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(新疆醫(yī)科大學維吾爾醫(yī)學院維醫(yī)藥實驗中心,新疆 烏魯木齊 830011)
【摘要】維吾爾醫(yī)藥科研實驗室是深入研究維醫(yī)藥的科學實驗平臺,對提高維醫(yī)藥科學性、現(xiàn)代化科研水平有重要的意義,建設特色鮮明的維醫(yī)藥科研實驗室是維醫(yī)藥發(fā)展及其現(xiàn)代化事業(yè)的時代要求。故本文從維醫(yī)藥科研實驗室建設的實踐出發(fā),就如何加強實驗室建設,促進維醫(yī)藥科研實驗室的發(fā)展提出了建議。
關(guān)鍵詞 維吾爾醫(yī)藥;科研實驗室;建設;特色
維吾爾醫(yī)學(簡稱維醫(yī))是祖國醫(yī)藥學不可分割的組成部分,它是建立在對人類病癥的內(nèi)外條件、原因、性質(zhì)、療效、護理等不同的理解、治療方法及直接醫(yī)療實踐、歷史發(fā)展的基礎之上,并在維吾爾族人民長期與疾病斗爭的過程中日益完善,最終形成的一套具有獨特臨床有效性和博大精深的理論體系[1]。幾千年來維吾爾族人民在防病治病的過程中,積累了豐富的應用植物、動物、礦物防病與治病的實踐經(jīng)驗和生產(chǎn)技術(shù),并逐漸形成了獨具維吾爾民族文化特色的藥物學。然而,怎樣才能將傳統(tǒng)文化理念和氛圍融入到科研工作和管理中去,充分利用到維醫(yī)藥本身文化特色與優(yōu)勢是建設出具有特色的科研實驗的必要條件。科研實驗室是教學科研的重要基地,實驗室建設水平不僅能夠代表一所大學辦學能力以及科研水平的的高低,也擔負著博士、碩士研究生等各類高級人才的培養(yǎng)工作。因此加強維醫(yī)藥特色科研實驗室的建設對提高維醫(yī)藥科學性、現(xiàn)代化科研水平有重要的意義由此,就如何從我中心的科研實際情況出發(fā),建立起適應自身發(fā)展與特色的科研實驗室提出幾點個人思考:
1 建設特色鮮明的維醫(yī)藥科研實驗室
維醫(yī)是祖國傳統(tǒng)醫(yī)學的重要組成部分,具有豐富的臨床實踐和獨特的理論內(nèi)涵。她認為,正常體液(膽液質(zhì)、血液質(zhì)、粘液質(zhì)、黑膽質(zhì))在人體的整個生命活動中不斷地消耗和補充,保持一定比例的平衡狀態(tài),從而維持身體的健康狀態(tài)。若以正常體液質(zhì)的比例發(fā)生變化就會產(chǎn)生異常體液,從而發(fā)生病理變化,并發(fā)展成疾病,尤其是異常黑膽質(zhì)的增加是體液發(fā)生異常變化的主要特征,即異常黑膽質(zhì)是哮喘、腫瘤、抑郁癥、老年癡呆、高血壓、糖尿病等復雜性疾病的病理性產(chǎn)物。維醫(yī)對哮喘、腫瘤、抑郁癥、老年癡呆、高血壓、糖尿病等復雜性疾病具有獨特的認識和有效的療法,防治上述疾病的良藥(方藥和單味藥)繁多,療效顯著。近年來,哈木拉提·吾甫爾教授帶頭的維醫(yī)藥研究科研創(chuàng)新團隊,根據(jù)維醫(yī)藥基本理論,將“異常黑膽質(zhì)論”為重點,應用系統(tǒng)生物學、分子生物學、代謝組學、基因組學、蛋白質(zhì)組學等現(xiàn)代科學技術(shù),使維吾爾醫(yī)學以其鮮明特色與現(xiàn)代醫(yī)學科學實現(xiàn)完美接軌,研究維吾爾醫(yī)疾病、證候及方藥的科學內(nèi)涵,為維醫(yī)病證研究、氣質(zhì)體液診斷、臨床用藥提供了的科學依據(jù),同時為進一步開發(fā)安全、可控、有效的現(xiàn)代維藥奠定了基礎 。因此,以構(gòu)建多學科交叉融合綜合性特色維醫(yī)藥科研實驗室為目標,依托學科優(yōu)勢和省部級重點實驗室建設的科研實驗平臺,根據(jù)維醫(yī)藥基本理論,采用現(xiàn)代科研研究方法或手段,打造病證結(jié)合實驗研究平臺,構(gòu)建維醫(yī)藥特色科學研究與技術(shù)實驗中心,從而全面提升維吾爾醫(yī)藥學的人才培養(yǎng)的質(zhì)量和科研水平,為維吾爾醫(yī)藥事業(yè)的進步和發(fā)展作出貢獻。
2 建立健全的實驗室培訓制度、考核制度
隨著各項科研技術(shù)水平突的高速發(fā)展,實驗室設備、實驗技術(shù)的不斷更新,對與進實驗室進行科研事業(yè)的實驗人員提出了更高的素質(zhì)要求。無論是實驗技術(shù)人員,研究生還是博士生都被要求知識藍圖要不斷拓展,不僅僅要努力學習本專業(yè)的知識,還要懂得相關(guān)交叉學科的知識。因此,應加強對實驗技術(shù)人員技能培訓的同時,為每一次進出實驗室做實驗的人員定期組織培訓班、使得使用實驗設備與儀器的人員充分了解自己在做什么,怎么做,怎么進行。可通過邀請校內(nèi)外知名專家做專題講座等多種形式,不誤時節(jié)地將學術(shù)界最先進的科研技術(shù)與設備介紹給實驗人員,開闊他們的視野。年輕的實驗技術(shù)人員也應該加強對自身的要求,積極學習進修,用前沿的科學知識,先進的科技分析手段武裝自己,充分發(fā)揮年輕人的力量,使中青年實驗技術(shù)人員成為實驗室建設與發(fā)展的中流砥柱,這一系列措施將對發(fā)展出新的科研思路與手段有很大的幫助。而對實驗隊伍的考核制度就體現(xiàn)在是否能正確合理的運用維吾爾醫(yī)藥基礎知識并能熟練的運用到研發(fā)工作當中。
3 合理的人才梯度建設
實驗室建設是一個系統(tǒng)工程,它包含實驗隊伍、儀器設備、實驗材料、實驗室環(huán)境、文件檔案、資料信息等要素,其中最重要的和最關(guān)鍵的是實驗隊伍的建設[3]。實驗技術(shù)人員技能的嫻熟度與綜合素質(zhì)是整個實驗隊伍是否能成功協(xié)作的關(guān)鍵。因此,實驗隊伍中的人才梯度的建設與培養(yǎng)就顯得刻不容緩。實驗隊伍不僅僅代表科研人員,從廣義上講也包含著其他教學與科研的教師,實驗室管理者與進行實驗性論文的研究生,博士生等人員。因此,應當建立一個從知識經(jīng)驗與年齡層次相匹配的框架性隊伍,注重“前輩帶新人”的工作模式,以豐富的經(jīng)驗與知識藍圖使實驗室的各項工作安全,有效率的進行。盡可能多的使中青年科研人員積極參加各類前沿性的技術(shù)講座與培訓,使他們成為實驗室發(fā)展的骨干力量。
4 加強儀器設備管理
組織建立實驗室工作檔案(包括實驗室檔案、實驗項目、實驗講義檔案、實驗設備檔案、實驗室工作人員崗位日志等),組織上報實驗室各種報表、材料等。其中,對各類實驗儀器設備的維護工作是至關(guān)重要的。應建立實驗室儀器設備一覽表,內(nèi)容包括:購進日期、品名、型號、技術(shù)指標、制造廠名、保管人等內(nèi)容此外還需建立儀器的使用檔案,包括驗收清單,驗收記錄和圖譜,定期檢定的檢定書或記錄,為該儀器制定的標準操作規(guī)程,使用完的使用登記本(內(nèi)容可包括日期、開機時間、使用人、儀器狀態(tài)等項),登記本用完,歸入儀器檔案保存?zhèn)洳?。出現(xiàn)故障的處理和維修情況,維修后性能測試結(jié)果,更換備件數(shù)量登記,儀器降級或報廢測定數(shù)據(jù),報告和批準件等。儀器應有專人管理,負責儀器的定期檢查和維護,對不愛護儀器和違反操作規(guī)程的行為,提出批評與適當?shù)奶幜P。對外單位來實驗室要求使用儀器測試樣品的,應先由實驗室主任批準,辦理相關(guān)手續(xù)后,方可進行。
5 建設資源及儀器設備共享平臺
