大數(shù)據(jù)時代化學(xué)相關(guān)專業(yè)學(xué)術(shù)型研究生綜合素質(zhì)培養(yǎng)

黃 娟，王 獻(xiàn)

(中南民族大學(xué) 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430074)

1 引言

研究生教育是高等院校人才培養(yǎng)中重要環(huán)節(jié)之一，也是國家科技興旺發(fā)達(dá)與否的影響因素之一。在當(dāng)今大數(shù)據(jù)時代下，各個高校的研究生教育也需要跟上大數(shù)據(jù)時代的步伐，探討研究相關(guān)的教育改革措施[1]，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，使學(xué)生能夠立足于今后的大數(shù)據(jù)時代之中?；瘜W(xué)及其相關(guān)專業(yè)作為科學(xué)研究中占比較重的學(xué)科，在大數(shù)據(jù)背景之下，其研究生綜合素質(zhì)培養(yǎng)亟待引起更多的關(guān)注。

2 大數(shù)據(jù)相關(guān)研究應(yīng)用的現(xiàn)狀

大數(shù)據(jù)一詞常用于計算機、商業(yè)以及信息通訊領(lǐng)域，其主要特點有：大量(Volume)、迅速(Velocity)以及多樣化(Variety)，即3V特征[2]。如圖1所示，大數(shù)據(jù)集成視圖的3個邊代表3個維度，分別為Volume、Velocity和Variety。三維維度的增長與準(zhǔn)確性呈負(fù)相關(guān)，但與復(fù)雜性、變異性，衰退和價值呈正相關(guān)[3]。大數(shù)據(jù)不同層面的困難包括：數(shù)據(jù)捕獲、存儲、搜索、共享、分析、管理和可視化[4]。

近些年來與大數(shù)據(jù)相關(guān)的基礎(chǔ)研究及應(yīng)用發(fā)展迅猛，圖2是以big data 為關(guān)鍵詞，在web of science核心期刊數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行檢索后生成的統(tǒng)計結(jié)果圖(截至2019年2月20日)。圖中反映出2012至2016年，文獻(xiàn)發(fā)表數(shù)量增幅均在20%以上，此五年平均增幅為42.6%。從學(xué)科方向上來看，排在前五位的學(xué)分分別為：計算機科學(xué)、工程學(xué)、數(shù)學(xué)、電信學(xué)以及生態(tài)環(huán)境學(xué)，而化學(xué)類只排在第16位。不過與2014年文獻(xiàn)數(shù)據(jù)[5]比較而言，排名有些許提升，化學(xué)中大數(shù)據(jù)的整理與挖掘有較大的提升潛力，需要得到更多的關(guān)注。

3 大數(shù)據(jù)及其相關(guān)技術(shù)在化學(xué)相關(guān)科研中的應(yīng)用

科研文獻(xiàn)是創(chuàng)新靈感的重要來源之一，由于科研文獻(xiàn)的數(shù)量呈指數(shù)級增長，研究人員發(fā)現(xiàn)新的研究課題和課題的改變將會越來越具有挑戰(zhàn)性。如果能夠借助文本挖掘，將可視化技術(shù)應(yīng)用于文獻(xiàn)的主題分析，從大型文本流中提取有價值的內(nèi)容，則可大大提高科研熱點趨勢的獲取效率，發(fā)現(xiàn)特點特定知識領(lǐng)域的主要研究主題、新興主題及研究前沿和主題演變[6]。

