大型仪器参与开放性实验教学的机制初探

孙爱丽　刘艳　张泽明　史西志

摘 要 文章通过阐述宁波大学海洋学院大型仪器公共平台运行和学院课程设置的现状，分析了大型仪器参与本科生实验教学的可行性，并运用具体实验课程案例进行了实践探索，通过实践初步探明了平台为本科生服务的可行性，形成了气质联用仪参与本科生实验教学的操作方法和实验条件，浅述了大型仪器平台服务于本科生实验教学的可行性机制和重要作用。

关键词 大型仪器 本科实验教学 参与机制

中图分类号：G642                                 文献标识码：A  DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2020.09.023

On the Mechanism of Large Instruments Participating in

Open Experimental Teaching

SUN Aili[1]， LIU Yan[2]， ZHANG Zeming[1]， SHI Xizhi[1]

（[1] School of Marine Sciences， Ningbo University， Ningbo， Zhejiang 315823;

[2] Department of Applied Chemical Engineering， Ningbo Polytechnic， Ningbo， Zhejiang 315800）

Abstract This paper describes the current situation of the operation of the public platform of large-scale instruments and the curriculum setting of the college， analyzes the feasibility of large-scale instruments participating in undergraduate experimental teaching， and carries out practical exploration by using specific experimental course cases. Through practice， the feasibility of platform service for undergraduates is preliminarily proved， and the operation of GC-MS in undergraduate experimental teaching is formed， and the feasibility mechanism and important role of large-scale instrument platform for undergraduate experimental teaching are discussed.

Keywords large instrument; undergraduate experimental teaching; participation mechanism

0 引言

大型仪器是高校的优质资源，在助力科技成果创新和高层次人才培养方面往往发挥着重要作用，我院大型仪器公共平台在服务于科研项目和助力于科技成果产出等方面具有重要作用，平台除了为高校科研服务，同时也是高质量人才培养不可缺少的教学资源，承担着为人才培养服务的重要功能，提高人才培养质量是高校办学的重要目标之一，也是新农科人才培养的重要目标，[1-2]所以有必要探索大型仪器参与本科生开放实验教学的可行性，发挥大型仪器在人才培养中的作用。

大型仪器设备投资比较大，购置成本高，有些仪器单服务于科研项目不能发挥出其应有的效益，随着学校学科建设水平的不断提升，学校对仪器设备的投资还会持续加大，高性能大型仪器设备的数量和价值也不断攀升，平台可服务范围也不断扩大，要想提高仪器的利用率，降低维护成本，建立与本科实验教学的共享机制大有必要，如此既能提高仪器效能，也能在一定程度上减少设备的维护成本。大型仪器设备资源共享是高校实验教学改革的新潮流，[1]全国各级各类高校为培养高质量的专业人才，纷纷进行了不同形式的实验教学改革，有些高校如中国药科大学中药学院药用植物实验教学中心于2014年构建了“大型仪器设备共享平台”并将这一技术引进了实验教学环节，取得了较好的效果。吉林大学生命科学院面向本科生开放大型儀器，并以具体案例加以说明，证明了大型科研仪器完全可以为本科生深度开放。[1，6]

综上，大型仪器向本科生实验教学开放越来越有必要性，在此背景下本文就我院实际情况先进行一些可行性探索，得出一些具体操作方法，从公共平台仪器设备资源共享的角度入手，探索公共平台中心与开放实验相融合的方法和机制，让大型仪器不仅向科研项目开放，也能向相关的本科实验课程开放。

1 大型仪器应用于本科生实验教学实例

1.1 学院大型仪器平台现状

当前我院开设有海洋资源与环境、水产养殖和生物技术等本科专业，开设仪器分析、分子生物学检测技术、农兽药残留检测技术等专业实验课程，这些课程在不同程度上涉及到大型仪器的应用原理和使用方法，大型仪器设备是先进技术的代表，在实验广度和深度上都有一定的科学性，如果大型仪器能与实验教学的设计与指导相结合，其作用得以在实验教学中体现，大型仪器的开放性将进一步扩大，仪器功能应用领域得以拓展，同时可以让学生了解到最近的科研趋势，最终实现科研平台与实验教学的开放与共享。

1.2 实验课程简介

以我院开设的开放实验课程“水产品中农药残留检测”为例，实践大型仪器服务于本科生实验教学的可行性，并发现其中存在的问题，介绍大型仪器GC-MS/MS融合到本科生开放性实验的详细过程及经验探讨。

“水产品中农药残留检测”是一门开放性本科实验课程，有预修相关课程背景的学生不分年级和专业都可以选课，学生在学期初根据自己的需要在线选择课程，指导老师根据选课情况将学生进行分组，为保障每个学生有充分的动手机会，课程设定每3～4人一个小组。实验用到的主要大型仪器是GC-MS/MS，样品中的农药残留用乙腈提取出来，用吸附剂吸附液体样品溶液，目标物质被保留，再选用特定的溶剂冲去杂质、洗脱待测目标物质，从而达到快速分离与浓缩的目标，[2]样品经过GC-MS/MS检测，外标法定量得出结论。

1.3 实验具体过程

老师指导学生分阶段完成实验课，第一阶段：学生在网上预约分组之后，先熟悉实验室制度、仪器的操作流程规范和主要基础工作原理，讨论实验方案;第二阶段：根据约定时间和地点按照方案进行样品前处理;第三阶段：各小组对处理好的样品上机测定，并分析实验数据和总结结果，整个过程需要循序渐进，有条不紊地一步步进行。

