譚亮,陳超,魏琳,譚月明,馬銘
湖南師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,長(zhǎng)沙 410081
黨的十九大以來(lái),我國(guó)高等教育進(jìn)入內(nèi)涵式發(fā)展新階段。教育部陸續(xù)推出“四新”建設(shè)、“六卓越一拔尖”計(jì)劃2.0、一流專業(yè)建設(shè)“雙萬(wàn)計(jì)劃”、一流課程建設(shè)“雙萬(wàn)計(jì)劃”等一系列舉措,打響新一輪全面振興本科教育攻堅(jiān)戰(zhàn)[1]。2019年,教育部印發(fā)《關(guān)于深化本科教育教學(xué)改革 全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的意見》,推出22項(xiàng)措施深化本科教學(xué)改革,落實(shí)學(xué)生忙起來(lái)、教師強(qiáng)起來(lái)、管理嚴(yán)起來(lái)、效果實(shí)起來(lái)的系統(tǒng)部署。文件明確提出“全面提高課程建設(shè)質(zhì)量,推動(dòng)科研反哺教學(xué)”,要求教師加強(qiáng)課程體系整體設(shè)計(jì),提高課程建設(shè)規(guī)劃性、系統(tǒng)性,及時(shí)把最新科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)內(nèi)容,激發(fā)學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)興趣[2]。
分析化學(xué)是化學(xué)專業(yè)的專業(yè)核心課程之一。根據(jù)教學(xué)內(nèi)容該課程一般分為分析化學(xué)(一)和分析化學(xué)(二) (或上、下)兩部分,分別講授化學(xué)分析和儀器分析基本原理和基礎(chǔ)知識(shí)[3,4]。我?;瘜W(xué)專業(yè)分析化學(xué)課程目標(biāo)包括:1) 學(xué)生掌握分析化學(xué)基本理論、基礎(chǔ)知識(shí)和計(jì)算方法,了解常用儀器的構(gòu)造;2) 能夠根據(jù)分析任務(wù)選擇合適的方法;3) 形成發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、研究問題的綜合能力;4) 具有嚴(yán)格的“量”的概念,培養(yǎng)實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度、嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的工作作風(fēng)和良好的創(chuàng)新精神。分析化學(xué)第一次變革催生了化學(xué)分析知識(shí)體系的建立,第二、三次變革促成了儀器分析方法的涌現(xiàn)和迅速發(fā)展?,F(xiàn)代分析化學(xué)科學(xué)研究建立在各種靈敏、快速的儀器分析方法基礎(chǔ)之上,因此,分析化學(xué)(二)教學(xué)與科研的相互促進(jìn)得以實(shí)現(xiàn),一些研究成果相繼推出[5–8]。分析化學(xué)(一)的講授內(nèi)容多為基礎(chǔ)知識(shí)和經(jīng)典理論,通常認(rèn)為與目前研究熱點(diǎn)的關(guān)聯(lián)程度不高,教師將該課程的教學(xué)與科研有機(jī)結(jié)合存在一定的難度,學(xué)生容易產(chǎn)生“知識(shí)過時(shí)”或“知識(shí)無(wú)用”的誤解。
筆者所在的分析化學(xué)(一)課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)由中青年教授、博士組成,大部分教師承擔(dān)該課程教學(xué)多年,教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富,對(duì)課程目標(biāo)和知識(shí)體系有較深刻的了解。教師的科學(xué)研究涉及電分析、光分析和色譜分離分析等領(lǐng)域。因此,實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)與科研的相互促進(jìn)具有良好的人員基礎(chǔ)。
在高等教育課程教學(xué)中,將科研成果融入/轉(zhuǎn)化教學(xué)內(nèi)容一直是培養(yǎng)學(xué)生科研思維和創(chuàng)新能力的有效手段[9,10]。另一方面,一些教師在備課和教學(xué)過程中能夠產(chǎn)生研究靈感[11],教師通過教學(xué)可以深入了解學(xué)科發(fā)展前沿及其動(dòng)態(tài),有助于理清科研思路[12]。分析化學(xué)(一)雖然主要講授化學(xué)分析基礎(chǔ)知識(shí),但后者對(duì)于開展分析化學(xué)科學(xué)研究不可或缺。不少依托儀器分析的科研創(chuàng)新在局部工作中涉及分析化學(xué)經(jīng)典理論和基礎(chǔ)知識(shí)(如平衡理論、誤差和數(shù)據(jù)處理等),這為開展教學(xué)與科研相互促進(jìn)的探索提供了條件。
