大型仪器设备在生物技术综合实验课程中的应用

张蕊 王展霞 李锐

摘 要：大型仪器设备是高校开展实验教学和科学研究工作的重要工具。生物技术综合实验课程综合性较强，将大型仪器设备应用在生物技术综合实验课程当中，既是高质量教学的保证，又是顺应时代发展的必然趋势。文章分析了大型仪器设备的含义、在本科实验教学中的现状、应用于生物技术综合实验课程中的积极作用以及改革的主要措施，希望对提高教学质量和深化教学内容创新和改革提供帮助。

关键词：大型仪器设备；实验；生物技术；教育教学

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：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世紀是生命科学发展迅速的时代，诸多进展都取决于新技术的发现和应用。生物技术是决定国家命运的关键技术之一，是世界上许多国家优先发展的支柱产业[1]。生物技术在现代医药产品、农林牧渔等新产品的研发、环境修复等方面发挥着巨大的作用[2]，高校通过生物技术综合实验课程不但可以使学生了解生命科学发展的前沿动态，熟悉和掌握通用的大型仪器设备的使用，而且能够提高学生的学习兴趣，调动学生的实验积极性，培养学生的自主学习能力，合作学习能力和探究学习能力[3]，使学生具有良好的科研素质、生物学实验技能和较强的分析问题、解决问题的能力，为今后独立从事生物技术及相关学科领域的研究奠定基础。这不仅达到了高等教育的要求，也顺应了社会对生命科学人才的需要。

生物技术综合实验课程是一门综合性实验课程。学生在掌握生物化学、生物技术学、微生物学和生物化学技术原理等的基础上，学习和掌握生物技术实验的基本原理、步骤[4]和技术，主要包括基因工程常规操作技术及一系列生物大分子的提取、分离、纯化的方法和技术[5]。在每项试验中，试剂的配制、仪器的安装、样品的处理、提取分离纯化和含量的测定及性质的鉴定都会用到各种仪器，因此掌握各种生化仪器及发酵器材特别是大型仪器的规范操作至为重要。仪器设备在教学、科研工作中起着技术支撑的作用，而大型仪器设备更是仪器设备的重要组成部分。因此将大型仪器设备应用在生物技术综合实验课程当中，既是高质量教学的保证，又是顺应时代发展的必然趋势。

大型仪器设备是保证高校正常的实验教学和科学研究必备的重要物质基础；在一定程度上也衡量着高校的综合实力[6-8]。随着国家对高等教育的重视和支持[9，10]，高校对实验室仪器设备投入的金额和数量逐年递增[11]，这对提升高校的科研与教学能力有极为重要的意义，为高校学生对大型仪器设备的掌握和应用提供了技术保障。但是现今大型仪器设备在实验教学过程中仍然存在设备利用率低、专业技术人员不足、维修维护经费不足等诸多问题，如何促进大型仪器设备在实验课程中的开放、共享与可持续性发展，成为高校发展中亟待解决的问题[12]。

一、大型仪器设备的基本含义和涵盖范围

根据《高等学校仪器设备管理办法》（教育部教高[2000]9号），大型仪器设备指的是单价在人民币10万元（含）以上的仪器设备。各省级教育行政部门和各高等学校可根据实际情况，明确各自所管大型仪器设备的范围。大型仪器设备有专业性强、精密度高、功能多、速度快、应用范围广、更新换代周期短等特征[11-14]，是高校开展实验教学和科学研究工作的重要工具和手段，为本科生创新能力和实验技能的培养提供了强大的硬件支撑[15]。大型仪器设备按使用范围可分为行业专用仪器设备和通用仪器设备，专用类仪器，如惰性气体质谱仪、核磁共振岩心测量仪；通用类仪器，如：显微镜、高效液相色谱仪、离心机等。生物技术综合实验课程中涉及的大型仪器设备有紫外及可见分光光度计、高压灭菌锅、PCR仪、电泳仪、凝胶成像分析系统、高效液相色谱仪、超速离心机等。

二、大型仪器设备在本科实验教学中的应用现状

（一）利用率低

设备利用率是反映设备工作状态及生产效率的技术经济指标，主要用于衡量生产设备在数量、时间、能力等方面的利用程度[16]。随着国家对教育的重视，大型仪器设备的引进速度也明显增长，我国拥有的科学仪器设备数量比欧盟15国数量总和还多，一些高校大型仪器设备原值在仪器设备总值中所占比重高达到50%，有些高校甚至接近60%[17]。但是，很多高校的大型仪器设备利用率不够高。据有关资料显示，不少发达国家仪器设备利用率高达170% ～200%，但我国许多仪器设备利用率还不到25%[18]。目前，购置前没有充分论证和科学评价是重要原因之一[19]，另外许多高校存在的不重视管理、不善管理等问题导致不少仪器设备长期闲置或使用率低，影响仪器设备使用效益的发挥，造成资源的极大浪费[20]。

