大型儀器設(shè)備在生物技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)課程中的應(yīng)用

張蕊 王展霞 李銳

摘 要：大型儀器設(shè)備是高校開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科學(xué)研究工作的重要工具。生物技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)課程綜合性較強(qiáng)，將大型儀器設(shè)備應(yīng)用在生物技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)課程當(dāng)中，既是高質(zhì)量教學(xué)的保證，又是順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的必然趨勢。文章分析了大型儀器設(shè)備的含義、在本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的現(xiàn)狀、應(yīng)用于生物技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)課程中的積極作用以及改革的主要措施，希望對提高教學(xué)質(zhì)量和深化教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)新和改革提供幫助。

關(guān)鍵詞：大型儀器設(shè)備；實(shí)驗(yàn)；生物技術(shù)；教育教學(xué)

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-000X（2018）08-0194-03

Abstract： large instrument and equipment are important tools for carrying out experimental teaching and scientific research in Colleges and universities. The comprehensive course of biotechnology is quite comprehensive. The application of large-scale instruments and equipment in the comprehensive experimental course of biotechnology is not only a guarantee of high quality teaching， but also an inevitable trend to adapt to the development of the times. This paper analyzes the meaning of large-scale instruments and equipment， the status quo in undergraduate experimental teaching， the positive role in the application of biotechnology in comprehensive experimental courses， and the main measures of reform， hoping to improve teaching quality and deepening innovation and reform of teaching content.

Keywords： large instrument and equipment； experiment； biotechnology； education and teaching

21世紀(jì)是生命科學(xué)發(fā)展迅速的時(shí)代，諸多進(jìn)展都取決于新技術(shù)的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用。生物技術(shù)是決定國家命運(yùn)的關(guān)鍵技術(shù)之一，是世界上許多國家優(yōu)先發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)[1]。生物技術(shù)在現(xiàn)代醫(yī)藥產(chǎn)品、農(nóng)林牧漁等新產(chǎn)品的研發(fā)、環(huán)境修復(fù)等方面發(fā)揮著巨大的作用[2]，高校通過生物技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)課程不但可以使學(xué)生了解生命科學(xué)發(fā)展的前沿動(dòng)態(tài)，熟悉和掌握通用的大型儀器設(shè)備的使用，而且能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)積極性，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，合作學(xué)習(xí)能力和探究學(xué)習(xí)能力[3]，使學(xué)生具有良好的科研素質(zhì)、生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技能和較強(qiáng)的分析問題、解決問題的能力，為今后獨(dú)立從事生物技術(shù)及相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域的研究奠定基礎(chǔ)。這不僅達(dá)到了高等教育的要求，也順應(yīng)了社會(huì)對生命科學(xué)人才的需要。

生物技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)課程是一門綜合性實(shí)驗(yàn)課程。學(xué)生在掌握生物化學(xué)、生物技術(shù)學(xué)、微生物學(xué)和生物化學(xué)技術(shù)原理等的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)和掌握生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)的基本原理、步驟[4]和技術(shù)，主要包括基因工程常規(guī)操作技術(shù)及一系列生物大分子的提取、分離、純化的方法和技術(shù)[5]。在每項(xiàng)試驗(yàn)中，試劑的配制、儀器的安裝、樣品的處理、提取分離純化和含量的測定及性質(zhì)的鑒定都會(huì)用到各種儀器，因此掌握各種生化儀器及發(fā)酵器材特別是大型儀器的規(guī)范操作至為重要。儀器設(shè)備在教學(xué)、科研工作中起著技術(shù)支撐的作用，而大型儀器設(shè)備更是儀器設(shè)備的重要組成部分。因此將大型儀器設(shè)備應(yīng)用在生物技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)課程當(dāng)中，既是高質(zhì)量教學(xué)的保證，又是順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的必然趨勢。

