參與大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃的收獲與感想

馮一納， 馮 莉， 宋均鳳， 郭帥帥， 王麗陽， 廖全蘭， 曹 彤

(中國礦業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院， 江蘇 徐州 221116)

參與大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃的收獲與感想

馮一納， 馮 莉， 宋均鳳， 郭帥帥， 王麗陽， 廖全蘭， 曹 彤

(中國礦業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院， 江蘇 徐州 221116)

以“褐煤結(jié)構(gòu)分析”為題，申請了大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃，以親身參與大學(xué)生創(chuàng)新計劃項目后的收獲與感想探討高校創(chuàng)新訓(xùn)練計劃的重要性。小組成員在參與過程中，提高了理論知識，鍛煉了實驗技能，培養(yǎng)了團隊協(xié)作精神等方面科研素質(zhì)，對小組成員今后的學(xué)習(xí)工作都有深遠的影響。

大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃; 理論知識; 實踐技能; 團隊協(xié)作; 收獲與感想

大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃就是通過鼓勵大學(xué)生親身參與到科研創(chuàng)新活動中，以此激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識，提升學(xué)生的自主創(chuàng)新實踐能力[1]。大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃是本科生個人或團隊，在導(dǎo)師指導(dǎo)下，自主完成創(chuàng)新性研究項目設(shè)計、研究條件準(zhǔn)備和項目實施、研究報告撰寫、成果(學(xué)術(shù))交流等工作[2]。創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項目要充分發(fā)揮學(xué)生的積極性、自主性和創(chuàng)造性，學(xué)會利用新的方法，尋求新的發(fā)現(xiàn)[3-4]。在實施創(chuàng)新訓(xùn)練計劃中，實驗教學(xué)的模式發(fā)生了改變，不是傳統(tǒng)的灌輸模式，而是學(xué)生根據(jù)自己感興趣的課題或者問題，自主實驗，即學(xué)生自己設(shè)計實驗、自己完成實驗、自己管理實驗[5]。

1 創(chuàng)新項目簡介

我們的創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項目組共6名學(xué)生和1位導(dǎo)師。針對褐煤脫水提質(zhì)和高效利用的基礎(chǔ)科學(xué)問題——褐煤中水分賦存狀態(tài)及其化學(xué)物理作用機制的認知，本項目以蒙東地區(qū)年老褐煤為研究對象，以褐煤中有機分子結(jié)構(gòu)的深度剖析為研究主線，根據(jù)褐煤的組成、結(jié)構(gòu)特點，從原位分析、分離表征、模型構(gòu)筑3個層次，采用多種表征手段相結(jié)合，研究褐煤中含氧官能團結(jié)構(gòu)特征[6-8]。

煤的組成及結(jié)構(gòu)是決定煤的各種性質(zhì)的基本因素，是認識和合理利用煤的基本出發(fā)點。褐煤結(jié)構(gòu)復(fù)雜，水分賦存狀態(tài)迥異，僅僅從宏觀上難以深入和全面地認知褐煤中含氧官能團和孔隙結(jié)構(gòu)與水相互作用的機制。構(gòu)筑褐煤持水結(jié)構(gòu)模型簇，有利于深入認識褐煤持水的結(jié)構(gòu)特點、賦存狀態(tài)，借助于理論計算，可以從分子水平定性、定量地認知和計算褐煤中含氧官能團和孔隙結(jié)構(gòu)與水的結(jié)合能，物理、化學(xué)作用機制，從而為進一步脫除水分提供理論基礎(chǔ)[9]。

