大型儀器參與開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的機(jī)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(xué)海洋學(xué)院大型儀器公共平臺(tái)運(yùn)行和學(xué)院課程設(shè)置的現(xiàn)狀，分析了大型儀器參與本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)的可行性，并運(yùn)用具體實(shí)驗(yàn)課程案例進(jìn)行了實(shí)踐探索，通過實(shí)踐初步探明了平臺(tái)為本科生服務(wù)的可行性，形成了氣質(zhì)聯(lián)用儀參與本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)的操作方法和實(shí)驗(yàn)條件，淺述了大型儀器平臺(tái)服務(wù)于本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)的可行性機(jī)制和重要作用。

關(guān)鍵詞 大型儀器 本科實(shí)驗(yàn)教學(xué) 參與機(jī)制

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(yōu)質(zhì)資源，在助力科技成果創(chuàng)新和高層次人才培養(yǎng)方面往往發(fā)揮著重要作用，我院大型儀器公共平臺(tái)在服務(wù)于科研項(xiàng)目和助力于科技成果產(chǎn)出等方面具有重要作用，平臺(tái)除了為高校科研服務(wù)，同時(shí)也是高質(zhì)量人才培養(yǎng)不可缺少的教學(xué)資源，承擔(dān)著為人才培養(yǎng)服務(wù)的重要功能，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量是高校辦學(xué)的重要目標(biāo)之一，也是新農(nóng)科人才培養(yǎng)的重要目標(biāo)，[1-2]所以有必要探索大型儀器參與本科生開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)的可行性，發(fā)揮大型儀器在人才培養(yǎng)中的作用。

大型儀器設(shè)備投資比較大，購置成本高，有些儀器單服務(wù)于科研項(xiàng)目不能發(fā)揮出其應(yīng)有的效益，隨著學(xué)校學(xué)科建設(shè)水平的不斷提升，學(xué)校對(duì)儀器設(shè)備的投資還會(huì)持續(xù)加大，高性能大型儀器設(shè)備的數(shù)量和價(jià)值也不斷攀升，平臺(tái)可服務(wù)范圍也不斷擴(kuò)大，要想提高儀器的利用率，降低維護(hù)成本，建立與本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)的共享機(jī)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(shè)備的維護(hù)成本。大型儀器設(shè)備資源共享是高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的新潮流，[1]全國各級(jí)各類高校為培養(yǎng)高質(zhì)量的專業(yè)人才，紛紛進(jìn)行了不同形式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，有些高校如中國藥科大學(xué)中藥學(xué)院藥用植物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心于2014年構(gòu)建了“大型儀器設(shè)備共享平臺(tái)”并將這一技術(shù)引進(jìn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，取得了較好的效果。吉林大學(xué)生命科學(xué)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(shí)驗(yàn)教學(xué)開放越來越有必要性，在此背景下本文就我院實(shí)際情況先進(jìn)行一些可行性探索，得出一些具體操作方法，從公共平臺(tái)儀器設(shè)備資源共享的角度入手，探索公共平臺(tái)中心與開放實(shí)驗(yàn)相融合的方法和機(jī)制，讓大型儀器不僅向科研項(xiàng)目開放，也能向相關(guān)的本科實(shí)驗(yàn)課程開放。

1 大型儀器應(yīng)用于本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)例

1.1 學(xué)院大型儀器平臺(tái)現(xiàn)狀

當(dāng)前我院開設(shè)有海洋資源與環(huán)境、水產(chǎn)養(yǎng)殖和生物技術(shù)等本科專業(yè)，開設(shè)儀器分析、分子生物學(xué)檢測(cè)技術(shù)、農(nóng)獸藥殘留檢測(cè)技術(shù)等專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程，這些課程在不同程度上涉及到大型儀器的應(yīng)用原理和使用方法，大型儀器設(shè)備是先進(jìn)技術(shù)的代表，在實(shí)驗(yàn)廣度和深度上都有一定的科學(xué)性，如果大型儀器能與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)計(jì)與指導(dǎo)相結(jié)合，其作用得以在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中體現(xiàn)，大型儀器的開放性將進(jìn)一步擴(kuò)大，儀器功能應(yīng)用領(lǐng)域得以拓展，同時(shí)可以讓學(xué)生了解到最近的科研趨勢(shì)，最終實(shí)現(xiàn)科研平臺(tái)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開放與共享。

1.2 實(shí)驗(yàn)課程簡介

以我院開設(shè)的開放實(shí)驗(yàn)課程“水產(chǎn)品中農(nóng)藥殘留檢測(cè)”為例，實(shí)踐大型儀器服務(wù)于本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)的可行性，并發(fā)現(xiàn)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(shí)驗(yàn)的詳細(xì)過程及經(jīng)驗(yàn)探討。

