高校分析測試中心的發展及其在實驗教學中的作用

張金彪，周碧青

（福建農林大學 分析測試中心，福建 福州 350002）

高校分析測試中心自成立至今，已在教學、科研和人才培養中發揮了重要作用[1-2]。由于各高校分析測試中心在其功能、規模及管理制度上發生了不同程度的變化，其發展過程也不是一帆風順的[3-4]。如何在原有的基礎上，加強分析測試中心的建設，更有效地發揮其作用，是新時期高校發展中須認真考慮和探索的問題[5-6]。實驗教學是高校分析測試中心功能的重要部分，如何在其建設過程中，充分發揮其作用，也是人們關注的話題。現以我校分析測試中心為例，介紹高校分析測試中心功能的變遷以及在實驗教學中的作用，同時提出今后的發展思路。

1 分析測試中心作用的變遷

自20 世紀80 年代起，借助世界銀行貸款，我國部分高校成立了分析測試中心，購買了當時比較先進的精密分析儀器設備。分析測試中心的成立以及這些儀器設備的購置在高校的教學和科研中發揮了巨大的作用[1,7]。以我校為例，分析測試中心（以下簡稱“中心”）成立于1980 年，在世界銀行貸款等項目的支持下，先后擁有原子吸收光譜儀、氣相色譜儀、液相色譜儀、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡等大型精密分析測試儀器及相應的輔助、配套設備。在中心成立后的近20 年間，其主要承擔測試和科研服務工作，每年為我校研究生畢業論文和教師科研工作提供數千個分析數據。例如 “菌草香菇的培育” 和 “851 口服液的開發” 是我校當時的兩大重要科研課題，中心直接參與其中，并為其提供了非常有價值的分析數據。然而，隨著國力的增強，國家對科技及相關儀器設備的投入逐年增加，有些重點實驗室、重點學科或課題組自己都有足夠的經費購買儀器設備，其中包括大型分析儀器。與此同時，學校對中心的投入則相對減少，加上儀器設備老化等原因，中心在我校測試和科研中的作用也逐漸減弱。在此情況下，我校中心開始開設“現代儀器分析” 理論課及相關的 “現代儀器分析實驗” 課。中心主要任務的轉型基于兩個方面的考慮：其一，中心的實驗室技術人員具有多年從事分析測試的經驗，有能力上好這門課程，也正好發揮他們的優勢；其二，雖然之前購買的有些儀器設備已較為陳舊，但用于學生的實驗教學還是很適合的，正好可充分利用這些儀器設備，發揮在人才培養方面的作用。為此，我校從20 世紀90 年代后期開始，將中心的部分任務轉移至實驗教學工作上來，直至如今。

2 分析測試中心開設的課程

（1）本科課程。中心共開設了 “現代儀器分析”和 “現代儀器分析實驗” 兩門針對本科生的課程，分為A、B、C 三個不同的層次。這些課程面向我校生物科學、生物工程、生物信息、食品安全、食品科學與工程、植物檢疫、環境工程、農業資源、應用化學等共13 個專業的本科生。學生通過以上課程的學習，能夠掌握常用儀器分析方法的基本原理、特點及簡單應用，熟悉幾種常見分析儀器的基本構造和使用方法，為學生后續專業基礎課和專業課的學習奠定基礎，也為學生的生產實習、畢業實習及將來的工作提供必備的專項技能。

（2）碩士課程。利用中心的條件，為全校的碩士研究生開設了 “儀器分析”“色譜分析”“生物電子顯微技術”“電鏡技術” 等4 門課程。其中實驗課占了較大的比重，有很強的實用價值，為學生碩士論文的開展打下比較堅實的基礎，因而受到相關專業研究生的充分肯定。

（3）公選課程。公選課程一直是高校近年來非常重視的一種課程類型，是提高大學生綜合素質的重要舉措[8]。我校規定理工科類學生必須選修一定學分的人文社科類公選課程，而文科類學生也必須修滿一定的自然科學類公選課程的學分，這對學生擴展知識面是很有益的。因此，公選課程往往與學生所學專業有較大的差距，實驗課的安排就顯得更為重要。為此，中心開設了 “現代檢測技術及其在農業上的應用” 和“電鏡下的奇妙微觀世界” 等兩門公選課程，著重介紹各種現代分析儀器在農、林、水及人們日常生活中的實際應用，讓更多的學生了解這門技術的原理及其在實際應用中的重要性。這兩門課的開設以及相關的實驗教學，既開拓了學生的創新思維能力，也提高了學生的實踐能力。

3 分析測試中心的發展思路

3.1 引入 “慕課” 的教學方式

“慕課” 是大學教育中出現的新事物，近幾年來發展迅猛，正在成為高校教學中重要的補充[9-12]。“慕課” 是大規模開放在線課程，是由加拿大學者Dave Cormier 和Bryan Alexander 于2008 年首次提出的[13]。“慕課” 的應用，使學生能夠突破地域、時間的限制，更自由、更方便地開展學習，而且更具有自主性和趣味性。中心的實驗教學結合這一教學手段開展線上視頻教學。線上視頻課程包括對實驗儀器的主要原理和流程介紹，使視頻和音頻有效結合，達到良好的教學效果。在實際實驗前，學生可借助線上視頻進行預習，對實驗內容有個初步的認識，再通過實驗室有目的地進行學習和實際操作，達到實驗教學的要求。課后，學生可再次觀看視頻，進行復習鞏固。采用 “慕課”還可以把儀器內部的結構和運行過程以適當的方式在線上展現出來，這一效果在現場講解是無法做到的，因為一般精密分析儀器內部是不宜或不能打開的。所以，在實驗教學中引入 “慕課” 教學方式，可有效提高實驗課的教學效果。

