李 聪，堵艳艳，王鑫铭

(湘潭大学材料科学与工程学院，湖南 湘潭 411105)

十三五规划以来，国家对高等教育质量的越发重视，对科技的投入逐步增加，高校内大型仪器的购置也逐步增加，科技的迅猛发展，本科学生对科技现状以及发展前景也愈发关注，用人单位对学生的动手能力，创新能力考查力度也越来越大，而能否独立操作大型仪器设备是其动手能力最直观的一种体现。但大部分高校的本科教学中大型仪器设备处于教学展示阶段，开设课程以验证性实验为主，通常是老师演示一遍实验过程，学生在旁观摩学习，再根据实验结果进行分析并撰写实验报告[1]，这种实验达不到培养学生实践能力的效果，周济院士也曾指出：“我国本科教学质量是世界上先进的，但严重不足的，最为突出的就是实践能力差[2]”。这种现象普遍存在的原因是对本科实验的重视程度不够造成的，随着实验教学虚拟仿真平台的引入，学生对大型仪器设备理论上的了解有所提升，但自己并未操作过设备，这种教学无疑对学生创新实践能力的培养作用甚微，此现状在中国大部分高校存在且长时间未有改观的原因是多方面的，为了改善这种“理论上的巨人，行动上的矮子”现象，本文对大型仪器设备开放的难点进行了分析及其对策探讨，旨在提高大型仪器设备对本科生开放，提高学生的动手能力和就业竞争力。

1 大型仪器设备对本科生开放共享的难点

1.1 管理制度方面

湘潭大学大型仪器设备管理办法规定：大型仪器设备管理实行“专管共用，资源共享，有偿服务”的原则，在完成学校教学、科研任务的同时，积极开展对校内外咨询、分析测试、培训等技术服务工作。该管理制度规定了大型仪器设备除了要要在各平台开放共享以提高其利用率和效益，更要积极开展教学，科研活动并进行共享服务，但对具体的教学、科研开展方法和开展时间均未规定，弹性空间太大。

国家支持的各种项目和本校配套的实验经费投入各专业实验室，管理和使用第一责任人为设备申购单位，我校作为综合性大学，存在着普遍大学有的现象，大型仪器设备作为科研设备引进，使用者大多为研究生和青年教师，这是基于大型仪器设备的特殊性和专业性而定，另外大型仪器设备的经费来源一部分是省部级共建经费，也有一部分是科研项目经费，大部分大型仪器设备购置的初衷是为科研服务，因此其科教协同措施明显不足，重科研轻教学的现象比比皆是[3]，易出现专人专用的现象，造成设备封闭使用，而衍生出一种情况，即某台大型设备成为了某个老师及其课题组的专有仪器，因此其本科教学属性不强。

1.2 设备方面

湘潭大学材料科学与工程学院管理两个国家级实验室，实验室内已安装数十台大型仪器设备，主要有脉冲激光沉积系统、热障涂层和用于材料分析的扫描电子显微镜、X射线衍射仪、原子力显微镜、纳米压痕、透射式电子显微镜，差式扫描量热仪等大型仪器设备，大型仪器设备本身属于高精尖仪器，价格几十万到几百万不等，原理及操作复杂，后期维护难，维修成本高，应用范围广，对校内外开放共享。大部分分析类仪器科研使用率高，支撑着一些教师和研究生的课题研究，如扫描电镜，设备原值200多万，用于分析各种材料的表面形貌，适用各个研究方向，本科教学则需在科研间隙演示完成。而材料加工类设备使用时间比加工类设备少，如脉冲激光沉积系统，设备原值400多万，可用于制备薄膜材料，受到项目进度的影响，阶段性利用率较高[4]，闲置时间也较多，由于操作复杂且易损坏，损坏后需要请厂家上门维修，后期维护成本高，另外要配备专门的实验人员管理，因此在科研间隙也难以向本科生开放教学。

1.3 设备管理员方面

大型仪器设备由于其特殊性程度高，管理员应该有扎实的理论基础以及精湛的操作技术，现实是高校的仪器管理员大都为实验员兼管或专管，实验员在很多高校定性为教辅人员，其承担的工作从日常的实验室安全与卫生，实验课程的课前准备，课中跟踪和课后的作业批改，文件整理等，还有数十台仪器设备日常管理与维护，还需承担一到两台大型仪器设备的管理与操作工作，工作繁杂且繁重，管理大型仪器设备的时间与精力只占不到1/3，在工作之余再承担大型仪器设备的教学与培训，分身乏术。且在这种劳动环境和劳动强度下，实验员的工作不被认可与重视，打击了工作的积极性，实验员岗位的福利薪资也无法吸引高素质人才进实验室[1，5]。

1.4 实验环境方面

大型仪器设备共享平台对应要求在校内外各级平台开放共享，开放对象广，除去科研时间，教学时间较少，实验教学是大部分院校学生能接触到大型仪器设备的唯一途径，以湘潭大学材料科学与工程学院为例，本科生一个年级有11个班级，总计约330人，学生基数大，对单台件的大型仪器设备而言，开放压力和管理难度大。

另外本科生一般是大二下学期开始进入实验室进行基础性的实验操作，为完成教学计划内的实验课程任务的情况下才会进实验室，针对性的综合类及创新类的实验少，课外时间实验室几乎不对本科生开放，课程外未设置本科生实验理论和操作的讲座和培训，缺乏大型仪器设备实验展开的条件及环境。

