研究生課程中創(chuàng)新素質(zhì)培養(yǎng)的探索

盛慶林　鄭建斌

摘要：以《分析儀器進(jìn)展》課程的教學(xué)出發(fā)，結(jié)合各類(lèi)分析儀器的發(fā)展史，解析前沿分析儀器的原理、技術(shù)和應(yīng)用，通過(guò)豐富教學(xué)內(nèi)容、理論聯(lián)系實(shí)際、跟進(jìn)科技前沿、關(guān)注發(fā)展應(yīng)用、多媒體課件的靈活運(yùn)用以及尋找科研的結(jié)合點(diǎn)等方面的教學(xué)方式方法，探索了如何結(jié)合課程教學(xué)，培養(yǎng)研究生創(chuàng)新素質(zhì)的教學(xué)體會(huì)。

關(guān)鍵詞：研究生課程；分析儀器進(jìn)展；創(chuàng)新素質(zhì)；培養(yǎng)

中圖分類(lèi)號(hào)：G643 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）02-0110-02

進(jìn)入21世紀(jì)，分析化學(xué)已經(jīng)成為最有活力的高科技領(lǐng)域之一。《分析儀進(jìn)展》是我校分析化學(xué)專(zhuān)業(yè)碩士研究生開(kāi)設(shè)的一門(mén)涉及化學(xué)、物理學(xué)、電子學(xué)、計(jì)算機(jī)等多個(gè)學(xué)科的綜合性課程，它以儀器分析新方法和儀器研究新進(jìn)展為主要講授內(nèi)容，使碩士研究生能了解新的分析方法原理、新的分析儀器結(jié)構(gòu)與原理，并重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，尤其是在教學(xué)過(guò)程中，注意及時(shí)補(bǔ)充前沿科學(xué)、分析方法以及新型儀器的最新研究進(jìn)展，緊密結(jié)合實(shí)際生活遇到的問(wèn)題，由淺及深地引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新性思維的培養(yǎng)，使之成為創(chuàng)新型人才——即不僅能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，還能解決問(wèn)題，并能夠開(kāi)拓新領(lǐng)域的人才。本文以作者在進(jìn)行《分析儀器進(jìn)展》課程教學(xué)為契機(jī)，探討了在課程教學(xué)過(guò)程中如何培養(yǎng)研究生創(chuàng)新性思維和創(chuàng)新性能力等方面的探索。

一、注重授課方法，豐富教學(xué)內(nèi)容，提高教學(xué)效果

分析儀器是人類(lèi)認(rèn)識(shí)自然、改造自然的重要工具，是新世紀(jì)全球科技、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，是衡量一個(gè)國(guó)家科技水平的重要領(lǐng)域之一，是我國(guó)高科技領(lǐng)域先進(jìn)性的重要體現(xiàn)之一。分析儀器的發(fā)展歷程，是科學(xué)思想和創(chuàng)新意識(shí)應(yīng)用于新工具、新方法，并用之解決新問(wèn)題的典型個(gè)案。

