基于科教融合的研究生一流實(shí)踐課程建設(shè)
——現(xiàn)代化學(xué)研究方法與技術(shù)訓(xùn)練

江繼軍，楊立群，蘇成勇，阮文紅，朱芳

中山大學(xué)化學(xué)學(xué)院，廣州 510275

當(dāng)今世界，國際競爭日益激烈，其主要表現(xiàn)為科技、教育和人才競爭?？萍际顷P(guān)鍵，教育是基礎(chǔ)，人才是根本。因此，我們必須為人才培養(yǎng)創(chuàng)造高質(zhì)量的條件和環(huán)境。高等教育是人才培養(yǎng)的一個重要前沿陣地。習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào)高校應(yīng)將形成“高水平人才培養(yǎng)體系”作為高校三項(xiàng)基礎(chǔ)性工作之一，以辦出具有中國特色的世界一流大學(xué)。培養(yǎng)一流人才是世界一流大學(xué)的重要標(biāo)志，因此，“雙一流”高校建設(shè)的重點(diǎn)在于一流人才的培養(yǎng)[1]。黨的二十大報告也強(qiáng)調(diào)要堅(jiān)持為黨育人、為國育才，全面提高人才自主培養(yǎng)質(zhì)量，著力造就拔尖創(chuàng)新人才。因此，我們要貫徹落實(shí)好中央決策部署，加快構(gòu)建高質(zhì)量教育體系，培養(yǎng)造就大批德才兼?zhèn)涞母咚刭|(zhì)人才。研究生教育肩負(fù)著為我國現(xiàn)代化建設(shè)培養(yǎng)高素質(zhì)、高層次創(chuàng)新型人才的重任[2]。國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010–2020年)明確指出：促進(jìn)科研與教學(xué)互動、與創(chuàng)新人才培養(yǎng)相結(jié)合[3]。2020年7月29日，習(xí)近平總書記在全國研究生教育會議上對研究生教育工作做出重要指示，“研究生教育在培養(yǎng)創(chuàng)新人才、提高創(chuàng)新能力、服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展、推進(jìn)國家治理體系和治理能力現(xiàn)代化方面具有重要作用?！庇纱丝梢?，黨和國家對研究生的培養(yǎng)提出了更高要求。

中山大學(xué)作為“雙一流建設(shè)”大學(xué)，肩負(fù)著培養(yǎng)創(chuàng)新人才的歷史使命。我們將以高度的歷史自覺和強(qiáng)烈的使命意識，大力構(gòu)建高質(zhì)量教育體系，努力培養(yǎng)創(chuàng)新人才。面對百年未有之大變局，學(xué)院頂層設(shè)計(jì)，積極創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式和培養(yǎng)機(jī)制，大力推動教育教學(xué)改革。在改革過程中，高質(zhì)量的人才培養(yǎng)，有賴于高水平的教師隊(duì)伍建設(shè)。因此，學(xué)院鼓勵廣大教師樹標(biāo)桿、作示范，克服重科研輕教學(xué)的不良現(xiàn)象，將育人育才滲透到教學(xué)科研各個環(huán)節(jié)和點(diǎn)滴之中?；诖耍覀兲剿鹘ㄔO(shè)高質(zhì)量研究生研究方法與技術(shù)訓(xùn)練的課程體系的路線，提出并開設(shè)一門現(xiàn)代化學(xué)研究方法與技術(shù)訓(xùn)練實(shí)踐課程，包括理論教學(xué)和科研訓(xùn)練兩大教學(xué)環(huán)節(jié)，推動實(shí)現(xiàn)科研與教學(xué)融合，并將課程開放給本科生，全面培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力，打造一門本碩博貫通式現(xiàn)代化學(xué)研究方法與技術(shù)訓(xùn)練實(shí)踐課程體系。經(jīng)過兩年的初步實(shí)踐，我們在內(nèi)容創(chuàng)新、訓(xùn)練平臺、師資隊(duì)伍、科教轉(zhuǎn)化等方面取得了良好的成效。