教學(xué)團(tuán)隊(duì)秉承“學(xué)生中心”理念,針對(duì)分析化學(xué)理論課和實(shí)驗(yàn)課開展了教學(xué)模式和教學(xué)方法改革[13,14]。為了實(shí)現(xiàn)分析化學(xué)(一)教學(xué)與科研的相互促進(jìn),教學(xué)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了積極探索。
筆者在分析化學(xué)(一)課程教學(xué)過程中精心挑選了一批分析化學(xué)科研論文作為教學(xué)素材和課外閱讀資料,其中以刊載教師本人科研成果的論文為主,賦予了該課程明顯的特征。
在講解“酸堿緩沖溶液”以及“配位滴定滴定劑EDTA性質(zhì)”知識(shí)點(diǎn)時(shí),教師展示了三篇文獻(xiàn)[15–17]。這些文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)了筆者近年來(lái)在血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷標(biāo)志物血栓調(diào)節(jié)蛋白(TM)、血管性血友病因子(vWF)和內(nèi)皮素-1 (ET-1)檢測(cè)方面的研究工作,涉及壓電傳感、電化學(xué)測(cè)量等不同的分析方法。教師以pH 7.4生理磷酸鹽緩沖溶液(PBS)開場(chǎng)引入酸堿緩沖溶液的概念,推導(dǎo)緩沖溶液pH計(jì)算公式后,要求學(xué)生討論并設(shè)計(jì)一定體積0.1 mol·L?1pH 7.4 PBS配制的實(shí)驗(yàn)方案,教師進(jìn)行點(diǎn)評(píng)和總結(jié),讓學(xué)生知曉無(wú)論是在化學(xué)分析還是儀器分析中緩沖溶液都是最常用的試劑之一。在講授EDTA性質(zhì)時(shí),以“細(xì)胞消化液中為何含有EDTA”為題給學(xué)生布置課外閱讀作業(yè),要求查閱相關(guān)科研文獻(xiàn)撰寫微報(bào)告,豐富了平時(shí)考核的方式。上述實(shí)例的運(yùn)用,目的在于使學(xué)生了解基礎(chǔ)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值,培養(yǎng)探索精神,也給學(xué)生傳遞了重要的理念:現(xiàn)代科學(xué)研究的基礎(chǔ)是不同學(xué)科知識(shí)的交叉融合。
在講解“物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收”知識(shí)點(diǎn)時(shí),教師選擇報(bào)導(dǎo)熒光檢測(cè)TM的文獻(xiàn)[18]。在該研究中,筆者的研究小組分別合成了納米金和抗體修飾納米金并測(cè)量了兩者分散液的紫外-可見吸收光譜。課堂教學(xué)中,教師首先展示了酒紅色納米金溶液和紫紅色的抗體-納米金復(fù)合物溶液的圖片,要求學(xué)生基于互補(bǔ)色原理預(yù)測(cè)兩者吸收峰的大致位置(500–560 nm),之后教師展示實(shí)驗(yàn)測(cè)量的吸收曲線。隨后,教師組織學(xué)生分組討論為何抗體-納米金復(fù)合物相對(duì)于納米金其吸收峰位置會(huì)發(fā)生紅移。通過預(yù)測(cè)–驗(yàn)證–討論–總結(jié)等一系列師生高效互動(dòng)環(huán)節(jié),營(yíng)造活躍的課堂氛圍,實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)由“教師中心”到“學(xué)生中心”的轉(zhuǎn)變。
在講解“回歸分析法”知識(shí)點(diǎn)時(shí),教師介紹回歸方程相關(guān)公式后,提供上述四篇文獻(xiàn)[15–18]中諧振頻率變化值(Δf0)、熒光強(qiáng)度差值(ΔF)、電流強(qiáng)度差值(ΔI)和檢測(cè)物TM、vWF和ET-1的濃度c等實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),要求學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算截距、斜率以及相關(guān)系數(shù),確定一元線性回歸方程,并將利用Excel/Origin/Sigmaplot等軟件進(jìn)行線性擬合作為課后作業(yè)布置。在教學(xué)中采用真實(shí)科研實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),旨在拉近低年級(jí)學(xué)生與科學(xué)研究的距離,經(jīng)典公式和計(jì)算機(jī)技術(shù)的先后使用有望加深學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度。
