具有普适性和特殊性的电镜操作培训实践

权茂华，　孙建林，　毛璟红，　薛润东

(北京科技大学 材料国家级实验教学示范中心，北京 100083)

0　引　言

随着人们对微观世界探究的不断深入，大型精密仪器设备在科研工作中的重要地位日渐提升[1-5]。例如，透射电镜、扫描电镜(下文简称电镜)。因此，国内各大高校纷纷开设了相应的电镜教学课程[6-7]。在大型精密仪器设备价格昂贵、数量有限的背景下，制约了大型仪器开放共享[8-12]。为了改变这一现状，进一步提升大型精密仪器设备的使用效率，培养专业技术人才和普及仪器操作技巧是必然的战略选择。

1　电镜操作培训的主要特征

1.1　电镜操作培训的普适性

自20世纪60年代以来，电子显微学的基本理论和实验技术的迅速发展，加速材料科学、物理学、生物学在原子尺度上探究微观世界的迅速发展。电镜作为主要的测试仪器，80年代在我国还是一种稀缺资源，至今已普及到高校、科研单位以及企业。在材料学科本科实验教学中，电镜实验教学课程是必修课。此外，电镜是科研工作者常用的测试工具。因此，推广电子显微分析技术和实验技巧是普及电镜、实现开放共享的有利举措。开设培训班是一种比较常用的方法。实际上，电镜的操作面板比较复杂,同一生产厂家所生产的电镜即使型号不同，但是所使用的数据处理软件以及硬件配置的标识具有一致性。因此，为了便于在实验教学中推广，易于学生学习和掌握操作技巧，在电镜操作培训中需要建立统一的实用电镜操作流程。

1.2　电镜操作培训的特殊性

2　电镜操作培训

随着微纳级材料关注度的提升，使用电镜的人数逐年递增，在仪器数量、实验技术人员有限的条件下，提升了电镜使用效率变得更为迫切。为了提升电镜的使用率，实现大型仪器的开放共享，国家级实验教学示范中心建立了电镜操作培训体系，在培训中实践了实用电镜操作流程。为了解决由电镜硬件标识差异而延长增加培训周期的难题，在电镜培训中以仪器原理为讲解的主线，仪器间差别作为实践内容贯穿其中。形成了以普适性为主，特殊性为辅的交叉培训方式。

2.1　培训方式

(1)提交申请。有意向参加电镜技术操作培训的学生(不限年级)、教师均可提交申请，经导师(如为学生需经导师同意)、负责仪器管理的实验技术员认可后，即可参加培训。通常当提交申请的人数达至5人，由仪器管理员组织开始培训。

(2)理论培训。由于被培训人对电镜的认知程度差异，首先需要进行理论培训，普及电镜的基础知识和实验注意事项。主要介绍实验室安全注意事项、仪器的基本结构、成像原理、功能、适用范围、样品的制备要求等，让学生初步认识和了解仪器。然后结合仪器工作原理详细讲解仪器的每个旋钮以及其功能。最后重点讲解仪器操作步骤。为了缩短培训周期，依据已经发布的国际/国家标准[13-15]，针对电镜的每个功能制定了实用操作流程。以透射电镜为例，低倍形貌像拍摄步骤见图1。实用操作流程固定了操作顺序，虽然缺乏灵活性，但方便电镜的初学者快速掌握。

图1透射电镜低倍形貌像拍摄流程

(3)演示和实践操作。电镜操作培训中，实践是关键环节。首先由教师对仪器的功能逐一演示、讲解。然后鼓励学生上机实践。一对一指导，直到每个学生对每个旋钮的功能和使用技巧完全了解为止。为了推动校际间大型仪器共享，让电镜培训不局限于单一型号的仪器。在实践操作环节中，虽然面对一台仪器讲解，但是穿插讲解其它型号仪器的相应功能键的标识和调节方法(见图2)。

(4)独立上机操作。在教师指导下，独立上机完成测试内容。在培训中，与学生交流心得体会，指导学生如何应对各种类型的样品。仪器的使用是以其正常运转为前提，在培训中不仅教授学生旋钮的使用方法，重要的是培养学生维护仪器的意识[16]和严谨的科学态度。在培训中不断地提示学生观察仪表数据变化，正确判断电镜的运行状态。

图2JEM-2010和G2F-20部分功能键标识的对比

2.2　操作资格认定方法

为了缩短培训周期，提高学生的学习热情，将操作资格认定分为甲、乙两类。甲类是具有完全独立操作资格。乙类是在仪器管理员在岗前提下的独立操作资格。甲类学生具有一定的仪器维护和异常情况的处理经验，其对仪器的独立使用在500机时以上。且通过上机资格认定考核。乙类学生可以独立操作仪器完成实验内容，但是不具备处理异常情况的能力。且通过上机资格认定考核。因此，这类学生尽管通过了上机资格认定考核，仍需要仪器管理员在岗时使用仪器。