實驗室在自身容納能力許可的條件下,向符合條件的科研人員和研究生開放,提供完成研究工作和學位論文所需的條件。實驗室可根據(jù)進入實驗室的科研人員所用的試劑和實驗耗材的數(shù)量、實驗的難易程度和實驗時間、儀器使用時間、樣品量等確定收費預算,由此對于擁有課題支持、有一定科研經(jīng)費支持的教師,可以收取少量的使用費用;而對于沒有經(jīng)費的人員,以要牢固樹立為全校科研教學服務的責任意識,做到既要熱情服務,又要有序管理為原則進行登記制,從而提高實驗設施和儀器的使用率,促進實驗室科研事業(yè)的多樣化與技術(shù)的完善。與此同時,還可對校外提供技術(shù)服務,在降低實驗室運行成本的同時也可最大限度的為實驗室做宣傳,使得實驗室的各項科研業(yè)務進一步提高,實驗技術(shù)人員的信心與活力也得到進一步提升[4]。
6 結(jié)束語
建設具有特色的維醫(yī)藥科研實驗室不僅能提高維醫(yī)藥科研水平,且在培養(yǎng)高精尖專業(yè)人才、促進維醫(yī)藥事業(yè)的現(xiàn)代化等方面有著非常重要的現(xiàn)實意義。在高等教育越來越重視科研實力的大氛圍里,維醫(yī)藥科研實驗室的建立與發(fā)展儼然已成為主流趨勢,不就將來維醫(yī)藥學將會得到更加廣泛的支持與發(fā)展。
參考文獻
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[關(guān)鍵詞] 機能實驗;實驗教學;實驗室
[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] C [文章編號] 1673-7210(2013)01(a)-0146-03
[Key words] Functional experiment; Experiment teaching; Laboratory實驗教學是高等醫(yī)學教育的重要組成部分[1],它無論在鞏固、運用和完善知識體系和培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神、實踐能力方面,還是在培養(yǎng)學生實事求是的科學態(tài)度、養(yǎng)成嚴謹?shù)目茖W作風和勇于探索開拓進取的素質(zhì)方面,都發(fā)揮著不可替代的作用[2]。醫(yī)學機能實驗學是基礎醫(yī)學實驗科學中一個新興的分支學科,它以機體生理功能、疾病的發(fā)生發(fā)展機制、功能代謝變化和藥物作用規(guī)律為研究對象[3],將生理學、病理生理學和藥理學三個學科的實驗系統(tǒng)有機融合,實現(xiàn)了學科知識的相互滲透、交叉與融合應用。我校機能實驗室是在原有的生理、病理生理、藥理及實驗針灸等實驗室的基礎上經(jīng)優(yōu)化整合而組建的綜合性實驗室,它的成立改變了實驗教學依附于單一學科的傳統(tǒng)模式,順應了時代的發(fā)展潮流,為創(chuàng)新性實驗教學模式注入了新的活力。2012年3月我校醫(yī)學機能實驗室整體搬遷入新校區(qū),實驗室環(huán)境和設備層次得到了全面提升,為機能實驗教學改革奠定了堅實的基礎。
1 理順管理體制,完善運行機制
機能實驗室作為一個獨立的教學單位,在完成繁重的實驗教學任務的同時,還要進行日常的行政及教學管理、儀器設備及化學藥品的管理、實驗室建設等工作。因此,如何搞好機能實驗室的建設與管理,提高實驗教學質(zhì)量,實現(xiàn)培養(yǎng)學生實際動手操作能力、科研能力和創(chuàng)新意識的目標,是一項值得探索的課題。
1.1 創(chuàng)新實驗室管理模式
管理模式是指一種成型的、能供人們直接參考運用的完整的管理體系,通過這套體系可以規(guī)范管理手段,完善管理機制,發(fā)現(xiàn)和解決管理過程中的問題,實現(xiàn)既定的目標[4]。目前,我國高校的實驗室管理模式主要有校一級管理模式、校-院(系)二級管理模式和校-院(系)-教研室(組)三級管理模式三種,各有其優(yōu)點和不足。校-院(系)-教研室(組)三級管理模式是較傳統(tǒng)的管理模式,此種管理模式有利于教研室與實驗室、教師與實驗技術(shù)人員間的協(xié)調(diào),但容易造成研究領域單一、規(guī)模太小、資源浪費,從而形成“小而全”的局面。校-院(系)二級管理模式是我國多數(shù)高校采用的教學實驗室管理模式,它有利于調(diào)動各專業(yè)院系領導、教師的辦學積極性,促進學科的綜合與交叉,有利于實驗教學的整體發(fā)展。目前,我校機能實驗室實行的是校-院(系)二級管理模式,由基礎醫(yī)學院實驗教學中心統(tǒng)一管理。雖然二級管理模式普遍采用,但筆者在實驗教學過程中也發(fā)現(xiàn)了這種模式的不足。在這種二級管理模式下,實驗室與教研室關(guān)系較難協(xié)調(diào),部分理論課教師帶實驗的積極性下降,形成了“只講實驗,不指導實驗”的現(xiàn)象。另外,部分院(系)領導和理論課教師不了解實驗教學的特殊性,往往重視教研室(學科)的發(fā)展而忽視實驗室的建設,特別是對實驗室的整體規(guī)劃和實驗課程的改革顯得底氣不足。校一級管理模式最大限度地發(fā)揮了校級管理的職能作用,使實驗室真正成為獨立于各學院的實驗教學實體,不僅為實驗教學改革搭建了堅實的實踐平臺,而且有利于綜合設計性及科研性實驗的開設,從而有利于學生的實踐操作能力和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)[5]。筆者認為,校一級管理模式應該是基礎性教學實驗室的發(fā)展趨勢,對招生規(guī)模不太大的醫(yī)學類院校尤為適用。
1.2 強化實驗室內(nèi)部管理
機能實驗室可設的實驗課程及實驗數(shù)量較多,儀器設備龐大,為了保證實驗室各項工作的有序開展,實驗室管理的規(guī)范化、制度化就顯得尤為重要。我校機能實驗室搬遷入新校區(qū)之后,在注重實驗室硬件建設的同時,更注重實驗室軟件的完善。為此,我校實驗室制訂了實驗室崗位責任制、儀器設備管理制度、安全檢查制度、學生實驗守則等多項規(guī)章制度。在管理上,我實驗室實行主任負責制,實行以崗定人的崗位責任制,建立教師工作檔案,分工合作,權(quán)責明確,有效緩解了實驗室內(nèi)部人員相互推諉的現(xiàn)象,最大限度地保證了實驗室各項工作的正常有序進行。
2 優(yōu)化實驗教學內(nèi)容,體現(xiàn)能力培養(yǎng)
目前,我校機能實驗室開設的實驗課程歸納起來包括經(jīng)典實驗、綜合實驗和探索實驗三部分,旨在給學生能力的培養(yǎng)搭建一個平臺,活躍學生的思想,擴大知識視野,培養(yǎng)探索精神、獨立能力和創(chuàng)新精神。
2.1 經(jīng)典實驗——基本能力的訓練
醫(yī)學機能實驗技術(shù)是醫(yī)學生進入實踐操作的啟蒙環(huán)節(jié),其動手能力的培養(yǎng)及操作是否規(guī)范都與將來的臨床和科研密切相關(guān)。因此,筆者認為首先要把各領域的經(jīng)典實驗引入到實驗教學中,讓學生在驗證理論課所學知識的同時,掌握氣管插管、頸總動脈插管、離體標本的制備、神經(jīng)的分離等機能實驗的基本操作技術(shù),并教導學生要以科學的態(tài)度對待每次實驗。通過這種形式,學生不僅在短時間內(nèi)掌握了基本操作、基本方法、基本技能,還利用了已學過的理論知識,為以后開展的綜合性、探索性實驗打下了基礎。
2.2 綜合實驗——綜合能力提高
綜合性實驗是指實驗內(nèi)容涉及課程的綜合知識或者與本學科相關(guān)的其他學科知識的系統(tǒng)性實驗,也就是把多種基本的實驗方法和實驗手段有機地綜合到某一個實驗中,達到完整的、綜合的實驗目的[6]。在機能實驗教學中,綜合性實驗是一個不可或缺的環(huán)節(jié),例如,“體液因素及藥物對離體心臟活動的影響”就是一個典型的綜合性實驗項目,學生在已經(jīng)掌握了蛙類實驗基本操作技能的基礎上來做這一實驗并綜合運用藥理學、生理學的知識來分析實驗結(jié)果,不僅強化了理論知識,達到了融會貫通的目的,而且還實現(xiàn)了培養(yǎng)學生綜合能力的預期目標。作為實驗教師,要在綜合性實驗特別是跨學科的綜合性實驗的設置方面下工夫,在增加數(shù)量的同時保證質(zhì)量,全方位鍛煉學生的綜合能力。