1 建設(shè)背景

首先，傳統(tǒng)的研究生實(shí)驗(yàn)教學(xué)在創(chuàng)新人才培養(yǎng)理念和研究技能訓(xùn)練方面仍存在不足。當(dāng)前的教學(xué)模式仍以教師為中心，注重知識傳授和傳輸，忽視學(xué)生創(chuàng)新思維和科研技能的培養(yǎng)，這已成為制約研究生創(chuàng)新能力發(fā)展的主要因素之一。其次，由于我國研究生招生規(guī)模不斷擴(kuò)大，每一級研究生數(shù)量較多，導(dǎo)致生均資源稀少，培養(yǎng)模式采用集中培養(yǎng)的方式。這種模式下，研究生課程逐漸趨同于本科化，內(nèi)容更新不夠及時，缺乏理論系統(tǒng)性。再者，由于現(xiàn)階段研究生的招生生源分布廣泛，大學(xué)生的層次分布不均，以及非化學(xué)背景的本科生比例上升。這種情況下，需要對新生進(jìn)行統(tǒng)一的科研技能訓(xùn)練，為課題研究階段打下基礎(chǔ)，并且在碩士一年級期間對學(xué)生進(jìn)行現(xiàn)代化學(xué)研究技術(shù)和技能訓(xùn)練，以彌補(bǔ)學(xué)生在專業(yè)技能方面的不足。此外，學(xué)科交叉程度的提高也要求學(xué)生掌握高水平的技能。隨著科研水平的提高和課題研究的深入，學(xué)科交叉頻繁且層次較深，學(xué)生僅掌握化學(xué)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)技能不夠，有必要在碩士一年級期間對他們進(jìn)行現(xiàn)代化學(xué)研究技術(shù)和技能訓(xùn)練，從而提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力。最后，傳統(tǒng)的碩士研究生科研訓(xùn)練主要集中在后期的學(xué)位論文研究，而忽視了創(chuàng)新能力的培養(yǎng)全過程。完成學(xué)位論文研究只是研究生科研訓(xùn)練的一個重要部分，在此之前，科學(xué)合理的研究方法與技術(shù)訓(xùn)練還應(yīng)包括科研方法、科研思維訓(xùn)練、報告撰寫訓(xùn)練等。這些訓(xùn)練應(yīng)該始終貫穿于研究生的整個培養(yǎng)過程，而不是只單單集中在學(xué)位論文研究階段。因此，作為培養(yǎng)單位，有必要從平臺方面整體提升研究生的相關(guān)技能，以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量人才培養(yǎng)。居沈貴等[4]提出基于“問題導(dǎo)向”的科研能力訓(xùn)練，在探索實(shí)踐中，通過不斷自我革新，形成了較高質(zhì)量的課程群，體現(xiàn)了內(nèi)涵建設(shè)和特色發(fā)展。高武奇等[5]在近期的研究中，對研究生科研能力培養(yǎng)目前存在的主要問題進(jìn)行了總結(jié)，并提出了以科研訓(xùn)練為抓手的研究生科研能力培養(yǎng)措施，取得了良好的實(shí)踐效果，并在200多個高校及研究院得到了應(yīng)用。

2 建設(shè)內(nèi)容

基于上述背景，在學(xué)校和學(xué)院的大力支持下，我們利用學(xué)院現(xiàn)有的硬件設(shè)備資源，通過一系列措施，有針對性地從技能訓(xùn)練平臺整合、教學(xué)隊(duì)伍建設(shè)、科研成果轉(zhuǎn)化以及課程體系建構(gòu)等方面進(jìn)行改進(jìn)。自提出課程建設(shè)的設(shè)想以來，我們開展該課程的模塊化建設(shè)，其中模塊1(表1)的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)開展了近10年，模塊2(表2)改革進(jìn)行了近3年，我們分以下四個方面進(jìn)行介紹。

