諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)融入分析化學(xué)專業(yè)人才的培養(yǎng)

鄧春艷

(中南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，湖南 長沙 410000)

分析化學(xué)屬于化學(xué)的一個(gè)分支，又被稱為分析科學(xué)，是關(guān)于研究物質(zhì)的含量、組織、形態(tài)及結(jié)構(gòu)等化學(xué)信息的理論和分析方法的一門科學(xué)。在化學(xué)發(fā)展中處于前沿地位，是在化學(xué)分支學(xué)科中最早發(fā)展起來的，被稱為“現(xiàn)代化學(xué)之母”。分析化學(xué)對人類的物質(zhì)文明有重要貢獻(xiàn)，有極高的實(shí)用價(jià)值。當(dāng)今，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，學(xué)科交叉越來越深入，分析化學(xué)與生命科學(xué)和材料科學(xué)等方向的相互融合，大大促進(jìn)了分析化學(xué)的發(fā)展，而各種學(xué)科的交叉對分析化學(xué)的課程教學(xué)提出了更高的要求，所以分析化學(xué)的課程作為化學(xué)、化工、材料、藥學(xué)、醫(yī)學(xué)和生命科學(xué)等各種學(xué)科的基礎(chǔ)課程，對培養(yǎng)各種專業(yè)的本科生人才有著重要的作用[1-2]。

2016年，在“一流大學(xué)本科教學(xué)高峰論壇”上，達(dá)成了一個(gè)共識：一流本科教育是一流大學(xué)的立校之本，是一流大學(xué)的標(biāo)志之一。而一流本科教育是指對一流本科人才的培養(yǎng)。對于本科人才培養(yǎng)方面而言，一流高校的本科生應(yīng)當(dāng)具備一流大學(xué)精神。在大學(xué)與世界、社會(huì)聯(lián)系加強(qiáng)的潮流下，學(xué)者們提出了一流大學(xué)精神的核心內(nèi)容是：人文精神、科學(xué)精神和創(chuàng)新精神[3-4]。

首先，人文精神是大學(xué)精神的核心，是大學(xué)的靈魂所在。人文，人之道也。人文精神是人類的自我關(guān)懷，是個(gè)體人全面發(fā)展的精神動(dòng)力。人文精神要求人應(yīng)“德才兼?zhèn)?、情智交融、知行合一”后，才有真正對知識的主動(dòng)探索，有鮮明的個(gè)性解放。它不僅是對“真、善、美”的追求，更包含了強(qiáng)烈的社會(huì)責(zé)任感、歷史使命感和永恒的道德精神[5]。加強(qiáng)本科生的人文精神教育，不僅關(guān)系著大學(xué)生個(gè)人優(yōu)秀品質(zhì)培育，更關(guān)系著普世價(jià)值的塑造和傳承。

其次，科學(xué)精神是大學(xué)精神的另一重要內(nèi)容。科學(xué)精神能夠促進(jìn)大學(xué)生的創(chuàng)造性，確保了科學(xué)研究的持續(xù)性，并孕育了社會(huì)服務(wù)的前瞻性?？茖W(xué)精神是“科學(xué)文化的主要內(nèi)容之一”，包括科學(xué)發(fā)展所形成的優(yōu)良傳統(tǒng)、認(rèn)知方式、行為規(guī)范和價(jià)值取向?？茖W(xué)精神強(qiáng)調(diào)踏踏實(shí)實(shí)做學(xué)問，不以追求利益、名義、功利為目的，而以發(fā)現(xiàn)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(xué)階段除專業(yè)知識學(xué)習(xí)以外的需要具備的一種精神[6]。

最后，創(chuàng)新精神是人文精神、科學(xué)精神的進(jìn)一步發(fā)展。它是一種超越同行、同類，獨(dú)樹一幟、個(gè)性鮮明的特點(diǎn)。創(chuàng)新精神強(qiáng)調(diào)推陳出新、強(qiáng)調(diào)提出的方法與眾不同。而具有創(chuàng)造性的大學(xué)，它培養(yǎng)的人才與眾不同，具備不斷創(chuàng)造價(jià)值，不斷自我成長的素質(zhì)[7]。