緒論是課程內(nèi)容的開(kāi)始，講好緒論是上好《分析儀器進(jìn)展》課程的關(guān)鍵一環(huán)，其能有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情。因此，緒論內(nèi)容的篩選，除了要向研究生展示課程的內(nèi)容和要求，更應(yīng)該注重分析儀器的發(fā)展歷程及其在軍事、航天、生產(chǎn)與生活等諸多領(lǐng)域的迫切性與重要性。在講到分析化學(xué)的定義時(shí)，闡述了南京大學(xué)陳洪淵院士關(guān)于分析化學(xué)的定義，即分析化學(xué)是研究物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)，確定物質(zhì)在不同狀態(tài)和演變過(guò)程中化學(xué)成分、含量和分布的量測(cè)科學(xué)，是化學(xué)科學(xué)的分支學(xué)科。定義的變化說(shuō)明了分析化學(xué)的發(fā)展進(jìn)入到了一個(gè)全新的階段，我們的角色已經(jīng)從數(shù)據(jù)的提供者轉(zhuǎn)變成為問(wèn)題的解決者。同時(shí)，通過(guò)介紹分析儀器發(fā)展簡(jiǎn)史、發(fā)展現(xiàn)狀和與分析儀器發(fā)明發(fā)展相關(guān)的獲得諾貝爾獎(jiǎng)的情況，尤其是向同學(xué)們傳達(dá)了國(guó)家將分析儀器的研究列入到了國(guó)家“十二五”化學(xué)學(xué)科優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域，不僅使研究生了解到學(xué)科發(fā)展的歷史，杰出科學(xué)家們的卓越貢獻(xiàn)以及分析儀器科學(xué)的發(fā)展給人類(lèi)文明和科技的進(jìn)步帶來(lái)的重大影響，同時(shí)也大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情、對(duì)專(zhuān)業(yè)的熱愛(ài)以及為科學(xué)獻(xiàn)身的崇高理想。例如，英國(guó)物理學(xué)家阿斯頓（Francis William Aston）首次制成了聚焦性能較高的質(zhì)譜儀，并用此來(lái)對(duì)許多元素的同位素及其豐度進(jìn)行測(cè)量，因此他榮獲了1922年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。1952年，馬丁和辛格因?yàn)閷?duì)色譜分析的貢獻(xiàn)而獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。另外，在激發(fā)研究生對(duì)儀器分析課程學(xué)習(xí)興趣的同時(shí)，使學(xué)生充分意識(shí)到創(chuàng)新性思維和能力的培養(yǎng)對(duì)自己開(kāi)展研究工作、未來(lái)職業(yè)規(guī)劃以及自身能力的提高都具有重要意義。闡述了創(chuàng)新是科學(xué)研究的靈魂，沒(méi)有新意的研究是毫無(wú)意義的。對(duì)影響創(chuàng)造性思維的因素是和研究者的知識(shí)結(jié)構(gòu)有很大關(guān)系進(jìn)行了剖析。一般地說(shuō)，創(chuàng)新分為三個(gè)階段：（1）準(zhǔn)備階段（發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和資料收集）；（2）創(chuàng)新（醞釀和頓悟）；即“Idea”的產(chǎn)生；（3）驗(yàn)證（實(shí)踐檢驗(yàn)和邏輯證明）。這樣，讓同學(xué)從第一堂課開(kāi)始，就讓創(chuàng)新性思維與能力的意識(shí)生根發(fā)芽。

二、理論聯(lián)系實(shí)際，創(chuàng)新能力提高的推動(dòng)力

作為國(guó)家教育體系最高層次的研究生教育，其基本目標(biāo)就是培養(yǎng)具有創(chuàng)新性科學(xué)研究能力的人才，具有創(chuàng)新能力的人才是建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家的基礎(chǔ)。如何通過(guò)《分析儀器進(jìn)展》課程的學(xué)習(xí)，來(lái)提高研究生的創(chuàng)新能力是一項(xiàng)重要的系統(tǒng)工程。作為教師，首先要分析學(xué)生，了解學(xué)生；其次要分析社會(huì)，了解社會(huì)對(duì)學(xué)生的能力需求。在對(duì)學(xué)生和社會(huì)進(jìn)行充分分析的前提下，教師要保持始終站在知識(shí)的前沿，不斷調(diào)整、充實(shí)教學(xué)內(nèi)容，在教學(xué)活動(dòng)過(guò)程中能綜合運(yùn)用各種教學(xué)方法和教學(xué)手段。