Nadine Schneider等[7]利用近年熱門的文本挖掘技術(shù)，分析了過去近40年(1976～2015年)從美國專利中檢索到的化學(xué)反應(yīng)和所涉及到的分子。結(jié)果顯示藥物專利中，使用的不同反應(yīng)類型的數(shù)量穩(wěn)步增加，但某些反應(yīng)類別的平均產(chǎn)率較低。2006～2015年，每個專利包含的反應(yīng)數(shù)由1976～1985年的6.2增加到20.1。在反應(yīng)類型中，雜原子烷基化及芳基化最多(占27.8%)，乙?；南嚓P(guān)反應(yīng)次之(占21.3%)。前10名平均反應(yīng)率在86%～97%之間，主要反應(yīng)類型為官能團(tuán)轉(zhuǎn)換，后10名平均反應(yīng)率在43%～52%之間，主要為雜原子芳基化和烷基化。最后發(fā)現(xiàn)如今的藥物分子比40年前的更大、更疏水及更具剛性。在未來10年間，鉑催化的反應(yīng)、胺偶聯(lián)及還原胺反應(yīng)將會繼續(xù)增長，Click法和新3+2雜環(huán)形成法會更加受歡迎，而保守的鉻、鋁、錫等化學(xué)物質(zhì)將會被拋棄。

Chang等[8]報道了一種文本挖掘的方法，從PubMed出版物中提取的2128種候選生物標(biāo)記物中確定了肝癌的的潛在生物標(biāo)志物。為了縮小范圍廣泛的生物標(biāo)記以進(jìn)行進(jìn)一步的臨床驗證，生物信息學(xué)家需要使用已發(fā)表作品中提供的信息對其進(jìn)行分類。生物醫(yī)學(xué)文本挖掘是一種在大量生物醫(yī)學(xué)知識中獲取感興趣信息的自動化方法，從而能夠提取與某些疾病相關(guān)的生物標(biāo)記物的數(shù)據(jù)。這種方法可以顯著減少研究肝病等重要疾病所花費的時間和精力。

這些應(yīng)用還包括從文獻(xiàn)中提取藥物-藥物相互作用的藥代動力學(xué)證據(jù)[9]。當(dāng)然這些科研大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用離不開數(shù)據(jù)庫的開發(fā)與建立[10]，從文獻(xiàn)的發(fā)掘[11]到數(shù)據(jù)的采集及處理[12, 13]_ENREF_10，甚至實驗方案的優(yōu)化設(shè)計[7, 14～16]，均需要開發(fā)建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫及工具。

從了解知曉各種數(shù)據(jù)庫、自然語言處理及文本數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)[17]到盡可能掌握和利用這些數(shù)據(jù)庫及相應(yīng)技術(shù)來提取相關(guān)信息，這樣才能更好地幫助自己擴大知識背景，加深實驗理論研究，提高實驗效率。

不管是文獻(xiàn)閱讀及歸納，還是思路梳理及課題設(shè)立，亦或是從方法羅列及篩選，到實驗設(shè)計及優(yōu)化，再到數(shù)據(jù)采集及處理，直至最后結(jié)果分析及拓展。大數(shù)據(jù)及其相關(guān)技術(shù)能夠在科研的各個環(huán)節(jié)發(fā)揮其數(shù)據(jù)挖掘的功能[18]，從大方向上把握整體科研的趨勢及走向。

4 大數(shù)據(jù)時代研究生的培養(yǎng)

在大數(shù)據(jù)時代下，科研工作者不僅自身需要學(xué)習(xí)大數(shù)據(jù)的相關(guān)技術(shù)，更需要在培養(yǎng)學(xué)生的時候主動提升他們的相關(guān)綜合素質(zhì)，導(dǎo)師和學(xué)校是研究生培養(yǎng)的關(guān)鍵所在。

4.1 大數(shù)據(jù)時代導(dǎo)師對研究生培養(yǎng)

大數(shù)據(jù)時代下導(dǎo)師更需要對學(xué)生側(cè)重以下幾種能力的培養(yǎng)：收集能力、管理能力、分析能力以及應(yīng)用能力。