本項目的導(dǎo)師馮莉老師一直提倡學(xué)生自由討論、集思廣益，有意識地訓(xùn)練學(xué)生的表達能力和溝通能力。她組織了多次小組討論，讓我們對項目的進展展開討論，學(xué)會用準(zhǔn)確的語言表達自己的觀點或結(jié)論。而在介紹新知識的時候，注意到我們專業(yè)知識基礎(chǔ)薄弱的特點，講解深入淺出，制作了相關(guān)PPT結(jié)合研究內(nèi)容進行講解，讓我們熟悉實驗背景知識和基本技能，為后期進入實驗室實測數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)打好了基礎(chǔ)。為了彌補指導(dǎo)時間的不足，馮老師還建立了qq群等聯(lián)系方式，保證我們與馮老師之間的充分交流。在整個實驗過程中，與傳統(tǒng)教育模式相比大大不同。在實驗方案設(shè)計、數(shù)據(jù)處理分析、規(guī)律總結(jié)方面給了學(xué)生充分的思考空間，沒有過多的干預(yù)。擁有本次實驗經(jīng)歷，我們切身感受到一個高質(zhì)量的創(chuàng)新項目課題組的魅力。

2 創(chuàng)新項目收獲與提高

2014年4月份，我們成功申報大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項目，開始了我們?yōu)槠?年的創(chuàng)新研究征程。在一年的研究創(chuàng)新過程中，我們歷經(jīng)了重重困難，收獲了種種喜悅，一步又一步邁開了我們研究征程。

2.1 理論知識提高

實施創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項目要求我們有扎實的理論基礎(chǔ)，用理論來指導(dǎo)實踐活動。在理論知識學(xué)習(xí)上，由于當(dāng)時我們還未系統(tǒng)學(xué)習(xí)能源化學(xué)、儀器分析等課程，因此對褐煤研究的相關(guān)知識了解不是很多，于是我們從基礎(chǔ)理論知識著手，通過借閱圖書館相關(guān)書籍及網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫搜尋相關(guān)知識，進行深入學(xué)習(xí)。通過半年的不懈努力，我們克服了超前學(xué)習(xí)的種種困難，掌握了基本的研究方法，并對有關(guān)褐煤的知識有了較深的體會，充分鍛煉了我們快速接受新知識的能力。

對實驗室里先進設(shè)備的了解和使用，讓我們把理論知識和實踐技能結(jié)合起來。與導(dǎo)師和研究生學(xué)兄學(xué)姐的近距離接觸和交流，拓展了我們的知識面，提高了科研能力，有助于掌握學(xué)科發(fā)展動態(tài)。

每月一次研究組交流會，是馮老師為我們提供的一個很好的交流學(xué)習(xí)平臺。我們把每月的工作進行總結(jié)匯報，并與馮老師及其研究生進行溝通交流，不斷地學(xué)習(xí)新的研究方法。這不僅讓我們對自己的不足有了一個更加清醒的認識，不斷地去完善研究方案，還讓我們學(xué)習(xí)到了作為一個研究者應(yīng)該具有的科學(xué)素養(yǎng)和科學(xué)態(tài)度，使我們在溝通與學(xué)習(xí)中不斷進步。

2.2 實踐技能提高

在馮老師的悉心指導(dǎo)和其研究生的熱情幫助下，我們對研究項目有了越來越深入的了解，能對譜圖進行計算分析，大大提高了我們的信息分析處理能力。

實驗過程中，譜圖解析是一個十分重要的過程，小組成員在馮老師及其研究生的指導(dǎo)幫助下，慢慢摸索，學(xué)習(xí)并逐漸掌握origin軟件的使用。由于當(dāng)時我們?nèi)鄙賰x器分析等相關(guān)專業(yè)知識，這其中就增加了進行譜圖解析的難度。大家齊心協(xié)力，查閱相關(guān)文獻資料，共同攻克困難。

在譜圖解析過程中，我們以蒙東地區(qū)年老褐煤為例，借助GC-MS對其萃取物和萃余物在甲醇、丙酮、THF、DMF 4種不同溶劑中的總離子流圖進行解析，其中萃取物和萃余物又各包含氣質(zhì)和熱氣質(zhì)兩種[10-11]。所呈現(xiàn)的譜圖峰雜而多，逐個解析費時費力且不切實際，需要根據(jù)自身所掌握的基礎(chǔ)化學(xué)知識和儀器分析原理，以及解譜經(jīng)驗來對各個峰進行取舍，選擇濃度大、峰形好的峰，加快解譜的速度與質(zhì)量。背景扣除時，峰底兩端盡量平齊，盡量包含整個峰，但也不能過分苛求，以免保留了周邊細小干擾峰，影響下一步的分析判斷。

