研究生課程中創新素質培養的探索

盛慶林　鄭建斌

摘要：以《分析儀器進展》課程的教學出發，結合各類分析儀器的發展史，解析前沿分析儀器的原理、技術和應用，通過豐富教學內容、理論聯系實際、跟進科技前沿、關注發展應用、多媒體課件的靈活運用以及尋找科研的結合點等方面的教學方式方法，探索了如何結合課程教學，培養研究生創新素質的教學體會。

關鍵詞：研究生課程；分析儀器進展；創新素質；培養

中圖分類號：G643 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）02-0110-02

進入21世紀，分析化學已經成為最有活力的高科技領域之一?！斗治鰞x進展》是我校分析化學專業碩士研究生開設的一門涉及化學、物理學、電子學、計算機等多個學科的綜合性課程，它以儀器分析新方法和儀器研究新進展為主要講授內容，使碩士研究生能了解新的分析方法原理、新的分析儀器結構與原理，并重點培養學生的創新意識、提高學生的創新能力，尤其是在教學過程中，注意及時補充前沿科學、分析方法以及新型儀器的最新研究進展，緊密結合實際生活遇到的問題，由淺及深地引導學生創新性思維的培養，使之成為創新型人才——即不僅能發現問題，還能解決問題，并能夠開拓新領域的人才。本文以作者在進行《分析儀器進展》課程教學為契機，探討了在課程教學過程中如何培養研究生創新性思維和創新性能力等方面的探索。

一、注重授課方法，豐富教學內容，提高教學效果

分析儀器是人類認識自然、改造自然的重要工具，是新世紀全球科技、經濟和社會持續發展的基礎，是衡量一個國家科技水平的重要領域之一，是我國高科技領域先進性的重要體現之一。分析儀器的發展歷程，是科學思想和創新意識應用于新工具、新方法，并用之解決新問題的典型個案。

緒論是課程內容的開始，講好緒論是上好《分析儀器進展》課程的關鍵一環，其能有效地激發學生的學習興趣和熱情。因此，緒論內容的篩選，除了要向研究生展示課程的內容和要求，更應該注重分析儀器的發展歷程及其在軍事、航天、生產與生活等諸多領域的迫切性與重要性。在講到分析化學的定義時，闡述了南京大學陳洪淵院士關于分析化學的定義，即分析化學是研究物質的組成和結構，確定物質在不同狀態和演變過程中化學成分、含量和分布的量測科學，是化學科學的分支學科。定義的變化說明了分析化學的發展進入到了一個全新的階段，我們的角色已經從數據的提供者轉變成為問題的解決者。同時，通過介紹分析儀器發展簡史、發展現狀和與分析儀器發明發展相關的獲得諾貝爾獎的情況，尤其是向同學們傳達了國家將分析儀器的研究列入到了國家“十二五”化學學科優先發展領域，不僅使研究生了解到學科發展的歷史，杰出科學家們的卓越貢獻以及分析儀器科學的發展給人類文明和科技的進步帶來的重大影響，同時也大大激發了學生的學習熱情、對專業的熱愛以及為科學獻身的崇高理想。例如，英國物理學家阿斯頓（Francis William Aston）首次制成了聚焦性能較高的質譜儀，并用此來對許多元素的同位素及其豐度進行測量，因此他榮獲了1922年的諾貝爾化學獎。1952年，馬丁和辛格因為對色譜分析的貢獻而獲得諾貝爾化學獎。另外，在激發研究生對儀器分析課程學習興趣的同時，使學生充分意識到創新性思維和能力的培養對自己開展研究工作、未來職業規劃以及自身能力的提高都具有重要意義。闡述了創新是科學研究的靈魂，沒有新意的研究是毫無意義的。對影響創造性思維的因素是和研究者的知識結構有很大關系進行了剖析。一般地說，創新分為三個階段：（1）準備階段（發現問題和資料收集）；（2）創新（醞釀和頓悟）；即“Idea”的產生；（3）驗證（實踐檢驗和邏輯證明）。這樣，讓同學從第一堂課開始，就讓創新性思維與能力的意識生根發芽。

二、理論聯系實際，創新能力提高的推動力

作為國家教育體系最高層次的研究生教育，其基本目標就是培養具有創新性科學研究能力的人才，具有創新能力的人才是建設創新型國家的基礎。如何通過《分析儀器進展》課程的學習，來提高研究生的創新能力是一項重要的系統工程。作為教師，首先要分析學生，了解學生；其次要分析社會，了解社會對學生的能力需求。在對學生和社會進行充分分析的前提下，教師要保持始終站在知識的前沿，不斷調整、充實教學內容，在教學活動過程中能綜合運用各種教學方法和教學手段。

