大型仪器设备实验教学与本科生、研究生创新能力培养的探索实践

大型仪器设备实验教学与本科生、研究生创新能力培养的探索
实践
汤云晖;王波;李耳
【摘要】大型仪器设备是先进科学技术的代表,在科研工作中起着重要的作用,同时也是培养创新人才的重要途径.本文以实验教学中心的大型仪器设备教育实践为例,阐述了大型仪器设备在本科生、研究生创新能力培养中的实践教学模式、特点及成效.
【期刊名称】《中国现代教育装备》
【年(卷),期】2010(000)017
【总页数】3页(P129-130,133)
【关键词】大型仪器设备;创新实践课程;实验教学
【作者】汤云晖;王波;李耳
【作者单位】北京工业大学,北京,100124;北京工业大学,北京,100124;北京工业大学,北京,100124
【正文语种】中文
国务院在《关于深化关于教育改革全面推进素质教育的决定》中明确指出：“高等教育要重视培养大学生的创新能力、实践能力和创业能力”，并要求“加强课程的综合性和实践性，重视实验教学，培养学生的实际操作能力”。

本世纪教育的使命之一就是培养具有创新精神和创新能力的、能推动社会发展和进步的创新型人才。

科学的发展日新月异，学生渴望了解学科发展前沿的知识，用人单位也越来越重视
高校毕业生的创新能力和实际动手能力，尤其是代表着高科技发展方向的大型仪器的操作与利用能力。

加强实验教学、重视学生能力的培养已成为各高校的共识。

实验教学不仅仅是理论联系实际的重要环节，更重要的是其本身就是培养学生自己动手解决实际问题的能力、自我学习能力、培养创新精神和创造能力的重要途径。

事实表明，高等学校的实验室是学生学习科学知识，引证科学思想，提高动手能力，发展创新的基地。

尤其是大型仪器设备，是高等学校的优质资源，是培养高层次人才、发展高科技的重要工具。

近年来，高等学校通过世界银行贷款、国家和地方共建经费、“211工程”“985”投入和科研项目的增加，购入了数量众多的大型仪器设备。

这些设备使高等学校的教学装备水平大幅度提高，测试的范围加大，测试的精确度更高，测试的手段也更为先进。

但由于大型仪器价格昂贵、操作复杂以及实验时间有限等多方面因素的制约，学生在大型仪器设备的实验教学环节受到了很大的限制。

目前大型仪器实验教学的主要模式有：(1)演示教学，以实验演示为主，注重理论
知识的了解而非实验技能的掌握；(2)虚拟教学，以虚拟软件为平台进行模拟操作；
(3)开放式教学，以学生实际操作为主。

总的说来，学生实际操作的时间有限。

以
我校的材料现代分析与测试方法课程为例，在本科生四年级时开设，近百名学生，32学时，每台仪器只有8学时的时间。

学生仅能按照老师的要求操作仪器而已，
缺乏思考的空间，大多学生上课缺乏兴趣，只是拿个学分了事。

如何提高大型仪器设备的利用率，合理地配置资源，让大型仪器设备在学校的教学、科研和社会服务中充分发挥作用，是高等学校急需面对的重要现实课题。

近年来，国内各高校纷纷提出了大型仪器设备开放共享、提高仪器设备资源效益的主张，并在一些高校率先实现了大型仪器设备、实验室的开放共享。

开放包括教学开放、科研开放和对外服务开放，在均衡考虑教学科研的基础上进行教学开放，为学生提供
更多的实验机会，探索出一条适合高校本科生、研究生大型仪器实验教学发展的新路子，是我们目前实验室实验教学工作研究的一个迫切内容。

我校材料学院实验教学中心成立于1997年12月，是北京工业大学材料学院教学
和科研的重要基地。

近年来，在学校“211工程”学科建设和教学基地建设项目
的支持下，中心实验室陆续装备了大批先进的大型分析测试用仪器设备。

目前，中心实验室拥有扫描电子显微镜、X射线衍射仪、透射电子显微镜、X射线荧光光谱仪、X射线光电子能谱仪等大型仪器设备，总价值近2700万元。

为了更好的利用先进的大型仪器设备，掌握测试分析方法，提高实验技能，中心实验室进行了大型仪器的新的实验教学模式探索。

（1）针对本科生，开设大型仪器设备的创新实践课程
针对不同层次的学生开设创新实践课程，例如针对本科三年级及以上学生开设“环保新材料的晶体结构分析及计算机模拟”，针对本科一年级及以上学生开设“纳米稀土二氧化铈的多种软化学制备方法及粒度分析”。