大型儀器設(shè)備是保證高校正常的實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科學(xué)研究必備的重要物質(zhì)基礎(chǔ)；在一定程度上也衡量著高校的綜合實(shí)力[6-8]。隨著國家對高等教育的重視和支持[9，10]，高校對實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備投入的金額和數(shù)量逐年遞增[11]，這對提升高校的科研與教學(xué)能力有極為重要的意義，為高校學(xué)生對大型儀器設(shè)備的掌握和應(yīng)用提供了技術(shù)保障。但是現(xiàn)今大型儀器設(shè)備在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中仍然存在設(shè)備利用率低、專業(yè)技術(shù)人員不足、維修維護(hù)經(jīng)費(fèi)不足等諸多問題，如何促進(jìn)大型儀器設(shè)備在實(shí)驗(yàn)課程中的開放、共享與可持續(xù)性發(fā)展，成為高校發(fā)展中亟待解決的問題[12]。

一、大型儀器設(shè)備的基本含義和涵蓋范圍

根據(jù)《高等學(xué)校儀器設(shè)備管理辦法》（教育部教高[2000]9號），大型儀器設(shè)備指的是單價(jià)在人民幣10萬元（含）以上的儀器設(shè)備。各省級教育行政部門和各高等學(xué)校可根據(jù)實(shí)際情況，明確各自所管大型儀器設(shè)備的范圍。大型儀器設(shè)備有專業(yè)性強(qiáng)、精密度高、功能多、速度快、應(yīng)用范圍廣、更新?lián)Q代周期短等特征[11-14]，是高校開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科學(xué)研究工作的重要工具和手段，為本科生創(chuàng)新能力和實(shí)驗(yàn)技能的培養(yǎng)提供了強(qiáng)大的硬件支撐[15]。大型儀器設(shè)備按使用范圍可分為行業(yè)專用儀器設(shè)備和通用儀器設(shè)備，專用類儀器，如惰性氣體質(zhì)譜儀、核磁共振巖心測量儀；通用類儀器，如：顯微鏡、高效液相色譜儀、離心機(jī)等。生物技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)課程中涉及的大型儀器設(shè)備有紫外及可見分光光度計(jì)、高壓滅菌鍋、PCR儀、電泳儀、凝膠成像分析系統(tǒng)、高效液相色譜儀、超速離心機(jī)等。

二、大型儀器設(shè)備在本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

（一）利用率低

設(shè)備利用率是反映設(shè)備工作狀態(tài)及生產(chǎn)效率的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，主要用于衡量生產(chǎn)設(shè)備在數(shù)量、時(shí)間、能力等方面的利用程度[16]。隨著國家對教育的重視，大型儀器設(shè)備的引進(jìn)速度也明顯增長，我國擁有的科學(xué)儀器設(shè)備數(shù)量比歐盟15國數(shù)量總和還多，一些高校大型儀器設(shè)備原值在儀器設(shè)備總值中所占比重高達(dá)到50%，有些高校甚至接近60%[17]。但是，很多高校的大型儀器設(shè)備利用率不夠高。據(jù)有關(guān)資料顯示，不少發(fā)達(dá)國家儀器設(shè)備利用率高達(dá)170% ～200%，但我國許多儀器設(shè)備利用率還不到25%[18]。目前，購置前沒有充分論證和科學(xué)評價(jià)是重要原因之一[19]，另外許多高校存在的不重視管理、不善管理等問題導(dǎo)致不少儀器設(shè)備長期閑置或使用率低，影響儀器設(shè)備使用效益的發(fā)揮，造成資源的極大浪費(fèi)[20]。

（二）重科研、輕教學(xué)