表1 模塊一開課實(shí)驗(yàn)教項(xiàng)目一覽表

2.1 訓(xùn)練平臺拓展

中山大學(xué)化學(xué)學(xué)院在早年通過“985工程”和近期通過“雙一流高?！钡慕ㄔO(shè)中，購置了一批大中型現(xiàn)代測試儀器。這些儀器分別屬于化學(xué)學(xué)院中心實(shí)驗(yàn)室、生物無機(jī)與合成化學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(簡稱無機(jī)平臺)、聚合物復(fù)合材料及功能材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(簡稱聚合物平臺)、廣東省國際聯(lián)合研究基地Lehn功能材料研究所(簡稱LIFM)。這些儀器主要為院內(nèi)及院外各科研小組提供服務(wù)，為學(xué)院的學(xué)科建設(shè)和科研水平的提高提供了強(qiáng)有力的保障。為了更加有效地管理和整合設(shè)備資源，化學(xué)學(xué)院成立了公共儀器中心，并設(shè)立了四個子平臺。在公共服務(wù)方面，公共儀器中心充分發(fā)揮儀器的公共屬性，實(shí)現(xiàn)了資源的統(tǒng)一優(yōu)化配置。具體而言，將一些日?？蒲蟹?wù)機(jī)時較少的儀器用于教學(xué)，并將一些到報廢年限的儀器利用學(xué)校報廢留用的機(jī)制進(jìn)行儀器改裝實(shí)驗(yàn)，從而有效地利用了資源。

2.2 教學(xué)隊(duì)伍凝聚

教學(xué)隊(duì)伍建設(shè)是提高教育教學(xué)質(zhì)量的重要保障。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的建設(shè)和改革中，高水平的教學(xué)隊(duì)伍不可或缺。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，學(xué)校和學(xué)院需要采取一系列措施，包括提供良好的工作條件和待遇、鼓勵教師發(fā)展專業(yè)、培養(yǎng)教學(xué)骨干、加強(qiáng)教師培訓(xùn)等。我們鼓勵學(xué)院有意愿的教師樹標(biāo)桿、作示范，克服重科研輕教學(xué)的思想困境，打破傳統(tǒng)研究生技能訓(xùn)練的舊思想，積極參與研究生實(shí)驗(yàn)教學(xué)。第一批參與此次建設(shè)的教師隊(duì)伍共16名教師，12名儀器管理技術(shù)人員。在實(shí)踐過程中，教學(xué)隊(duì)伍密切配合，圓滿完成了課程籌備及開課工作。16名教師分別來自有機(jī)化學(xué)、無機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)、分析化學(xué)及高分子化學(xué)二級學(xué)科，年齡跨度從33至53歲，中青年骨干教師居多且活躍在科研和教學(xué)的第一線。其中，珠江學(xué)者1名，青年長江學(xué)者1名，中山大學(xué)百人計(jì)劃引進(jìn)人才3名，國家優(yōu)秀青年獲得者1名。

2.3 科教融合轉(zhuǎn)化

科教融合是當(dāng)前高等教育發(fā)展的必然趨勢。科教融合旨在將科學(xué)研究與教育教學(xué)相結(jié)合，提高研究生的綜合素質(zhì)和實(shí)踐能力，為國家培養(yǎng)更多高素質(zhì)創(chuàng)新型人才。研究生教育要積極推進(jìn)科教融合，改革傳統(tǒng)教學(xué)模式，引入實(shí)踐教學(xué)、課題研究等環(huán)節(jié)，提高研究生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。同時，教師也要不斷更新教育理念，加強(qiáng)自身專業(yè)素養(yǎng)，提高教學(xué)質(zhì)量，為研究生提供更好的教育服務(wù)?？平倘诤鲜翘岣哐芯可逃|(zhì)量的必由之路，將為我國科技創(chuàng)新和高素質(zhì)人才培養(yǎng)作出積極貢獻(xiàn)。

科教融合是高質(zhì)量培養(yǎng)創(chuàng)新人才重要的手段之一，它對于提高學(xué)生科研素質(zhì)，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才起著十分重要的作用。在課程建設(shè)過程中，我們鼓勵教師根據(jù)自身課題的研究，成功地將一些科研成果轉(zhuǎn)化到實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中，更好地實(shí)現(xiàn)了科學(xué)和教育的融合，為學(xué)生提供更有意義和有益的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，使學(xué)生得到較為系統(tǒng)的科研技術(shù)思維能力訓(xùn)練，提升相關(guān)技能，提升課題自主創(chuàng)新能力。

