作者：王曉崗 郝志顯 樊雅娟 單位：同濟(jì)大學(xué)

目前國內(nèi)高校對本科生開設(shè)的課程主要是“儀器分析實(shí)驗(yàn)”［5］，在實(shí)際教學(xué)過程中常以演示實(shí)驗(yàn)為主，同學(xué)往往只是走馬觀花式地參觀一下，有時(shí)甚至和儀器還“隔窗相望”，對絕大多數(shù)同學(xué)而言，獨(dú)立上機(jī)操作是可望不可及的。造成這種局面的主要原因有:(1)大型儀器在高校中屬稀缺資源，數(shù)量有限，其中不少熱門儀器承擔(dān)繁重的科研任務(wù)，如果科研－教學(xué)并舉，安排起來有較大難度;(2)大型儀器價(jià)格昂貴，運(yùn)行、維修成本高，管理者有所顧忌，不敢放手讓本科生獨(dú)立操作［6］;(3)對大型儀器的教學(xué)功能缺乏研究，教學(xué)內(nèi)容形式單一，缺少具有吸引力、適應(yīng)本科學(xué)生進(jìn)行自主性學(xué)習(xí)的儀器類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。針對以上問題，國內(nèi)一些院校嘗試了多種形式的教學(xué)改革來增加學(xué)生的動(dòng)手機(jī)會［7－8］，同濟(jì)大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中心在這方面也進(jìn)行了積極探索，通過開發(fā)大型儀器的管理系統(tǒng)及開展開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)來拓展大型儀器的教學(xué)功能。經(jīng)數(shù)年實(shí)踐，取得了一定的教學(xué)成果。

大型儀器的開放性

教學(xué)大型儀器用于本科生開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)涉及到方方面面的問題，其中，最突出的問題有四個(gè):大型儀器的管理、維護(hù)、開放性教學(xué)的內(nèi)容及方式。

1大型儀器的管理同濟(jì)大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中心(以下簡稱中心)擁有20萬元以上的大型儀器20余臺，包括TEM、SEM、AFM、XRD、GC－MS、TOC、核磁等，這些儀器日常承擔(dān)著比較繁重的科研任務(wù)，要開展開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)，必須對儀器進(jìn)行合理安排，提高其使用效率，對一些熱門儀器甚至要做到見縫插針的地步。為此，中心將幾十臺大中型儀器都進(jìn)行了聯(lián)網(wǎng)，開發(fā)了儀器網(wǎng)絡(luò)化管理平臺及開放實(shí)驗(yàn)預(yù)約系統(tǒng)，教師或?qū)W生采用實(shí)名注冊登錄后，可以在系統(tǒng)查閱每臺儀器的相關(guān)資料及近期使用情況，需要進(jìn)行開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)就在“儀器預(yù)定”欄目里提出申請，中心管理人員對所有申請者都進(jìn)行審核，然后視具體情況做協(xié)調(diào)安排。對于使用頻率高的熱門儀器實(shí)行限量開放，對冷門儀器則適當(dāng)增加其開放次數(shù)，安排結(jié)果將在當(dāng)天公布在系統(tǒng)網(wǎng)頁上。獲得批準(zhǔn)的同學(xué)在規(guī)定時(shí)間領(lǐng)取門卡(實(shí)驗(yàn)中心儀器室采用紅外門禁裝置)，進(jìn)入儀器室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。網(wǎng)絡(luò)化管理增加了管理的透明度，有效地提高了大型儀器的使用效率。

2實(shí)施大型儀器持證上崗諸多院校限制本科學(xué)生接觸大型儀器的重要原因之一是其價(jià)格昂貴，操作不當(dāng)可能會損壞儀器造成巨大損失。為解決這一問題，中心采取了兩項(xiàng)措施:一是建立“上崗證”制度，只有具有上崗資格的同學(xué)才可以獨(dú)立操作大型儀器。中心定期舉行各類儀器的操作培訓(xùn)，由廠家技術(shù)人員或資深教師授課，參加者包括研究生和本科生，培訓(xùn)結(jié)束后進(jìn)行考核，考核合格者由中心發(fā)放該類儀器的上崗證。無證的同學(xué)如果要進(jìn)行樣品測試必須要有持證者在場協(xié)助把關(guān)。二是采用儀器遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。中心將幾十臺大型儀器聯(lián)網(wǎng)并實(shí)施連續(xù)監(jiān)控，一旦儀器發(fā)生異常情況就追根溯源，查明原因。為保證操作系統(tǒng)的安全，中心還開發(fā)了數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)，所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均通過網(wǎng)絡(luò)傳送，教師和同學(xué)可以通過遠(yuǎn)程登錄的方法進(jìn)行下載，這樣可避免使用U盤帶來的病毒交叉感染。此外，中心還為高年級同學(xué)建立了儀器使用個(gè)人檔案，按平時(shí)信譽(yù)表現(xiàn)及儀器操作能力進(jìn)行了等級劃分。對于信譽(yù)良好的同學(xué)可以直接領(lǐng)取條形碼門卡，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室自行完成操作，如果操作者在儀器使用中有違規(guī)行為，中心則中止傳送其實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或暫停其儀器使用資格。