從大型儀器的使用情況來看，國內(nèi)高校普遍重視其科研功能的開發(fā)，但對其教學(xué)功能的關(guān)注不夠，用于教學(xué)工作的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于科研[21，22]。如對高等農(nóng)業(yè)院校大型儀器使用現(xiàn)狀的調(diào)查顯示：高等農(nóng)業(yè)院校中大型儀器主要用于教師的科研，本科生教學(xué)使用較少，無本科生自主學(xué)習(xí)的大型儀器試驗(yàn)項(xiàng)目[12]。在實(shí)驗(yàn)課堂上，開始以老師演示為主，學(xué)生在一旁觀察，由于時(shí)間有限最后學(xué)生自己動(dòng)手進(jìn)行操作的機(jī)會(huì)很少[23]。學(xué)生數(shù)量與大型儀器設(shè)備的使用不匹配，也導(dǎo)致大型儀器設(shè)備對學(xué)生實(shí)踐能力起不到應(yīng)有的作用。

大型儀器設(shè)備專業(yè)性強(qiáng)、價(jià)格昂貴、對操作人員技術(shù)要求高。由于本科生缺乏經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)的操作培訓(xùn)，容易增加大型儀器設(shè)備損壞的概率，提高維修成本，因此高校對于本科生使用大型儀器設(shè)備的開放性不足[24]。有些大型儀器設(shè)備購置后，開放性不足，利用率不高，甚至個(gè)別設(shè)備出現(xiàn)閑置的情況。這不僅造成了高校教育資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，與大型儀器設(shè)備開放共享脫節(jié)，而且影響了實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，不利于學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)[25]。

（三）管理與維護(hù)維修不足

部分高校對大型儀器設(shè)備使用的管理與維護(hù)維修不重視，分配的費(fèi)用少，而且仍采用傳統(tǒng)方式使用和管理大型儀器設(shè)備，很少用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等信息化技術(shù)手段進(jìn)行管理，對購買的設(shè)備“專管專用”，即使本學(xué)院的大型儀器設(shè)備也只有極少數(shù)的教師能夠使用，往往設(shè)備只是擺設(shè)在極個(gè)別科研能力很強(qiáng)或者職務(wù)級別很高的幾個(gè)人獨(dú)立擁有的房間內(nèi)[26]。大型儀器設(shè)備不能及時(shí)得到維護(hù)與維修，使用壽命降低，且許多功能不能得到有效發(fā)揮，造成功能浪費(fèi)，有一些大型儀器設(shè)備經(jīng)常處于損壞狀態(tài)，這也嚴(yán)重影響了大型儀器設(shè)備在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用。

三、大型儀器設(shè)備應(yīng)用于生物技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)課程的積極作用

（一）提高了大型儀器設(shè)備的利用率，利于學(xué)生發(fā)展

大型儀器設(shè)備應(yīng)用于生物技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)課程中，顯著提高了利用率，可以在一定程度上避免設(shè)備出現(xiàn)閑置而浪費(fèi)教學(xué)資源的情況。同時(shí)學(xué)生可以充分地進(jìn)行實(shí)際操作，了解其工作原理、操作步驟和注意事項(xiàng)，增加對這些大型儀器設(shè)備的掌握，更加凸顯學(xué)生獨(dú)立學(xué)習(xí)的主題，也使學(xué)生對于生物技術(shù)有了更為深刻和真實(shí)的認(rèn)識，為以后從事科研工作和生產(chǎn)實(shí)踐打下牢固而堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，真正從實(shí)際出發(fā)培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐、獨(dú)立分析解決問題和創(chuàng)新的能力，加強(qiáng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作意識，為學(xué)生的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)和提供了更廣闊的空間。

（二）促進(jìn)了科研反哺教學(xué)，推動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革創(chuàng)新

大型儀器設(shè)備應(yīng)用于生物技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)課程中，增加了老師對這些先進(jìn)儀器設(shè)備的利用與掌握。老師可以將自身的研究和大型儀器設(shè)備的功能聯(lián)系起來，從自己的科研項(xiàng)目中不斷衍生出高水平的綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，并應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)。這種以教學(xué)助力科研，而科研又反哺教學(xué)的良性循環(huán)，不但提高了教師實(shí)驗(yàn)教學(xué)的積極性，更能夠促進(jìn)教師發(fā)揮自身研究領(lǐng)域的優(yōu)勢，將學(xué)科前沿涉及到的多項(xiàng)先進(jìn)、熱門的實(shí)驗(yàn)技術(shù)引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，推動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的不斷革新，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平更上新的臺階[27]。