1 諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)內(nèi)容與分析化學(xué)

諾貝爾獎(jiǎng)從1900年設(shè)立開始，就一直是全世界科學(xué)研究領(lǐng)域最重要的獎(jiǎng)項(xiàng)，瑞典著名化學(xué)家諾貝爾設(shè)立諾貝爾獎(jiǎng)目的：一是鼓勵(lì)為人類科技進(jìn)步作出了突出貢獻(xiàn)的人，二是促進(jìn)研究人員自由地追尋自己的研究興趣[7-8]。我們根據(jù)相關(guān)資料，總結(jié)了歷年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)與分析化學(xué)課程相關(guān)的內(nèi)容。通說歸納，與分析化學(xué)相關(guān)的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)大概總共有20項(xiàng)，獲獎(jiǎng)科學(xué)家共計(jì)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(zhì)譜法和熒光光譜法等[9-11]。

表1 與分析化學(xué)相關(guān)的歷年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)

目前，分析化學(xué)課程內(nèi)容一般只包括了與諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)相關(guān)的經(jīng)典反應(yīng)、規(guī)律和定律等，但分析化學(xué)教科書中的知識內(nèi)容往往更新較慢，新的理論和前沿成果未能及時(shí)更新。因此，我們結(jié)合中南大學(xué)分析化學(xué)和電化學(xué)專業(yè)多年的教學(xué)實(shí)踐，開展了將分析化學(xué)課程內(nèi)容與諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)相結(jié)合的方式，助力本科生大學(xué)精神培養(yǎng)的嘗試，具體開展的工作包括三方面：(1)以諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者的個(gè)人品質(zhì)，培養(yǎng)本科生的人文精神；(2)總結(jié)諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)內(nèi)容的科研歷程，培養(yǎng)本科生的科學(xué)精神；(3)開展諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)內(nèi)容相關(guān)的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)本科生的創(chuàng)新精神。

2 以諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者的個(gè)人品質(zhì)，培養(yǎng)本科生的人文精神

大部分諾貝爾獎(jiǎng)獲得者具有強(qiáng)烈的社會(huì)責(zé)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(dòng)探索的動(dòng)力。另外，諾貝爾獎(jiǎng)獲得者一般都熱愛生活、興趣廠泛，這些愛好使他們科學(xué)視野開闊，是科學(xué)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(xué)獎(jiǎng)獲得者的個(gè)人品質(zhì)來教育學(xué)生，塑造學(xué)生的人文精神靈魂。比如，1936年獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)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(fā)現(xiàn)化學(xué)鍵獲1954年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，而且因?yàn)榉磳藨?zhàn)爭和對和平事業(yè)的貢獻(xiàn)，他本人又獲1962年諾貝爾和平獎(jiǎng)。只有為社會(huì)、為正義的利益而潛心專研，才能將科研成果的坐標(biāo)奠定在最高的起點(diǎn)上，才能使個(gè)人的聰明才智融入輝煌的科研事業(yè)中[12]。

而1956年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者謝爾伍德，他同時(shí)還是一位才華橫溢的語言學(xué)家和藝術(shù)家，他的繪畫作品，曾參加過展出。另外1934年諾貝爾獎(jiǎng)獲得者美國化學(xué)家尤里，他很早就開展了物理和化學(xué)的交叉領(lǐng)域研究，他的研究涉及了地質(zhì)、生物、天文等領(lǐng)域，他開創(chuàng)了核天體物理學(xué)、宇宙化學(xué)等新學(xué)科分支，在化學(xué)進(jìn)化以及太陽系、生命和元素的起源等重大科學(xué)問題上取得了多項(xiàng)重大的發(fā)明。

3 總結(jié)諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者的科研歷程，培養(yǎng)本科生的科學(xué)精神