2 大型仪器设备对本科生开放共享的对策研究

2.1 完善共享平台，合理规划设备使用

如今是科技强国的时代，十四五规划以来，国家积极推进科研院所、高校、企业科研力量优化配置和资源共享，鼓励和支持各大高校购置大型仪器设备，这些设备使学校的科研能力水平显著提高，自2014年起大型科研仪器开放共享管理办法出台以来[6]，经过各高校的积极响应，目前已经形成了一个大型仪器设备全国共享平台。但使用该平台的科研人员大都为硕士和博士研究生，以我校为例，共享系统使用流程如下：

2.2 改革教学内容，探索新的教学模式

其中分析类仪器对本科生有一定的教学，对应的基础课程为《材料分析测试技术》，实验包括X射线衍射仪、透射电镜、扫描电镜的结构、工作原理与组织观察。由于设备的特殊性及对出于对设备的保护，这类实验都由老师就统一的材料进行操作演示，学生在旁观察实验过程，再根据仪器所测结果进行分析，这类型的实验弊端显而易见，为提高学生的动手能力，提高其自身竞争力，改革实验项目，开设适应大型仪器设备的综合类和创新类实验项目[7]，让学生从样品制备到性能分析全程独立操作，因材施教，因地制宜，针对不同年级的学生开设不同实验项目，旨在一年或者一学期让一级本科生掌握一种大型设备的操作和使用，增强教学过程中的科研性[8]，结合多门课程或者多个项目改革成综合创新类实验，增加实验的流畅性，有利于学生对不同材料不同组织不同检测手段的认识，拓宽其思考问题的维度和深度。以材料科学与工程专业为例。

表1 改革实验项目内容及目的

对大型仪器设备的实验教学模式是课前教师将原理、实验流程，注意事项等口述或者板书在黑板上，然后在仪器上操作演示一遍，改革后的教学模式将虚拟仿真教学和实际操作相结合，充分给与学生独立思考和想象的空间。改革过程中，将虚拟仿真平台无限制的开放给学生，作为课前预习，学生可以在任何时间通过网络就能进行模拟实验完成整套实验流程增强印象，比将纸质文字转化成的意象更直观，冲击性更强。真正上机操作时，老师在旁稍加指导和监督，学生可快速掌握大型仪器设备的使用，缩短培训时间，高效的提高学生自主操作大型仪器设备的能力，同时不占用仪器科研时间，解决设备管理员精力不够的难点。

2.3 建立一套大型仪器设备考核制度

我院有着完善的实验室安全管理制度、仪器操作规程；组织大一新生进行了实验室安全准入证考试，这些是实施大型仪器设备准入考核制度的保证。具体实施流程如图1所示。

图1 材料学院大型仪器设备管理考核流程图

实施细则：

(1)虚拟仿真学习与分组学习需累计一定学时(可依设备难易不同而定)，学习内容包括设备的结构、工作原理、使用及注意事项，另外允许学生进行科研观摩(研究生做实验的时候在旁学习)；

(2)自知能独立操作后即可申请考核，考核通过后由设备管理老师给其颁发该大型仪器设备的准入证，并盖院章。

(3)考核通过后，授权学生门禁，学生则可通过平台预约仪器使用，后续实验可单独上机操作。

2.4 建设任课教师-实验教师-研究生助教三层教学梯队，探索师生间多种互动方式

培训考核制度的实施无疑会增加仪器管理员的工作，因此要充分发挥老师、研究生助教、实验教师的作用，建设一支以任课教师为主，实验教师为辅，研究生助教参与的三层实验教学梯队，任课教师保证知识理论的输出，实验教师保证动手能力的培养，研究生助教在锻炼自身能力的同时，减轻仪器管理员的负担，从而增加仪器开放时间。

参考我校材料类师昌绪班级的办班模式—导师制，鼓励老师尽早招募优秀本科生加入课题组，参与导师科研团队的学术活动，跟随课题组研究生一起进行科研活动[9]，分发挥研究生的榜样作用，本科生跟随研究生学习各种仪器设备的理论和操作，从而缩短培训时间。熟练后独立承担一个科研题目，并结合自己的题目，提出实验流程，仪器设备使用分析方案，整个过程独立完成，老师只提供指导性意见。这样的师—生互动方式下，本科生既可以尽早接触先进的实验技术，又可提高动手能力以及发现和分析问题的能力，为以后的就业、深造打下扎实的基础。

2.5 开放网络教学平台[10]，创造开放式的教学环境

材料科学与工程学院成立了独立于系部的实验教学中心，建设有自己的局域网站，网站分区管理，设备栏展示了实验设备及其状态以及对应的仪器管理员、教学安排等重要信息，供学生查阅。同时我院通过与公司合作开发了虚拟仿真实验平台、实验视频教学系统，结合我校实验室资产管理处大型仪器管理平台，实现开放式的网络教学。学院近几年引进了一批新的大型仪器设备如：场发射扫描电镜、红外光谱仪，高温量热仪，高温维氏硬度计，创造良好的实验硬件条件，为学生充分掌握大型仪器设备的使用奠定了基础。

3 结 语

随着就业竞争日趋激烈，为全面提高材料类专业本科生的质量，我院依托教育部重点实验室和湖南省重点实验室，通过改革教学内容和模式，探索科教结合、充分培养师生互动方式、充分利用网络资源，协同培养的应用型人才培养模式，以提升学生实践动手能力和解决问题能力为重点，全面开放大型仪器设备，让学生自主探索科研课题，有效地提高教学质量和教学水平，从而为培养应用型人才打下坚实的基础。