在教學(xué)過(guò)程中，注重結(jié)合科研實(shí)際列舉有關(guān)現(xiàn)代分析儀器技術(shù)在生命科學(xué)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品藥品檢測(cè)等方面應(yīng)用的能夠引起學(xué)生產(chǎn)生濃厚興趣的實(shí)例。如“三聚氰胺奶粉”事件、化學(xué)添加劑“瘦肉精”及“蘇丹紅”等的檢測(cè)、香煙中重金屬超標(biāo)等這些貼近學(xué)生現(xiàn)實(shí)生活，也是他們較為關(guān)心且與自身專(zhuān)業(yè)有緊密聯(lián)系的問(wèn)題，通過(guò)學(xué)習(xí)儀器分析這門(mén)課程之后都能得到解答。這樣的講解對(duì)于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新性思維和能力，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力都是十分有益的，同時(shí)也在無(wú)形中樹(shù)立了學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思想，開(kāi)闊了他們的科研思路。又如，美國(guó)“勇氣”號(hào)登陸月球時(shí)所用的取樣分析器、質(zhì)譜等多種分析儀器，是人類(lèi)遣往其他星球上第一個(gè)可以移動(dòng)的、自動(dòng)化的大型分析實(shí)驗(yàn)室。隨后，美國(guó)的“鳳凰號(hào)”火星探測(cè)器還用到了世界上最先進(jìn)的顯微鏡電化學(xué)與傳導(dǎo)性分析儀、熱與氣體分析儀等。在“計(jì)算機(jī)與儀器分析”章節(jié)，把人工智能及其在智能分析儀器方面的應(yīng)用與現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中人體假肢的應(yīng)用結(jié)合起來(lái)，尤其是最近美科學(xué)家發(fā)明了可用意念操控的假肢，即截肢后殘端的神經(jīng)可在短暫的時(shí)間內(nèi)保持健康，把殘臂的神經(jīng)和胸部肌肉連接在一起，當(dāng)想要移動(dòng)胸部肌肉的時(shí)候，原來(lái)與手臂相連的神經(jīng)會(huì)收到信號(hào)并通過(guò)計(jì)算機(jī)傳遞給假肢。這些新發(fā)現(xiàn)為智能化分析儀器的開(kāi)發(fā)提供了新的思路。

三、多媒體課件的靈活運(yùn)用

在《分析儀器進(jìn)展》課程教學(xué)中，由于涉及的分析儀器和分析方法具有內(nèi)容繁、特點(diǎn)和規(guī)律各成體系、儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)，因而僅靠傳統(tǒng)的教學(xué)手段學(xué)生難以很好地理解和掌握。尤其是面臨現(xiàn)代分析新理論、新方法的不斷涌現(xiàn)和日新月異的前沿性知識(shí)更新，僅依靠傳統(tǒng)的教學(xué)方式難以達(dá)到滿意的教學(xué)效果。因此，為了解決上述問(wèn)題，靈活運(yùn)用多媒體課件來(lái)進(jìn)行一些分析原理、儀器結(jié)構(gòu)等較難理解的內(nèi)容講解，已成為有效的教學(xué)手段，并在教學(xué)過(guò)程中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。例如，講授虛擬實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)成及應(yīng)用時(shí)，如果單純用文字和簡(jiǎn)單圖表來(lái)描述虛擬實(shí)驗(yàn)室的操作，學(xué)生可能較難理解其構(gòu)成以及用途，如果用動(dòng)畫(huà)來(lái)演示，再配合手動(dòng)操作和講解，就使得學(xué)生不僅能夠觀察到儀器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而且能更好地理解分析儀器的基本原理和儀器的結(jié)構(gòu)，提高了教學(xué)效果。例如，剪輯電影《阿凡達(dá)》中出現(xiàn)的類(lèi)似互連感應(yīng)生態(tài)系統(tǒng)，形象地引出地球上其實(shí)也具備特殊的生物感應(yīng)能力，如一種生活在海底泥濘沉積物中吞食硫磺的細(xì)菌，通過(guò)蛋白質(zhì)細(xì)絲傳導(dǎo)電子，將信息通訊傳遞至樣本表面富含氧氣的沉積層樣本中，這樣沉積層樣本表面富含氧氣區(qū)域的細(xì)菌可釋放氧氣。這些微生物可以遠(yuǎn)距離彼此生活在電子共生系統(tǒng)中。這種傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程氧化反應(yīng)的細(xì)菌違背了我們迄今所掌握的知識(shí)。將這些問(wèn)題留給學(xué)生思考：利用“電子共生”現(xiàn)象能否與現(xiàn)代光、電、色等分析技術(shù)結(jié)合，構(gòu)建新型復(fù)雜環(huán)境體系的分析方法？課后反饋，同學(xué)們興趣濃厚，提出了很多不同的設(shè)想，收到了良好的教學(xué)效果。endprint

