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),有極高的實用價值。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,是個體人全面發(fā)展的精神動力。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探索,有鮮明的個性解放。它不僅是對“真、善、美”的追求,更包含了強(qiáng)烈的社會責(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)生個人優(yōu)秀品質(zhì)培育,更關(guān)系著普世價值的塑造和傳承。
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)范和價值取向??茖W(xué)精神強(qiáng)調(diào)踏踏實實做學(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、個性鮮明的特點。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)造價值,不斷自我成長的素質(zhì)[7]。
諾貝爾獎從1900年設(shè)立開始,就一直是全世界科學(xué)研究領(lǐng)域最重要的獎項,瑞典著名化學(xué)家諾貝爾設(shè)立諾貝爾獎目的:一是鼓勵為人類科技進(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)獎大概總共有20項,獲獎科學(xué)家共計約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
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)實踐,開展了將分析化學(xué)課程內(nèi)容與諾貝爾化學(xué)獎相結(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)獎獲得者的個人品質(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)獎內(nèi)容相關(guān)的創(chuàng)新實驗,培養(yǎng)本科生的創(chuàng)新精神。
大部分諾貝爾獎獲得者具有強(qiáng)烈的社會責(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探索的動力。另外,諾貝爾獎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)獎獲得者的個人品質(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,而且因為反對核戰(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。只有為社會、為正義的利益而潛心專研,才能將科研成果的坐標(biāo)奠定在最高的起點上,才能使個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)獎獲得者謝爾伍德,他同時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)問題上取得了多項重大的發(fā)明。
諾貝爾獎獲得者很多都具有為人類進(jìn)步、社會發(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)代電動汽車時代非常重要的基礎(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汽車長距離行駛的超級電池,同時這種電池可以存儲風(fēng)能和太陽能。
而2002年獲得諾貝爾化學(xué)獎的日本科學(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,田中耕一的實驗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)整各種實驗參數(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,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,他仍然不忘初心、堅持不懈,再一次做出了重要的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。
將分析化學(xué)課程、諾貝爾化學(xué)獎內(nèi)容與分析化學(xué)實驗課相結(jié)合,充分發(fā)揮老師科研經(jīng)驗的優(yōu)勢,開展創(chuàng)新實驗。通過理論聯(lián)系實踐,創(chuàng)新實驗是可以大大提高學(xué)生主動性、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)新實驗包括:(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)新實驗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)的主動性。
近年來,我們將諾貝爾化學(xué)獎與分析化學(xué)課程相結(jié)合,充實了教學(xué)內(nèi)容。通過講述諾貝爾化學(xué)獎獲得者的個人品質(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)獎內(nèi)容相關(guān)的創(chuàng)新實驗,培養(yǎng)了本科生主動學(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。