例如，潘梅教授課題組[6]成功地合成制備了一例氟取代的ESIPT(激發(fā)態(tài)分子內(nèi)質(zhì)子轉(zhuǎn)移)有機(jī)小分子化合物H2hpi2cf(5-(2-(5-氟-2-羥基苯基)-4,5-雙(4-氟苯基)-1H-咪唑-1-基)間苯二甲酸)。該分子中苯環(huán)上的羥基氧和相鄰咪唑基上的氮可作為激發(fā)態(tài)分子內(nèi)質(zhì)子轉(zhuǎn)移位點(diǎn)，從而產(chǎn)生特征的四能級結(jié)構(gòu)和醇式(E)-酮式(K)互變帶來的雙發(fā)射特性。由于在不同極性的溶劑體系中，該分子能夠產(chǎn)生具有不同強(qiáng)度和發(fā)光色域的醇式和/或酮式發(fā)光，因此，可以基于這一特點(diǎn)將該分子制備成熒光探針薄膜，并應(yīng)用于可視熒光檢測醇類分子的研究。該分子在不同的溶劑以及結(jié)晶條件下可以得到5種不同的晶型，這些不同晶型在365 nm光源激發(fā)下，最大發(fā)射峰分別位于463、486、500、485、490 nm，發(fā)光壽命為納秒級，表明均為熒光。該實(shí)驗(yàn)的一些現(xiàn)象和結(jié)果非常有趣，有利于學(xué)生透過現(xiàn)象按照科學(xué)合理的研究方法去研究其本質(zhì)，在實(shí)驗(yàn)過程中收獲樂趣并學(xué)習(xí)科學(xué)的研究方法和技能。通過合理的設(shè)計(jì)，利用上述結(jié)果設(shè)計(jì)了兩個實(shí)驗(yàn)，分別是X射線單晶衍射法測定分子結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)和X射線粉末衍射法監(jiān)測化合物結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化過程。

再如，陳國勝副教授課題組[7,8]通過利用不同等電點(diǎn)的蛋白質(zhì)(牛血清白蛋白，BSA，pI=5.8；細(xì)胞色素c，Cyt c，pI=10.5)作為模板(成核位點(diǎn))，初步探索MAF-4(2-甲基咪唑鋅鹽)的生物礦化過程，并研究蛋白質(zhì)對MAF-4結(jié)晶的影響規(guī)律；通過Bradford蛋白質(zhì)試驗(yàn)測定反應(yīng)前后上清液中蛋白質(zhì)的含量，評估蛋白質(zhì)的封裝效率；通過粉末X射線衍射儀研究制備的MAF-4生物復(fù)合材料的結(jié)晶性，設(shè)計(jì)了仿生礦化制備蛋白質(zhì)-金屬有機(jī)框架復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)。

2.4 課程內(nèi)容建構(gòu)

我們提出建設(shè)現(xiàn)代化學(xué)研究方法與技術(shù)訓(xùn)練這門課程，計(jì)劃將該課程面向本科生、碩士和博士研究生開放，并將其打造成一門貫穿本碩博的核心科研訓(xùn)練示范課程。我們希望通過該課程的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，使每學(xué)年20名強(qiáng)基班本科生和150名研究生獲得高水平的科研訓(xùn)練，從而豐富“創(chuàng)新型人才”的培養(yǎng)模式，并助力于“雙一流”高校的建設(shè)。

該課程的主要建設(shè)內(nèi)容是利用中山大學(xué)化學(xué)學(xué)院的優(yōu)質(zhì)儀器設(shè)備資源，凝聚一支高質(zhì)量的骨干教學(xué)隊(duì)伍，改進(jìn)研究生實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，建設(shè)一門高質(zhì)量的現(xiàn)代化學(xué)研究方法與技術(shù)訓(xùn)練課程。研究生通過該課程的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，將得到較為系統(tǒng)的科研技術(shù)思維方法及實(shí)操能力訓(xùn)練，并提升課題自主創(chuàng)新能力。

我們將通過科教融合方式來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。首先，我們整理一些科研成果并將其轉(zhuǎn)化為教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合化學(xué)學(xué)院已有的儀器資源，設(shè)計(jì)和改造若干具有針對性的研究生實(shí)驗(yàn)，內(nèi)容覆蓋無機(jī)、有機(jī)、物化、高分子和分析等二級學(xué)科。其次，我們將編寫實(shí)驗(yàn)講義并進(jìn)行反復(fù)實(shí)踐，最后將這些講義整合并編寫成實(shí)驗(yàn)教材。在這一過程中，我們將進(jìn)一步修正教學(xué)講義，并最終開設(shè)該課程，為研究生提供系統(tǒng)的科研技術(shù)思維方法及實(shí)操能力訓(xùn)練。我們還將初步探討編寫優(yōu)化教材，并著手整理編寫更新教材，形成初稿，經(jīng)過反復(fù)修改和實(shí)踐驗(yàn)證后最終定稿，并準(zhǔn)備出版事宜，同時撰寫教學(xué)相關(guān)論文以總結(jié)改革成效。