“水產(chǎn)品中農(nóng)藥殘留檢測(cè)”是一門開放性本科實(shí)驗(yàn)課程，有預(yù)修相關(guān)課程背景的學(xué)生不分年級(jí)和專業(yè)都可以選課，學(xué)生在學(xué)期初根據(jù)自己的需要在線選擇課程，指導(dǎo)老師根據(jù)選課情況將學(xué)生進(jìn)行分組，為保障每個(gè)學(xué)生有充分的動(dòng)手機(jī)會(huì)，課程設(shè)定每3～4人一個(gè)小組。實(shí)驗(yàn)用到的主要大型儀器是GC-MS/MS，樣品中的農(nóng)藥殘留用乙腈提取出來，用吸附劑吸附液體樣品溶液，目標(biāo)物質(zhì)被保留，再選用特定的溶劑沖去雜質(zhì)、洗脫待測(cè)目標(biāo)物質(zhì)，從而達(dá)到快速分離與濃縮的目標(biāo)，[2]樣品經(jīng)過GC-MS/MS檢測(cè)，外標(biāo)法定量得出結(jié)論。

1.3 實(shí)驗(yàn)具體過程

老師指導(dǎo)學(xué)生分階段完成實(shí)驗(yàn)課，第一階段：學(xué)生在網(wǎng)上預(yù)約分組之后，先熟悉實(shí)驗(yàn)室制度、儀器的操作流程規(guī)范和主要基礎(chǔ)工作原理，討論實(shí)驗(yàn)方案;第二階段：根據(jù)約定時(shí)間和地點(diǎn)按照方案進(jìn)行樣品前處理;第三階段：各小組對(duì)處理好的樣品上機(jī)測(cè)定，并分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和總結(jié)結(jié)果，整個(gè)過程需要循序漸進(jìn)，有條不紊地一步步進(jìn)行。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及意義

GC-MS/MS檢測(cè)方法在生物、食品、農(nóng)業(yè)和環(huán)境安全等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的培訓(xùn)熟悉了GC-MS/MS的主要工作原理和操作規(guī)范，掌握了相關(guān)分析技術(shù)在檢測(cè)領(lǐng)域中的應(yīng)用原理，并能掌握外標(biāo)法測(cè)定樣品中農(nóng)藥殘留的基本方法。

通過實(shí)踐我們體會(huì)到，將大型儀器引入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，除了對(duì)本科實(shí)驗(yàn)課程有直接作用之外，還有其引申層次的意義：首先，學(xué)生通過自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)思路，可以深化對(duì)課堂理論知識(shí)的解讀，通過動(dòng)手操作儀器，可以做到理論與實(shí)踐的結(jié)合，同時(shí)可以了解到分析測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)和發(fā)展趨勢(shì)。其次，大型儀器設(shè)備平臺(tái)的測(cè)試工作能夠與所學(xué)課程相結(jié)合，這種工作模式為學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)、實(shí)踐類課程和競(jìng)賽類活動(dòng)提供了參考，擴(kuò)大了其所需要的設(shè)備條件和實(shí)驗(yàn)環(huán)境。最后，大型儀器平臺(tái)通常是先進(jìn)設(shè)備的代表，通過這個(gè)渠道學(xué)生能夠了解當(dāng)前領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀，先進(jìn)的應(yīng)用技術(shù)及本領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)，為將來可能從事更深層次的科學(xué)研究或就業(yè)打下良好的基礎(chǔ)。[4]

3 結(jié)果與討論

以創(chuàng)新性開放實(shí)驗(yàn)為例，探索得出實(shí)驗(yàn)課程與大型儀器相結(jié)合的工作模式是可行的，大型儀器比較精密，操作步驟相對(duì)復(fù)雜，大型儀器的使用包含了相對(duì)精深的科學(xué)道理，學(xué)生只有既掌握操作規(guī)范，又熟悉理論知識(shí)，才有可能正確地使用精密儀器，從而獲得準(zhǔn)確數(shù)據(jù)及合理結(jié)果。這種結(jié)合應(yīng)用的模式既能推進(jìn)儀器設(shè)備潛能開發(fā)，提高儀器使用效率，擴(kuò)大平臺(tái)服務(wù)開放范圍，也有利于學(xué)生動(dòng)手能力和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，同時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)課程質(zhì)量的提高有直接幫助。