在非極性分析柱中，各片段峰，由于其質(zhì)量的不同，其在柱中的保留時間不同，因而具有不同的出峰順序。憑借此依據(jù)，并結(jié)合譜圖庫中給出的匹配物質(zhì)進行綜合比較，選擇最優(yōu)結(jié)果。有時，會出現(xiàn)同一種物質(zhì)具有不同的保留時間，這就需要根據(jù)前后出峰的物質(zhì)以及此種物質(zhì)之間的沸點、質(zhì)量進行比較，非極性柱中沸點低的、質(zhì)量小的物質(zhì)先出峰[10-11]。我們在譜圖解析過程中培養(yǎng)了科研耐心，鍛煉了解決問題的能力，是一個將所學(xué)理論知識綜合、系統(tǒng)地運用于實踐的鍛煉機會。

在實施大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項目過程中涉及到數(shù)據(jù)處理和分析，我們采用的是Origin軟件。與Excel軟件相比，Origin不僅可以根據(jù)數(shù)據(jù)繪制出包括條狀、線形以及扇形和三維等滿意的圖形，還可以將幾組數(shù)據(jù)放在同一個圖中進行比較處理的同時進行分析,可以為大學(xué)生創(chuàng)新項目提供可視化數(shù)據(jù)制圖和數(shù)據(jù)分析。

Origin主要包括數(shù)據(jù)制圖和數(shù)據(jù)分析兩大重要功能。在制圖的過程中既可以使用既定的模板，也可以根據(jù)自己需要設(shè)置模板，這是因為Origin數(shù)據(jù)系統(tǒng)提供了各種2D和3D的圖形模板。Origin數(shù)據(jù)分析主要包括排序、計算、統(tǒng)計、平滑以及擬合和頻譜分析等，可以借助它來擬合實驗數(shù)據(jù)，同時與其他軟件協(xié)同合作，綜合分析實驗數(shù)據(jù)，從中找到一些所需要的信息。

我們從學(xué)校圖書館借閱有關(guān)書籍進行學(xué)習(xí)，促進我們的學(xué)習(xí)之旅順利地開展。通過閱讀書籍，將書籍中的實例一一進行實際操作，腳踏實地地從最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)錄入開始再到數(shù)據(jù)擬合，遇到不懂的將書多看幾遍，多試幾遍，實在不會的就在網(wǎng)上尋找網(wǎng)絡(luò)課程，逐步學(xué)會了基本操作。

在本次參加大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項目過程中涉及一些化學(xué)熱力學(xué)數(shù)值的計算，我們學(xué)習(xí)了Gaussian軟件。Gaussian是計算化學(xué)領(lǐng)域進行半經(jīng)驗計算和從頭計算中使用最廣泛的量子化學(xué)軟件，主要用于研究分子能量和結(jié)構(gòu)、過渡態(tài)的能量和結(jié)構(gòu)、化學(xué)鍵和反應(yīng)能量、分子軌道、偶極矩和多極矩、原子電荷和電勢、振動頻率、紅外和拉曼光譜、NMR、極化率和超極化率、熱力學(xué)性質(zhì)和反應(yīng)路徑等[7, 12]。

在本次創(chuàng)新項目中Gaussian主要用來計算結(jié)合能和優(yōu)化的作用[13]。在學(xué)習(xí)過程中遇到了許多問題，從軟件的安裝以及PC機操作系統(tǒng)的選擇，硬盤的分區(qū)都有很多講究。另外，涉及了許多數(shù)學(xué)知識，尤其是群論方面的知識，還有數(shù)學(xué)程序方面的知識以及更重要的是化學(xué)專業(yè)知識的學(xué)習(xí)，要熟練掌握分子軌道等一些知識，對于我們來說學(xué)習(xí)這款軟件難度還是挺大的，通過在圖書館收集資料、網(wǎng)上查閱、小組討論、請教馮老師等方法，解決了學(xué)習(xí)軟件過程中的問題。

