提升研究生儀器設備操作能力探析
——以《材料現代研究方法》課程為例

＊侯小虎 白樸存 趙學平* 劉飛 張靜 宋銀敏

（1.內蒙古工業大學 測試中心 內蒙古 010051 2.內蒙古工業大學 材料科學與工程學院 內蒙古 010051 3.內蒙古建筑職業技術學院 內蒙古 010020）

隨著國家對科學研究重視程度的不斷提高，科學研究工作對于高校而言日趨重要。科學研究離不開各類先進儀器設備，高校對科研儀器設備的資金投入也不斷增加。然而，隨著高校儀器數量的逐年增加，大型科研儀器使用過程中存在的諸多問題也逐漸浮現。如：各學科都能用到的通用型大型儀器設備分散在多個學院，導致出現了儀器使用效率降低、功能開發少、外部共享率低[1-3]等問題。此外，由于部分學院預算緊張，沒有專項資金對大型設備進行維修，影響儀器的正常使用[4-5]。測試中心的建成，促進了大型儀器的集中管理，提高了儀器的使用效率。測試中心利用現代化的先進設備和儀器，通過設置專業化的人才培養模式，引進具有專業水準和綜合職業素養的專業化人才展開研究生培養工作。所制定的課程面向全校研究生開課。課程的開設主要是為了能夠使研究生掌握現代化的分析檢測方法，進一步提高研究生的儀器操作能力。近些年，隨著研究生錄取數量的不斷增多，測試中心的工作量也在不斷增加。然而，由于測試中心專任儀器操作教師數量較少，仍然難以滿足科研人員日益增加的儀器測試要求，很多實驗的實際測試工作往往需要研究生獨立完成。因此，測試中心通過直接培訓研究生，讓其能夠熟練掌握儀器的使用方法，既提高了研究生操作大型儀器設備的能力，也解決了中心教師數量不足的問題。

當前，對研究生實驗教學工作非常重視，國務院《關于深化關于教育改革全面推進素質教育的決定》文件中要求“加強課程的綜合性和實踐性，重視實驗教學，培養學生的實際操作能力”[6-7]。尤其是理工科研究生，掌握儀器的操作能力對后期科研工作的開展更加重要。目前，大部分高校給研究生開設了《材料現代分析方法》課程，旨在提高研究生科研實踐能力。隨著檢測技術的不斷發展，新理論和新技術不斷應用在X射線衍射儀（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電子顯微鏡（TEM）等儀器設備上。目前該課程的授課方式大部分為PPT和板書，學生對儀器相關知識的理解不夠直觀，影響了儀器相關知識的理解和學習積極性的調動，對研究生在科研工作中的儀器操作能力提升有限[8-9]，難以讓研究生第一時間解決工作中儀器相關的問題。通過將《材料現代分析方法》實踐課程安排在大型儀器相對集中的測試中心，可以有效提升研究生的儀器實踐操作能力和實驗理論水平，為后續科研工作開展打下堅實的基礎[10]。本文結合儀器操作課程的實踐教學，針對測試中心如何有效提升研究生的儀器實踐操作能力進行探討。

1.課程開發背景

為進一步提高研究生的實踐動手能力，儀器操作培訓被越來越多的應用在研究生培養當中。為了能夠了解師生對儀器操作課程的需求情況，測試中心團隊成員通過對8個學院860名研究生進行調研，化工、材料、能動三個學院的研究生對測試實踐培訓具有較高的需求，90%的學生對于參加測試中心的科學儀器培訓意愿強烈。據統計，測試中心每學年至少承擔600名研究生培訓學習任務。

通過對860份研究生數據樣本調研，發現80%的研究生期望開展實踐活動。他們認為繼續攻讀碩士學位的原因與多方面因素有關，主要包括工作能力，社會實踐情況，校內實踐方式，校外社會實踐安排等。一部分同學表示，希望能夠在校內開展科研實踐活動，加之部分學生需要在校內完成碩士論文，因此對于學校的測試中心抱有非常高的期望值。與此同時，更多的學生表示，即使科學儀器實踐與碩士論文關系不大，他們依然希望能夠在測試中心進行儀器操作相關培訓，以提升自身能力。

同時，針對28份碩士研究生導師樣本進行調研，導師是連接學校與學生之間的紐帶，導師既了解學校的教學資源設置，又掌握學生的對科研實踐的需求。因此通過導師的意見反饋，能夠更好地了解測試中心開展工作的意義和價值。通過對導師的深入調研，93%的導師希望學校能夠提供比較穩定的校內儀器操作實踐場所，進行科學儀器設備使用方面知識的學習。

基于上述原因，為了解決研究生缺乏儀器操作實踐的問題，測試中心針對研究生全部開設課程《材料現代研究方法》，重構課程體系，主動開發實踐教學內容。

2.提升研究生儀器設備操作能力實施路徑

(1)多渠道加強加大宣傳力度

在工科類高校中，儀器操作涉及的專業包括材料、化工、土木等專業的研究生。由于各個專業都是獨立的學院，學院中導師和研究生并不清楚測試中心儀器操作課程的培訓內容，因此，提前做好儀器操作培訓課程的宣傳工作至關重要。通過建立測試中心公眾號和信息平臺[11]，針對培訓內容如培訓儀器的型號、技術參數、培訓內容、開課時間等進行有效宣傳。導師及研究生可根據各自科研方向有針對性的選擇相關儀器操作培訓。此外，邀請儀器操作方面專家進行技術講座，針對測試中心平臺的儀器種類、性能、應用領域等方面開展培訓。

