諾貝爾化學獎融入分析化學專業人才的培養

2020-08-26 12:17:18鄧春艷

廣州化工 2020年16期

鄧春艷

(中南大學化學化工學院，湖南長沙 410000)

分析化學屬于化學的一個分支，又被稱為分析科學，是關于研究物質的含量、組織、形態及結構等化學信息的理論和分析方法的一門科學。在化學發展中處于前沿地位，是在化學分支學科中最早發展起來的，被稱為“現代化學之母”。分析化學對人類的物質文明有重要貢獻，有極高的實用價值。當今，隨著科學技術的快速發展，學科交叉越來越深入，分析化學與生命科學和材料科學等方向的相互融合，大大促進了分析化學的發展，而各種學科的交叉對分析化學的課程教學提出了更高的要求，所以分析化學的課程作為化學、化工、材料、藥學、醫學和生命科學等各種學科的基礎課程，對培養各種專業的本科生人才有著重要的作用[1-2]。

2016年，在“一流大學本科教學高峰論壇”上，達成了一個共識：一流本科教育是一流大學的立校之本，是一流大學的標志之一。而一流本科教育是指對一流本科人才的培養。對于本科人才培養方面而言，一流高校的本科生應當具備一流大學精神。在大學與世界、社會聯系加強的潮流下，學者們提出了一流大學精神的核心內容是：人文精神、科學精神和創新精神[3-4]。

首先，人文精神是大學精神的核心，是大學的靈魂所在。人文，人之道也。人文精神是人類的自我關懷，是個體人全面發展的精神動力。人文精神要求人應“德才兼備、情智交融、知行合一”后，才有真正對知識的主動探索，有鮮明的個性解放。它不僅是對“真、善、美”的追求，更包含了強烈的社會責任感、歷史使命感和永恒的道德精神[5]。加強本科生的人文精神教育，不僅關系著大學生個人優秀品質培育，更關系著普世價值的塑造和傳承。

其次，科學精神是大學精神的另一重要內容。科學精神能夠促進大學生的創造性，確保了科學研究的持續性，并孕育了社會服務的前瞻性。科學精神是“科學文化的主要內容之一”，包括科學發展所形成的優良傳統、認知方式、行為規范和價值取向。科學精神強調踏踏實實做學問，不以追求利益、名義、功利為目的，而以發現問題、分析問題和解決問題作為終生追求，它是本科生在大學階段除專業知識學習以外的需要具備的一種精神[6]。

最后，創新精神是人文精神、科學精神的進一步發展。它是一種超越同行、同類，獨樹一幟、個性鮮明的特點。創新精神強調推陳出新、強調提出的方法與眾不同。而具有創造性的大學，它培養的人才與眾不同，具備不斷創造價值，不斷自我成長的素質[7]。

1 諾貝爾化學獎內容與分析化學

諾貝爾獎從1900年設立開始，就一直是全世界科學研究領域最重要的獎項，瑞典著名化學家諾貝爾設立諾貝爾獎目的：一是鼓勵為人類科技進步作出了突出貢獻的人，二是促進研究人員自由地追尋自己的研究興趣[7-8]。我們根據相關資料，總結了歷年諾貝爾化學獎與分析化學課程相關的內容。通說歸納，與分析化學相關的諾貝爾化學獎大概總共有20項，獲獎科學家共計約30位，具體如表1所示，其中包括色譜法、極譜法、X光衍射、電子顯微鏡衍射、紅外光譜、核磁共振、質譜法和熒光光譜法等[9-11]。

表1 與分析化學相關的歷年諾貝爾化學獎

目前，分析化學課程內容一般只包括了與諾貝爾化學獎相關的經典反應、規律和定律等，但分析化學教科書中的知識內容往往更新較慢，新的理論和前沿成果未能及時更新。因此，我們結合中南大學分析化學和電化學專業多年的教學實踐，開展了將分析化學課程內容與諾貝爾化學獎相結合的方式，助力本科生大學精神培養的嘗試，具體開展的工作包括三方面：(1)以諾貝爾化學獎獲得者的個人品質，培養本科生的人文精神；(2)總結諾貝爾化學獎內容的科研歷程，培養本科生的科學精神；(3)開展諾貝爾化學獎內容相關的創新實驗，培養本科生的創新精神。