通过有目的地系列实践教学来学习现代分析方法，掌握大型仪器设备的使用与操作，提高学生的动手能力和科研实验技能。

（2）针对研究生，进行不定期的短期的大型仪器设备操作培训
研究生开始进入实验室，具有一定的了解大型仪器设备的需求，同时工作时间有限，希望进行短期、有针对性的培训。

不定期的短期的大型仪器设备操作培训，正好满足其需求。

培训一般每学期至少1次，内容包括应用讲座和实际操作训练，所有
培训学生均经过严格的考核，考核合格后获得大型仪器设备培训合格证书，为以后大型仪器设备面向科研开放、学生自己上机测试奠定基础。

所有创新实践课程、大型设备培训安排都展示在校园网上，学生根据个人兴趣爱好对不同教师开设的创新实践课程进行选择。

每门创新实践课程1个学分，学生可
以只选1门，也可以多选；或者不选，通过听大型仪器讲座、参加大型仪器培训
来达到所需学分。

新的实验教学模式以创新实践课程为主体，多期次的大型仪器应用讲座、操作培训为辅，每学期循环进行。

时间安排机动，内容和形式灵活。

与常规教学相比，创新实践教学具有时间、内容和形式灵活的特点。

以往制定教学计划，某个专业的课程一旦确定，就难以改动。

而创新实践课程的申报每年一次，可以根据教师的科研方向选题、根据科研进度改题，甚至照顾到学生的个人兴趣爱好。

教学以学生操作实践为主，根据学生的实验状况确定教学方式与实验内容。

例如长余辉发光材料的研制课程，教师指定研究的对象，学生自行参考文献、决定实验的具体过程，例如原材料的选择、配比、焙烧温度、焙烧方法等等，再根据实验目的、选择所需的大型仪器设备——X射线衍射仪进行测试，对样品进行物相确定、结构分析，结合大型仪器分析结果对实验方案进行纠正。

其间，所有的仪器操作、数据分析处理，都由学生自己完成。

实验时间由教师和学生商量决定，学生可以在8小时以外、利用自己的空余时间到实验室进行实验。

大型仪器操作培训也是如此，由学生自行申请培训，设备管理员根据人员、工作情况安排培训时间、培训内容，如本期金属材料的学生多，则以金属的分析应用的案例为主，多结合本学院教师的科研方向进行讲述。

大型仪器设备是学校宝贵的实验资源，代表本专业先进的测试水平和发展方向。

高校面临着培养高素质创新人才的重任，这些贵重的大型仪器的使用与掌握在培养新型、创新型人才的过程中意义重大。

目前，我院中心的大型仪器设备操作培训、创新实践课程均已积极展开，从1台大型仪器的尝试到3台大型仪器的参与，X射线衍射仪的培训和创新实践课程已达到第3期。

学生们积极踊跃参加，二、三年级选修创新实践课程的人数从第1学期的66人，第2学期增加到了105人，占可选学生数的60%。

参与大型仪器设备应用培训的学生，以研究生为主，目前已有近40名同学获得了大型仪器设备培
训合格证书。

我院实验教学中心通过探索大型仪器设备的实验教学新模式,使大部分学生在校期
间能够通过各种方式接触和使用这些设备，学生掌握和应用大型仪器设备的能力提高，能自觉的应用大型仪器进行科研探索，为学生开拓专业视野、培养创新思维和能力奠定了基础。

同时，我中心将继续按照“继承和发展”的实验教学改革思路，继续推动大型仪器设备面向本科生、研究生的开放，扩大开放范围、深化开放内容，努力把我实验教学中心建设成为一个符合现代教学、科研发展需要的先进实验室。

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