2.3 探索實驗——科研能力的提升
探索性實驗在機能實驗教學中能體現(xiàn)學生的主體能動性和創(chuàng)新性,在培養(yǎng)學生實踐能力、創(chuàng)新意識、科學思維方法與嚴謹科學態(tài)度等方面都發(fā)揮著重要作用[7],因此增加探索性實驗項目應該是機能實驗教學的發(fā)展趨勢。在以往的教學實踐中,筆者發(fā)現(xiàn)探索性實驗的開設在培養(yǎng)學生能力的同時,也面臨了諸多的困難,歸納起來主要有兩點:首先是實驗實施規(guī)模較大,項目涉及范圍廣,給帶教及實驗準備造成了一定的壓力。探索性實驗需要講授、討論、實踐等多個環(huán)節(jié)的有機結(jié)合才能完成,這就要求帶課教師在實驗進行之前要先指導實驗設計,對實驗方案的可行性進行論證,而實驗技術(shù)人員要根據(jù)設計方案逐一準備試劑、材料和儀器設備等實驗用品,教學工作量很大,但有些院校并沒有在政策上體現(xiàn)多勞多得,這在一定程度上影響了教師及技術(shù)人員的積極性。其次是實驗條件及學時數(shù),一定程度上限制了探索性實驗的發(fā)展。目前,我校機能實驗室的硬件設施雖在一定程度上得到了發(fā)展和完善,但其擁有的實驗設備也僅限于大綱規(guī)定的實驗項目,這就使得學生的一些創(chuàng)新性強且有較大臨床意義的設計方案無法施行,不得已改成現(xiàn)有條件允許的設計方案。另外,探索性實驗存在許多不確定因素,應該允許失敗和重復,但由于受到學時數(shù)的限制,致使學生無法再進行實驗而最終以失敗告終。這些實際情況都在一定程度上打擊了學生的積極性,也使探索性實驗無法達到培養(yǎng)學生探索精神的目的。面對這些困難和問題,筆者認為,實驗教學應該在轉(zhuǎn)變教育思想和教學理念的同時,引入激勵機制和競爭機制。一方面,給予實驗教師及技術(shù)人員政策的支持和獎勵,調(diào)動教師的積極性,讓越來越多的教師加入到實驗教學的隊伍中來;另一方面,在學生中成立科研小組,引入競爭機制,激發(fā)學生的學習熱情,促進學生間的平衡發(fā)展。此外,學校還應支持實驗室的發(fā)展,加大投入以保障探索性實驗教學的需要。
3 加強人才培養(yǎng),穩(wěn)定實驗教學隊伍
硬件和軟件是實驗室建設的兩個方面,在一定程度上,軟件建設難于硬件建設,因為硬件建設可以在短時間內(nèi)解決,而軟件建設則要循序漸進,日積月累。搞好實驗室管理、提升實驗教學質(zhì)量的首要任務就是建設一支結(jié)構(gòu)合理、高素質(zhì)、穩(wěn)定的實驗教學隊伍。
3.1 解放思想,轉(zhuǎn)變觀念
實驗教學是富有活力和創(chuàng)造激情的教學,但我國高校傳統(tǒng)的實驗室管理體制確不夠完善,造成了實驗技術(shù)人員地位較低,工作缺少榮譽感,以致出現(xiàn)實驗室?guī)熧Y不穩(wěn)定的情況。有的理論課教師往往把實驗課當作是理論課的附設,上課精力投入不足,很少指導學生實驗操作,這樣就形成了實驗教學不重要,要求低,實驗技術(shù)人員低人一等的觀念和環(huán)境。因此,要搞好實驗室工作,促進實驗室管理體制的改革,首先要解放思想,轉(zhuǎn)變觀念。實驗室是高校教學、科研和社會服務的前沿陣地,而實驗技術(shù)人員是實驗室工作的中堅力量。作為實驗人員,應樹立自信心和全心全意為教學、科研服務的思想,積極獻身于實驗室工作。作為學校,也應該加大宣傳力度,重視實驗教學和實驗室工作,明確實驗技術(shù)人員的作用,提升其地位并得到大家的認同。
3.2 更新知識,提高素質(zhì)
現(xiàn)代化的實驗室,一是靠科學管理,二是靠提升實驗技術(shù)人員的文化和業(yè)務素質(zhì),管理是方法,實驗技術(shù)人員文化和業(yè)務素質(zhì)的高低是關(guān)鍵。一名優(yōu)秀的實驗技術(shù)人員,不僅要具有高度的責任心和豐厚的理論底蘊,還要掌握廣泛的現(xiàn)代科學儀器知識和嫻熟的動手操作能力,要經(jīng)過比較全面的培訓。因此,努力學習并不斷補充新知識,熟練掌握實驗技能,是每一位實驗技術(shù)人員應該具有的業(yè)務素質(zhì)。筆者認為,學校領導應充分認識到實驗技術(shù)人員的作用,為其提供更多的學習深造機會,使人才素質(zhì)得到真正的提高和發(fā)展。實驗室也可根據(jù)具體情況,構(gòu)建知識、能力、素質(zhì)三位一體的新型人才培養(yǎng)模式,定向培養(yǎng),區(qū)別對待,在抓好基礎及專業(yè)理論培養(yǎng)的同時,重點抓實驗技術(shù)及維修管理技能,從而將我們的實驗技術(shù)人員培養(yǎng)成基礎扎實、知識面寬、能力強、素質(zhì)高的一專多能型人才。此外,實驗室應積極落實青年教師導師制,強調(diào)對新引進的青年教師的培養(yǎng),充分發(fā)揮高水平教師的傳、幫、帶作用,并為青年教師創(chuàng)造更多的培訓機會,以使其能盡快承擔實驗教學任務,成為促進實驗室發(fā)展的重點力量。
3.3 穩(wěn)定實驗隊伍
長期以來,由于實驗技術(shù)人員不受學校的重視,導致實驗室?guī)熧Y隊伍不穩(wěn)定的情況,很多人不愿從事實驗教學工作,一有機會就往教師隊伍靠,這種情況在青年教師中尤為突出,在一定程度上制約了實驗隊伍的發(fā)展。面對這些情況,筆者認為,學校、二級學院乃至實驗室應制定相關(guān)的政策,在大力引進師資的同時要穩(wěn)定現(xiàn)有的實驗隊伍,留住人才,用好人才,主要表現(xiàn)在三個方面:第一,事業(yè)留人。學校應加強教學科研設施的建設,在項目申請上向?qū)嶒炄藛T適當傾斜,讓實驗人員的科研能力有充分的發(fā)揮空間。第二,待遇留人。學校應在職稱、津貼、進修等多個方面給予政策傾斜,為實驗人員解決后顧之憂,從而在穩(wěn)定現(xiàn)有技術(shù)人員的同時,吸收更多的新鮮血液,使實驗技術(shù)隊伍更具生命力。第三,感情留人,在實際工作中要對實驗人員給予充分的信任和尊重,對其工作和生活要關(guān)心和支持,對其成績要給予肯定和鼓勵,對其有益的意見和建議要給予重視和采納。同時,要努力在實驗室內(nèi)樹立濃厚的學術(shù)風氣,開展各種形式的學術(shù)活動,不斷拓寬學術(shù)氛圍,使實驗技術(shù)人員在平等、活躍的學術(shù)環(huán)境中快樂地工作。
4 結(jié)語
醫(yī)學機能實驗學的發(fā)展和機能實驗室的建立是醫(yī)學教育目的再認識的結(jié)果,也是醫(yī)學教育改革的必然趨勢。我們會在現(xiàn)有實驗室建設的基礎上不斷總結(jié)經(jīng)驗,加強實驗室建設與管理,優(yōu)化實驗教學管理模式和實驗教學內(nèi)容,為培養(yǎng)適應現(xiàn)代醫(yī)學發(fā)展的高素質(zhì)的醫(yī)學人才而努力。
