研究生课程中创新素质培养的探索
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摘要：以《分析仪器进展》课程的教学出发，结合各类分析仪器的发展史，解析前沿分析仪器的原理、技术和应用，通过丰富教学内容、理论联系实际、跟进科技前沿、关注发展应用、多媒体课件的灵活运用以及寻找科研的结合点等方面的教学方式方法，探索了如何结合课程教学，培养研究生创新素质的教学体会。
中图分类号：G643 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）02-0110-02
进入21世纪，分析化学已经成为最有活力的高科技领域之一。《分析仪进展》是我校分析化学专业硕士研究生开设的一门涉及化学、物理学、电子学、计算机等多个学科的综合性课程，它以仪器分析新方法和仪器研究新进展为主要讲授内容，使硕士研究生能了解新的分析方法原理、新的分析仪器结构与原理，并重点培养学生的创新意识、提高学生的创新能力，尤其是在教学过程中，注意及时补充前沿科学、分析方法以及新型仪器的最新研究进展，紧密结合实际生活遇到的问题，由浅及深地引导学生创新性思维的培养，使之成为创新型人才――即不仅能发现问题，还能解决问题，并能够开拓新领域的人才。本文以作者在进行《分析仪器进展》课程教学为契机，探讨了在课程教学过程中如何培养研究生创新性思维和创新性能力等方面的探索。
一、注重授课方法，丰富教学内容，提高教学效果
分析仪器是人类认识自然、改造自然的重要工具，是新世纪全球科技、经济和社会持续发展的基础，是衡量一个国家科技水平的重要领域之一，是我国高科技领域先进性的重要体现之一。分析仪器的发展历程，是科学思想和创新意识应用于新工具、新方法，并用之解决新问题的典型个案。
绪论是课程内容的开始，讲好绪论是上好《分析仪器进展》课程的关键一环，其能有效地激发学生的学习兴趣和热情。因此，绪论内容的筛选，除了要向研究生展示课程的内容和要求，更应该注重分析仪器的发展历程及其在军事、航天、生产与生活等诸多领域的迫切性与重要性。在讲到分析化学的定义时，阐述了南京大学陈洪渊院士关于分析化学的定义，即分析化学是研究物质的组成和结构，确定物质在不同状态和演变过程中化学成分、含量和分布的量测科学，是化学科学的分支学科。定义的变化说明了分析化学的发展进入到了一个全新的阶段，我们的角色已经从数据的提供者转变成为问题的解决者。同时，通过介绍分析仪器发展简史、发展现状和与分析仪器发明发展相关的获得诺贝尔奖的情况，尤其是向同学们传达了国家将分析仪器的研究列入到了国家“十二五”化学学科优先发展领域，不仅使研究生了解到学科发展的历史，杰出科学家们的卓越贡献以及分析仪器科学的发展给人类文明和科技的进步带来的重大影响，同时也大大激发了学生的学习热情、对专业的热爱以及为科学献身的崇高理想。例如，英国物理学家阿斯顿（Francis William Aston）首次制成了聚焦性能较高的质谱仪，并用此来对许多元素的同位素及其丰度进行测量，因此他荣获了1922年的诺贝尔化学奖。1952年，马丁和辛格因为对色谱分析的贡献而获得诺贝尔化学奖。另外，在激发研究生对仪器分析课程学习兴趣的同时，使学生充分意识到创新性思维和能力的培养对自己开展研究工作、未来职业规划以及自身能力的提高都具有重要意义。阐述了创新是科学研究的灵魂，没有新意的研究是毫无意义的。对影响创造性思维的因素是和研究者的知识结构有很大关系进行了剖析。一般地说，创新分为三个阶段：（1）准备阶段（发现问题和资料收集）；（2）创新（酝酿和顿悟）；即“Idea”的产生；（3）验证（实践检验和逻辑证明）。这样，让同学从第一堂课开始，就让创新性思维与能力的意识生根发芽。
二、理论联系实际，创新能力提高的推动力
作为国家教育体系最高层次的研究生教育，其基本目标就是培养具有创新性科学研究能力的人才，具有创新能力的人才是建设创新型国家的基础。如何通过《分析仪器进展》课程的学习，来提高研究生的创新能力是一项重要的系统工程。作为教师，首先要分析学生，了解学生；其次要分析社会，了解社会对学生的能力需求。在对学生和社会进行充分分析的前提下，教师要保持始终站在知识的前沿，不断调整、充实教学内容，在教学活动过程中能综合运用各种教学方法和教学手段。
