李哲煜，孙 凯，陈忠林

（哈尔滨工业大学，黑龙江哈尔滨 150090）

随着基于“互联网+”的现代信息技术的高速发展，传统教育向信息化教育的转变已经成为研究生教育教学的必然趋势。可持续性教育、生态教育与环境教育是现代教育追求的目标，知识的输入、输出、学习、整理与改进构成教学体系的生命周期。“互联网+”教学成就了教育内容和学习方式的协同转变，促进了教育理念和教学资源的发扬承载，助推了信息技术和教学模式的融合创新。随着科学技术的进步，实践教学中的大型仪器教学作为特殊形态的基础教学，已经成为研究生教学中非常重要的组成部分。基于“互联网+”的现代信息技术运用于研究生大型仪器实践教学，推动传统教与学方式的转变，将促进研究生教育与培养向长足的、良性的生态循环发展。

一、研究生大型仪器教学中存在的问题

传统的大型仪器实践教学以教师为主体，通常采用先讲后做的教学模式，即先讲授原理加演示操作，再指导实践的教学方法。由于大型仪器的特殊性，尤其是精密大型仪器设备，受仪器数量及场地条件限制，课堂占用时间较长，学生上机操作时间有限，不能获得充分的实践；实验演示样品单一化或标准化，使实践教学针对性差，不能和学生的实际研究紧密结合，导致学生在大型仪器实践教学中缺乏主动性、走过场、易遗忘[1-2]。

传统课堂教学模式中的多媒体教学内容丰富、信息量大，却往往是利用信息化手段的教材搬家。师生互动交流减少，知识获取不是理想化的循序渐进，而是受到一定程度的负面影响，信息量的增大，学生思维跟不上信息呈现的速度，会导致知识难以被其及时消化理解。学生变成知识与经验的存储器，缺乏能动性和创造性。

二、现代信息技术在实践教学中的应用现状与问题

基于“互联网+”现代信息技术的教学模式，大大拓展了线下实体课堂的容量与形式，主要包括慕课、SPOC、微课及翻转课堂等。慕课不设门槛，难度与学时差距大，针对性弱，互动度低。SPOC 设置限制准入条件，学习强度、学时数和参与度弥补了慕课的不足，但往往教学节奏快、学习压力大，易造成消化不畅、巩固不足。微课以知识点为单元，学习时间短，注意力易集中，便于理解。但微课通常知识散碎，缺乏主线，导致重难点等教学环节不突出。翻转课堂采用学生利用在线资源自主学习在先，课堂互动及实践在后的教学模式，首尾呼应，任务明确，针对性强。然而在线平台无法确保学生自主学习真实有效，线下课程往往成为线上课程的补充。

大型仪器教学具有其特殊性，教学中更需要实际操作、个性实践，不仅原理部分十分重要，样品的预处理、实操上机更是环环相扣[3]。越是精密的大型仪器操作越复杂，多媒体课堂及线上课程往往只能起到基础教程的作用，并且需要加工与取舍。学生操作大型仪器的经验尚浅，往往怕字当先，怕调参数，怕误操作，更怕独自操作，盲从多于自主；操作技能具有短期效应；实操课时有限，后期使用频率低，会造成短练问题[4-5]。本文以哈尔滨工业大学环境学院研究生大型仪器实践教学“扫描电镜与能谱分析技术”为例，针对大型仪器教学中存在的问题，融合现代信息技术改革创新教学方法，设计灵活教学模式，丰富并合理有效地统和资源，进行多元化教学，解决他主学习、断片学习、孤独学习和短练学习等问题，打造创维环境，培养学生的主动性、能动性和创造性，推进研究生实践教学的发展。

