提升学生研究能力的21世纪化学类专业研究生教育

2023-11-28 理论教育版权反馈

【摘要】：紧密结合科研，旨在提高学生研究能力的研究生课程教学法●研究生与本科生虽然在年龄上只有2～3岁之差，但他们的教育却有着根本的不同。在一类研究方法课程结束后，一定要让学生用最短的语言总结这类研究方法归并为同一类的原因，以及不同研究方法的核心区别。除了采用“树形教学法”培养研究生们的研究性思维外，我们还希望直接将学生带入身历其境的研究过程。

紧密结合科研，旨在提高学生研究能力的研究生课程教学法

●(华东理工大学，管涌、危大福、胡福增、郑安呐)

研究生与本科生虽然在年龄上只有2～3岁之差，但他们的教育却有着根本的不同。大学生虽然苦读了16年左右的书，可那只能叫作读书。他们所做的只是在学习和掌握前人所留下的知识。即便在课程中也准备一些希望学生能够应用这些知识的内容，但其目的也主要是为加深学生对学习知识的理解，因此可以说是有的放矢的纸上谈兵。而研究生教育则完全不同，尽管他们也还要上一些基础课程，但是他们主要的目标却是如何将过去所学的知识用于解决实际问题。所以实际上是要完成从学到用的跨越与转换。这也是为什么用人单位更希望要毕业研究生而不是本科生的主要原因。但这样一种跨越与转换相对于理工科学生而言却并非是一件轻而易举的事情，能否很好地实现这一跨越，主要责任在指导老师，但是作为研究生课程的老师也将起到十分关键的作用，以下为几点体会。

一、学和用的转换竟然很不轻松

开始时并没认识到从学到用的转换竟然并非是一桩容易之事，最初发现是在给研究生上“非金属材料新工艺与新技术”之类课程时暴露出来的。例如，在课程中有一个内容是介绍苯乙烯本体连续热聚合工艺的内容，如图1所示。单体苯乙烯通过计量泵泵入反应釡，在反应釜中转化率达20%后又由计量泵送入下一道工序的聚合塔中继续聚合。为了加强对聚合工艺的认识，给研究生们提出了3个问题:①为什么在反应釡中要控制苯乙烯转化率为20%而不让转化率提高一些，以增加设备的利用率？②反应釜中80%左右的单体实际上什么聚合动作都未参与，仅仅在釜中转了一圈就进入后续聚合工艺，会不会影响最终产品的质量？③如果为了改善聚苯乙烯的脆性，提高其分子量是一个很好的方法，那么在该工艺中如何提高分子量？但又会面临何种负面结果？

这3个问题看起来似乎十分专业，作为一个大宗树脂聚合工艺过程是必须要预先充分考虑的，属于工业生产过程中工艺设计问题。但实际上完全没有超出高分子化学的基本概念，可以认为是高分子化学课程最基础理论的翻版。让人惊讶地发现，从历届研究生对这3个问题的回答来看，都是令人不能满意的。尽管他们大多数刚刚接受过研究生入学考试中高分子化学的考试，而且很多是从全国许多其他高校考试过来的，由此充分表明这一现象存在着普遍性。

设想如果我们转换一个角度，对这3个问题各换一个单纯从高分子化学概念角度出发的提法，变成为:①什么叫自动加速效应？它是如何产生的？②自由基链式聚合与逐步加成聚合在聚合物形成方面各有什么特点？③在自由基链式聚合中是如何提高聚合物分子量的？聚合速度将受什么影响？如果按照这样的提法向学生提问，由于属于高分子化学的常规问题，学生们早已熟背在心，就不会有任何困难了。

图1　本体连续热聚合法工艺流程图

同样的问题一旦脱离课程规范转而从实际应用的角度向学生提出，就会使学生们难以适从。实际上这两者之间只有一层薄纸相隔，充分表明我们的学生其实尚未真正理解所学的内容。同时从另一方面也表明我们的教学方法尚存在着理论脱离实际，以至于不能为实际应用服务的缺陷。反过来这一缺陷也让学生在学完以后有空中楼阁的感觉，不深、不透，远未达到更深刻地感觉它的程度。对于必须完成从学到用转换的研究生而言，就更显得有为重要了。(www.chuimin.cn)

为此，我们在教学过程中采取一种新的教学方式，即一开始就将与课程相关的在实际应用中出现的问题提出。作为思考题，让学生带着问题上课，然后通过课程内容的学习，自行思考去回答这些问题，提前让他们捅破分隔理论与实际应用之间的这张薄纸。结果不仅促进了研究生在学习过程中建立对所学知识的应用性思维，而且反过来也更加促进他们对理论知识的真正理解和掌握，不再有空中楼阁的感觉，而是能够更深刻地感觉它了。

二、教学过程中增强研究生的研究性思维

在研究生课程教学过程中，如何让学生摆脱他们十多年来习惯性的学习方式，去创建研究性的思维，这也是我们努力的方向之一。实际上，没有研究的经历只是单纯的书本或讲义的教学，对研究生而言已经没有任何意义了。因为在他们这个层次，已经完全应该具备很好的自学能力了。单纯书本或讲义的教学会让他们觉得乏味，所以在课程中必须引入新的活生生的研究实例，才可能满足他们的需求，并且帮助他们创建研究性思维。

