高校实验室大型仪器设备培训方法探索

施燕琴，杨晋涛，陈 思，马 猛，王 旭

（浙江工业大学 材料科学与工程学院，浙江 杭州 310014）

科研项目的开展需要相关实验平台的支撑，因而，实验平台的水平是高校实力的一个重要标志。左铁镛院士提出高校实验室作为培养创新人才的摇篮、科技创新的基地、社会服务的窗口，其地位是无法替代的[1-2]。

实验平台中的大型仪器设备是实验平台的核心所在[3-4]。大型仪器设备既可以服务于人才培养的教学工作，又可以服务于教师的科研工作。在教学过程中，通过讲解、展示大型仪器设备，让学生了解本专业最新的研究方法和研究手段，提高其专业认知和科研水平，提高学生培养质量。在科研过程中，学生和教师利用大型仪器设备完成科学研究工作，不仅进一步培养学生的动手能力和实践操作能力，而且创造了更多的科研成果。

近几年，国家和地方政府纷纷加大对高校的资金投入，国内高校也利用这个契机，购买大型仪器设备，建设实验平台[5]。因此，各高校大型仪器设备数量逐年增加，已超过了高校实验室专职人员的管理能力[6]。

基于上述现状，解决的主要方法是实验室的开放式管理[7-9]，即实验平台仪器设备对学生开放使用，减轻实验专职人员的工作压力，提高仪器设备的利用率。一般的仪器设备使用流程是，首先通过仪器设备培训，使学生掌握仪器设备操作方法[10]，并获得预约权限后，再利用网络平台预约、使用仪器设备。浙江工业大学材料科学与工程学院在实验室开放式管理和实验室网络建设方面走在了学校其他学院及测试平台的前列，并发表了相关研究成果[11]。

这其中仪器设备培训是实现实验室开放式管理的核心环节。如果仪器设备培训不到位，轻者会造成仪器设备使用寿命缩短，增加仪器维修率及维修成本，降低仪器设备精度等，严重的将造成仪器设备损坏甚至人员损伤。因此，良好的仪器设备培训是支撑整个仪器设备平台开放管理的基础。

虽然目前对于仪器设备培训的报道较多[12-15]，但如何提高培训的效率和质量，仍是目前各高校实验室积极探索的一个重要课题。本文总结了仪器设备培训过程中容易产生的问题，并根据上述问题，结合我校材料科学与工程学院实验中心具体情况，进一步完善培训流程，并针对各培训流程提出几点注意事项，以提高各培训环节质量，保证仪器设备的正常使用及其使用寿命，降低仪器设备和人员安全风险。

1 仪器设备培训中存在的主要问题

作者根据多年在仪器设备培训和管理方面的工作经验及学生的反馈情况，对仪器培训过程中容易出现的问题进行了总结，主要问题如下：

（1）仪器设备原理了解不透彻。学生只了解仪器设备的大概原理，而不能准确详细地讲述具体内容，即对原理的细节部分了解不够深入。例如，学生了解全自动光学接触角测量仪测量静态接触角的原理是将一定量的水滴，滴到样品表面，通过拍摄照片后测量液滴与样品的静态接触角，但为什么会有粗细不同的针，使用粗细不同的针需要重新标定放大倍数，这些细节完全不了解。导致学生随便选择一个针，且不进行标定，严重影响实验数据的可靠性。

（2）仪器设备的构造不清楚。学生对仪器设备构造了解不清楚，极大地影响学生对实验操作细节的把控，导致实验数据存在一定的偏差，造成结果分析的困扰。例如，紫外-可见-近红外分光光度计存在样品和参比两个光路。由于学生对样品和参比两个光路的具体位置不清楚，学生在测试薄膜或片状样品时，容易挡住参比光路，导致样品测试透光率出现大于100%的异常现象。

（3）对危险性操作警惕性不高。学生对仪器设备操作步骤注意事项的警惕性不够，存在明知不可为而为之的现象。例如，在使用双螺杆挤出时，虽在培训过程中多次强调，需要采用较长塑料棒去拨料斗中的残留料，不可用螺丝刀等金属工具，避免损伤螺杆或夹手，但还是有学生在考试时明知如何操作，却依然在实验过程中存在侥幸心理，使用螺丝刀去拨物料的现象。

