具有普適性和特殊性的電鏡操作培訓實踐

權茂華，　孫建林，　毛璟紅，　薛潤東

(北京科技大學 材料國家級實驗教學示范中心，北京 100083)

0　引　言

隨著人們對微觀世界探究的不斷深入，大型精密儀器設備在科研工作中的重要地位日漸提升[1-5]。例如，透射電鏡、掃描電鏡(下文簡稱電鏡)。因此，國內各大高校紛紛開設了相應的電鏡教學課程[6-7]。在大型精密儀器設備價格昂貴、數量有限的背景下，制約了大型儀器開放共享[8-12]。為了改變這一現狀，進一步提升大型精密儀器設備的使用效率，培養專業技術人才和普及儀器操作技巧是必然的戰略選擇。

1　電鏡操作培訓的主要特征

1.1　電鏡操作培訓的普適性

自20世紀60年代以來，電子顯微學的基本理論和實驗技術的迅速發展，加速材料科學、物理學、生物學在原子尺度上探究微觀世界的迅速發展。電鏡作為主要的測試儀器，80年代在我國還是一種稀缺資源，至今已普及到高校、科研單位以及企業。在材料學科本科實驗教學中，電鏡實驗教學課程是必修課。此外，電鏡是科研工作者常用的測試工具。因此，推廣電子顯微分析技術和實驗技巧是普及電鏡、實現開放共享的有利舉措。開設培訓班是一種比較常用的方法。實際上，電鏡的操作面板比較復雜,同一生產廠家所生產的電鏡即使型號不同，但是所使用的數據處理軟件以及硬件配置的標識具有一致性。因此，為了便于在實驗教學中推廣，易于學生學習和掌握操作技巧，在電鏡操作培訓中需要建立統一的實用電鏡操作流程。

1.2　電鏡操作培訓的特殊性

2　電鏡操作培訓

隨著微納級材料關注度的提升，使用電鏡的人數逐年遞增，在儀器數量、實驗技術人員有限的條件下，提升了電鏡使用效率變得更為迫切。為了提升電鏡的使用率，實現大型儀器的開放共享，國家級實驗教學示范中心建立了電鏡操作培訓體系，在培訓中實踐了實用電鏡操作流程。為了解決由電鏡硬件標識差異而延長增加培訓周期的難題，在電鏡培訓中以儀器原理為講解的主線，儀器間差別作為實踐內容貫穿其中。形成了以普適性為主，特殊性為輔的交叉培訓方式。

2.1　培訓方式

(1)提交申請。有意向參加電鏡技術操作培訓的學生(不限年級)、教師均可提交申請，經導師(如為學生需經導師同意)、負責儀器管理的實驗技術員認可后，即可參加培訓。通常當提交申請的人數達至5人，由儀器管理員組織開始培訓。

(2)理論培訓。由于被培訓人對電鏡的認知程度差異，首先需要進行理論培訓，普及電鏡的基礎知識和實驗注意事項。主要介紹實驗室安全注意事項、儀器的基本結構、成像原理、功能、適用范圍、樣品的制備要求等，讓學生初步認識和了解儀器。然后結合儀器工作原理詳細講解儀器的每個旋鈕以及其功能。最后重點講解儀器操作步驟。為了縮短培訓周期，依據已經發布的國際/國家標準[13-15]，針對電鏡的每個功能制定了實用操作流程。以透射電鏡為例，低倍形貌像拍攝步驟見圖1。實用操作流程固定了操作順序，雖然缺乏靈活性，但方便電鏡的初學者快速掌握。

圖1透射電鏡低倍形貌像拍攝流程

(3)演示和實踐操作。電鏡操作培訓中，實踐是關鍵環節。首先由教師對儀器的功能逐一演示、講解。然后鼓勵學生上機實踐。一對一指導，直到每個學生對每個旋鈕的功能和使用技巧完全了解為止。為了推動校際間大型儀器共享，讓電鏡培訓不局限于單一型號的儀器。在實踐操作環節中，雖然面對一臺儀器講解，但是穿插講解其它型號儀器的相應功能鍵的標識和調節方法(見圖2)。