4.1.1 個性化引導(dǎo)與鼓勵

通過收集并傳遞一定數(shù)量的文獻(xiàn)，導(dǎo)師需要引導(dǎo)學(xué)生從篩選中的文獻(xiàn)中學(xué)習(xí)及掌握實驗研究所涉及的一些基礎(chǔ)知識及必要操作。引導(dǎo)學(xué)生拓寬研究課題的應(yīng)用領(lǐng)域，鼓勵并培養(yǎng)學(xué)生對于化學(xué)研究的學(xué)習(xí)興趣，發(fā)揮其主觀能動性。通過進(jìn)一步的文獻(xiàn)調(diào)研，歸納總結(jié)，匯報討論等形式培養(yǎng)學(xué)生對新知識的接受與學(xué)習(xí)能力。大數(shù)據(jù)時代不僅是數(shù)據(jù)收集，還需要數(shù)據(jù)的整理歸納，更重要的是從這些數(shù)據(jù)中衍生出經(jīng)自己吸收并消化后的產(chǎn)物。即大數(shù)據(jù)的收集性，管理性，分析性和應(yīng)用性。

4.1.2 研究方向的擬定

導(dǎo)師可以根據(jù)自身研究方向，結(jié)合學(xué)生在前期文獻(xiàn)檢索中對某類課題感興趣的程度擬定其研究的方向。引導(dǎo)學(xué)生對已有文獻(xiàn)的收集、管理、分類，與導(dǎo)師及小組成員分享其心得與想法，共同對擬定的研究課題進(jìn)行改進(jìn)與完善。當(dāng)學(xué)生在擬定的研究方向上進(jìn)行順利時，可鼓勵并引導(dǎo)其對此方向進(jìn)行適度的拓展延伸。當(dāng)學(xué)生在擬定的研究方向上受到挫折時，導(dǎo)師需要鼓勵并引導(dǎo)學(xué)生主動去發(fā)現(xiàn)解決并解釋實驗中的問題，而不是擱置或回避實驗中出現(xiàn)的問題與現(xiàn)象。

4.1.3 數(shù)據(jù)分析軟件的熟練應(yīng)用

可視化是大數(shù)據(jù)相關(guān)技能中重要的一項。如何利用軟件將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成圖形或圖像便于讀者更好地理解作者所表達(dá)的內(nèi)容，這是科研人員必備的一項能力，也是學(xué)生所需要學(xué)習(xí)并掌握的技能。

數(shù)據(jù)分析與處理是文章的撰寫中重要的一個環(huán)節(jié)，學(xué)生能夠熟練的掌握這一項技能，不僅能夠增加其自信心，提高論文撰寫效率，更能使其在以后的科研工作中如魚得水。應(yīng)用能力的提升甚至在非科研領(lǐng)域也能為其帶來意想不到的收獲。導(dǎo)師可以將本課題組所涉及到的一些數(shù)據(jù)分析軟件的常用操作進(jìn)行整理，并撰寫成冊，讓學(xué)生經(jīng)常溫習(xí)演練。對于不常用的軟件功能也需要讓學(xué)生熟悉，鼓勵學(xué)生多掌握幾種最新的軟件，盡可能全面了解軟件中所有的功能。

4.2 大數(shù)據(jù)時代院校對研究生培養(yǎng)

大數(shù)據(jù)時代，僅僅依靠導(dǎo)師對學(xué)生綜合素質(zhì)強化是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，學(xué)校也需要在研究生綜合素質(zhì)培養(yǎng)的環(huán)節(jié)上做出力所能及的努力與貢獻(xiàn)。

4.2.1 重視與時俱進(jìn)的文獻(xiàn)檢索技能實踐課程

院校不僅要培養(yǎng)學(xué)生傳統(tǒng)的文獻(xiàn)檢索技能，更需要培養(yǎng)與時俱進(jìn)的檢索能力。這不僅能夠提升學(xué)生的檢索能力更能幫助其開拓視野，更好的適應(yīng)當(dāng)下的大數(shù)據(jù)時代。同時也避免了學(xué)校圖書館所擁有的數(shù)據(jù)庫資源浪費現(xiàn)象的發(fā)生。

4.2.2 重視流行及新興學(xué)術(shù)應(yīng)用軟件的培訓(xùn)