諾貝爾獎(jiǎng)獲得者很多都具有為人類進(jìn)步、社會(huì)發(fā)展、精神和物質(zhì)的豐富、甚至為世界的和平事業(yè)獻(xiàn)身的大無畏精神；具有為民族、為祖國利益本獻(xiàn)的無私精神；具有為科學(xué)事業(yè)執(zhí)著追求、不怕犧牲的獻(xiàn)身精神。

我們在課程中，對近幾年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者的科研歷程進(jìn)行了分析來教育學(xué)生，塑造學(xué)生的科學(xué)精神。比如，2019年獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的美國科學(xué)家約翰·古迪納夫，他54歲才剛剛開展電池相關(guān)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(fā)現(xiàn)了磷酸鐵鋰這樣一種新型材料，其便宜、量大、安全的屬性構(gòu)成了現(xiàn)代電動(dòng)汽車時(shí)代非常重要的基礎(chǔ)。如今，快100歲的古迪納夫，仍然在科學(xué)精神的指引下前進(jìn)，他正在研制一種真正能讓讓電動(dòng)汽車長距離行駛的超級電池，同時(shí)這種電池可以存儲(chǔ)風(fēng)能和太陽能。

而2002年獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的日本科學(xué)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(tài)樣品中添加輔助介質(zhì)，希望能夠提升蛋白質(zhì)分子離子化的成功率。當(dāng)時(shí)，田中耕一的實(shí)驗(yàn)室里就有幾百種輔助介質(zhì)可供選擇，田中耕一日復(fù)一日地機(jī)械性嘗試，不知疲倦地將篩選工作不斷進(jìn)行下去。但是，這些大工作量的機(jī)械篩選并沒能導(dǎo)致任何突破。他以超人的耐心調(diào)整各種實(shí)驗(yàn)參數(shù)，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(zhì)譜”信號，這是儀器分析化學(xué)的一個(gè)歷史性突破，正式宣告蛋白質(zhì)大分子可以被完好地離子化。田中耕一在獲得諾貝爾獎(jiǎng)后，他盡量推掉了社交應(yīng)酬之后潛心科研16年。這16年里，他拒絕外出應(yīng)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(fā)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(shí)，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(jiǎng)，他仍然不忘初心、堅(jiān)持不懈，再一次做出了重要的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。

4 開展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)本科生的創(chuàng)新精神

將分析化學(xué)課程、諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)內(nèi)容與分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課相結(jié)合，充分發(fā)揮老師科研經(jīng)驗(yàn)的優(yōu)勢，開展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。通過理論聯(lián)系實(shí)踐，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)是可以大大提高學(xué)生主動(dòng)性、積極性和創(chuàng)造性，能夠較好激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識，逐漸掌握思考問題、解決問題的方法。

我們結(jié)合從事的科研工作，近年來開展的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)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(biāo)志物的檢測；(3)電化學(xué)生物傳感器的構(gòu)件；(4)DNA模板法合成銀納米簇及其表征。這些創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)使得了本科生今早與分析化學(xué)前沿研究進(jìn)展接觸，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)分析化學(xué)的主動(dòng)性。

5 結(jié) 語

近年來，我們將諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)與分析化學(xué)課程相結(jié)合，充實(shí)了教學(xué)內(nèi)容。通過講述諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者的個(gè)人品質(zhì)，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了本科生強(qiáng)烈的社會(huì)責(zé)任感、歷史使命感等特征的大學(xué)人文精神。通過總結(jié)諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)內(nèi)容的科研歷程，培養(yǎng)了本科生對科學(xué)真理的不懈探索，以及發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的科學(xué)精神。通過開展與諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)內(nèi)容相關(guān)的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)了本科生主動(dòng)學(xué)習(xí)、繼承性、批判性和交叉學(xué)科融合的創(chuàng)新精神。相應(yīng)的這些措施，為分析化學(xué)課程的教學(xué)改革和本科生人才的培養(yǎng)開辟了新的思路。