(2)多方式合理設置授課時間

工科類高校中的大部分學科系統性和連貫性較強，雖然工學研究生在本科階段參與的科研實驗不少，但對于大型精密儀器操作往往接觸較少。測試中心開發的儀器操作課是一門提升研究生實踐能力的課程。具備儀器設備的操作能力和實驗數據分析能力是研究生開展后續科研實驗的基礎。研究生通過單純的設備操作培訓，并不能獲得高質量的測試結果。而高質量的測試結果，既需要精準的設備操作能力，更需要對儀器構造、工作原理的深入認知。因此，測試中心開發的儀器設備操作課程，要求研究生應具備現代材料分析方法前導課程學習基礎。

(3)多元化共同制定培訓計劃

隨著各個高校對科研實驗工作的重視，實驗序列引進的人員學歷層次也逐漸提高。實驗室負責儀器的教師大部分具有碩士或博士學位，研究生期間的儀器操作經歷，為后期教學打下了堅實的基礎。根據教師的科研背景和擅長的設備，分成不同的儀器小組，根據儀器特點制定合理的儀器培訓計劃。在培訓研究生前，測試中心組織教師每月1次集體備課，并邀請行業儀器設備測試專家根據儀器特點和科研課題制定儀器操作培訓大綱，確定培訓內容，將《材料現代分析方法》理論課所學習的知識與儀器操作相結合，讓研究生明確學習目標，逐漸提高研究生的科研素養。

(4)多維度加強教師隊伍建設

要求負責培訓學生的教師不僅能夠熟練操作科研儀器，熟悉該儀器在科研中的應用，能夠根據測試樣品的情況，給學生較為專業的指導。此外，應不斷提高培訓教師的英語水平，為熟悉大型進口儀器的操作界面和英文說明書打下基礎。

(5)多角度有效保證培訓質量

為了保證儀器培訓質量，培訓采用小班授課，每班10人左右。小班上課能夠讓研究生有足夠的時間熟悉儀器原理，操作流程，還可以有足夠的時間與負責培訓的教師溝通，教師能夠對研究生儀器操作中存在的問題給與指導[12]。大型儀器操作培訓班可以根據學生的研究的方向進行分類，例如：金屬材料班、高分子材料班等。學生在儀器培訓操作時，教師可以針對性的培訓，組長定期向教師匯報本小組研究生的學習情況。

(6)多方面創新儀器培訓方法

儀器操作課為學生提高專業學習研究能力提供更多的硬件支持和條件保障，激發研究生的研究學習潛力，從而提高創新能力。然而，由于大型儀器設備數量少、學生數量多，難以開展大規模儀器實踐操作培訓。因此，針對不能培訓群體制定明確的培訓計劃尤為重要。如在儀器操作培訓初期，可以利用虛擬仿真實驗教學平臺[13]對研究生進行樣品制備、噴金、儀器操作界面等方面的培訓，可以達到較好的實驗教學效果，并將有效突顯實驗教學優勢。教師根據教學大綱，并結合實際教學需求，最大程度地發揮虛擬仿真電鏡實驗室資源優勢，提升教學效果。以掃描電鏡虛擬仿真為例，通過模擬電鏡操作，結合現代材料分析方法課程內容，使得學生深刻理解掃描電鏡成像原理、特點等知識，提高學生科研實踐能力。

圖1 研究生儀器操作培訓流程圖

一是合理設置教學課程，提高學生實踐能力。首先在進行課堂教學內容設置時，必須要根據當前社會及其學科發展的需求來進行合理設置。因此在教學過程中必須結合科研實際需求，將理論知識與實踐緊密結合。突出課程的教學重點，不斷優化教學內容，以此來提高學生的學習興趣。如在進行X射線衍射儀操作時，可提前講解晶體結構分析。這種調整方式能夠把抽象乏味的公式具體化，與其專業知識進行有機融合。提高學生的發散思維，突破思維局限性，與教學內容充分聯系。其次利用信息化教學資源，使學生只管掌握相關儀器設備的工作原理以及操作方法，并將課程內容上傳至網絡教學平臺，便于學生反復學習。

二是促進學術交流，提高教學能力。由于儀器操作培訓涉及的各學科內容比較廣泛，并且儀器操作培訓對象為研究生。因此擔任教學的教師必須具有較強的專業水準，以及良好的綜合職業素養。為了能夠更好地開展教學工作，學校應該定期組織教師進行學術交流，參加相關的講座，使其能夠了解最前沿的科學技術知識。便于更好地對學生進行更加專業的教學，進一步提高研究生的實踐能力。

3.結語

我們以測試中心為實驗操作基地開展了《現代材料分析方法》實踐課程，探索了實踐教學改革在提高儀器利用率、提高研究生科研儀器操作能力和指導人才培養等方面發揮的作用。目前測試中心等儀器公共服務平臺發展迅速，通過測試中心構建研究生儀器操作培訓體系，在培訓內容和培訓制度方面還需要在實踐中不斷優化和完善，探索新的儀器培訓模式。通過提出測試中心開發實踐課程提升研究生科研能力的思路與措施，實現了《現代材料分析方法》實踐課程的設計與實踐，驗證了測試中心實踐課在提升研究生科研能力方面發揮的重要作用，為后續更系統化進行研究生教育培養探索打下了良好基礎。研究生經過儀器操作實踐培訓后，均能夠自主操作各類儀器，獲得的實驗結果符合科研要求。此外，參加儀器操作培訓的研究生也會將培訓中遇到的問題及時反饋給培訓人員，培訓人員根據反饋及時調整培訓內容，以達到良好的培訓效果。希望本研究為測試中心有效開展《現代材料分析方法》實踐課程，提升研究生的科研能力提供新的探索和思考。