三、基于现代信息技术的大型仪器实践教学模式的探索与实践

（一）区块化云端，打造资源精准在线补给

大型仪器设备大多操作复杂，功能繁多。课上的实际操作与演练，信息量大，通常具有短期效应，学生很难在一次教学过程中学会并熟练掌握，实验技能容易有所丧失，记忆模糊，出现“断片儿”现象。构建iLesson平台，打造区块化云端资源环境，把实验全过程区块化，把复杂的操作分解，或按步骤分解，或按功能分解，使问题或操作简单化。分解的区块小单元以微视频、微表单的形式存储于云端，并相互关联，然后以二维码的形式附在仪器的相应功能区。学生无论是在学习过程中，还是在今后的实践过程中，不用上网去搜，直接按需扫码即可随时调取，精准在线补给。

以扫描电镜实验教学为例，构建扫描电镜的iLesson云端教学资源平台，扫描电镜的实验全过程按照主干流程设置七大区块：实验基础，实验前处理，实验室准备间操作，电镜开机及检测，能谱采集，电镜关机，实验记录与报告。各大区块分解成小单元：实验基础中包括扫描电镜工作原理与结构、能谱原理、离子溅射原理；实验前处理包括样品的制样方法与镀膜；实验室准备间操作包括实验室温湿度环境的监控与管理，气瓶的监控、更换与标识管理；电镜开机及检测操作包括开机方法，仪器真空度与电流电压的监控，能谱与电镜的串口连接，卸真空，上样，抽真空，样品台操控，加电压，找样品，工作距离的合理设置，参数调节以及拍摄；能谱采集包括数据采集、分析及报告输出；电镜关机包括样品台位置的初始化、电压设置、样品台下样、各级软件的关闭、关电脑以及仪器的Standby 操作；实验记录与报告包括实验前后实验室的环境条件，仪器的真空状态和电流电压，实验报告的填写方法，实验总结与问题反馈。

区块化云端为信息化大型仪器实践教学搭建了系统的资源平台，极大地促进了学生自主、自助的个性化学习。区块化云端造就人性化的实验场景环境，有效解决知识学习与技能训练过程中的“断片儿”问题及后续问题，有利于学生对出现的问题及时作出反应，训练学生对知识的综合与分解能力，提高分析与解决问题的能力，促进他主学习向自主学习的转变，有效且可持续地提升实验技能。

（二）建立实时在线多元化共享平台

传统的实践教学模式局限于教室与实验室，在有限的时间和空间里，知识的输入和输出是单向的。运用现代信息技术手段与资源，融入大型仪器实验教学。建立实时在线多元化共享平台，学生不需要把自己限制在计算机旁，使用手机、平板等移动终端设备，不受时间、地点的限制，实时进入共享。微信、QQ 等交流平台强化师生互动、生生互动，以及课程信息发布与共享；慕课网课平台注重学生对实验基础理论的通识学习；在优酷、哔哩哔哩等平台上使用在线资源，加强学生对仪器原理与操作流程的整体认识，促进理解与感悟；自建iLesson 云端资源中的区块化微视频、微表单，从图片、文字与影像上辅助学生对实验细节的学习和巩固。

多元化的线上平台丰富了信息化教学手段，使整个教学过程有学习、有感悟、有实践、有巩固。多元化共享延展了课堂，为学生提供了更多的实践机会，保障线下实验操作教学的顺利进行。学生由被动的接受者转变成主动的积极参与者，促进了学生的自主意识与合作意识。