（4）仪器设备测试数据处理能力欠缺。多数学生只看表面现象，不会对数据进一步处理，以获取更多的样品信息。例如，学生对测试的傅里叶红外光谱曲线，掌握了简单的单组分谱库检索功能，但对于多组分的样品，则不知如何分析，只能说这个样品中包含了哪些基团，但不能得出可能有哪几种物质组成。

（5）学生对培训的目的认知存在误区。对大部分学生来说，参加仪器培训的动机主要是获得仪器的预约使用权限，仅此而已，而没有从主观上出发，想要了解这台仪器设备的原理、构造、使用方法和应用，为后续自己的科研提供帮助和指导。因此，学生处于走过场的状态，求知积极性不高，普遍认为只要会开关机、操作设备即学会了。这个问题是前4个问题发生的根源。

2 完善培训模块

针对上述问题，根据已有的培训流程（理论培训—操作培训—上机考试），进一步细化培训流程，完善各培训模块内容，减少上述问题的发生。设计并完善后的培训流程如下：

2.1 培训前思想工作会议

此环节是对仪器培训流程、考核制度、培训目的、惩罚制度等进行全面介绍，目的在于端正学生对仪器设备培训的认知和态度，使学生意识到培训不仅仅是走个过场，培训好坏对其今后科研工作具有重要的影响。 此环节在新生入校后可统一进行，在仪器设备培训前开展。在具体某个仪器设备理论培训时，可针对设备再简单强调一下。

2.2 仪器设备基本原理和应用理论培训

在本科或研究生阶段，大部分的学生已学习过测试设备的相关理论知识，但这些理论知识由于没有得到实际的应用而部分遗忘，因此需要就具体某个仪器设备的基本原理进行详细介绍，为后续实践操作奠定理论基础。而仪器设备在科研方面的应用状况，是目前有科研任务的学生最感兴趣的内容，也是与其今后的科研工作密切相关的，因此，对此部分内容的介绍有助于学生了解仪器设备的不同功能，在今后科研工作中加以利用，进而开发仪器设备的功能，并提高仪器设备利用率及产出。

2.3 仪器设备构造、测试过程现场讲解

在理论培训后，在相关大型仪器设备使用前现场讲解该仪器的构造及每部分的功能，并结合理论原理讲解仪器设备操作过程，将理论与实践相结合，使学生更好地理解和掌握仪器设备的操作过程，且不易忘记。同时，针对操作上具有特殊性的样品进行单独讲解并说明缘由。

2.4 仪器设备原理、操作理论考试

为了检查学生对理论知识的掌握情况，对仪器设备的原理、操作进行理论考试，在理论考试合格的前提下，才能进入下一个环节的现场操作考试，以减少由于强化操作及操作考试过程中因不当操作造成仪器设备的损坏情况。

2.5 强化仪器设备操作方法

单纯依靠在有限时间内的上机操作培训和理论考试，无法让学生较为熟练地掌握仪器设备的操作方法，因此，需要额外开放机时，在仪器管理员监督下，学生操作仪器设备。同时相互沟通交流，进一步解决学生使用设备过程中存在的困惑，帮助学生进一步巩固知识点和操作方法。

2.6 现场操作考试

在通过了上述仪器设备原理、操作理论知识和实践操作技能考试的前提下，采用问题式考试方式，即要测试某个样品的某个性能，应如何选择实验方法和实验参数，并操作完成。以达到测试学生是否掌握了所学知识，是否可以举一反三。

3 培训注意事项

根据上述培训模块的设定及作者在培训过程中的经验，在大型仪器设备培训过程中特别需要注意如下事项：

3.1 “案例式”教育

要实现从思想上端正学生对培训的认知和态度，仅靠反复强调培训的重要性，对学生作用不大。因此，需要从实际案例出发，强调具体知识点掌握不到位对后续实验可能产生的后果。让学生从实际案例中体会培训的重要性及对今后科研工作的助益，进而认真对待整个培训，完成从“被动”到“主动”的思想转变。