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為了培養(yǎng)適應21世紀需要的醫(yī)學人才,1995年9月原 中山醫(yī)科大學以世界銀行貸款支持的高等教育發(fā)展項目的 實施為契機,在國內(nèi)率先對基礎醫(yī)學課程教學實驗室管理 體制進行改革,撤銷了各教研室所屬的實驗教學實驗室,組 建成實驗教學中心,中心下設4個實驗室:化學、生物化學實 驗室,形態(tài)學實驗室,實驗生理科學實驗室和綜合實驗室。 承擔我校臨床醫(yī)學、預防醫(yī)學、法醫(yī)學、口腔醫(yī)學、視光學、醫(yī) 學影像學、營養(yǎng)學、護理學、醫(yī)學檢驗等本科專業(yè)、七年制臨 床醫(yī)學專業(yè)、研究生、成人教育本科班、??瓢嘟^大部分的 基礎醫(yī)學實驗教學任務。2001年10月中山大學與中山醫(yī) 科大學合校以后,新的中山大學決心以“高起點、高水平、高 效益”的標準創(chuàng)建校級基礎醫(yī)學實驗教學中心。根據(jù)學科 課程的特點,在資源共享的理念的指導下,對原有的基礎醫(yī) 學實驗課程進行了優(yōu)化整合,重新組建了中山醫(yī)學院教學 中心實驗室,包括分子醫(yī)學實驗室(適宜課程為生物化學、 免疫學、遺傳學)形態(tài)學實驗室(適宜課程為組織胚胎學、 病理學、生物學)病原生物學實驗室(適宜課程為寄生蟲 學、微生物學)實驗生理科學實驗室(適宜課程為藥理學、 生理學、病理生理學)人體解剖學實驗室和醫(yī)用化學實驗 室。在學校和學院的領導與支持下,通過多年的建設和 “ 985專項實驗室建設”資金的投入,實驗室增添了一大批先 進的教學儀器設備,加強了實驗教學手段,改善了教學環(huán)境, 提高了實驗技術(shù)水平,為培養(yǎng)適應新世紀國家建設與社會 發(fā)展需要的、具有國際競爭能力的高素質(zhì)創(chuàng)新實踐性醫(yī)學 人才創(chuàng)造了條件,提供了良好的實驗教學技術(shù)平臺?;A醫(yī) 學教學實驗室管理體制的改革已經(jīng)取得明顯成效,先后獲 得衛(wèi)生部、教育部及廣東省高等教育廳和學校多項教改課 題資助,取得了一批有示范推廣意義的成果,獲得了國家級 優(yōu)秀教學成果二等獎1項,廣東省優(yōu)秀教學成果一等獎3 項,現(xiàn)已發(fā)展成為在國內(nèi)有重要影響的基礎醫(yī)學實驗教學 單位之一。2005年3月,中山大學正式成立中山大學基礎一,還被評為廣東省首批高等教育實驗教學示范中心。
1 明確提出基礎醫(yī)學實驗教學理念與改革思
路實驗室是高等學校進行教學和科研的重要場所,是學 校教學和科研水平的重要標志,對提高教學質(zhì)量和科研水 平產(chǎn)生影響。為鼓勵實驗教學人員、實驗技術(shù)人員和實驗 管理人員進行科技研究和革新,學校制訂了一系列相關(guān)政 策來正確評價他們做出的貢獻,調(diào)動他們的積極性和創(chuàng)造 性,積極為實驗教學、科學研究工作提供良好的技術(shù)服務和 條件保障。
中山大學將實驗教學置于與理論教學同等重要的地 位,實驗室建設和管理、實驗教學研究和改革(包括綜合性 和創(chuàng)新性實驗項目的建立)由設備與實驗室管理處負責。 學校擬建立以學校為主導的校級實驗教學中心和以學科專 業(yè)為主的功能實驗室,搭建文、理、醫(yī)基礎教學大平臺?,F(xiàn)已 撤銷了學校原有的90多個教學實驗室,建立了 3個校級實 驗教學中心和學院管 理的 9個實驗中心 及專業(yè)實驗室 建立 了集教學、科研于一體的實驗教學中心,為進行實驗教學改 革提供了條件。
學校將對實驗教學中心在管理體制、運行機制、實驗人 員隊伍建設和設備管理等方面進行新的探討。由各學院提 出實驗室建設需求,并負責實驗教學,由設備與實驗室管理 處統(tǒng)籌規(guī)劃,實驗教學中心提供條件保障,分工合作;以實 驗教學改革帶動實驗室建設,建立一體化、多層次、開放式 的實驗教學體系,由驗證式實驗教學轉(zhuǎn)變?yōu)樘骄啃浴⒀芯?性、綜合性實驗教學,為創(chuàng)新性實驗教學提供平臺,培養(yǎng)實 踐和動手能力強的高素質(zhì)人才。在實驗人員隊伍建設方 面,實行實驗教學人員和管理人員分開,培養(yǎng)管理專門化隊 伍,人員定編、定崗、定員,實驗教學人員實行統(tǒng)一管理、管用 分離、開放共用、專管共用的機制,并逐步提高實驗教學人 員的素質(zhì)。
中山大學基礎醫(yī)學實驗教學中心屬于校級實驗教學中 心建制,由學校委托基礎醫(yī)學院進行管理,實行校、院二級 管理。實驗中心的管理理念是:以教學為中心,以服務為 目標,以管理出效益,以培訓為基礎。做到五個“一流”,即 一流管理理念、一流人才隊伍、一流服務意識、一流條件保 障和一流教學質(zhì)量。
我們將建立一個為基礎醫(yī)學實驗教學服務的大平臺, 實現(xiàn)實驗資源有效共享、實驗室的開放和創(chuàng)新,保證全校基 礎醫(yī)學課程的相關(guān)實驗教學任務的順利落實和完成,為我 校培養(yǎng)創(chuàng)新性和研究性醫(yī)學 人才 提供條 件和 服務 在 2 年 ~ 3年內(nèi)爭取建設成為國家實驗教學示范中心。
2 構(gòu)建有特色的基礎醫(yī)學實驗教學課程體系
2.1基礎醫(yī)學實驗教學改革的背景
目前,國內(nèi)外醫(yī)學教育主要有如下三種教學模式:以器 官系統(tǒng)為中心的教學模式,以問題為基礎的教學模式和以 學科為中心的教學模式。我國當前大多數(shù)院校的醫(yī)學教學 模式屬于第三種,這種模式存在的主要問題有:①每門課程 都有對應的獨立的教研室,每個教研室都有自己的學生實 驗室,由各教研室負責理論和實驗教學,實驗課從屬于理論 課教學,以驗證課堂教學理論為主要目的。而隨著醫(yī)學的 發(fā)展,理論教學內(nèi)容越來越深入,實驗課內(nèi)容已經(jīng)越來越不 現(xiàn)“機體從徤康到病死,’這一整體性,但以學科為中心的教 學模式使人體系統(tǒng)知識被人為分成的諸多學科所分割。因 此,淡化學科界限、整合課程內(nèi)容是基礎醫(yī)學教學改革的一 項重要課題。③醫(yī)學教育應該重新認識實驗教學的地位和 重要性。隨著醫(yī)學科學的發(fā)展和醫(yī)學模式由“生物醫(yī)學模 式,’向“生物一心理一社會醫(yī)學模式,’的轉(zhuǎn)變,高等醫(yī)學教育 的目標轉(zhuǎn)變?yōu)榕囵B(yǎng)高素質(zhì)的創(chuàng)造型人才。醫(yī)學教學的實踐 性很強,實驗教學是理論聯(lián)系實際的重要環(huán)節(jié),實驗課教學 不僅傳授“系統(tǒng)性,“整體性,’的醫(yī)學知識,更應該成為培養(yǎng) 學生創(chuàng)新能力的重要場所,要在實驗課教學過程中培養(yǎng)學 生的科研能力。
2.2構(gòu)建有特色的基礎醫(yī)學實驗教學課程體系
基礎醫(yī)學實驗教學是構(gòu)成高等學校課程教學的重要組 成部分。實驗教學中心按照新世紀經(jīng)濟建設和社會發(fā)展對 高素質(zhì)創(chuàng)新型人才的需要,將實驗教學同理論教學緊密結(jié) 合,科學地設置實驗項目,并注重先進性、開放性和科研成果 的轉(zhuǎn)化,形成適應學科特點的、系統(tǒng)的、科學的、完整的課程 體系,自行研制開發(fā)實驗設備和實驗軟件,開展具有自身特 色的實驗項目并應用于實驗教學,探索實施開放式實驗教 學。1]全面培養(yǎng)學生的科學作風,實驗技能以及綜合分析、 發(fā)現(xiàn)和解決問題的能力,使學生具有創(chuàng)新精神和實踐能力。
2.3構(gòu)建有特色的基礎醫(yī)學實驗課程體系本中心
開設的各門實驗課程均包括基本實驗、提高型 實驗(綜合性、設計性、應用性等實驗)和研究創(chuàng)新型實驗, 其中提高型、研究創(chuàng)新型實驗應當在全部實驗項目中占有 一定的比例。中心實行開放式教學,實驗室提供選題(含必 修、選修)學生可以自帶題目,中心為學生提供技術(shù)指導等 全方位服務。中心承擔的實驗課程主要有:分子病原生物學 (病原體形態(tài)與病原學檢測實驗、病原體的免疫學檢測試 驗、病原體的分子生物學檢測試驗、病原生物學綜合實驗、開 放性實驗)生命化學基礎技能實驗,分子醫(yī)學技能、實驗生 理科學、人體解剖學(含斷層解剖學和局部解剖學)組織學 與細胞生物學實驗,病理學實驗。
