1.引言
地质学是一门对实践要求比较高的学科,实验室具有较高的基础实验器材与大型仪器的配备,但是大型仪器在地质学本科教学的实验教学中并未受到应有的重视,随着大型仪器在高校的普及,人才培养是大学的本质职能,课程是人才培养的核心要素。大型分析测试仪器的应用可以使地质学本科实验教学更加直观、实践性更强,增强了学生们对理论知识的理解和掌握,提高了他们独立思考和解决问题的能力[1]对于大型仪器的作为教育机构的高等学校,大型仪器不仅承担具体科研任务,而且更应该在相关学科的本科生教学中发挥作用,进一步实现仪器价值最大化。然而现在现在本科阶段很多大型仪器的相关理论知识只是停留在书本。作为一门实操性强的课程,需要学生通过大量反复实地操作才能掌握基本使用方法与章程,正如地质学本科阶段使用频率最高的偏光显微镜、罗盘等小型地质仪器,都是在一次次实验操作中掌握熟练的。
1.1拉曼光谱仪介绍
拉曼光谱仪作为一种快速有效的工具,为矿物的研究提供了一种新的思路。以往的研究表明,拉曼效应分析是一种结构分析和分子鉴定的宏观无损分析技术,能够快速有效地揭示黄铁矿的结构,反映其形成的环境条件。
1.2电子探针介绍
电子探针(EPMA)全名为电子探针显微分析(ElectronProbeMicro-analyzer),它是一种微区原位分析手段,可在样品表面上任意选点分析,分析区域的直径一般为几微米,最小可至1微米[3]。
1.3扫描电镜(FEI)
扫描电子显微镜(FEI) 是一种介于透射电子显微镜和光学显微镜之间的一种观察手段。其利用聚焦的很窄的高能电子束来扫描样品,通过光束与物质间的相互作用,来激发各种物理信息,对这些信息收集、放大、再成像以达到对物质微观形貌表征的目的。新式的扫描电子显微镜的分辨率可以达到1nm;放大倍数可以达到30万倍及以上连续可调;并且景深大,视野大,成像立体效果好。
1.4 X射线衍射仪
特征X射线及其衍射X射线是一种波长(0.06-20nm)很短的电磁波,能穿透一定厚度的物质,并能使荧光物质发光、照相机乳胶感光、气体电离。矿物的X射线定性相分析指的是用粉晶X射线衍射数据对样品中存在的矿物相进行鉴别。
2.大型仪器在本科教学中应用问题-现阶段大型仪器应用的不足
大型仪器通常是指单台价格较高、运行环境要求较苛刻、操作程序较复杂及通用性较强的分析仪器。在高等学校,大型仪器不仅是学校重要的有形资产和优质的教学资源,也是大学高水平科研成果产出和高素质人才培养的重要物质保障,是衡量高等学校实验条件和科研环境的重要标志。先进的大型仪器及其应用管理水平,可以提升高等学校教学科研水平,促进综合素质人才的培养大型仪器作为高等学校的优质公共资源[4]。
大型分析测试仪器在地质学专业本科实验教学中的应用,为学生提供了更全面、更深刻的认知体验。通过本文对大型分析测试仪器在矿物学、岩石学和地球化学实验中的应用进行综述,可以看出这些仪器在不同领域中都发挥了重要的作用。学生通过运用这些仪器进行实验体验,不仅能够更好地了解学科知识的实际应用情况,还能锻炼实验操作技能和科研思维能力,提高自身的专业素质。合理地运用大型分析测试仪器,可以提高本科生的实践能力和创新意识,促进他们的科学研究能力的发展。以下是一些建议,以帮助本科生更好地利用大型分析测试仪器。[5]
3大型仪器对本科教学产生的影响
科研需要:大型分析测试仪器不仅是本科教育的教学工具,也是科学研究的重要手段。学校可以鼓励学生开展独立的科研项目,探索其在学术领域的应用。学生可以利用大型分析测试仪器收集数据和分析实验结果,提高自己的科研水平。
提升知识的广度:对于地质学这种理科,知识面的广度是非常重要的,对于实操与理论结合更是重中之中,对于本科四年的教育中,偏光显微镜和罗盘等一系列传统地质测试器材随着时代发展略显单薄。在熟练使用基础地质仪器的前提下学更多的大型仪器操作方式才更加有效。
激发学习热情:在地学理科的前提下,激发同学们的兴趣一直是一个很大的挑战,对于新事物的好奇永远可以驱动大学生更好的探索未知的未来,加入大型测试仪器不仅增加了实验教学的趣味性和实用性而且大大激发同学们的学习热情。
作为一门实操性强的课程,需要学生通过大量反复实践才做才能掌握和了解大型精密仪器的操作使用规程、检测过程中实际条件和相关操作注意事项等,现阶段面临的问题为实验仪器过少,并不能像基础地质实验器材那样做到人手一台,仪器设备少、运行维护成本高、实践与理论相割裂,评估系统不足的一系列问题可以从三个方面来解决。
课堂老师重视理论知识,专门开设一堂针对大型测试仪器的讲解课,仪器相关理论知识可以直接加入本科的相关教学章程中,单独开设一门大型仪器讲解选修课。大型仪器实验室一般较小,并不能做到容纳足够多的学生进行现场讲解,那就把相关理论知识先捅过课堂的方式教给大家。
通过直播以及网课教学:专业人士的不足以及场地的不足一定会制约实践操作的可行性,可以先由实验老师以及学生拍摄实操视频或者直接直播教学,带领同学从视频中学习操作步骤,更加可以引入VR教学,让同学身临其境的加入学习,这样不仅减少人力物力的投入,更加可以重复使用教学资源。
结论
综上所述,大型分析测试仪器在本科生的课程中运用,既有利也有弊。针对其不足之处,可以通过合理安排机房使用时间、增加相关培训和防护教育等措施,降低风险,让其发挥更好的教学作用。大型精密仪器设备是高校投资金额较大的固定资产之一,在论证及采购之时,就对所购的设备“物有所值”、“物尽其能”寄予较高的期望值。设备闲置或利用不充分不仅是一种经费和资源浪费更是一种生产能力的浪费。
参考文献:
1.程光煦,拉曼布里渊散射;原理及应用[M].北京,科学出版社,2001.
2.李琳洁,电子探针在地质学研究中的应用[J].大科技,2017(2)157-158.
3.朱和国、王新龙编著.材料科学研究与测试方法 第2版[M].南京:东南大学出版社,2013.08:248
4.王军鹏,李福鹏,地质学教学中普及大型仪器相关知识的探索与思考[J],中国地质教育,2020,29(4):107-110
5.齐之锴,吕俊敏,大型仪器在高等学校本科教学中的应用[J],宁夏大学学报(自然科学版),2021(4):473-476.