2.3 團隊協(xié)作精神

創(chuàng)新計劃訓(xùn)練計劃項目的成功不能靠個人孤軍奮戰(zhàn)，要靠團隊的力量才能實現(xiàn)，注重集體的智慧。團隊協(xié)作精神不僅僅是一起合作，更關(guān)鍵的是團隊成員之間的溝通。每個人的個性不同，能力各異，在團結(jié)合作過程中，往往能優(yōu)勢互補，達到1+1>2的效果。我們的小組共6人，又分為3個小分組進行實驗和分析，每一小分組的任務(wù)獨立又有相關(guān)的地方，研究承前啟后，要求我們在不斷提高個人能力的同時，必須學(xué)會與其他隊員溝通協(xié)作。從中，我們明白了團隊工作的意義，提高了團隊合作能力。在這個過程中，形成了良好的工作氛圍，我們感受到了集體的“溫暖”。

2.4 抗挫折能力提高

在實驗過程中，我們獨立運用所學(xué)知識和實驗技術(shù)對數(shù)據(jù)進行計算、分析，其中的挫折和失敗鍛煉了我們的意志，提高了抗挫折能力，增強了“韌勁”。當(dāng)然，最后的成功更是增強了我們的自信心。

3 結(jié)束語

大學(xué)生在校期間參加科研項目，無論是對專業(yè)知識的深入了解還是日后的就業(yè)都有很大的幫助和益處。大學(xué)生參與創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項目，是學(xué)習(xí)的進一步深入，不僅有助于加深對課本內(nèi)容的了解，而且可以在參與項目的過程中學(xué)會更多課本上沒有的知識，更有利于全面提高我們的專業(yè)素養(yǎng)和各方面的能力。綜合起來有以下幾個方面：

(1) 學(xué)會了查閱資料和總結(jié)資料的能力；

(2) 提高了實驗研究能力；

(3) 提高了分析圖譜的能力和數(shù)據(jù)處理的能力；

(4) 提高了撰寫課題報告的能力；

(5) 有助于培養(yǎng)團隊合作意識；

(6) 為以后繼續(xù)深造打下良好的基礎(chǔ)。

大學(xué)生參與創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項目符合社會需求的高素質(zhì)人才的要求，創(chuàng)新訓(xùn)練計劃實驗項目的開展更是大學(xué)生參與科研的重要途徑，其在人才的培養(yǎng)中發(fā)揮日益重要的作用。當(dāng)今社會越來越需要創(chuàng)新型人才，作為大學(xué)生，我們只有不斷鍛煉自己，提高專業(yè)素養(yǎng)，積極向上，充分利用現(xiàn)有創(chuàng)新性實驗的機會充實自己，才會有更加燦爛和輝煌的未來。

References)

[1] 綦盛健, 陸樹良.大學(xué)生創(chuàng)新實驗中學(xué)生主體地位的思考與實踐[J].實驗技術(shù)與管理, 2009，26(12):29-31.

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Harvests and impressions of participating in college students’ innovative training project

Feng Yina, Feng Li, Song Junfeng, Guo Shuaishuai, Wang Liyang, Liao Quanlan, Cao Tong

(School of Chemical Enginering and Technology, China University Mining&Technology,Xuzhou 2211116, China)

The “Analysis of the structure of lignite ”is taken as a project to apply for college students’ innovative training project. This paper discusses the importance of college students’ innovative project after getting a large number of harvests and impressions from participating in it. In the process of taking part in it, the theoretical knowledge and experimental skills are improved. What’s more, the teamwork spirit and other quality of scientific research are cultivated, which will have a profound influence in the future study.

college students’ innovative training project; theoretical knowledge; experimental skills; teamwork; harvests and impressions

2015- 04- 16 修改日期：2015- 05- 28

國家自然科學(xué)基金項目(51274197)

馮一納(1994—) ，女，浙江舟山，本科生，專業(yè)方向為應(yīng)用化學(xué)

E-mail：zjzsfyn@163.com

G642.0

B

1002-4956(2015)10- 0029- 03

馮莉(1966—) ，女，江蘇漣水，教授，主要從事材料、膠體與界面化學(xué)的研究.