(4)獨立上機操作。在教師指導下，獨立上機完成測試內容。在培訓中，與學生交流心得體會，指導學生如何應對各種類型的樣品。儀器的使用是以其正常運轉為前提，在培訓中不僅教授學生旋鈕的使用方法，重要的是培養學生維護儀器的意識[16]和嚴謹的科學態度。在培訓中不斷地提示學生觀察儀表數據變化，正確判斷電鏡的運行狀態。

圖2JEM-2010和G2F-20部分功能鍵標識的對比

2.2　操作資格認定方法

為了縮短培訓周期，提高學生的學習熱情，將操作資格認定分為甲、乙兩類。甲類是具有完全獨立操作資格。乙類是在儀器管理員在崗前提下的獨立操作資格。甲類學生具有一定的儀器維護和異常情況的處理經驗，其對儀器的獨立使用在500機時以上。且通過上機資格認定考核。乙類學生可以獨立操作儀器完成實驗內容，但是不具備處理異常情況的能力。且通過上機資格認定考核。因此，這類學生盡管通過了上機資格認定考核，仍需要儀器管理員在崗時使用儀器。

全部GD患者均伴頸部血管雜音，其中26例患者為GD伴雙側頸部血管雜音，31例患者為GD伴單側頸部血管雜音。雙側血管雜音患者男5例，女21例，單側血管雜音男6例，女25例。其中，甲狀腺右葉上極聞及雜音43處，右葉下極14處，甲狀腺左葉上極雜音37處，左葉下極11處。血管雜音I級47例，血管雜音Ⅱ級10例。其中試驗組I級雜音23例，Ⅱ級雜音5例；對照組I級雜音24例，Ⅱ級雜音5例。

為了更好地使用和維護儀器設備，設立了嚴格的操作資格認定考評方法。由儀器管理員、專業技術人員、電鏡研究領域相關的教師組成考評小組，對學生進行甲級獨立操作資格認定考核。乙級獨立操作資格認定考核由儀器管理員單獨考評。考評采用靈活機動的形式，由考評人員臨時出題，主旨是考核學生對儀器功能的掌握情況，考察學生的操作技能以及異常情況的處理方法。

3　運行效果分析

(1)培養學生的專業技能，鍛煉學生的應用能力。在電鏡的操作培訓中，以學生為主體，最大程度地調動了學生的學習積極性。電鏡的操作培訓采用自主報名形式，參與培訓的學生大部分對電鏡具有濃厚興趣，其中也包括參與電鏡相關科研工作的博士生。在培訓中，學生不僅學到專業技能，其對所學知識的應用能力也得到相應的提高。例如：經過電鏡培訓的2012級博士生朱賀，獨立操作透射電鏡獲取的實驗結果于2016年發表在國際頂級雜志AM上。學生上機操作，不僅減輕實驗技術人員測試服務負擔,可以在實驗教學、儀器管理和相關的技術開發上投入更多的時間和精力。

(2)縮短培訓周期，擴大電鏡培訓范圍。由于實用電鏡操作流程的應用，擴大了電鏡培訓的范圍，培訓不再局限于研究生和具有電鏡操作經歷的學生，而是將培訓范疇擴展至本科生。這項舉措有利于培養更多的通用型人才。讓即將跨入研究生行列的學生，具備了一定的實驗基礎。通過電鏡操作培訓的學生，不僅可以使用本校的電鏡，也可以使用其他科研單位相同型號的電鏡，實現了大型儀器的校內、校外共享。例如，2012級材科專業(本科生)李科均同學接受了電鏡操作培訓，畢業后赴日留學。此外，通過實用電鏡操作流程培訓的學生，可以在1個月以內掌握電鏡的基本操作，完成測試內容。如需熟練掌握需要100機時的練習。通過電鏡培訓，獲得獨立操作資質的學生可獨立操作電鏡完成測試內容。因為儀器設備具有單一操作的特性，不同專業、年級的學生可輪流使用，利用中午、晚上、周末以及假日等實驗技術人員非工作時間進行測試。為此SEM的單日使用機時高達14 h，有時TEM單日使用機時可達10 h。