例如，在“材料实验方法与实验”这门研究生骨干课程的教学中，我们认为，这是一门汇集了从久远至现今的十数种有关材料的研究方法，具有极为广泛实用价值的课程。但是如果像通常教学方法那样，一种、一种分析方法地逐一讲过去，然而因为内容众多、相互交叉，因而最容易发生的就是学了前面忘了后面，最后一笔糊涂账。因此，我们认为必须丢弃通常的教学方法，首先将各类研究方法按照它们的共性与个性进行分类，然后在同一类研究方法的学习中首先介绍讨论它们的共性，以及将它们分为一类的原因。然后再按照每种研究方法的个性与特点进行展开讨论，加强相互之间的对比。在教学中强调对于基本理论的讲解，对于成人而言，只有理解和掌握了的东西才能够清晰地记忆它们。在一类研究方法课程结束后，一定要让学生用最短的语言总结这类研究方法归并为同一类的原因，以及不同研究方法的核心区别。通过这样的教学方法，不仅可以让他们清晰地掌握这些研究方法，更重要的是在未来研究中，培养他们面对错综复杂的实验现象能够迅速抓住问题的本质，具有缜密的条理和清晰的思维方法。我们称之为“树形教学法”。

除了采用“树形教学法”培养研究生们的研究性思维外，我们还希望直接将学生带入身历其境的研究过程。例如在上述课程中，在“电磁波吸收分析法”告一段落后，直接采用我们自己研究时遇到的难题作为将学生带入研究的题目。例如，用实验方法确定碳纤维经低温等离子处理后表面官能团的含量，这是一个难度较大的题目。首先，因为官能团的含量只有负七次方摩尔，太微量。其次碳纤维几乎对各类光谱都有强烈吸收，所谓背景“太黑”。直接分析对几乎所有的光谱都是不可行的。将这一难题交给学生作为家庭作业，一个星期内交出作业，然后在课堂上按照我们的研究过程逐一展开。由于都是我们亲身的经历，其中过程的细节和拦路的困难都历历在目，在讲解时不仅语言丰富，而且充满情感，以致让学生们都犹如自己正在经历攻关的过程。最后再与他们自己的报告对比，给出评价。让他们体会颇深，难以忘却，也为他们未来自己的研究奠定好正确的研究思路。

三、注重培养正确面对客观结果不畏权威的科学精神

是否能够正确对待客观结果，不带主观偏见及臆断，同时又能够去伪存真，不畏惧权威，坚持真理，这是研究工作者必须具备的基本素质，也是我们的培养目标之一。由于研究生们经历了他们长期习惯的学习方法，即接受和理解现有的理论与学说，因而对于在实验中观察到不同于传统理论的现象往往无所适从。一种表现为惊慌失措，否定自己；而另一种则是盲目自信，以为发现了新大陆。例如我们自己的一位研究生在上完电镜部分课程后，结合自己阅读的文献，对二烯烃类热塑性弹性体嵌段聚合物的相结构呈球形分布有了较为翔实的了解，结果对自己采用反应挤出方法合成的嵌段聚合物，呈长发状分布表现十分惊慌，甚至彻底否定自己合成的聚合物是嵌段结构的。在让他充分思考后，对试样进行热处理，结果都完全变为球形分布状。让该同学认识到书上、课程中所讲述的内容只是具有普遍意义理论，还必须根据自己所学的知识，针对试样的制备方法、聚合物的玻璃化温度等具体条件综合进行判断，才能给出正确的结论来。这个典型的事例也让我们认识到，一定要突破传统的让学生学死知识的教学方法，紧密结合实际应用，灵活地对待所学知识。当然这个实例很快被我们用作课程前出给大家独立解决的思考题。

对研究生而言，最为重要的是培养他们勇于创新的学术思想，与自己十多年养成的灌输式的学习习惯决裂，更多的是需要给他们勇气。为此，我们在“非金属材料新工艺与新技术”课程中，直接将由我们自己开创的烯烃及二烯烃单体本体阴离子反应挤出聚合的研究与进展作为讲授的内容。将十数年研究经历中遇到的难题以及解决方法，作为授课内容的重点，或作为思考题，或作为主讲的内容逐层展开。从为什么要开创这个研究方向，研究分为哪几个阶段，遇到哪些难点，这些难点又是如何突破的，循序渐进地展开。让研究生们跟随研究的进展，如同自己经历一般。不仅教会他们如何开展研究，更为重要的是给了他们创新的勇气和信心。让他们觉得平日里常常见到的，很一般的老师和同学，通过刻苦努力，也是可以创立新研究方向，做别人未作的工作，创立有别于传统理论的新学说，为国家做贡献的。从而大大鼓舞了他们刻苦努力，勇于创新的精神。

综上所述，通过多年从事研究生的课程教学，让我们得到的最为深刻的感悟就是必须采用有别于本科生的课程教学法，紧密结合科研实际，牢牢盯住培养研究生实际科研能力的目标，才能帮助他们完成人生旅途中从学到用的跨越，真正体现研究生课程应有的价值。

提升学生研究能力的21世纪化学类专业研究生教育

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