研究生對(duì)儀器課程和技術(shù)培訓(xùn)的評(píng)價(jià)反響良好。2.4"案例輔助教學(xué)，促進(jìn)知識(shí)深度內(nèi)化在儀器分析教學(xué)中，重點(diǎn)應(yīng)該放在傳授學(xué)生專(zhuān)業(yè)知識(shí)和培養(yǎng)實(shí)踐技能上。案例分析是一種行之有效的教學(xué)方法，可以幫助學(xué)生將理論知識(shí)與實(shí)際操作相結(jié)合，促進(jìn)知識(shí)深度內(nèi)化并提升實(shí)踐能力。案例教學(xué)法是指通過(guò)真實(shí)或虛擬的案例來(lái)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促使他們運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技能解決實(shí)際問(wèn)題的教學(xué)方法。首先，教師提供一個(gè)具體典型的案例，涉及實(shí)際問(wèn)題或情境，引起學(xué)生的興趣和好奇心。其次，組織學(xué)生對(duì)案例進(jìn)行分析，探討案例中的問(wèn)題、挑戰(zhàn)和解決方案，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技能進(jìn)行推理與討論。學(xué)生可以在小組內(nèi)討論案例，互相交流和學(xué)習(xí)。教師可以帶領(lǐng)學(xué)生總結(jié)案例教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，引導(dǎo)學(xué)生反思自己的學(xué)習(xí)過(guò)程和成長(zhǎng)。如掃描電鏡（SEM）的應(yīng)用，通過(guò)展示經(jīng)典的SEM圖片，可以幫助學(xué)生直觀地了解SEM的特性、工作原理和成像效果；組織學(xué)生運(yùn)用自己的實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行SEM觀察，可以讓他們親身體驗(yàn)SEM的操作流程和成像效果，深入了解SEM在實(shí)驗(yàn)研究中的應(yīng)用價(jià)值和意義，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)解讀能力。2.5"開(kāi)展大型儀器設(shè)備競(jìng)賽活動(dòng)學(xué)科競(jìng)賽是提高研究生創(chuàng)新能力的有效舉措，能有效推動(dòng)知識(shí)和技能的深度融合，增強(qiáng)對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的掌握。亞熱帶國(guó)重室每年在科技活動(dòng)周期間開(kāi)展大型儀器設(shè)備競(jìng)賽，為研究生提供展示才華、交流經(jīng)驗(yàn)、挑戰(zhàn)自我、提升技能的重要平臺(tái)，促進(jìn)研究生全面發(fā)展。以生物影像和電鏡平臺(tái)為例，以“聚焦微觀之美，找尋科研之趣”為主題舉辦顯微攝影大賽，鼓勵(lì)研究生用藝術(shù)思想與科學(xué)方法展現(xiàn)微觀世界，分享研究者的獨(dú)特創(chuàng)意和奇思妙想，同時(shí)向公眾普及顯微攝影知識(shí)，為從事和參與顯微成像的師生建立一個(gè)交流和展示的平臺(tái)，營(yíng)造創(chuàng)新文化氛圍，激發(fā)科研興趣。該賽事獲得研究生的踴躍響應(yīng)，每年均能夠吸引100余名研究生參與，作品題材豐富、內(nèi)容新穎，充分展示了研究生在儀器培訓(xùn)課程中獲得的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和儀器操作技能。持續(xù)的大賽活動(dòng)與互動(dòng)交流，不僅可以激發(fā)研究生的創(chuàng)新潛力，促進(jìn)學(xué)術(shù)交流與合作，而且能夠進(jìn)一步提升大型儀器平臺(tái)的影響力。2.6"建立健全研究生助管培養(yǎng)制度亞熱帶國(guó)重室根據(jù)不同儀器的特點(diǎn)設(shè)立研究生助管崗位，并選拔基礎(chǔ)知識(shí)扎實(shí)、有相關(guān)儀器設(shè)備使用經(jīng)驗(yàn)和責(zé)任心強(qiáng)的研究生作為平臺(tái)助管[8-9]。做好研究生助管崗位培訓(xùn)是上崗必要條件，崗位培訓(xùn)主要分為三個(gè)階段：第一階段開(kāi)展實(shí)驗(yàn)室安全培訓(xùn)，包括實(shí)驗(yàn)室水、電、氣安全培訓(xùn)，化學(xué)品安全培訓(xùn)，各類(lèi)應(yīng)急操作規(guī)程和防護(hù)措施的安全課程培訓(xùn)；第二階段開(kāi)展理論知識(shí)培訓(xùn)，根據(jù)各自應(yīng)聘的崗位，由平臺(tái)指導(dǎo)教師開(kāi)展10個(gè)學(xué)時(shí)以上的儀器基本原理、安全操作規(guī)程培訓(xùn)，結(jié)合視頻教學(xué)內(nèi)容，使研究生助管深入理解理論知識(shí)，掌握操作規(guī)程和步驟；第三階段開(kāi)展上機(jī)操作培訓(xùn)，指導(dǎo)教師現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展10個(gè)機(jī)時(shí)以上的操作培訓(xùn)，并根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)?zāi)康拈_(kāi)展針對(duì)性訓(xùn)練，確保研究生助管能熟練掌握儀器操作直至獨(dú)立上機(jī)。培訓(xùn)結(jié)束后，由指導(dǎo)教師開(kāi)展安全知識(shí)、儀器理論知識(shí)和上機(jī)操作三項(xiàng)考核，考核合格后頒發(fā)研究生助管上崗證書(shū)。此外，大型儀器平臺(tái)還為研究生助管制定進(jìn)階培訓(xùn)計(jì)劃，通過(guò)線上或線下方式參與廠家的各類(lèi)新技術(shù)培訓(xùn)、交流研討會(huì)，為研究生助管的日常管理和培訓(xùn)工作奠定良好基礎(chǔ)。大型儀器平臺(tái)制定《研究生助管管理制度》，規(guī)定研究生助管的權(quán)責(zé)和義務(wù)。根據(jù)研究生助管的工作時(shí)長(zhǎng)或工作量，按照學(xué)校和國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)放勞務(wù)津貼，對(duì)工作成績(jī)突出并取得良好服務(wù)成效的研究生助管給予額外獎(jiǎng)勵(lì)。在實(shí)踐中不斷完善相應(yīng)的激勵(lì)制