分子病原生物學實驗課程教學時數(shù)為98學時,實驗項 目35個。其中,基礎實驗10個,技能熟練實驗9個,綜合性 實驗11個,綜合與創(chuàng)新實驗5個。此外,還有21個探索性 實驗,供學生課余科研小組及七年制醫(yī)學生選修。學生也可 以在課余時間自選課題進行研究,每個課題在一個學期內(nèi) 完成。生命化學基礎技能實驗是將原來的醫(yī)用基礎化學實 驗和醫(yī)用有機化學實驗課程的內(nèi)容優(yōu)化重組而成,實驗項 目總數(shù)19個,共57學時,其中基本技能實驗14個占42學 時,探索性實驗5個占15學時。分子醫(yī)學技能教學時數(shù)為 150學時,其中基本技能實驗42個占75學時,探索性實驗 29個占75學時。實驗生理科學總時數(shù)為72學時,教學按 照三個階段進行,即基本知識、基本技能實驗12學時,綜合 性實驗40學時,探索性實驗20學時。人體解剖學總學時數(shù) 為126學時,其中基本知識、基本技能實驗100學時,綜合性 實驗20學時,探索性實驗6學時。組織學與細胞生物學實 驗總學時數(shù)為85學時,其中基本知識、基本技能實驗60學 時,綜合性實驗15學時,探索性實驗10學時。病理學實驗 總學時數(shù)為65學時,其中基本知識、基本技能實驗40學時,3實驗教學與科研、臨床等實際應用密切結(jié)合3 1人體解剖學實驗室人體解剖學實驗室在全國率先提出并實施“系統(tǒng)解 剖一局部解剖相結(jié)合的解剖學教學新模式”這一教學模式 符合當前醫(yī)學教育課程改革的綜合、精簡、聯(lián)系臨床的整體 趨勢,減少了如肌肉、血管、神經(jīng)等知識內(nèi)容的大量重復,并 在整體上保持系統(tǒng)解剖一局部解剖一中樞神經(jīng)系統(tǒng)解剖的 循環(huán)教學方式,有機地彌補了傳統(tǒng)的局部解剖學和系統(tǒng)解 剖學相分離的教學模式的缺陷;該模式增加了學生解剖操 作的時間,使學生動手操作的機會增多,“讓學生從解剖實 踐中學習解剖知識”從而充分調(diào)動了學生學習人體解剖學 的積極性,提高了學生動手操作的能力與觀察和分析問題 的能力。教師能夠在一個學期內(nèi)完成該課程的教學,因而 有較多時間從事科研和教學研究,有利于教學與科研相結(jié) 合和教學內(nèi)容的改革。這種新的教學模式的建立帶動了人 體解剖學課程的建設,促進了本門課程教學內(nèi)容、教學方法 和考試等方面的改革。該教研室還安排臨床手術(shù)科室教師 參加人體解剖學實驗教學,從而促進了基礎與臨床的雙向 滲透,促進了人體解剖學與臨床醫(yī)學的密切聯(lián)系,使實驗教 學生動活潑,激發(fā)了學生學習人體解剖學的興趣。教研室 還采用諸如討論式教學、教師指導下的學生自導學習,安排 學生參加暑期科研活動(simmersiudent)等多種方式,引導學生積極主動地學習人體解剖學,以培養(yǎng)學生主動獲取知 識及動手操作的能力。2'5J3 2形態(tài)學實驗室形態(tài)學實驗室負責的生物學、組織胚胎學和病理解剖 學都是通過顯微鏡來觀察正常的或病理的細胞和組織的形 態(tài),在授課內(nèi)容上互有關(guān)聯(lián)又有重復。實驗室擬把部分教 學內(nèi)容統(tǒng)一歸由某一學科重點講授,這樣既可以減少課程 間的重復,節(jié)省學時,又可以保持課程的系統(tǒng)性。因此,要求 各學科教師不僅要精通本學科的知識,而且對其他學科的 知識也要有相當?shù)牧私狻_@樣在授課時才能將3門課程內(nèi) 容融會貫通,避免不必要的重復,有利于增加授課的趣味性 和實用性。組織3個學科的教師相互聽課,促進相互了解, 優(yōu)化3門課程之間的組合,在實驗教學內(nèi)容上也可以適當交 叉滲透。例如,在學習正常組織顯微結(jié)構(gòu)時,也讓學生觀看 一些病理切片,讓學生開闊視野、活躍思維,并調(diào)動學生學 習組織胚胎學的積極性。
3.3機能實驗室機能實驗室
把生理學、病理生理學與藥理學3門實驗課 程有機地重組成一門“實驗生理科學”獨立開課,獨立考 核,不與理論教學同步進行。實驗生理科學教學打破過去 以教師為中心、以教室為中心、以書本為中心的教學模式, 樹立教師在教學中的主導作用與學生在教學中的主體地 位,促進學生主動參與,促進師生雙向交流,促進個性化教 學,從而對培養(yǎng)學生的綜合素質(zhì)起到了極大的促進作用。 該研究于2001年獲得國家級優(yōu)秀教學成果二等獎及廣東省 優(yōu)秀教學成果一等獎。從2000年起,該教研室還啟動了 “高等醫(yī)學教育機能學科實驗教學深化改革的研究”計劃, 該研究已在教育部“高等醫(yī)藥教育世行貸款教改項目”中 立項并獲得資助,該研究把“實驗生理科學”的教改引向深 科學教程》該教材已被教育部評為高等教育“面向21世紀 課程教材”。該教研室還引進網(wǎng)絡信息技術(shù),創(chuàng)建成功先進 的、多功能的網(wǎng)絡化機能教學實驗室,把實驗技術(shù)水平推上 一個新的臺階,在全國居于領先地位。[6J實現(xiàn)了實驗教學手 段現(xiàn)代化,促進了教學質(zhì)量的進一步提高;積極開展多媒體 教學與遠程教學,進一步改進了教學方法,推行創(chuàng)新教育,對 探索性實驗的實施與管理做了進一步的探索,并積累了寶 貴的經(jīng)驗。教研室還進一步完善了學生成績評價體系;成功 地舉辦了國家級繼續(xù)教育項目“網(wǎng)絡化實驗室的創(chuàng)建與應 用講習班”。機能學科的教改大大促進了學生綜合素質(zhì)、開 拓創(chuàng)新精神與各方面能力的提高。
3.4病原生物學實驗室
病原生物學實驗室將原有的醫(yī)學微生物學的實驗和人 體寄生蟲學的實驗內(nèi)容優(yōu)化、創(chuàng)新、重組成為病原生物學實 驗課。病原生物學實驗課將保留部分基礎實驗內(nèi)容,如病原 的形態(tài)學,使之與臨床應用相結(jié)合,構(gòu)成病原體形態(tài)與病原 學檢測實驗系列。該課程還將把免疫學、生物化學及分子生 物學的臨床診斷新技術(shù)引用到實驗教學中,開設病原體免 疫學檢測實驗和分子生物學檢測實驗系列。增設一些綜合 性的病原生物學實驗,并在綜合性實驗中設置病例討論,使 學生能夠早期接觸臨床。此外,還增加了探索性實驗,供學 生課余科研小組和七年制醫(yī)學生選做,鼓勵學生自選課題 做實驗。Iq全面開展計算機多媒體教學,使圖像逼真、生動、 重點突出,學生易于掌握。
3.5分子醫(yī)學實驗室
分子醫(yī)學目前正沿著基礎研究、應用研究、高技術(shù)開發(fā) 的模式不斷深入發(fā)展,逐漸滲入生物學、臨床醫(yī)學、預防醫(yī)學 等各個領域,并形成多分支學科和交叉學科,而各學科與分 子醫(yī)學的有機結(jié)合,又產(chǎn)生了一大批新的學科增長點和研 究成果。目前,學科的相互滲透、融合是現(xiàn)代科學發(fā)展的必 然趨勢。免疫學、遺傳學及生物化學相互融合的趨勢正在形 成,一門嶄新的學科——分子醫(yī)學正呼之欲出。將免疫學、 遺傳學、生物化學和分子生物學合為一門學科——分子醫(yī) 學,并在此基礎上開設高級實驗課程,不但順應了現(xiàn)代醫(yī)學 的發(fā)展趨勢,有利于培養(yǎng)掌握現(xiàn)代醫(yī)學尖端技術(shù)的高級醫(yī) 學人才,而且課程優(yōu)化重組也有利于儀器設備的優(yōu)化共享 提高儀器設備的利用率,避免重復建設,有利于學科之間的 合作互利。該門實驗課程將原有的免疫學、生物化學、遺傳 學3門實驗課內(nèi)容進行優(yōu)化與整合,刪除陳舊的或重復開設 的實驗,增加綜合性實驗,設置創(chuàng)新性、探索性實驗,使學生 能夠盡早熟悉診斷疾病的各種實驗室方法以及重大疾病的 分子診斷方法。開放實驗室,為學生自行設計并完成實驗提 供條件,有利于培養(yǎng)學生的動手能力及創(chuàng)造能力,達到全面 提高學生整體素質(zhì)的目的。