(3)維護儀器高效、精準運轉，便于數字化、信息化管理。儀器的高效、精準的運行是提升其使用率的前提。因此，要想用好儀器，首先必須要維護好儀器。電鏡培訓在講解操作步驟時，為了強化學生對操作步驟的記憶，培訓教師從儀器原理和儀器維護的兩個角度進行了解釋。經過電鏡培訓的學生不僅具有電鏡操作技能，同時也具有一定的儀器維護知識。經過培訓的學生根據自己的使用心得為儀器的維護獻計獻策。

在儀器全面開放共享的前提下，其運行數據和各個學科、專業使用儀器的情況，形成了巨大的數據庫，為建設科學、規范的儀器設備購置、管理體系提供了數據支持。

4　結　語

經過多年的實踐和經驗總結，解決了電鏡數量有限、操作步驟繁瑣等因素的制肘，建立了以具有普適性的實用電鏡操作流程為主，不同類型儀器特殊性培訓為輔的交叉電鏡培訓體系。有效地提升了電鏡的使用效率，開闊了學生的視野，為挖掘專業技術人才提供了平臺。同時減輕了實驗技術人員的測試服務負擔，為新技術研發和儀器管理提供了時間保障。電鏡操作培訓體系的運行模式和實踐經驗，為大型精密儀器培訓體系的建設提供有益的參考，同時有利于加強校際合作和大型精密儀器開放共享平臺的建設。

參考文獻(References)：

[1]劉芬芬,孫江,郭冰.基礎實驗室儀器設備共享管理[J].實驗技術與管理,2017,34(S1):82-84.

[2]趙貞,徐勇鵬,陳忠林.高校“大型儀器獨立操作資格”制度的管理與實踐[J].實驗技術與管理,2014,31(11):242-245.

[3]陶輝錦,尹健,周珊,等.創新人才培養的開放實驗室管理實踐與探索[J].實驗技術與管理,2017,34(3):25-27.

[4]蔡兵,劉姝伶,尹玲娜,等.高校大型儀器設備開放共享的實踐與探索[J].實驗室研究與探索,2014,33(2):259- 263..

[5]張煒,劉雁紅,胡煜,等.高校大型儀器管理存在的問題及對策研究[J].實驗室科學, 2009(2):169- 170.

[6]熊小濤,孫建林,薛潤東,等.材料學科實驗教學改革的探索與實踐[J].實驗技術與管理,2011,28(6):265-267.

[7]權茂華,孫建林,熊小濤,等.電鏡實驗教學中“三層次”培訓體系的建立[J].實驗室研究與探索,2014,33(5):171-173.

[8]王禮貴.大型精密儀器設備共享平臺的建設與實踐[J].實驗室研究與探索,2011,30(3):188-190.

[9]劉嘉南,潘信吉.大型儀器設備開放共享的研究與探索[J].實驗室研究與探索,2009,28(3):284-287.

[10]張海峰,李桂賓,梁國豐.大型儀器設備開放共享管理體系探索與研究[J]. 實驗技術與管理,2017,34(3): 257-259.

[11]楊靜,唐亞文,江玉亮,等.高校大型儀器開放共享管理平臺的建設[J].實驗室研究與探索,2014,33(12):295-297.

[12]花蕾,杜一平,唐靜,等.高校大型儀器開放共享平臺的建設和管理[J].實驗室研究與探索,2016,35(9):296-299.

[13]GB/T20724-2006 微束分析-分析電子顯微術-薄晶體厚度的會聚束電子衍射測定方法[S].

[14]ISO 25498:2010 微束分析—分析電子顯微術—透射電子顯微鏡選區電子衍射分析方法[S].

[15]GB/T 18907-2013 微束分析-分析電子顯微術-透射電子顯微鏡選區電子衍射分析方法[S].

[16]郭新秋,王瑞斌,童剛生.淺談JEM-2010型透射電鏡日常維護[J].實驗室研究與探索,2012,31(10):305.