2 实验结果及意义

GC-MS/MS检测方法在生物、食品、农业和环境安全等领域具有广泛的应用，学生通过实验项目的培训熟悉了GC-MS/MS的主要工作原理和操作规范，掌握了相关分析技术在检测领域中的应用原理，并能掌握外标法测定样品中农药残留的基本方法。

通过实践我们体会到，将大型仪器引入到实验教学环节，除了对本科实验课程有直接作用之外，还有其引申层次的意义：首先，学生通过自主设计实验思路，可以深化对课堂理论知识的解读，通过动手操作仪器，可以做到理论与实践的结合，同时可以了解到分析测试技术领域的先进技术和发展趋势。其次，大型仪器设备平台的测试工作能够与所学课程相结合，这种工作模式为学生的毕业设计、实践类课程和竞赛类活动提供了参考，扩大了其所需要的设备条件和实验环境。最后，大型仪器平台通常是先进设备的代表，通过这个渠道学生能够了解当前领域的发展现状，先进的应用技术及本领域的发展趋势，为将来可能从事更深层次的科学研究或就业打下良好的基础。[4]

3 结果与讨论

以创新性开放实验为例，探索得出实验课程与大型仪器相结合的工作模式是可行的，大型仪器比较精密，操作步骤相对复杂，大型仪器的使用包含了相对精深的科学道理，学生只有既掌握操作规范，又熟悉理论知识，才有可能正确地使用精密仪器，从而获得准确数据及合理结果。这种结合应用的模式既能推进仪器设备潜能开发，提高仪器使用效率，扩大平台服务开放范围，也有利于学生动手能力和综合素质的培养，同时对实验课程质量的提高有直接帮助。

大型设备参与本科生开放性实验教学，学生可以更直接地了解到当前技术水平，更立体地体会到学以致用，大型仪器所包含的方法和技术通常是常规实验教学设备无法展现的，大型设备的应用软件和数据分析软件功能相对齐全，软件操作步骤复杂，实践性很高，参与到本科生的实验教学环节，将是开放性实验教学中很重要的外部条件，也是本科生教学中培养学生创新能力的基础条件。

4 存在问题与解决措施

（1）仪器数量通常很难满足学生数量要求，大型仪器设备单价很高，通常要过百万，高校不会实现大规模采购，一般情况下只有一台，所以只能采取将学生分小组的形式开展实验，如果涉及到的实验课程人数很多，就只能采用大组教学的授课方式，学生实际动手能力得不到锻炼和提高。

（2）大型仪器设备通常为高精尖的进口设备，运行和维护成本高，所需要的实际耗材和购置价格都很高，在实验教学过程中，学生如果没有操作经验，就可能发生操作不当损坏仪器的现象，如此一来维修所耗费的时间和经济成本也会很高，会影响正常使用和科研工作的深入展开，这也是大型仪器难以在本科实验教学中普遍应用的原因之一。

5 机制探索

随着宁波大学学科建设水平的不断提升，大型仪器平台的功能涵盖范围和检测项目将会进一步增加，与此同时学校对教育教学改革的支持力度也会加大，学校制定了一系列措施推动教学改革的进行，并且设立了教学改革专项经费，积极鼓励学院广大教职工创新性地开展工作。这些鼓励措施在一定程度上增加了学院教师探索利用大型仪器改良传统实验方式的可能性。本文选择的创新性开放实验课程，上课内容和形式相对灵活，有利于教师在开展实验教学改革研究的同时，开展实验课程，通过这种方式把相关领域最新的科学前沿信息引入到学生实验课堂中。

大型仪器平台面向本科生开放性实验教学开放，以大型仪器公共平台为培养载体，以精密仪器为手段提高实验课程的质量，培养创新型人才，是本科实验教学改革的出路之一，通过根据平台功能和培养目标来更新实验课程大纲内容，并建立有效的实施机制，可以促进平台的开放与共享，为高等学校培养人才、创新科研思路提供有力的技术支撑。[5-6]同时可以提高仪器的利用率，资源得以合理调配，大型仪器设备服务范围更加广泛，随着信息化的普及，也可以考慮使用网络平台进行实验前的预培训，配套流程化的标准实验操作指导，让实验过程更加便捷、操作更加规范。

*通讯作者：孙爱丽

基金项目：2019年12月宁波大学教学研究项目“大型仪器参与实验教学机制的初步探索”（项目编号JYXMXYB202086）

参考文献

[1] 刘芙等.高校大型仪器平台面向实验教学开放的思考与研究.中国现代教育装备，2018年2月.总第283期.

[2] 宋娟.大型仪器设备服务于本科实验教学的初探.广东化工，2019年第15期.第46卷，总第401期.

[3] 彭超等.大型仪器在本科开放性实验教学中的应用实践.广东化工，2020年第一期.第47卷.总第411期.

[4] 温慧珍.大型仪器设备应用于实验教学.科技视界.

[5] 汤海峰等.面向本科生开放大型仪器的实践.实验室技术与管理，2015.31（2）.

[6] 乔光等.大型仪器设备在本科实验教学中使用问题的探讨.实验室科学，2017.20（04）.