4 創(chuàng)新實驗教學方法與手段
4.1根據(jù)學科特點建立以學生為中心、以學生自我訓練為 主的教學模式
實驗中心開展的實驗教學從學生的認識規(guī)律和實際水 平出發(fā),實驗安排由淺入深、由簡單到綜合,并能充分調(diào)動學 生學習的主動性。學生通過實驗教學掌握了基本實驗操作 方法,能夠正確地使用儀器設備,準確地采集實驗數(shù)據(jù)。使觀察實驗現(xiàn)象并進行分析判斷、邏輯處理、做出結(jié)論的能 力;正確設計實驗(選擇實驗方法、實驗條件、儀器和試劑 等)并通過查閱手冊、工具書及其他信息源獲得信息以解 決實際問題的能力。注重培養(yǎng)學生實事求是的科學態(tài)度, 百折不撓的工作作風,相互協(xié)作的團隊精神,勇于開拓的創(chuàng) 新意識。
4.2運用現(xiàn)代化技術(shù)及先進的實驗教學手段,促進虛擬、仿 真實驗與實際實驗相結(jié)合
本中心充分利用網(wǎng)絡,使用計算機輔助實驗教學軟件 和多媒體教學課件,推廣運用虛擬、仿真等實驗技術(shù)手段。 中心承擔的各門實驗課程均在教學中充分運用現(xiàn)代教育技 術(shù),各實驗室均有多媒體設備,形態(tài)學實驗室有3間數(shù)碼互 動(mctiq實驗室,中心建有網(wǎng)站,初步實現(xiàn)了網(wǎng)上教學和學 習。中心實行開放式教學,教學中全面運用計算機多媒體 教學,并采用多種實驗技術(shù)和教學方法。中心計劃內(nèi)的教學任務服從教學計劃的安排,實驗室 每天開放時間不少于10小時,有的實驗可以實行階段性全 時開放或預約開放。這些教改措施大大促進了學生綜合素 質(zhì)、開拓創(chuàng)新精神與各方面能力的提高。
4.3實驗教學的考試與考核改革
本中心實驗教學的考試與考核鼓勵創(chuàng)新,采取平時成 績同期末考試成績相結(jié)合的做法。平時成績以實驗操作、 實驗結(jié)果及實驗報告是否準確、規(guī)范為主要依據(jù)。對開展 探索性、研究性和綜合性實驗的學生要求提交論文,為鼓勵 學生在實驗中有所創(chuàng)新,對于有創(chuàng)見的學生,成績從優(yōu)。實 驗成績要登記、建檔。例如,人體解剖學改革實驗課考核,采 取課堂評分與標本考試相結(jié)合的方式,增加實驗技能標本 考試的比例,建立標本試題庫等,使考試成為引導學生思 考、創(chuàng)造的“指揮棒”
5 重視實驗教材建設,豐富教學資源
實驗教學中心擬定了正式出版的與理論教學相結(jié)合的 自編實驗教材和中長期編制實驗教材的計劃,并對教材的 選用實行以下原則:各實驗課均使用自編或引進的高水平 教材;教材應當多樣化(包括立體化教材)并有廣闊的覆蓋 面和足夠的實驗項目(包括計算機輔助實驗教學軟件和多 媒體教學課件)教材內(nèi)容應當反映課程內(nèi)容與體系改革以 及實驗教學改革和研究的成果,既要體現(xiàn)基礎性又要具有 先進性,既要體現(xiàn)學科內(nèi)涵、實驗內(nèi)容的更新,又要有反映 新技術(shù)、新方法、新設備的現(xiàn)代實驗技術(shù)和手段;教材要符 合實驗教學大綱的要求,對不同專業(yè)的實驗課程教學留有 充分的選擇余地;各類實驗教材要在保證質(zhì)量的原則下充 分體現(xiàn)自身的特色。中心鼓勵實驗教學教師在學校和設備 處課題資助下,與出版社合作編寫教材,目前已正式出版的 實驗教材有《實驗生理科學教程》等20余部。
關(guān)鍵詞:材料;本科;創(chuàng)新能力;實驗平臺
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:1674-9324(2014)41-0269-03
一、前言
高等教育的任務是要合理調(diào)配和使用有限的教育資源,為國家培養(yǎng)更多、更好的人才和創(chuàng)造更多、更好的科研成果,而創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是高等教育人才培養(yǎng)中的重中之重。黨的十六屆五中、六中全會做出了建設創(chuàng)新型國家的戰(zhàn)略決策,而建設創(chuàng)新型國家決定的因素是人才,關(guān)鍵是創(chuàng)新型人才。創(chuàng)新型人才對黨和國家事業(yè)發(fā)展至關(guān)重要。作為建設創(chuàng)新型國家重要支撐和動力的高等學校,必須不斷提升自主創(chuàng)新能力,真正擔負起培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的重任。面對經(jīng)濟社會發(fā)展的新形勢,加強大學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng),探索適合我國國情的高等學校創(chuàng)新人才培養(yǎng)之路,是當前我國高等教育面臨的重要問題。培養(yǎng)大批接受過良好工程教育,具有堅實基本工程素養(yǎng)和卓越創(chuàng)新能力的未來工程師,是國家走新型工業(yè)化道路、建設創(chuàng)新型國家戰(zhàn)略目標的必然要求。教育改革必須適應培養(yǎng)創(chuàng)新人才的需要,因此,培養(yǎng)創(chuàng)新型人才已成為現(xiàn)階段我國高等院校在人才培養(yǎng)中的首要任務,是實現(xiàn)創(chuàng)新型國家戰(zhàn)略目標的重要保障。
二、材料學科創(chuàng)新人才培養(yǎng)現(xiàn)狀
材料是一個科技含量高、學科范圍廣、技術(shù)密集、應用性強的學科,其理論構(gòu)想、創(chuàng)意、驗證和研究都必須依賴實踐來完成,即通過理論與實踐的結(jié)合,使其有形化、物質(zhì)化。實驗教學在材料專業(yè)教育中占據(jù)著戰(zhàn)略性的重要地位,是培養(yǎng)材料領域創(chuàng)新人才的關(guān)鍵環(huán)節(jié),具有其他任何教學方式不可替代的獨特作用。實驗室能為學生提供一個實踐平臺,學生在實踐教學中不僅學習科學實驗的基本知識、方法和技能,更要受到嚴謹?shù)目茖W作風訓練,培養(yǎng)科學的世界觀和方法論,在科學實驗產(chǎn)生科技發(fā)展突破性成果的一個個實例中激發(fā)探索精神和創(chuàng)新激情,形成創(chuàng)新人才所必須具有的獨立思考能力,分析問題、解決問題的綜合能力和創(chuàng)新能力。在目前的材料類專業(yè)實驗教學過程中,一般是將本科教學和科研分開,本科實驗教學自成一體,有專門的實驗室,專門的實驗人員負責指導學生實驗,而科研資源是博導、碩導帶著研究生在科研實驗室進行科學研究。本科教學實驗項目幾年甚至幾十年不變,而在當今科學技術(shù)發(fā)展日新月異,知識爆炸的年代,這一本科實驗教學模式顯然與時代的發(fā)展不符,與培養(yǎng)創(chuàng)新性材料人才的目標相差甚遠。以山東理工大學材料學院的本科教學實驗為例,本科教學實驗室承擔材料科學與工程、材料化學和高分子材料與工程三個本科專業(yè)的實驗教學任務,該體系傳授材料學科基本實驗知識和技能,但對于訓練學生科學思維方法和創(chuàng)新實踐能力則力不從心。而學科所擁有的國家工業(yè)陶瓷工程研究中心等科研平臺不承擔一個本科實驗教學項目,在創(chuàng)新性材料人才培養(yǎng)過程中暴露出許多不足。因此,我們將材料科學與工程實驗中心的材料學科教學和科研實驗資源重新配置,最大限度的做到資源共享,提高利用效率,期望能更好地服務于本科教學,提高材料類本科創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)質(zhì)量,同時也拓寬了科研和社會服務資源,為高校實驗平臺資源建設和管理模式改革進行探討。