全部GD患者均伴颈部血管杂音，其中26例患者为GD伴双侧颈部血管杂音，31例患者为GD伴单侧颈部血管杂音。双侧血管杂音患者男5例，女21例，单侧血管杂音男6例，女25例。其中，甲状腺右叶上极闻及杂音43处，右叶下极14处，甲状腺左叶上极杂音37处，左叶下极11处。血管杂音I级47例，血管杂音Ⅱ级10例。其中试验组I级杂音23例，Ⅱ级杂音5例；对照组I级杂音24例，Ⅱ级杂音5例。

为了更好地使用和维护仪器设备，设立了严格的操作资格认定考评方法。由仪器管理员、专业技术人员、电镜研究领域相关的教师组成考评小组，对学生进行甲级独立操作资格认定考核。乙级独立操作资格认定考核由仪器管理员单独考评。考评采用灵活机动的形式，由考评人员临时出题，主旨是考核学生对仪器功能的掌握情况，考察学生的操作技能以及异常情况的处理方法。

3　运行效果分析

(1)培养学生的专业技能，锻炼学生的应用能力。在电镜的操作培训中，以学生为主体，最大程度地调动了学生的学习积极性。电镜的操作培训采用自主报名形式，参与培训的学生大部分对电镜具有浓厚兴趣，其中也包括参与电镜相关科研工作的博士生。在培训中，学生不仅学到专业技能，其对所学知识的应用能力也得到相应的提高。例如：经过电镜培训的2012级博士生朱贺，独立操作透射电镜获取的实验结果于2016年发表在国际顶级杂志AM上。学生上机操作，不仅减轻实验技术人员测试服务负担,可以在实验教学、仪器管理和相关的技术开发上投入更多的时间和精力。

(2)缩短培训周期，扩大电镜培训范围。由于实用电镜操作流程的应用，扩大了电镜培训的范围，培训不再局限于研究生和具有电镜操作经历的学生，而是将培训范畴扩展至本科生。这项举措有利于培养更多的通用型人才。让即将跨入研究生行列的学生，具备了一定的实验基础。通过电镜操作培训的学生，不仅可以使用本校的电镜，也可以使用其他科研单位相同型号的电镜，实现了大型仪器的校内、校外共享。例如，2012级材科专业(本科生)李科均同学接受了电镜操作培训，毕业后赴日留学。此外，通过实用电镜操作流程培训的学生，可以在1个月以内掌握电镜的基本操作，完成测试内容。如需熟练掌握需要100机时的练习。通过电镜培训，获得独立操作资质的学生可独立操作电镜完成测试内容。因为仪器设备具有单一操作的特性，不同专业、年级的学生可轮流使用，利用中午、晚上、周末以及假日等实验技术人员非工作时间进行测试。为此SEM的单日使用机时高达14 h，有时TEM单日使用机时可达10 h。

(3)维护仪器高效、精准运转，便于数字化、信息化管理。仪器的高效、精准的运行是提升其使用率的前提。因此，要想用好仪器，首先必须要维护好仪器。电镜培训在讲解操作步骤时，为了强化学生对操作步骤的记忆，培训教师从仪器原理和仪器维护的两个角度进行了解释。经过电镜培训的学生不仅具有电镜操作技能，同时也具有一定的仪器维护知识。经过培训的学生根据自己的使用心得为仪器的维护献计献策。

在仪器全面开放共享的前提下，其运行数据和各个学科、专业使用仪器的情况，形成了巨大的数据库，为建设科学、规范的仪器设备购置、管理体系提供了数据支持。

4　结　语

经过多年的实践和经验总结，解决了电镜数量有限、操作步骤繁琐等因素的制肘，建立了以具有普适性的实用电镜操作流程为主，不同类型仪器特殊性培训为辅的交叉电镜培训体系。有效地提升了电镜的使用效率，开阔了学生的视野，为挖掘专业技术人才提供了平台。同时减轻了实验技术人员的测试服务负担，为新技术研发和仪器管理提供了时间保障。电镜操作培训体系的运行模式和实践经验，为大型精密仪器培训体系的建设提供有益的参考，同时有利于加强校际合作和大型精密仪器开放共享平台的建设。

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[13]GB/T20724-2006 微束分析-分析电子显微术-薄晶体厚度的会聚束电子衍射测定方法[S].

[14]ISO 25498:2010 微束分析—分析电子显微术—透射电子显微镜选区电子衍射分析方法[S].

[15]GB/T 18907-2013 微束分析-分析电子显微术-透射电子显微镜选区电子衍射分析方法[S].

[16]郭新秋,王瑞斌,童刚生.浅谈JEM-2010型透射电镜日常维护[J].实验室研究与探索,2012,31(10):305.