3開放實(shí)驗(yàn)內(nèi)容圍繞各類大型儀器的開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)，中心開發(fā)了系列實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容一部分由教師編寫，另一部分則是由同學(xué)原創(chuàng)、經(jīng)數(shù)年教學(xué)實(shí)踐傳承下來的。比如色譜類實(shí)驗(yàn)有“手動(dòng)頂空－GC－MS檢測方便面包裝袋中的有機(jī)揮發(fā)物”、“頂空進(jìn)樣GC－FID/MS檢測花瓣中的香氣成分”、“HPLC測定多種可樂中的咖啡因含量”等;光譜類實(shí)驗(yàn)有“積分球漫反射光譜儀檢測A4紙張”、“各種餐巾紙的紫外漫反射比較”、“驗(yàn)證大米中是否含有熒光物質(zhì)”、“不同pH條件下苯乙酰胺的紫外光譜分析”、“紅外光譜法測定銀鍍膜及氣凝膠成分”等;表征類有“神奇的碳納米管”、“SnO2納米粒子的合成及形貌表征”等。這些實(shí)驗(yàn)有一共同的特點(diǎn)，就是素材貼近生活實(shí)際，集知識性和趣味性為一體，可以讓同學(xué)在輕松快樂中學(xué)習(xí)儀器的操作。所有開放實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以菜單形式掛在中心網(wǎng)站上，同學(xué)可選擇自己感興趣的項(xiàng)目在網(wǎng)上預(yù)約，得到確認(rèn)后以小組的形式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過程中研究生助教或高年級本科生(具有上崗證)擔(dān)任指導(dǎo)，有時(shí)教師也客串一下。開放時(shí)間的長短視實(shí)驗(yàn)內(nèi)容而定，短則一節(jié)課，長則一整天，長時(shí)間的開放實(shí)驗(yàn)通常安排在雙休日進(jìn)行。需要說明的是，大型儀器的開放不僅僅局限在化學(xué)專業(yè)內(nèi)部，菜單中部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目也對其他院系同學(xué)開放。如“神奇的碳納米管”、“拉曼光譜鑒定寶石礦物”等實(shí)驗(yàn)就吸引了材料、環(huán)境、醫(yī)學(xué)專業(yè)100多人的參與。為支持本科教學(xué)，使用大型儀器進(jìn)行開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)不收任何費(fèi)用。

4教學(xué)方式教學(xué)采用上機(jī)操作和交流探討相結(jié)合的方式。實(shí)驗(yàn)過程中同學(xué)輪流上機(jī)操作，每個(gè)人均獲得實(shí)際動(dòng)手機(jī)會。為使同學(xué)對儀器的性能有較為全面的了解，中心在網(wǎng)絡(luò)上還專門建立了一個(gè)開放式的交流論壇。它有兩個(gè)主要功能:一是同學(xué)遞交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，記錄實(shí)驗(yàn)情況;二是交流儀器使用的經(jīng)驗(yàn)和體會。該論壇最大的特點(diǎn)是不受時(shí)間、地點(diǎn)的限制，參與者眾多，覆蓋面廣。除了教師、博士、碩士、本科生外，還有部分校外友人、甚至儀器廠家的技術(shù)人員也參與其中。論壇由教師或研究生助教充當(dāng)版主，當(dāng)一輪實(shí)驗(yàn)做完后，就實(shí)驗(yàn)過程當(dāng)中出現(xiàn)的問題進(jìn)行探討。起初同學(xué)對大型儀器有一種新鮮感，提出的問題也比較簡單，較多的是關(guān)于儀器構(gòu)造、品牌、價(jià)格、使用領(lǐng)域等方面的問題。隨著實(shí)驗(yàn)的不斷深入，探討的層次越來越高，涉及到儀器內(nèi)涵的東西也愈來愈多。比如由儀器的基本操作逐漸過渡到諸如色譜柱如何裝填，極性分子采用什么類型的柱子，非極性分子又采用何柱子，哪類物質(zhì)不能用此方法測定，噪音是如何產(chǎn)生的，基線不穩(wěn)如何校正，采用什么合適的軟件等。同學(xué)對儀器熟悉到一定程度，就自然會想到如何拓展該儀器的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，進(jìn)而進(jìn)行一些探索性的嘗試。比如由頂空氣相色譜檢測揮發(fā)性成分的原理啟發(fā)，同學(xué)們嘗試了化妝品、黃酒、木材、大米、水果、茶葉等“有香味”物質(zhì)的檢測［9］，采用拉曼光譜儀研究了蛋類、橙桔類樣品的譜線特征，這些項(xiàng)目后來都成了同學(xué)的SITP課題。通過大型儀器的開放式教學(xué)，同學(xué)不但熟悉并掌握了儀器的操作，而且在潛移默化中萌發(fā)了對科學(xué)研究的興趣，這種收獲才是真正體現(xiàn)大型儀器教學(xué)功能的價(jià)值所在。