3 實(shí)踐及成效

3.1 教學(xué)實(shí)踐

在開課初期階段，為了確保實(shí)驗(yàn)教學(xué)的高質(zhì)量，我們設(shè)置了理論講授環(huán)節(jié)和實(shí)踐環(huán)節(jié)，分別用時3周和6周以上(根據(jù)實(shí)驗(yàn)個數(shù)情況增減)。課程內(nèi)容共分為四個模塊，初期計(jì)劃開放兩個模塊，第一個模塊開放8個實(shí)驗(yàn)，主要內(nèi)容聚焦高分子結(jié)構(gòu)與性能的現(xiàn)代測試技術(shù)的訓(xùn)練。第二個模塊開放9–12個實(shí)驗(yàn)。研究生根據(jù)個人的興趣愛好、專業(yè)研究方向等均衡選擇，每個實(shí)驗(yàn)限選60人，設(shè)1課時用于理論講解，并以集中授課方式完成；設(shè)4–6個學(xué)時用于實(shí)踐訓(xùn)練；設(shè)1–2個學(xué)時用于課后數(shù)據(jù)分析和總結(jié)報告。在訓(xùn)練課中，教師講解演示30分鐘，之后研究生逐個開始獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)。期間組織學(xué)生討論，分析處理數(shù)據(jù)，穿插講解研究方法及其運(yùn)用。對于個別基礎(chǔ)較差的學(xué)生，將針對性地指導(dǎo)，最后由其獨(dú)立完成分析報告。我們的目標(biāo)是通過技能訓(xùn)練，培養(yǎng)研究生在今后課題研究過程中自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、熟練操作相關(guān)化學(xué)儀器、科學(xué)合理地進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析科學(xué)問題等的能力。在化學(xué)學(xué)院的大力支持下，此次教學(xué)實(shí)踐順利開展。

3.2 初步成效

我們通過調(diào)查問卷(問卷星)對2021級80名碩士研究生進(jìn)行回訪，了解他們對現(xiàn)代化學(xué)研究方法與技術(shù)訓(xùn)練課程的接受或認(rèn)同程度以及初步成效，從而來評判實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革應(yīng)用效果進(jìn)行綜合評價?；卦L共收回73份問卷。調(diào)研的主要內(nèi)容及結(jié)果如表3所示。數(shù)據(jù)結(jié)果表明，由于生源差異，82%的研究生無課程所涉及的儀器實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，大多數(shù)研究生(占比90%以上)對該門課程的開設(shè)持肯定態(tài)度，并認(rèn)為通過技能訓(xùn)練，可以提高科研素質(zhì)、促進(jìn)課題研究等。這給予了我們持續(xù)建設(shè)該課程極大的鼓勵。

表3 2021級研究生對現(xiàn)代化學(xué)研究方法與技術(shù)訓(xùn)練課程的反饋意見

4 結(jié)語

現(xiàn)代化學(xué)研究方法與技術(shù)訓(xùn)練是一門有很高實(shí)用價值的實(shí)踐教學(xué)課程，其特色在于采用了先進(jìn)的大中型分析儀器，為學(xué)生提供全方位的實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練。這種教學(xué)方式彌補(bǔ)了傳統(tǒng)單一教學(xué)模式的不足，能夠有效提升研究生實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)質(zhì)量。通過課程內(nèi)容創(chuàng)新、訓(xùn)練平臺拓展、師資隊(duì)伍凝聚、科教融合轉(zhuǎn)化、教材編寫出版等方面的改革，我們?nèi)〉昧孙@著的成效。這門課程的成功實(shí)踐，不僅為培養(yǎng)高水平的創(chuàng)新型人才提供了有力保障，還為高校探索新的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式做出了積極貢獻(xiàn)。此外，該課程的實(shí)施還完善了高質(zhì)量的人才培養(yǎng)課程體系，為學(xué)生提供了極具價值的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，并為創(chuàng)新人才的培養(yǎng)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。