（三）量身定制方案化教学

与本科教育相比较，研究生教育更加具有学术性和专业性。打破传统的统一规格化的大型仪器实践教学模式，上机样品不是使用标准样品，而是学生在研究过程中需要检测的样品。在实践教学中打造个性化学习模式，通过QQ 或微信线上讨论，以及线下面对面指导，引导学生根据自己的研究方向、研究背景和课题要求，建立实验计划，设计实验方案，设定实验目标，并通过多元化在线资源，提前把握仪器原理结构、信号采集及分析方法，作好相应的理论知识储备。激发学生积极性和主观能动性的同时，配合以充分发挥仪器的性能，最终获取可靠数据，达到实验目的。结合扫描电镜教学，实验前，确定样品的来源、加工制备以及预处理手段。根据目标样品的形态特点、导电性、磁性、热稳定性等物理和化学性质，做好样品从取样、清洁、装台到镀膜的前处理，并注意微生物、灰尘、水汽和油脂的污染控制，以满足扫描电镜的观察条件。实验过程中，结合仪器的原理和特点，操作方法得当，优化实验条件及参数的选择与配置，选择信号探测器，匹配适当的工作距离，调节加速电压、探针电流、光栏、亮度和对比度等条件和参数。拍摄时，注意样品导电性、热稳定性、磁性、环境噪音与震动等对样品成像的影响，采用合适的扫描模式、信噪等级等进行拍照，以获取优质的高分辨图像。对应扫描电镜图像以及目标元素，选择能谱的扫描方式，根据需要对样品进行元素分析。

量身定制的方案化教学极大地调动了学生的主动性和创造性，使学生成为知识信息的主动构建者，教师成为学生个性化学习的指导者和组织者。学生在个性化学习中，培养了信息获取、信息分析与信息加工能力，提高了信息素养，获得更优质的自主与能动的特色智育。

（四）在线个性化陪伴教学模式，打造有温度的教学

研究生的科研历程通常不是群体性的，而是相对独立的。独立的实验操作技能的掌握一定程度上决定了科研进展的程度。在教学中，创造独自操作的环境氛围，培养学生独立上机的应变能力，将成为大型仪器实践教学中很重要的一环。

建立无教师环境下的在线个性化陪伴教学模式。实验室监控摄像系统高清配置，实时开麦在线，手机客户端可在线实时远程监控。在教学中，设置教师不在学生身边的实战场景。教师在演示实验后，置身仪器教学场地之外，训练学生独自操作，有问题可以随时通过监控摄像系统和教师交流互动。通过个性化空中陪伴，训练学生对问题的正确表达，促进人机熟悉与磨合，消除学生对仪器的恐惧感，体验、适应并排解未来独自实验操作的孤独感与无助感，为今后独立操作作好铺垫。如果在实验操作中，仪器出现错误提示，教师通过监控教授学生常见小问题和故障类应急处理方法，培养学生遇事不慌乱的心理素质。每一名学生都在教师的陪伴下完成操作，然后又辅导和陪伴学生完成操作，在个性化陪伴模式下，实现了见习、实习和成果转化三步骤，使实践教学的效果达到最大化。

通过个性化陪伴实战场景训练，学生将加深对仪器的理解，加快操作技能的掌握与提升。教师可以通过学生独自操作和导师陪伴操作，把握学生对仪器操作不易掌握的难点、问题的共通点，有的放矢，改进教学。教师不论走到哪里，只要带着手机，就可以通过实验室监控影像了解学生的实时状态，与学生实现可视化互动，实时指导，解决问题，进行在线个性化陪伴，培养学生的独立与自信，增强其主动性与能动性。个性化陪伴场景线上指导教学构筑实时在线指导与补给，使相对枯燥的大型仪器教学成为有温度的教学。学生在温暖相伴下，知识和技能得到有效的输入与输出，通过学习巩固并强化教学效果，形成师生跨越空间的知识与技能的传递。

四、结论

研究生大型仪器教学不同于普通的课堂教学，其教学中更注重实际操作，个性实践，学以致用，及时转化。本文针对研究生大型仪器教学中存在的问题，基于“互联网+”的现代信息技术，改变传统的教与学的方式，构建区块化、多元化和个性化的多维交互教学模式。区块化云端资源的精准在线补给，多元化教学时空的延展与跨越，辅以针对性与有温度的个性化陪伴，充分调动了学生自主学习的积极性与能动性，提高了学生对知识技能的探知能力与自信心，促进了学生独立性和创造性的潜能开发，使大型仪器信息化实践教学有效、高效、长效，从而进一步优化了研究生教学可持续性的、良好的、生态化的智慧教育环境。