學(xué)校應(yīng)該多舉辦一些流行的以及新型的學(xué)術(shù)應(yīng)用軟件培訓(xùn)講座，可將此講座納入創(chuàng)新學(xué)分統(tǒng)計之中。學(xué)校及各個學(xué)院可以適當(dāng)鼓勵學(xué)生成立一些軟件社團(tuán)，給學(xué)生之間創(chuàng)造或增加交流的機會與空間。盡可能多舉辦一些軟件分析的講座及經(jīng)驗分享交流會，使大家能熟悉和了解大數(shù)據(jù)時代的數(shù)據(jù)分析軟件，加強大數(shù)據(jù)時代下學(xué)術(shù)生態(tài)鏈系統(tǒng)的完善性。

4.2.3 重視與計算機等學(xué)科的交叉培養(yǎng)

從大數(shù)據(jù)應(yīng)用程度來看，計算機科學(xué)、工程學(xué)、數(shù)學(xué)、電信學(xué)以及生態(tài)環(huán)境學(xué)排在前列，學(xué)?；?qū)W院可根據(jù)自身學(xué)科狀況，設(shè)立一些交叉培養(yǎng)方案，鼓勵大數(shù)據(jù)優(yōu)勢學(xué)科進(jìn)入各個學(xué)科之中。讓學(xué)生能夠接觸大數(shù)據(jù)時代下與其相關(guān)度較高的一些基本技能。從教育改革角度出發(fā)，學(xué)校需要設(shè)立更多的化學(xué)交叉學(xué)科，特別是需要重視及設(shè)立與計算機相關(guān)的交叉專業(yè)，從而能夠產(chǎn)出更多的混合型人才。

4.2.4 增加交叉合作成果的認(rèn)可度

院校應(yīng)該增加大數(shù)據(jù)相關(guān)學(xué)科的合作認(rèn)可度，提高各學(xué)科之間的合作動力，對涉及大數(shù)據(jù)相關(guān)的研究內(nèi)容及工作量應(yīng)該另立標(biāo)準(zhǔn)。可鼓勵大數(shù)據(jù)相關(guān)文章發(fā)表在學(xué)校校報，或者其他同水平或更高水平期刊雜志中。

4.2.5 增加大數(shù)據(jù)相關(guān)教育研究的經(jīng)費預(yù)算

對于大多數(shù)研究者來說，大數(shù)據(jù)可能是一個陌生又熟悉的領(lǐng)域。增加大數(shù)據(jù)相關(guān)教育或研究的經(jīng)費，能夠引導(dǎo)研究人員多接觸了解此領(lǐng)域，同時幫助其找到與之相關(guān)的交叉領(lǐng)域的研究課題。研究人員或?qū)熋碌膶W(xué)生也能夠擁有一定的經(jīng)費開展相關(guān)的學(xué)習(xí)與研究。

4.2.6 聯(lián)系相關(guān)企業(yè)進(jìn)校宣講

讓學(xué)生認(rèn)識到，大數(shù)據(jù)時代下，各個企業(yè)對于某些技能的需求，以及各個科技公司在大數(shù)據(jù)技能中的發(fā)展?fàn)顩r。聯(lián)系相關(guān)企業(yè)進(jìn)校宣講，不僅能夠提高學(xué)生對于掌握大數(shù)據(jù)相關(guān)技能的興趣，更能幫助學(xué)生擴大就業(yè)范圍，同時還能幫助相關(guān)企業(yè)解決用人問題。

5 結(jié)語

在大數(shù)據(jù)時代，科研工作者自身需要不斷接觸并學(xué)習(xí)大數(shù)據(jù)相關(guān)的應(yīng)用技術(shù)，利用相關(guān)軟件提高自己的科研綜合能力。作為導(dǎo)師，需要培養(yǎng)學(xué)生各項綜合能力，提高其在大數(shù)據(jù)時代的綜合素質(zhì)，使他們面對今后的工作能夠更加自信。為國家的科技教育事業(yè)多做貢獻(xiàn)應(yīng)該是每一位導(dǎo)師的責(zé)任與追求。