3.2 应用和原理相互穿插的理论培训

在理论培训过程中抓住学生的兴趣点，即该仪器设备的应用。理论培训过程中，首先介绍仪器设备原理，然后对该仪器设备的应用进行详细介绍，在应用介绍过程中穿插原理介绍，进一步强化学生对原理的理解，实现原理和应用的相互促进，使学生在理论层面充分掌握仪器设备的原理和应用。

此外，对仪器设备在不同应用领域的测试结果需要着重介绍，而不是简单地介绍说可以应用在某个方面。根据前期调研结果，列举各课题组不同样品在该设备上的测试结果，并告知如何分析该结果，可以得到哪些信息，实现理论和实际应用的结合，让整个理论培训更为充实。

3.3 一般和特殊相结合的上机操作培训

传统的上机操作培训主要是介绍仪器设备的部件及一般的操作方法。但由于样品不同，产生的测试结果也会不一致，需要根据实际样品对测试方法进行略微调整，得到更加准确的测试结果。因此，基于前期调研结果，根据不同课题组的样品特性，在一般测试方法的基础上，让学生从理论和操作上掌握如何调整不同样品的测试方法，实现一般和特殊相结合的上机操作培训。

3.4 自主强化操作

任何知识的学习只有不断地实践才能更好地内化，因此，在理论和上机操作培训后，应给予学生充分的机会进行上机操作，在熟悉操作步骤的同时，更好地理解设备原理及不同样品测试方法的调整手段。为了实现上述目标，管理员开放一定的机时，在管理员的监督下，学生根据自己的掌握情况，自主选择是否需要上机强化操作。在此过程中与仪器设备管理员进一步沟通，在实践过程中实现理论与实践相结合，深入了解仪器设备基本原理及测试方法。

3.5 “实战式”现场考试

在现场操作考试中，避免采用传统的“一套卷”考试模式，即所有考生的考试试题是一样的。在现场考试过程中，采用“多套卷”的“实战式”考试模式，即告诉考生我有一个某某样品，现在想要测试它的某某性能，如何实现。并根据仪器设备功能，设计多道试题，在考试过程中随机抽取。通过上述模式的考试过程，可以充分考查考生对仪器设备原理和操作的掌握情况，避免了死记硬背的答题模式，有利于促进学生对仪器设备功能的全方位掌握。

4 成效

基于仪器设备培训中存在的问题，采用完善后的培训流程及培训注意事项，在我校材料科学与工程学院实施所述大型仪器设备培训方法，取得了良好的成果。

4.1 培训合格率

采用该培训方法，利用现有的网络技术平台，2018年已培训学生146人次，考试合格学生为131人次，考核合格率为89.7%，充分体现了该培训方法的优势。

4.2 培训机时和培训人数

基于学生对仪器设备原理、操作等的深入理解和良好掌握，平台各大型仪器设备利用率较高，2017年部分仪器服务人数和服务机时如表1所示。

4.3 对科研和学生培养的支撑

材料科学与工程学院教师利用学院实验中心平台，2017年获立项国家优秀青年科学基金1项、面上项目2项、青年科学基金4项；浙江省自然科学基金一般项目4项。新立项横向项目55项，发表高水平SCI学术论文119篇。2018届毕业硕士研究生60名，博士研究生4名。上述成绩，充分体现了学院实验中心平台在学院发展中起到的重要支撑作用。而所述大型仪器设备培训方法在这个过程中起到了重要作用。

表12017年部分仪器设备服务人数和服务机时

5 结语

作者基于多年在大型仪器培训方面的工作经验，对目前一般大型仪器培训流程中存在的问题进行了总结。根据问题进一步完善培训流程，并提出了几点注意事项。采用所述培训方法，在我校材料科学与工程学院实验中心实施。实施结果表明所述培训方法具有较高的培训合格率，进一步提高了大型仪器设备的利用率，同时对教师科研、学生培养起到了重要的支撑作用。因此，所述大型仪器设备培训方法具有良好的实际应用及参考价值。