四、尋找科研的結(jié)合點(diǎn)，引入自身的科研成果，激發(fā)學(xué)生對(duì)科研的興趣

《分析儀器進(jìn)展》課程涉及計(jì)算機(jī)、電分析、色譜分析、光分析、微全分析等教師科研中常用的一些儀器分析方法，因此容易找到與教師自身、本校科研成果的結(jié)合點(diǎn)。教師要充分利用此結(jié)合點(diǎn)，在教學(xué)過(guò)程中將本校教師取得的科研成果引入到分析儀器的研究與研發(fā)中去，讓學(xué)生首先了解身邊教師在科研上的成就以及發(fā)展歷程，從而堅(jiān)定學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)分析儀器的興趣，為如何提高自身的創(chuàng)新性思維與能力樹(shù)立了榜樣。如在講解電分析中新方法進(jìn)展研究中，本校高鴻院士領(lǐng)導(dǎo)的研究組提出了離子選擇電極瞬時(shí)信號(hào)分析，從最早如何發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象，到探索現(xiàn)象本質(zhì)、提出新方法、探討機(jī)理和應(yīng)用，最后研制出活度階梯切換和瞬時(shí)信號(hào)測(cè)量?jī)x。另外，在介紹示波計(jì)時(shí)電位法研究中，電子線路的設(shè)計(jì)直接關(guān)系著分析儀器的穩(wěn)定性、靈敏度以及應(yīng)用范圍，從傳統(tǒng)示波計(jì)時(shí)電位法電子線路設(shè)計(jì)的思路出發(fā)，通過(guò)對(duì)比各個(gè)線路的優(yōu)缺點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生思考如何通過(guò)改變電子線路來(lái)提高示波計(jì)時(shí)電位分析儀器的性能。以上這些把一個(gè)新分析理論、儀器的發(fā)展與創(chuàng)新的三個(gè)階段緊密結(jié)合，不僅進(jìn)一步提高了學(xué)生對(duì)色譜基礎(chǔ)理論的理解，更能夠更深刻地體會(huì)到創(chuàng)新來(lái)源于發(fā)現(xiàn)，成長(zhǎng)于探索，成熟于應(yīng)用，激發(fā)了其對(duì)科學(xué)研究的興趣。

我們認(rèn)識(shí)到，研究生創(chuàng)新素質(zhì)的培養(yǎng)是一項(xiàng)長(zhǎng)期、復(fù)雜的系統(tǒng)工程。分析儀器作為新世紀(jì)全球科技、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，我們要始終保持站在科學(xué)的前沿，不斷改進(jìn)教學(xué)方法、充實(shí)教學(xué)內(nèi)容，不斷地總結(jié)和積累教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，樹(shù)立強(qiáng)烈的教育責(zé)任心，不斷調(diào)整、改進(jìn)教學(xué)方法，在教學(xué)過(guò)程中以《分析儀器進(jìn)展》為主體，通過(guò)介紹分析化學(xué)方方面面的新進(jìn)展，探索出一條培養(yǎng)研究生創(chuàng)新素質(zhì)的新路子，以達(dá)到培養(yǎng)研究生良好的科學(xué)精神和啟發(fā)同學(xué)們創(chuàng)新思維的目的。

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