三、材料學科教學科研一體化實驗平臺的建設措施和成果
我們的實驗室改革圍繞如何科學配置實驗資源和功能,最大限度的做到資源共享,提高利用效率,更好服務于教學、科研和社會服務的開展,提高大學生的創(chuàng)新能力,其中主要進行以下幾方面的工作。
1.材料學院實驗資源現(xiàn)狀分析。截至2007年,材料科學與工程學院材料學科實驗室完成了初級建設階段,擁有了較為完整的學科教學實驗體系和實驗基礎條件,實驗設備總值達到了950余萬元,但是沒有一臺單價5萬元以上的設備,承擔著材料學科三個本科專業(yè)的實驗教學任務,實驗任務由實驗中心的專職實驗員準備、指導完成。而以國家工業(yè)陶瓷工程研究中心為代表的科研平臺科研儀器設備資源總值達到了1800余萬元,其中5萬元以上的設備50余臺件,承擔研究生培養(yǎng)和教師的科研任務。但科研平臺在運行中暴露出許多問題,比如管理人員不足、設備開發(fā)利用不夠、教學科研資源分離,導致資源設備的利用效益偏低,大型設備的人才培養(yǎng)功能得不到利用,設備的領用、管理、使用、服務機制不夠健全。這種狀況使大型設備的人才培養(yǎng)功能得不到利用,本科生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)得不得保障。隨著學校建設教學科研型大學目標的提出,學校進入內(nèi)涵式發(fā)展階段,材料學院也明確提出以培養(yǎng)“能力強、素質(zhì)高、具有創(chuàng)新精神的應用型人才”為目標。因此,如何做好實驗資源的優(yōu)化配置、精細管理和充分共享,推動教學科研社會服務三大功能的實現(xiàn),具有重要的現(xiàn)實意義。
2.教學、科研一體化實驗平臺建設。課題組通過調(diào)研相應高校材料學科實驗室建設的情況,研究分析我校材料學科實驗教學及科研方向等,針對實際找出實驗資源配置、共享、使用、管理中存在的問題。通過分析問題,制定調(diào)整改進管理辦法并付諸實施。根據(jù)學科特點和儀器設備類型重新劃分實驗室,按照專業(yè)培養(yǎng)方案要求,確定實驗室的教學功能,充分整合學科資源建設教學科研一體化實驗平臺,打破教學科研資源壁壘,實施學科實驗資源共享,以中心為依托統(tǒng)一構(gòu)建學科教學科研實驗平臺。不再將實驗室明確分為本科教學實驗室和科研實驗室,將原來的本科教學實驗室和各類研究中心(國家工業(yè)陶瓷材料工程技術(shù)研究中心、山東省陶瓷基復合材料重點實驗室、山東省陶瓷基復合材料工程技術(shù)研究中心實驗室、工程陶瓷制備技術(shù)國家地方共建工程中心、先進陶瓷材料研究所、功能高分子材料研究所、晶體材料研究所、表面工程研究所、皇冠新材料研究所、鯤鵬精細陶瓷材料研究所、15個校企共建工程技術(shù)中心等)有機整合為材料學科教學科研共享資源平臺,平臺管理人員實行專兼結(jié)合,實驗室專職人員負責儀器設備管理、維護和維修工作,兼職教師參與實驗教學的指導和實驗室的管理工作。實驗中心的大型精密貴重儀器設備實行專人專管,將中心擁有的29臺大精貴儀器設備按照功能分為15個機組,每個機組聘用2名以上的管理人員,實行機組負責制,每個機組必須利用大精貴儀器開設3項以上本科實驗項目。材料學科教學科研一體化實驗平臺實行時間和儀器設備全方位開放。大學生可以利用實驗平臺信息網(wǎng)站進行實驗儀器設備使用預約、實驗時間預約。實驗時間上的開放,可以讓學生能夠自主選擇安排實驗,有力調(diào)動了學生學習的主動性和積極性。實驗設備自由開放,學生在實驗室預約登記后就可以隨時去實驗室進行實驗,實驗室會有專門的實驗教師安排指導。
3.開展創(chuàng)業(yè),創(chuàng)新訓練、競賽,與教學實驗互相補充。材料學科教學科研一體化實驗平臺除具備進行大學生實驗教學功能外,還建設成為大學生創(chuàng)業(yè)、創(chuàng)新訓練、學科競賽的平臺。利用平臺優(yōu)質(zhì)資源開展各層次的材料實驗技能大賽、新材料創(chuàng)新設計大賽、組織參加“挑戰(zhàn)杯”創(chuàng)業(yè)計劃大賽,開展國家級、校級科技創(chuàng)新項目,與實驗教學互相補充,彌補實驗教學在教學內(nèi)容和模式上的局限和不足,形成完整的實踐創(chuàng)新體系,這是提高當代大學創(chuàng)新素質(zhì)的有效途徑。
4.充實實驗教學隊伍,提高實驗教學質(zhì)量。教學科研一體化平臺聘任高水平的理論課教師和科研人員參與到實驗教學中,充實實驗教學隊伍,提高實驗教學隊伍水平和素質(zhì)。目前平臺已經(jīng)聘請了28名專任教師為兼職實驗指導教師。中心實行實驗室工作人員的動態(tài)流入機制,提高了實驗指導人員的數(shù)量和水平。實行“科研導師”制,為每個本科生配備科研導師,引導本科生參加科技創(chuàng)新活動,以大學生第二課堂創(chuàng)新研究活動和開放實驗室項目為紐帶,加強課外實驗教學,將實驗教學延伸到學科的科研基地,逐漸使課外實驗教學成為培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的重要途徑之一。
5.規(guī)范過程管理,完善監(jiān)控體系。實驗資源平臺建立以后,運行和管理由實驗中心統(tǒng)一組織和協(xié)調(diào),學科實驗教學指導委員會負責對實驗教學的重大問題進行決策。建立完善各項平臺運行過程管理制度、平臺開放制度和質(zhì)量監(jiān)控評價體系。實行實驗室房間責任人制和大精貴儀器設備機組負責制,實驗室責任人和大型機組每年年底考核,考核的主要內(nèi)容包括為大學生服務的實驗項目數(shù)、實驗教學質(zhì)量、指導大學生創(chuàng)新項目數(shù)、參與學生人數(shù)和大學生獲獎情況等方面,考核合格的實驗室和機組續(xù)聘,不合格的解除聘用。
6.教學科研一體化實驗平臺實踐效果。實驗教學打破本科生實驗單一的演示實驗方式,組織各種形式的興趣科技小組,配備大型精貴設備機組責任人為指導教師,讓學生參與到教師的科研課題中,在實驗研究過程中提高樣品處理、儀器操作、結(jié)果分析等實驗技能。平臺“以研究引領教學,以研究促進創(chuàng)新,教學和研究相互交融”,大量科研項目整合提煉為研究創(chuàng)新實驗內(nèi)容,通過課程實驗、創(chuàng)新活動、技能大賽等多樣的實驗教學方式鍛煉學生。把科研活動、工程實踐與實驗教學緊密結(jié)合起來,提高實驗教學質(zhì)量。每年中心大型設備使用培訓相關(guān)實驗項目和學生創(chuàng)新活動課題達30多項,受益學生170余人。如培訓學生對化學氣相滲透爐、多功能高溫燒結(jié)爐、計算機控制流變儀、高效液相色譜儀等大精貴設備操作熟練,提高了學生的就業(yè)競爭能力,學生在畢業(yè)時受到企事業(yè)單位技術(shù)開發(fā)部門、質(zhì)量控制檢測部門的歡迎。利用教學科研一體化實驗平臺資源,近三年畢業(yè)生論文有7篇獲得山東省優(yōu)秀學位論文,42篇獲得學校優(yōu)秀論文;17名同學在大學生數(shù)學建模大賽和“挑戰(zhàn)杯”創(chuàng)業(yè)計劃大賽等比賽中獲獎;本科生正式發(fā)表學術(shù)論文22篇;在“大學生第二課堂創(chuàng)新活動”項目中,本科生承擔完成285項;材料學院本科畢業(yè)生一次就業(yè)率達到90%以上。
