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

北京工业大学 北京 100124

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

北京工业大学 北京 100124

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。

大型仪器设备；创新实践课程；实验教学

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。

一、目前大型仪器实验教学的主要模式

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。

二、探索崭新的实验教学模式

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.主要做法

（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。

2.特点

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。

三、实验教学新模式的初步成效

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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Exploration of application of advanced instrument and equipment in experimental teaching practice for developing creativity of undergraduate and postgraduate students

Tang Yunhui, Wang Bo, Li Er
Beijing university of technology, Beijing，100124, China

Advanced instrument and equipment is a represent of advanced technology and play an important role in sciences research; at the same time, application of large-scale instruments are main methods for bringing up creative persons. In this paper the model and specialty, effect of experimental teaching in developing creativity of undergraduate and postgraduate students are described through application of advanced instrument and equipment in innovative practice course of center of experimental teaching, college of material sciences and engineering, Beijing university of technology.

advanced instrument and equipment； innovative practice course； experimental teaching

book=129,ebook=822

2010-04-16

汤云晖，博士，高级实验师。王波，博士，教授，博士生导师，材料学院实验教学中心主任。

*本文系北京市教育科学“十一五”规划重点课题(ADA07069)；北京工业大学教育教学研究(ER2009-C-03)。