為了考查科研成果融入教學(xué)內(nèi)容對(duì)學(xué)習(xí)效果的影響,筆者對(duì)73位同學(xué)發(fā)放了調(diào)查問卷,收回有效問卷72份,調(diào)查結(jié)果見表1。
表1 科研成果融入教學(xué)內(nèi)容對(duì)學(xué)習(xí)效果影響的調(diào)查結(jié)果
調(diào)查結(jié)果顯示,肯定“能夠加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解”和“有助于培養(yǎng)創(chuàng)新精神”的學(xué)生比例超過94%,肯定“能夠提升學(xué)習(xí)興趣”的學(xué)生比例接近96%,肯定“能夠初步了解科學(xué)研究的方向和內(nèi)容”和“討論環(huán)節(jié)體現(xiàn)了‘學(xué)生中心’理念”的學(xué)生比例超過97%,超過98%的學(xué)生希望在今后教學(xué)中加強(qiáng)科研成果的融入。這表明學(xué)生對(duì)科研成果融入教學(xué)內(nèi)容的做法持積極肯定態(tài)度。
筆者基于平時(shí)成績(jī)、期中成績(jī)和期末成績(jī)計(jì)算了近年來(lái)兩個(gè)年級(jí)該課程的課程目標(biāo)達(dá)成度,結(jié)果見圖1。相對(duì)于2018級(jí)學(xué)生,實(shí)施了科研成果融入教學(xué)內(nèi)容改革的2019級(jí)學(xué)生的課程目標(biāo)1、2和4達(dá)成度均有一定程度提高,特別是課程目標(biāo)4 (具有嚴(yán)格的“量”的概念,培養(yǎng)實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度、嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的工作作風(fēng)和良好的創(chuàng)新精神)達(dá)成度由原先的低于預(yù)期值轉(zhuǎn)變?yōu)槁愿哂陬A(yù)期值,證明上述教學(xué)改革對(duì)學(xué)生創(chuàng)新精神的培養(yǎng)具有良好的促進(jìn)作用。
圖1 2018級(jí)和2019級(jí)分析化學(xué)(一)課程目標(biāo)達(dá)成度結(jié)果
筆者講授分析化學(xué)(一)課程多年,一直在思考教學(xué)內(nèi)容能否為科學(xué)研究提供線索。近來(lái)筆者開展了痕量重金屬離子檢測(cè)研究,“配位化合物穩(wěn)定常數(shù)”知識(shí)點(diǎn)為筆者提供了靈感,為上述思考提供了突破口。在基于Fenton型反應(yīng)電化學(xué)檢測(cè)Hg2+的研究論文中,制備了聚硫堇(PTH)和氨基化石墨烯量子點(diǎn)(af-GQDs)共同修飾的玻碳電極,基于配位化合物穩(wěn)定常數(shù)的差異性,利用Hg2+破壞Cu2+-硫脲絡(luò)合物、奪取硫脲配體從而釋放銅離子,導(dǎo)致Fenton效應(yīng)恢復(fù),實(shí)現(xiàn)了痕量Hg2+的間接電化學(xué)檢測(cè)[19]。在基于熒光檢測(cè)的研究論文中,合成了af-GQDs熒光探針,利用該熒光探針與Cu2+-PAN絡(luò)合物之間較強(qiáng)的熒光共振能量轉(zhuǎn)移導(dǎo)致的af-GQDs熒光猝滅,開展了痕量銅離子檢測(cè),基于EDTA破壞Cu2+-PAN絡(luò)合物導(dǎo)致的af-GQDs熒光恢復(fù),完成了EDTA的靈敏測(cè)量[20]。這些研究工作繼而被筆者作為知識(shí)點(diǎn)應(yīng)用實(shí)例用于分析化學(xué)(一)的教學(xué),啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維,較好地實(shí)現(xiàn)了教學(xué)與科研的融合。
教師在分析化學(xué)(一)教學(xué)中將科研成果融入教學(xué)內(nèi)容,并根據(jù)教學(xué)內(nèi)容產(chǎn)生了科學(xué)研究的靈感。除了本文研究涉及的知識(shí)點(diǎn)外,包括“質(zhì)量保證與質(zhì)量控制”和“常用的分離富集方法”等章節(jié)在內(nèi)的其他一些教學(xué)內(nèi)容與分析化學(xué)科學(xué)研究有著密切的關(guān)系。教師將選擇更多優(yōu)秀的科研成果作為知識(shí)點(diǎn)應(yīng)用實(shí)例用于教學(xué),同時(shí)根據(jù)教學(xué)內(nèi)容積極拓展科研思路。在“學(xué)生中心、產(chǎn)出導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)”的課程建設(shè)理念指導(dǎo)下,教學(xué)團(tuán)隊(duì)計(jì)劃創(chuàng)建一批基于教學(xué)科研互促的教學(xué)案例,努力打造一流課程,服務(wù)于新時(shí)代創(chuàng)新人才培養(yǎng)。