四、改革的主要措施

如何合理有效使用大型儀器設(shè)備是實(shí)驗(yàn)教學(xué)順利進(jìn)行的前提，生物技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)課程的設(shè)立對學(xué)生的培養(yǎng)符合國家對生物技術(shù)人才的要求，因此了解如何處理大型儀器設(shè)備在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的使用極為重要。

（一）開放實(shí)驗(yàn)室

目前學(xué)校學(xué)生人數(shù)多、課時(shí)有限，學(xué)生沒有充足的時(shí)間自己操作大型儀器設(shè)備，所以高校可以對大型儀器設(shè)備實(shí)行開放，不受上下班時(shí)間限制，在課表安排以外的空余時(shí)間，學(xué)生可以根據(jù)自己的時(shí)間安排學(xué)習(xí)，提交申請，預(yù)約大型儀器設(shè)備的使用[28]。另外可以注重以信息化建設(shè)為基礎(chǔ)的管理建設(shè)，如：自動(dòng)控制及遠(yuǎn)程控制使得無人使用時(shí)自動(dòng)節(jié)能運(yùn)行的設(shè)備管理、校園一卡通的實(shí)行[29]。

（二）加強(qiáng)對教師和學(xué)生操作大型儀器設(shè)備的培訓(xùn)

目前傳統(tǒng)的教學(xué)模式將教學(xué)重點(diǎn)放在了大型儀器設(shè)備的原理方面，學(xué)生從公式以及理論方面了解大型儀器設(shè)備的特點(diǎn)及用途，忽略了基本技能的培訓(xùn)，致使學(xué)生無法加深對課程知識的理解。因此可以定期開展大型儀器設(shè)備的培訓(xùn)講座，邀請儀器公司的精英作為嘉賓為學(xué)生講解相關(guān)儀器設(shè)備的用途和技術(shù)原理，提高學(xué)生對大型儀器設(shè)備的認(rèn)識，為以后的實(shí)驗(yàn)課程及科研提供技術(shù)支持[30]。還可以舉行大型儀器設(shè)備的培訓(xùn)班，既可以加強(qiáng)學(xué)生們的能力及日常維護(hù)意識又可以提高儀器設(shè)備的利用率。

加強(qiáng)相關(guān)教師們對大型儀器設(shè)備使用與管理方面的培訓(xùn)，提高教師們的儀器設(shè)備知識結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)其對儀器設(shè)備的管理及應(yīng)用能力。同時(shí)建立互動(dòng)交流平臺，方便教師和學(xué)生們進(jìn)行交流溝通，加深彼此對課程知識和技能的理解。

五、結(jié)束語

實(shí)驗(yàn)教學(xué)相比于理論教學(xué)對學(xué)生綜合能力和創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)有著不可替代的作用[31]。大型儀器設(shè)備作為高校不可或缺的教育資源，不但是高校從事實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科研的硬件保障，更是培養(yǎng)生物技術(shù)人才的重要條件。由于大型儀器設(shè)備專業(yè)性強(qiáng)、高校輕管理以及教學(xué)維護(hù)經(jīng)費(fèi)少等原因致使大型儀器設(shè)備在現(xiàn)實(shí)教學(xué)工作中使用率較低，不能充分發(fā)揮其教學(xué)功能。因此給學(xué)生提供更多的實(shí)驗(yàn)時(shí)間和空間，有利于學(xué)生發(fā)展而且提高大型儀器設(shè)備的利用率，也激勵(lì)老師科研反哺教學(xué)，推動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革創(chuàng)新。

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