（二）重科研、轻教学

从大型仪器的使用情况来看，国内高校普遍重视其科研功能的开发，但对其教学功能的关注不够，用于教学工作的时间远远低于科研[21，22]。如对高等农业院校大型仪器使用现状的调查显示：高等农业院校中大型仪器主要用于教师的科研，本科生教学使用较少，无本科生自主学习的大型仪器试验项目[12]。在实验课堂上，开始以老师演示为主，学生在一旁观察，由于时间有限最后学生自己动手进行操作的机会很少[23]。学生数量与大型仪器设备的使用不匹配，也导致大型仪器设备对学生实践能力起不到应有的作用。

大型仪器设备专业性强、价格昂贵、对操作人员技术要求高。由于本科生缺乏经验和专业的操作培训，容易增加大型仪器设备损坏的概率，提高维修成本，因此高校对于本科生使用大型仪器设备的开放性不足[24]。有些大型仪器设备购置后，开放性不足，利用率不高，甚至个别设备出现闲置的情况。这不仅造成了高校教育资源的严重浪费，与大型仪器设备开放共享脱节，而且影响了实验教学质量，不利于学生综合素质的培养[25]。

（三）管理与维护维修不足

部分高校对大型仪器设备使用的管理与维护维修不重视，分配的费用少，而且仍采用传统方式使用和管理大型仪器设备，很少用物联网、大数据等信息化技术手段进行管理，对购买的设备“专管专用”，即使本学院的大型仪器设备也只有极少数的教师能够使用，往往设备只是摆设在极个别科研能力很强或者职务级别很高的几个人独立拥有的房间内[26]。大型仪器设备不能及时得到维护与维修，使用寿命降低，且许多功能不能得到有效发挥，造成功能浪费，有一些大型仪器设备经常处于损坏状态，这也严重影响了大型仪器设备在实验教学中的应用。

三、大型仪器设备应用于生物技术综合实验课程的积极作用

（一）提高了大型仪器设备的利用率，利于学生发展

大型仪器设备应用于生物技术综合实验课程中，显著提高了利用率，可以在一定程度上避免设备出现闲置而浪费教学资源的情况。同时学生可以充分地进行实际操作，了解其工作原理、操作步骤和注意事项，增加对这些大型仪器设备的掌握，更加凸显学生独立学习的主题，也使学生对于生物技术有了更为深刻和真实的认识，为以后从事科研工作和生产实践打下牢固而坚实的基础，真正从实际出发培养学生动手实践、独立分析解决问题和创新的能力，加强学生团队合作意识，为学生的发展奠定了基础和提供了更广阔的空间。

（二）促进了科研反哺教学，推动实验教学改革创新

大型仪器设备应用于生物技术综合实验课程中，增加了老师对这些先进仪器设备的利用与掌握。老师可以将自身的研究和大型仪器设备的功能联系起来，从自己的科研项目中不断衍生出高水平的综合实验项目，并应用于实验教学。这种以教学助力科研，而科研又反哺教学的良性循环，不但提高了教师实验教学的积极性，更能够促进教师发挥自身研究领域的优势，将学科前沿涉及到的多项先进、热门的实验技术引入实验教学，推动实验教学内容的不断革新，使实验教学水平更上新的台阶[27]。

四、改革的主要措施

如何合理有效使用大型仪器设备是实验教学顺利进行的前提，生物技术综合实验课程的设立对学生的培养符合国家对生物技术人才的要求，因此了解如何处理大型仪器设备在实验教学中的使用极为重要。

（一）开放实验室

目前学校学生人数多、课时有限，学生没有充足的时间自己操作大型仪器设备，所以高校可以对大型仪器设备实行开放，不受上下班时间限制，在课表安排以外的空余时间，学生可以根据自己的时间安排学习，提交申请，预约大型仪器设备的使用[28]。另外可以注重以信息化建设为基础的管理建设，如：自动控制及远程控制使得无人使用时自动节能运行的设备管理、校园一卡通的实行[29]。

（二）加强对教师和学生操作大型仪器设备的培训

目前传统的教学模式将教学重点放在了大型仪器设备的原理方面，学生从公式以及理论方面了解大型仪器设备的特点及用途，忽略了基本技能的培训，致使学生无法加深对课程知识的理解。因此可以定期开展大型仪器设备的培训讲座，邀请仪器公司的精英作为嘉宾为学生讲解相关仪器设备的用途和技术原理，提高学生对大型仪器设备的认识，为以后的实验课程及科研提供技术支持[30]。还可以举行大型仪器设备的培训班，既可以加强学生们的能力及日常维护意识又可以提高仪器设备的利用率。

加强相关教师们对大型仪器设备使用与管理方面的培训，提高教师们的仪器设备知识结构，加强其对仪器设备的管理及应用能力。同时建立互动交流平台，方便教师和学生们进行交流沟通，加深彼此对课程知识和技能的理解。

五、结束语

实验教学相比于理论教学对学生综合能力和创新思维能力的培养有着不可替代的作用[31]。大型仪器设备作为高校不可或缺的教育资源，不但是高校从事实验教学和科研的硬件保障，更是培养生物技术人才的重要条件。由于大型仪器设备专业性强、高校轻管理以及教学维护经费少等原因致使大型仪器设备在现实教学工作中使用率较低，不能充分发挥其教学功能。因此给学生提供更多的实验时间和空间，有利于学生发展而且提高大型儀器设备的利用率，也激励老师科研反哺教学，推动实验教学改革创新。

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