研究生創(chuàng)新思維啟發(fā)式教育
——以有機胺瓶口白色固體成因的探究為例

竺 寧 程思柳 韓利民 洪海龍 高媛媛

(內(nèi)蒙古工業(yè)大學 化工學院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051)

科學研究是一種創(chuàng)造性的社會實踐活動，其本質(zhì)在于對真理的探索及知識的運用，科學研究主要包含三方面內(nèi)容：一是創(chuàng)造新知識；二是加工已有的知識，包括貯存、分析、鑒別、整理，使零散的知識系統(tǒng)化、體系化；三是利用知識，把科學知識轉(zhuǎn)化為技術(shù)知識，把技術(shù)知識轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)知識，把某個學科的知識成功的應用于其他學科等[1]。而科學研究體現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力上，并對此過程進行清晰與細致的整理與記錄。科學研究能力是每一個科研人員順利完成科研活動任務所需的基本能力[2]。隨著社會的發(fā)展、科技的進步，對于具有較強動手能力和解決實際問題能力的工科人才的需求日益增加，對科技人員的素質(zhì)提出了較高的要求。工科碩士生是科學研究的主力軍，是未來科技創(chuàng)新的重要力量。因此，加強對工科碩士生科研能力的培養(yǎng)，提高工科碩士生的創(chuàng)新精神和解決實際問題的能力非常重要。在創(chuàng)新教育培養(yǎng)的初級階段，除了導師及課堂上所培養(yǎng)的創(chuàng)新思維之外，研究生也要對實驗衍生出的現(xiàn)象進行詳盡探究，多看、多學、多問，在此過程中激發(fā)自身的創(chuàng)新思維[3]。DNA雙螺旋分子模型的創(chuàng)新性發(fā)現(xiàn)，是在沃森等的噬菌體實驗的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)并完善的創(chuàng)新點；屠呦呦等研究出的抗瘧新藥—青蒿素和雙氫青蒿素來自中醫(yī)古方[4]。這些都是在創(chuàng)造性思維的引導下不斷嘗試和探索的結(jié)果。因此，大多創(chuàng)造性成果和創(chuàng)新型研究，都是通過已有成果的啟發(fā)而創(chuàng)造出來的。本文對化學實驗室的一個常見的未知現(xiàn)象進行剖析，在此過程中滲透發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的思維，在潛移默化中培養(yǎng)學生探索未知事物的好奇心和創(chuàng)造性解決問題的思維。

1 發(fā)現(xiàn)問題

化學實驗室中存在各種各樣的現(xiàn)象，有些為人們所知，而有些還未曾深入了解。對未知的化學現(xiàn)象進行剖析，不僅可以防止因相關(guān)人員缺乏認知而導致化學實驗出現(xiàn)微小誤差，從而造成不良后果，還可以利用其中包含的化學知識組合為化學技術(shù)為人們所用。在有機實驗室藥品柜中，某些試劑瓶蓋周圍常常附著一層輕飄飄的白色固體，有關(guān)該白色固體是什么物質(zhì)，有無毒性，以及是怎樣形成的鮮有文獻報道。本課題組在進行實驗過程中常遇到類似情況，對其保持好奇態(tài)度，隨后進行分析研究。通過觀察發(fā)現(xiàn)瓶口產(chǎn)生白色固體的化合物多為有機胺類物質(zhì)(如圖1)，隨后以乙二胺為例進行初步的分析研究。

圖1 有機胺瓶口圖

2 分析問題

首先將乙二胺瓶口白色固體收集，通過初步的實驗檢測發(fā)現(xiàn)白色固體易溶于水和乙二醇，難溶于其他有機溶劑，物理性質(zhì)類似于有機鹽類。為進一步探究其成分，結(jié)合實驗室現(xiàn)有的分析檢測儀器選用了簡單方便、快速靈敏的核磁共振儀。于是將白色固體溶解在氘水中進行核磁氫譜和碳譜測試。碳譜顯示在160.7 ppm和164.7 ppm有兩個羰基峰，初步猜測羰基來源于空氣中的二氧化碳。為了驗證該猜測，取2 mmol 乙二胺加入10 ml反應釜中，通入3 MPa CO2室溫反應24 h，反應釜中的反應產(chǎn)物為灰白色堅硬的固體，并且其與乙二胺瓶口白色固體溶解性質(zhì)相似。接下來將該固體進行核磁氫譜與碳譜檢測，通過對比發(fā)現(xiàn)該反應產(chǎn)物與乙二胺瓶口白色固體是同種物質(zhì)，并且該結(jié)果與文獻報道的伯胺和仲胺在水存在下能夠較易捕獲CO2，生成氨基甲酸鹽、碳酸氫鹽與碳酸鹽三者的混合物思路一致[5-6]。結(jié)合文獻和核磁圖推測乙二胺瓶口白色固體成因為：乙二胺在使用過程中，氣體揮發(fā)沾到瓶口，在潮濕空氣的作用下，捕集空氣中的CO2，最終生成氨基甲酸鹽和碳酸氫鹽的混合物。為了進一步證實推測想法的正確性，做了驗證實驗。將類似于乙二胺的其它二胺類液體化合物各取200 ul加入小燒杯中敞口放置，一周后觀察燒杯內(nèi)壁，發(fā)現(xiàn)燒杯壁上附著大量白色固體，將該類白色固體收集測試，其成分為氨基甲酸鹽和碳酸氫鹽的混合物，進一步證實本課題組的推測。

3 結(jié)論

通過以上分析得出有機胺瓶口白色固體成因為試劑在使用的過程中揮發(fā)出的氣體沾到瓶口，接觸到空氣后，自發(fā)捕集潮濕空氣中的二氧化碳和水，生成氨基甲酸鹽和碳酸氫鹽的混合物。本文以實驗室的常見現(xiàn)象為出發(fā)點，以問題為導向，啟發(fā)學生探索未知的好奇心和創(chuàng)造性解決問題的思維。通過對未知實驗現(xiàn)象的探究，不僅發(fā)現(xiàn)了胺類自發(fā)捕集空氣中CO2的自然規(guī)律，這種規(guī)律與目前的二氧化碳的捕集與利用(CCU)思路一致[7]，并且讓人們對實驗室中有機胺類藥品管理中出現(xiàn)的這種現(xiàn)象有新的認知，趨利避害。

4 啟發(fā)

本文體現(xiàn)了一種發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的思路。這種思路就是科學研究過程中對已有知識的加工，使零散知識系統(tǒng)化、體系化，從而提升科研的高度和深度。創(chuàng)新能力培養(yǎng)是工科研究生教育的核心內(nèi)容，希望工科研究生通過本案例獲得啟發(fā)，在今后更注重觀察研究過程中的微小現(xiàn)象，以敏銳的眼光，從人們熟視無睹的實驗室現(xiàn)象中，捕捉到科學的真理，提高自身創(chuàng)新思維能力。