大型設(shè)備參與本科生開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生可以更直接地了解到當(dāng)前技術(shù)水平，更立體地體會(huì)到學(xué)以致用，大型儀器所包含的方法和技術(shù)通常是常規(guī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備無法展現(xiàn)的，大型設(shè)備的應(yīng)用軟件和數(shù)據(jù)分析軟件功能相對(duì)齊全，軟件操作步驟復(fù)雜，實(shí)踐性很高，參與到本科生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，將是開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)中很重要的外部條件，也是本科生教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的基礎(chǔ)條件。

4 存在問題與解決措施

（1）儀器數(shù)量通常很難滿足學(xué)生數(shù)量要求，大型儀器設(shè)備單價(jià)很高，通常要過百萬，高校不會(huì)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模采購，一般情況下只有一臺(tái)，所以只能采取將學(xué)生分小組的形式開展實(shí)驗(yàn)，如果涉及到的實(shí)驗(yàn)課程人數(shù)很多，就只能采用大組教學(xué)的授課方式，學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力得不到鍛煉和提高。

（2）大型儀器設(shè)備通常為高精尖的進(jìn)口設(shè)備，運(yùn)行和維護(hù)成本高，所需要的實(shí)際耗材和購置價(jià)格都很高，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，學(xué)生如果沒有操作經(jīng)驗(yàn)，就可能發(fā)生操作不當(dāng)損壞儀器的現(xiàn)象，如此一來維修所耗費(fèi)的時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本也會(huì)很高，會(huì)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(shí)驗(yàn)教學(xué)中普遍應(yīng)用的原因之一。

5 機(jī)制探索

隨著寧波大學(xué)學(xué)科建設(shè)水平的不斷提升，大型儀器平臺(tái)的功能涵蓋范圍和檢測(cè)項(xiàng)目將會(huì)進(jìn)一步增加，與此同時(shí)學(xué)校對(duì)教育教學(xué)改革的支持力度也會(huì)加大，學(xué)校制定了一系列措施推動(dòng)教學(xué)改革的進(jìn)行，并且設(shè)立了教學(xué)改革專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)，積極鼓勵(lì)學(xué)院廣大教職工創(chuàng)新性地開展工作。這些鼓勵(lì)措施在一定程度上增加了學(xué)院教師探索利用大型儀器改良傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方式的可能性。本文選擇的創(chuàng)新性開放實(shí)驗(yàn)課程，上課內(nèi)容和形式相對(duì)靈活，有利于教師在開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究的同時(shí)，開展實(shí)驗(yàn)課程，通過這種方式把相關(guān)領(lǐng)域最新的科學(xué)前沿信息引入到學(xué)生實(shí)驗(yàn)課堂中。

大型儀器平臺(tái)面向本科生開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)開放，以大型儀器公共平臺(tái)為培養(yǎng)載體，以精密儀器為手段提高實(shí)驗(yàn)課程的質(zhì)量，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，是本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的出路之一，通過根據(jù)平臺(tái)功能和培養(yǎng)目標(biāo)來更新實(shí)驗(yàn)課程大綱內(nèi)容，并建立有效的實(shí)施機(jī)制，可以促進(jìn)平臺(tái)的開放與共享，為高等學(xué)校培養(yǎng)人才、創(chuàng)新科研思路提供有力的技術(shù)支撐。[5-6]同時(shí)可以提高儀器的利用率，資源得以合理調(diào)配，大型儀器設(shè)備服務(wù)范圍更加廣泛，隨著信息化的普及，也可以考慮使用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前的預(yù)培訓(xùn)，配套流程化的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)操作指導(dǎo)，讓實(shí)驗(yàn)過程更加便捷、操作更加規(guī)范。

*通訊作者：孫愛麗

基金項(xiàng)目：2019年12月寧波大學(xué)教學(xué)研究項(xiàng)目“大型儀器參與實(shí)驗(yàn)教學(xué)機(jī)制的初步探索”（項(xiàng)目編號(hào)JYXMXYB202086）

參考文獻(xiàn)

[1] 劉芙等.高校大型儀器平臺(tái)面向?qū)嶒?yàn)教學(xué)開放的思考與研究.中國現(xiàn)代教育裝備，2018年2月.總第283期.

[2] 宋娟.大型儀器設(shè)備服務(wù)于本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)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(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)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(shè)備應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué).科技視界.

[5] 湯海峰等.面向本科生開放大型儀器的實(shí)踐.實(shí)驗(yàn)室技術(shù)與管理，2015.31（2）.

[6] 喬光等.大型儀器設(shè)備在本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)中使用問題的探討.實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2017.20（04）.