在教学过程中，注重结合科研实际列举有关现代分析仪器技术在生命科学、环境监测、食品药品检测等方面应用的能够引起学生产生浓厚兴趣的实例。如“三聚氰胺奶粉”事件、化学添加剂“瘦肉精”及“苏丹红”等的检测、香烟中重金属超标等这些贴近学生现实生活，也是他们较为关心且与自身专业有紧密联系的问题，通过学习仪器分析这门课程之后都能得到解答。这样的讲解对于激发学生的创新性思维和能力，发现问题、解决问题的能力都是十分有益的，同时也在无形中树立了学生严谨的科学思想，开阔了他们的科研思路。又如，美国“勇气”号登陆月球时所用的取样分析器、质谱等多种分析仪器，是人类遣往其他星球上第一个可以移动的、自动化的大型分析实验室。随后，美国的“凤凰号”火星探测器还用到了世界上最先进的显微镜电化学与传导性分析仪、热与气体分析仪等。在“计算机与仪器分析”章节，把人工智能及其在智能分析仪器方面的应用与现代医学中人体假肢的应用结合起来，尤其是最近美科学家发明了可用意念操控的假肢，即截肢后残端的神经可在短暂的时间内保持健康，把残臂的神经和胸部肌肉连接在一起，当想要移动胸部肌肉的时候，原来与手臂相连的神经会收到信号并通过计算机传递给假肢。这些新发现为智能化分析仪器的开发提供了新的思路。
三、多媒体课件的灵活运用
在《分析仪器进展》课程教学中，由于涉及的分析仪器和分析方法具有内容繁、特点和规律各成体系、仪器结构复杂等特点，因而仅靠传统的教学手段学生难以很好地理解和掌握。尤其是面临现代分析新理论、新方法的不断涌现和日新月异的前沿性知识更新，仅依靠传统的教学方式难以达到满意的教学效果。因此，为了解决上述问题，灵活运用多媒体课件来进行一些分析原理、仪器结构等较难理解的内容讲解，已成为有效的教学手段，并在教学过程中发挥着越来越重要的作用。例如，讲授虚拟实验室的构成及应用时，如果单纯用文字和简单图表来描述虚拟实验室的操作，学生可能较难理解其构成以及用途，如果用动画来演示，再配合手动操作和讲解，就使得学生不仅能够观察到仪器的内部结构，而且能更好地理解分析仪器的基本原理和仪器的结构，提高了教学效果。例如，剪辑电影《阿凡达》中出现的类似互连感应生态系统，形象地引出地球上其实也具备特殊的生物感应能力，如一种生活在海底泥泞沉积物中吞食硫磺的细菌，通过蛋白质细丝传导电子，将信息通讯传递至样本表面富含氧气的沉积层样本中，这样沉积层样本表面富含氧气区域的细菌可释放氧气。这些微生物可以远距离彼此生活在电子共生系统中。这种传导网络可以实现远程氧化反应的细菌违背了我们迄今所掌握的知识。将这些问题留给学生思考：利用“电子共生”现象能否与现代光、电、色等分析技术结合，构建新型复杂环境体系的分析方法？课后反馈，同学们兴趣浓厚，提出了很多不同的设想，收到了良好的教学效果。
四、寻找科研的结合点，引入自身的科研成果，激发学生对科研的兴趣
《分析仪器进展》课程涉及计算机、电分析、色谱分析、光分析、微全分析等教师科研中常用的一些仪器分析方法，因此容易找到与教师自身、本校科研成果的结合点。教师要充分利用此结合点，在教学过程中将本校教师取得的科研成果引入到分析仪器的研究与研发中去，让学生首先了解身边教师在科研上的成就以及发展历程，从而坚定学生对学习分析仪器的兴趣，为如何提高自身的创新性思维与能力树立了榜样。如在讲解电分析中新方法进展研究中，本校高鸿院士领导的研究组提出了离子选择电极瞬时信号分析，从最早如何发现新现象，到探索现象本质、提出新方法、探讨机理和应用，最后研制出活度阶梯切换和瞬时信号测量仪。另外，在介绍示波计时电位法研究中，电子线路的设计直接关系着分析仪器的稳定性、灵敏度以及应用范围，从传统示波计时电位法电子线路设计的思路出发，通过对比各个线路的优缺点，引导学生思考如何通过改变电子线路来提高示波计时电位分析仪器的性能。以上这些把一个新分析理论、仪器的发展与创新的三个阶段紧密结合，不仅进一步提高了学生对色谱基础理论的理解，更能够更深刻地体会到创新来源于发现，成长于探索，成熟于应用，激发了其对科学研究的兴趣。
我们认识到，研究生创新素质的培养是一项长期、复杂的系统工程。分析仪器作为新世纪全球科技、经济和社会持续发展的基础，我们要始终保持站在科学的前沿，不断改进教学方法、充实教学内容，不断地总结和积累教学经验，树立强烈的教育责任心，不断调整、改进教学方法，在教学过程中以《分析仪器进展》为主体，通过介绍分析化学方方面面的新进展，探索出一条培养研究生创新素质的新路子，以达到培养研究生良好的科学精神和启发同学们创新思维的目的。
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