3.2 引入虛擬仿真實驗教學

虛擬仿真技術是目前重要的實驗教學方法之一，已在眾多高校得到了廣泛應用[14-15]。虛擬仿真技術又稱模擬技術，是利用計算機技術，用一個虛擬系統去模仿一個真實的系統，也是擁有高端人機接口的一種新型技術[16]。中心的實驗教學所涉及的往往是高度精密復雜的儀器，且運行時對實驗條件有很高的要求。因此，學生要對實驗儀器進行反復操作練習是不現實的。如果引入虛擬仿真實驗教學，就可以有效解決這一問題。通過虛擬仿真軟件，學生可以對各種儀器的外觀、內部結構進行反復的學習，還可以反復模擬實驗過程，且不受時間和空間的限制。此外，在以往儀器分析的實驗教學過程中，學生常常抱怨動手操作儀器的機會太少，無法有效掌握實際操作流程。引入虛擬仿真實驗教學后一定程度上解決了這一問題，使學生能夠了解從儀器開機到關機的整個操作流程，提高了實驗教學效果。當然，建立虛擬仿真實驗教學項目，需要一定的人力資源和經費，高校及政府教育部門應對此給予大力扶持，增加相關虛擬仿真軟硬件的開發投入。

3.3 結合大視屏教學，提高線下實驗課的教學效果

目前，幾乎所有的實驗儀器都配有以計算機屏幕顯示為主的工作站，然而，即使在每組12 人左右的小班課上，在講解儀器結構原理和操作時，計算機屏幕也顯得太小，學生看得不太清楚。因此，在實驗室引入大尺寸電視屏幕，與計算機連接，將計算機上顯示的內容實時顯示在電視屏幕上。這樣在教師演示參數選擇、樣品測定、操作程序時，整個過程包括相關細節、重要數據等都能夠清晰地顯示在電視屏幕上，起到很好的實驗教學效果。此外，在每個實驗開始前，教師還可借助這個屏幕，通過PPT 講解整個實驗項目的目的、原理、實驗內容和注意事項，讓學生對整個實驗流程有更系統的認識。

3.4 成為本科生校內教學實踐基地

教學實踐基地建設是大學本科教育的重要組成部分。實踐教學是鞏固理論知識和加深對理論理解的有效途徑，是培養具有創新意識的高素質專門人才的重要環節，是理論聯系實際、培養學生掌握科學方法和提高動手能力的重要平臺[17]。中心不僅擁有大型精密儀器設備，而且還有包括樣品前處理系統在內的各種配套設備，是具有化學基礎或與化學專業相關的學生的理想實習基地。作為分析測試實驗的延續，學生在這里可以有更多的時間學到各種試劑的配制和樣品的前處理方法，熟悉精密儀器的操作技術，增強實踐動手能力，同時也能提高學生從事科研工作的興趣。通過實際樣品分析測試，以及實驗設計和實施，還能培養學生分析問題和解決問題的能力。

3.5 強化研究生實驗能力

有條件的分析測試中心，還可以讓少數研究生在實驗室人員的帶領下，有目的地開展與其畢業論文相關的分析測試，充分利用分析測試中心的現有設備，完成他們的畢業論文。研究生可在教師的指導下，通過查閱文獻、設計實驗方案，獨立完成實驗測試，以及實驗后的數據處理。還可讓修完儀器分析實驗課的研究生參與本科生的實驗教學，成為碩士研究生培養計劃中教學實踐的一部分。通過這些實踐過程，研究生的實驗能力可望得到進一步的強化和提升。

3.6 分析測試中心其他功能的同步發展

除了實驗教學，分析測試中心也應加強其在分析測試和科研中的作用。分析測試是測試中心的原有任務，可以對外承擔相關的測試工作。這樣既可有一定的經濟效益，又可提高儀器的使用效率。目前，一方面需進一步完善儀器共享平臺，包括校內和校外的共享平臺，盡量提高分析測試中心儀器的使用效率，校內的儀器共享平臺應以分析測試中心為依托，學院設立分中心；另一方面需要在人員、管理以及實驗儀器設備的更新上得到學校的支持，以便不斷提高其測試服務的質量和水平。這是保證分析測試中心能夠可持續發展的重要措施。

分析數據對理工科領域的科學研究來講，是特別重要的。分析測試中心正是產生分析數據的重要場所，應鼓勵分析測試中心人員主持或參與相關的科學研究。一方面，分析測試中心人員可以根據高校的實際科研需要，在測試方法上進行深入的探討，提高測試服務的廣度和深度。如農林院校更關注各種營養物質在植物體中的運轉，一般只能做離體檢測，如果能開展活體檢測的話，就可獲得更理想的科研數據；另一方面，分析測試人員可以利用自己的專業優勢，參與相關課題的研究，在現代科研工作中，更需要多學科的協作攻關，共同完成某項科研任務。

4 結語

總之，分析測試中心具有實驗設備集中、實驗條件完備、實驗技術人員經驗豐富等優勢，可以進一步在實驗教學中發揮其應有的作用。就分析測試中心的總體任務而言，一般可兼有教學、科研、分析測試等三大不同的功能，但不同高校不盡相同、差別較大，或各有所側重[18]。就我校來說，分析測試中心成立之初的定位為科研和分析測試，但后來則變遷為以教學為主，今后的發展趨勢還是應以實驗教學、科學研究和分析測試并重，并使其相輔相成。目前，許多高校正在往這個綜合性的方向發展，我校也在擬訂這方面的計劃。筆者認為只有這樣，才能最大限度地發揮高校分析測試中心的作用，成為高校學科建設和人才培養的重要基地。