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針對傳統(tǒng)光譜儀在實驗教學方面存在的問題,設計了一種成本低、體積小的簡易光譜實驗儀。該光譜實驗儀可以探測340~1 000 nm光譜范圍內(nèi)的光?;诠饷羧龢O管良好的光電特性和光譜特性,用中心波長不同的窄帶濾光片將入射光分光后分別照射到相應的光敏三極管上。定量反映光照度的各光敏三極管所產(chǎn)生的光電流,經(jīng)電路轉(zhuǎn)換成電壓并放大后被計算機實時采集,利用相應VB程序的處理,在程序界面上實時呈現(xiàn)光譜圖。通過探測鹵鎢燈的光譜,與傳統(tǒng)光譜儀探測的光譜圖相比較,觀察得到兩者光譜圖包絡基本一致,滿足了教學實驗儀的需求。
關(guān)鍵詞:
光譜; 光敏三極管; 窄帶濾光片
中圖分類號: O 433.1文獻標識碼: Adoi: 10.3969/j.issn.10055630.2013.05.018
引言
光譜儀[1]是將成分復雜的光分解為光譜線的科學儀器,由棱鏡或衍射光柵等構(gòu)成,利用光的色散、吸收、散射等現(xiàn)象得到與被分析物質(zhì)有關(guān)的光譜[2],從而對物質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)進行分析、測量。目前,光譜儀的種類繁多,有棱鏡光譜儀、光柵光譜儀和干涉光譜儀等等。通過光譜儀對光信息的抓取、以照相底片顯影或電腦化自動顯示數(shù)值儀器的顯示和分析,從而測知物品中含有何種元素。光譜分析[3]方法作為一種重要的分析手段,在科研、生產(chǎn)、質(zhì)控等方面,都發(fā)揮著極大的作用。但是傳統(tǒng)的光譜儀存在著體積大、結(jié)構(gòu)復雜、使用環(huán)境受限、價格昂貴等不足。雖然目前已經(jīng)出現(xiàn)便攜式的微型光譜儀[4],如性能好、體積小、質(zhì)量輕、穩(wěn)定性強的光纖光譜儀[5],但是這種光譜儀價格仍十分昂貴。這些價格高昂的光學儀器[6]限制了廣大中小學生以及一些高等院校的學生對光譜的認識和研究。目前,在中小學教育的課本中有很多涉及光學的知識,為培養(yǎng)學生的觀察能力、思維能力及探索精神,課堂演示實驗[7]是一種非常重要的教學手段,但由于儀器和時間等方面的限制,中小學生只能以考試為目的從課本上了解這些知識。同樣,一些相關(guān)專業(yè)的大學生由于儀器數(shù)量有限而無法更好地進行光譜實驗,這大大降低了學生對光學的興趣。對這些學生而言,他們并不需要分辨率高,技術(shù)高端的光譜實驗儀。因此本文研究的是一種價格低廉,原理簡單,使用環(huán)境不受限,操作容易,便于攜帶的簡易光譜實驗儀,且可以探測從近紫外到紅外范圍的光源光譜。這種實驗儀不僅可以讓廣大中小學生在課堂上了解光譜圖,也同樣可以解決一些高等院校學生相關(guān)方面的光學實驗。
1簡易光譜實驗儀原理
本文采用窄帶濾光片、光敏三極管和簡單的電路制作簡易光譜實驗儀,通過USB采集卡將數(shù)據(jù)采集到電腦上,經(jīng)電腦處理后呈現(xiàn)出光譜圖,簡易光譜實驗儀工作原理如圖1所示。
窄帶濾光片是一種從復合光中分離出某一窄波段單色光的濾光片。復合光通過不同波長的窄帶濾光片后,得到不同波長的單色光。每片窄帶濾光片的半寬度不能重疊,否則影響每個波長的分辨率,且窄帶濾光片的帶寬越小越好,這樣可以增加濾光片數(shù)目,即可以分離出更多波長的單色光,增加了采集點,提高了簡易光譜儀的精確度。
利用光敏三極管的光譜特性和光電特性[8]制成簡易電路,如圖2所示。通過窄帶濾光片得到的單色
電壓值U。通過多次測驗得到光照度E和光敏三極管光電流ISS之間的關(guān)系,即可以通過計算電路得到光照度E和輸出電壓U的關(guān)系式。一般來說光敏三極管的光電特性曲線的線性度不如光敏二極管好,但是這里運用了具有良好光譜特性和光電特性的光敏三極管。
復合光通過不同中心波長的窄帶濾光片,得到相應波長的單色光照射到每個對應的光敏三極管上。由于每種波長的單色光的光照度不一定相同,從而得到各自對應的光電流,用電路將其轉(zhuǎn)換成電壓并放大。再用USB采集卡實時采集每個波長單色光所對應電路得到的電壓值并送入計算機。將實驗得到的每種波長單色光的光照度E和其對應電路采集到的輸出電壓U的關(guān)系式,用VB編程寫入計算機。采集到的電壓經(jīng)過VB程序處理后,將相應的波長和光照度顯示在程序界面上,并連接各點形成光譜圖。
2光敏三極管的光電特性及測試原理
鹵鎢燈發(fā)出的復合光經(jīng)過某種中心波長的窄帶濾光片后產(chǎn)生對應波長的單色光,用照度計[10]測得此時該波長單色光的照度值,然后將放置的照度計換成檢測電路,得到對應輸出電壓U,又U=ISS×RSS,從而得到光電流ISS。再調(diào)節(jié)變壓器,改變變壓器輸出電壓,即改變鹵鎢燈的光強,從而改變了該種波長單色光的照度值,再次得到輸出電壓,重復多次。因為不同波長的窄帶濾光片的透過率并不相同,且光敏三極管對不同波長光的靈敏度不同,光敏三極管的光譜特性如圖4所示。更換不同中心波長的窄帶濾光片,即從復合光中分離出相應波長的單色光,重復上述過程,測得不同波長單色光的照度E與電壓值U的關(guān)系。如圖5所示為經(jīng)過415 nm、550 nm、610 nm、900 nm的窄帶濾光片處理后的對應單色光的光照度和輸出電壓的實驗數(shù)據(jù)圖。
由圖5可知經(jīng)過窄帶濾光片后產(chǎn)生的單色光的光照度E和其檢測電路的輸出電壓U成良好的線性關(guān)系,即光照度E和光敏三極管的光電流ISS之間呈良好的線性關(guān)系。從圖4可擬合得U=An×E+U暗,即ISS×RSS=An×E+I暗×RSS,其中An為該波長下光照度E和光電流ISS之間的關(guān)系系數(shù)。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)進行線性擬合,得到每種波長光對應的關(guān)系系數(shù)An,然后將相應的關(guān)系式編入程序。因為窄帶濾光片的透過率并不是百分之百,再加上照度計本身的誤差,所以這里用照度計測得的光照度小于實際光照度,假設忽略照度計本身誤差,則測得的光照度等于實際光照度乘以窄帶濾光片透過率。實驗時,鹵鎢燈與窄帶濾光片的距離L、窄帶濾光片與光敏三極管和照度計感應區(qū)的距離D以及光敏三極管和照度計的感光面積均保持不變,否則會增加誤差。
3簡易光譜實驗儀的結(jié)構(gòu)及測試結(jié)果
簡易光譜實驗儀的結(jié)構(gòu)如圖6所示。簡易光譜實驗儀的主體為一個19 cm×15 cm×6 cm的不透光的長方體外殼,外殼一面鉆有9個直徑為10 mm的圓形孔,用于放置裝有窄帶濾光片的支撐架,在長方體外殼中放置制作好的電路板,電路板上的每個光敏三極管正對應一個圓形孔,即每個光敏三極管上都有一種波長的窄帶濾光片,再在外殼一側(cè)開電源線孔和并行線孔,用于接電源和USB采集卡。
本實驗裝置所采用的窄帶濾光片為365 nm、415 nm、490 nm、550 nm、610 nm、650 nm、780 nm、850 nm、940 nm,其直徑為20 mm,每片濾光片波峰的透過率均大于75%,如圖7所示為簡易光譜儀
4結(jié)論
基于光敏元器件和VB程序的簡易光譜實驗儀不僅可以用于可見光的光譜觀測,還能用于近紅外和近紫外光光譜的觀測??梢愿鶕?jù)需要增加窄帶濾光片的數(shù)目,隨著窄帶濾光片帶寬的減小,濾光片的可增數(shù)目越多,從而提高儀器精確度。該簡易光譜儀具有結(jié)構(gòu)小巧、操作容易、價格低廉、原理簡單、使用環(huán)境不受限制等優(yōu)點,可以直接帶入課堂向中小學生更直觀更省時的展示各種光源光譜圖,也解決了高等院校學生由于實驗設備不足而無法更好了解光譜的問題。在作為教學實驗儀方面有著極其廣泛的應用前景。
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