2 以諾貝爾化學獎獲得者的個人品質，培養本科生的人文精神

大部分諾貝爾獎獲得者具有強烈的社會責任感、歷史使命感等人文精神，這些人文精神給了他們對知識的主動探索的動力。另外，諾貝爾獎獲得者一般都熱愛生活、興趣廠泛，這些愛好使他們科學視野開闊，是科學研究靈感的源泉；我們在課程中用一些具備人文精神的諾貝爾化學獎獲得者的個人品質來教育學生，塑造學生的人文精神靈魂。比如，1936年獲得諾貝爾化學獎的德拜，長期居住在德國，不與法西斯同同流合污，但始終保持荷蘭國籍。美國的鮑林，不但以發現化學鍵獲1954年諾貝爾化學獎，而且因為反對核戰爭和對和平事業的貢獻，他本人又獲1962年諾貝爾和平獎。只有為社會、為正義的利益而潛心專研，才能將科研成果的坐標奠定在最高的起點上，才能使個人的聰明才智融入輝煌的科研事業中[12]。

而1956年諾貝爾化學獎獲得者謝爾伍德，他同時還是一位才華橫溢的語言學家和藝術家，他的繪畫作品，曾參加過展出。另外1934年諾貝爾獎獲得者美國化學家尤里，他很早就開展了物理和化學的交叉領域研究，他的研究涉及了地質、生物、天文等領域，他開創了核天體物理學、宇宙化學等新學科分支，在化學進化以及太陽系、生命和元素的起源等重大科學問題上取得了多項重大的發明。

3 總結諾貝爾化學獎獲得者的科研歷程，培養本科生的科學精神

諾貝爾獎獲得者很多都具有為人類進步、社會發展、精神和物質的豐富、甚至為世界的和平事業獻身的大無畏精神；具有為民族、為祖國利益本獻的無私精神；具有為科學事業執著追求、不怕犧牲的獻身精神。

我們在課程中，對近幾年諾貝爾化學獎獲得者的科研歷程進行了分析來教育學生，塑造學生的科學精神。比如，2019年獲得諾貝爾化學獎的美國科學家約翰·古迪納夫，他54歲才剛剛開展電池相關的研究，1980年古迪納夫首先決定用鈷酸鋰與石墨組成新的鋰電池。隨后，他相繼又發現了磷酸鐵鋰這樣一種新型材料，其便宜、量大、安全的屬性構成了現代電動汽車時代非常重要的基礎。如今，快100歲的古迪納夫，仍然在科學精神的指引下前進，他正在研制一種真正能讓讓電動汽車長距離行駛的超級電池，同時這種電池可以存儲風能和太陽能。

而2002年獲得諾貝爾化學獎的日本科學家田中耕一，從1983年開始，他一直在研究所的工作中嘗試向液態樣品中添加輔助介質，希望能夠提升蛋白質分子離子化的成功率。當時，田中耕一的實驗室里就有幾百種輔助介質可供選擇，田中耕一日復一日地機械性嘗試，不知疲倦地將篩選工作不斷進行下去。但是，這些大工作量的機械篩選并沒能導致任何突破。他以超人的耐心調整各種實驗參數，在一次偶然的失誤操作下，終于在1985年下半年檢測到了一種酶的“質譜”信號，這是儀器分析化學的一個歷史性突破，正式宣告蛋白質大分子可以被完好地離子化。田中耕一在獲得諾貝爾獎后，他盡量推掉了社交應酬之后潛心科研16年。這16年里，他拒絕外出應酬，依然只想潛心做研究。直到2018年2月，田中耕一在《自然》雜志發表了最新研究成果，只需要分析幾滴血液，提前檢測出患者是否患有阿爾茲海默癥。原來，早在40年前得知父母病逝時，田中耕一便下定決心投身阿爾茲海默癥的檢測研究。即使獲得了諾貝爾獎，他仍然不忘初心、堅持不懈，再一次做出了重要的科學發現。

4 開展創新實驗，培養本科生的創新精神

將分析化學課程、諾貝爾化學獎內容與分析化學實驗課相結合，充分發揮老師科研經驗的優勢，開展創新實驗。通過理論聯系實踐，創新實驗是可以大大提高學生主動性、積極性和創造性，能夠較好激發學生的創新思維和創新意識，逐漸掌握思考問題、解決問題的方法。

我們結合從事的科研工作，近年來開展的創新實驗包括：(1)比色法檢測AD病人體液中的beta-淀粉樣蛋白寡聚體濃度；(2)金納米顆粒上DNA序列的可控組裝并用于生物標志物的檢測；(3)電化學生物傳感器的構件；(4)DNA模板法合成銀納米簇及其表征。這些創新實驗使得了本科生今早與分析化學前沿研究進展接觸，大大提高了學生的學習興趣，增強了學生學習分析化學的主動性。

5 結語