在教學過程中，注重結合科研實際列舉有關現代分析儀器技術在生命科學、環境監測、食品藥品檢測等方面應用的能夠引起學生產生濃厚興趣的實例。如“三聚氰胺奶粉”事件、化學添加劑“瘦肉精”及“蘇丹紅”等的檢測、香煙中重金屬超標等這些貼近學生現實生活，也是他們較為關心且與自身專業有緊密聯系的問題，通過學習儀器分析這門課程之后都能得到解答。這樣的講解對于激發學生的創新性思維和能力，發現問題、解決問題的能力都是十分有益的，同時也在無形中樹立了學生嚴謹的科學思想，開闊了他們的科研思路。又如，美國“勇氣”號登陸月球時所用的取樣分析器、質譜等多種分析儀器，是人類遣往其他星球上第一個可以移動的、自動化的大型分析實驗室。隨后，美國的“鳳凰號”火星探測器還用到了世界上最先進的顯微鏡電化學與傳導性分析儀、熱與氣體分析儀等。在“計算機與儀器分析”章節，把人工智能及其在智能分析儀器方面的應用與現代醫學中人體假肢的應用結合起來，尤其是最近美科學家發明了可用意念操控的假肢，即截肢后殘端的神經可在短暫的時間內保持健康，把殘臂的神經和胸部肌肉連接在一起，當想要移動胸部肌肉的時候，原來與手臂相連的神經會收到信號并通過計算機傳遞給假肢。這些新發現為智能化分析儀器的開發提供了新的思路。

三、多媒體課件的靈活運用

在《分析儀器進展》課程教學中，由于涉及的分析儀器和分析方法具有內容繁、特點和規律各成體系、儀器結構復雜等特點，因而僅靠傳統的教學手段學生難以很好地理解和掌握。尤其是面臨現代分析新理論、新方法的不斷涌現和日新月異的前沿性知識更新，僅依靠傳統的教學方式難以達到滿意的教學效果。因此，為了解決上述問題，靈活運用多媒體課件來進行一些分析原理、儀器結構等較難理解的內容講解，已成為有效的教學手段，并在教學過程中發揮著越來越重要的作用。例如，講授虛擬實驗室的構成及應用時，如果單純用文字和簡單圖表來描述虛擬實驗室的操作，學生可能較難理解其構成以及用途，如果用動畫來演示，再配合手動操作和講解，就使得學生不僅能夠觀察到儀器的內部結構，而且能更好地理解分析儀器的基本原理和儀器的結構，提高了教學效果。例如，剪輯電影《阿凡達》中出現的類似互連感應生態系統，形象地引出地球上其實也具備特殊的生物感應能力，如一種生活在海底泥濘沉積物中吞食硫磺的細菌，通過蛋白質細絲傳導電子，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域的細菌可釋放氧氣。這些微生物可以遠距離彼此生活在電子共生系統中。這種傳導網絡可以實現遠程氧化反應的細菌違背了我們迄今所掌握的知識。將這些問題留給學生思考：利用“電子共生”現象能否與現代光、電、色等分析技術結合，構建新型復雜環境體系的分析方法？課后反饋，同學們興趣濃厚，提出了很多不同的設想，收到了良好的教學效果。endprint

四、尋找科研的結合點，引入自身的科研成果，激發學生對科研的興趣

《分析儀器進展》課程涉及計算機、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?？蒲谐晒慕Y合點。教師要充分利用此結合點，在教學過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中去，讓學生首先了解身邊教師在科研上的成就以及發展歷程，從而堅定學生對學習分析儀器的興趣，為如何提高自身的創新性思維與能力樹立了榜樣。如在講解電分析中新方法進展研究中，本校高鴻院士領導的研究組提出了離子選擇電極瞬時信號分析，從最早如何發現新現象，到探索現象本質、提出新方法、探討機理和應用，最后研制出活度階梯切換和瞬時信號測量儀。另外，在介紹示波計時電位法研究中，電子線路的設計直接關系著分析儀器的穩定性、靈敏度以及應用范圍，從傳統示波計時電位法電子線路設計的思路出發，通過對比各個線路的優缺點，引導學生思考如何通過改變電子線路來提高示波計時電位分析儀器的性能。以上這些把一個新分析理論、儀器的發展與創新的三個階段緊密結合，不僅進一步提高了學生對色譜基礎理論的理解，更能夠更深刻地體會到創新來源于發現，成長于探索，成熟于應用，激發了其對科學研究的興趣。

我們認識到，研究生創新素質的培養是一項長期、復雜的系統工程。分析儀器作為新世紀全球科技、經濟和社會持續發展的基礎，我們要始終保持站在科學的前沿，不斷改進教學方法、充實教學內容，不斷地總結和積累教學經驗，樹立強烈的教育責任心，不斷調整、改進教學方法，在教學過程中以《分析儀器進展》為主體，通過介紹分析化學方方面面的新進展，探索出一條培養研究生創新素質的新路子，以達到培養研究生良好的科學精神和啟發同學們創新思維的目的。

參考文獻：

[1]10000個科學難題-化學卷[A]//許丹科，陳洪淵.分析化學中的若干科學問題[M].北京：科學出版社，2009：416-418.

[2]楊秀梅.儀器分析方法與分析儀器主要特點及發展現狀綜述[J].生命科學儀器，2010，（8）：43-49.

[3]夏登峰，江寧，劉宏建.淺談研究生教育與創新能力培養[J].科技創新導報，2011，（5）：147-148.

[4]董澤芳，何青，張惠.我國研究生創新能力的調查與分析[J].學位與研究生教育，2013，（2）：1-5.

[5]梁建功，劉玲芝，王運，范莉.研究生分析儀器課程教學改革與實踐[J].大學化學，2013，（28）：31-35.endprint