作者：王曉崗 郝志顯 樊雅娟 單位：同濟大學

目前國內高校對本科生開設的課程主要是“儀器分析實驗”［5］，在實際教學過程中常以演示實驗為主，同學往往只是走馬觀花式地參觀一下，有時甚至和儀器還“隔窗相望”，對絕大多數同學而言，獨立上機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，數量有限，其中不少熱門儀器承擔繁重的科研任務，如果科研－教學并舉，安排起來有較大難度;(2)大型儀器價格昂貴，運行、維修成本高，管理者有所顧忌，不敢放手讓本科生獨立操作［6］;(3)對大型儀器的教學功能缺乏研究，教學內容形式單一，缺少具有吸引力、適應本科學生進行自主性學習的儀器類實驗項目。針對以上問題，國內一些院校嘗試了多種形式的教學改革來增加學生的動手機會［7－8］，同濟大學化學實驗中心在這方面也進行了積極探索，通過開發大型儀器的管理系統及開展開放性實驗教學來拓展大型儀器的教學功能。經數年實踐，取得了一定的教學成果。

大型儀器的開放性

教學大型儀器用于本科生開放實驗教學涉及到方方面面的問題，其中，最突出的問題有四個:大型儀器的管理、維護、開放性教學的內容及方式。

1大型儀器的管理同濟大學化學實驗中心(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，這些儀器日常承擔著比較繁重的科研任務，要開展開放實驗教學，必須對儀器進行合理安排，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行了聯網，開發了儀器網絡化管理平臺及開放實驗預約系統，教師或學生采用實名注冊登錄后，可以在系統查閱每臺儀器的相關資料及近期使用情況，需要進行開放實驗教學就在“儀器預定”欄目里提出申請，中心管理人員對所有申請者都進行審核，然后視具體情況做協調安排。對于使用頻率高的熱門儀器實行限量開放，對冷門儀器則適當增加其開放次數，安排結果將在當天公布在系統網頁上。獲得批準的同學在規定時間領取門卡(實驗中心儀器室采用紅外門禁裝置)，進入儀器室進行實驗操作。網絡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實施大型儀器持證上崗諸多院校限制本科學生接觸大型儀器的重要原因之一是其價格昂貴，操作不當可能會損壞儀器造成巨大損失。為解決這一問題，中心采取了兩項措施:一是建立“上崗證”制度，只有具有上崗資格的同學才可以獨立操作大型儀器。中心定期舉行各類儀器的操作培訓，由廠家技術人員或資深教師授課，參加者包括研究生和本科生，培訓結束后進行考核，考核合格者由中心發放該類儀器的上崗證。無證的同學如果要進行樣品測試必須要有持證者在場協助把關。二是采用儀器遠程監控系統。中心將幾十臺大型儀器聯網并實施連續監控，一旦儀器發生異常情況就追根溯源，查明原因。為保證操作系統的安全，中心還開發了數據傳送系統，所有實驗數據均通過網絡傳送，教師和同學可以通過遠程登錄的方法進行下載，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建立了儀器使用個人檔案，按平時信譽表現及儀器操作能力進行了等級劃分。對于信譽良好的同學可以直接領取條形碼門卡，進入實驗室自行完成操作，如果操作者在儀器使用中有違規行為，中心則中止傳送其實驗數據或暫停其儀器使用資格。

3開放實驗內容圍繞各類大型儀器的開放實驗教學，中心開發了系列實驗項目。實驗內容一部分由教師編寫，另一部分則是由同學原創、經數年教學實踐傳承下來的。比如色譜類實驗有“手動頂空－GC－MS檢測方便面包裝袋中的有機揮發物”、“頂空進樣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;光譜類實驗有“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”、“驗證大米中是否含有熒光物質”、“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。這些實驗有一共同的特點，就是素材貼近生活實際，集知識性和趣味性為一體，可以讓同學在輕松快樂中學習儀器的操作。所有開放實驗內容以菜單形式掛在中心網站上，同學可選擇自己感興趣的項目在網上預約，得到確認后以小組的形式進行實驗，實驗過程中研究生助教或高年級本科生(具有上崗證)擔任指導，有時教師也客串一下。開放時間的長短視實驗內容而定，短則一節課，長則一整天，長時間的開放實驗通常安排在雙休日進行。需要說明的是，大型儀器的開放不僅僅局限在化學專業內部，菜單中部分實驗項目也對其他院系同學開放。如“神奇的碳納米管”、“拉曼光譜鑒定寶石礦物”等實驗就吸引了材料、環境、醫學專業100多人的參與。為支持本科教學，使用大型儀器進行開放實驗教學不收任何費用。

4教學方式教學采用上機操作和交流探討相結合的方式。實驗過程中同學輪流上機操作，每個人均獲得實際動手機會。為使同學對儀器的性能有較為全面的了解，中心在網絡上還專門建立了一個開放式的交流論壇。它有兩個主要功能:一是同學遞交實驗報告，記錄實驗情況;二是交流儀器使用的經驗和體會。該論壇最大的特點是不受時間、地點的限制，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人員也參與其中。論壇由教師或研究生助教充當版主，當一輪實驗做完后，就實驗過程當中出現的問題進行探討。起初同學對大型儀器有一種新鮮感，提出的問題也比較簡單，較多的是關于儀器構造、品牌、價格、使用領域等方面的問題。隨著實驗的不斷深入，探討的層次越來越高，涉及到儀器內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，哪類物質不能用此方法測定，噪音是如何產生的，基線不穩如何校正，采用什么合適的軟件等。同學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驗內容，進而進行一些探索性的嘗試。比如由頂空氣相色譜檢測揮發性成分的原理啟發，同學們嘗試了化妝品、黃酒、木材、大米、水果、茶葉等“有香味”物質的檢測［9］，采用拉曼光譜儀研究了蛋類、橙桔類樣品的譜線特征，這些項目后來都成了同學的SITP課題。通過大型儀器的開放式教學，同學不但熟悉并掌握了儀器的操作，而且在潛移默化中萌發了對科學研究的興趣，這種收獲才是真正體現大型儀器教學功能的價值所在。