新農科背景下大學生實踐教學問題及學生學術能力培養建議
——以科研儀器在應用化學專業中的應用為例

許衛兵 ，李貴琛，龍海濤，蒲陸梅

（1.甘肅農業大學理學院，蘭州 730070；2.甘肅農業大學甘肅省干旱生境作物學重點實驗室，蘭州 730070）

新農科有效融合了信息技術、生物技術、工程技術等多個領域，在確保農業可持續發展方面發揮著至關重要的作用。在新農科背景下，要充分發揮大型科研儀器在大學生實踐教學中的作用，從而培養高層次、高水平、與國際接軌的創新型人才，解決由傳統農業向現代農業轉型過程中遇到的“卡脖子”問題。應用化學作為一門應用學科，十分注重對大學生在實驗室與工業生產中實踐能力的培養，特別是科學合理地利用各種科研儀器開展工作，將最新的成果應用于農業、環境、醫藥等領域[1]?？蒲袃x器是開展科研工作的基礎，在提升大學生實踐教學質量方面發揮著至關重要的作用。盡管越來越多的高校購置了昂貴的科研儀器，但在實際教學中所發揮的作用往往是不充分的，直接影響了大學生實踐教學質量的提升?；诖?，對甘肅農業大學應用化學專業大學生實踐教學存在的問題進行分析，同時提出了有效利用科研儀器來提升大學生實踐教學質量的建議，期待對提升應用化學專業人才培養質量提供一定的參考。

1 大學生實踐教學存在的問題及解決對策

1.1 重理論輕實踐

應用化學專業具有很強的實踐性，這使得大學生實踐教學至關重要。通過實踐教學將理論與實踐相結合，通過理論指導實踐，同時在實踐的過程中使得學生加深對理論的理解。從目前來看，甘肅農業大學理學院應用化學專業在有機化學和儀器分析課程中都對核磁共振波譜儀的原理和應用分配了專門的理論知識學習，然而由于核磁共振儀器屬于貴重的大型科研儀器，不能像普通的無機制備和有機合成實驗那樣安排學生分組進行實驗，因此多年來都未能給學生安排核磁共振實踐實驗，這也是其他學校關于大型科研設備面臨的共同難題。因此這部分知識出現了嚴重的理論脫離實踐的情況。以此依托本校新購買的核磁共振儀，讓學生切實參與核磁共振對樣品的測試，并能夠準確分辨“液體核磁”“固體核磁”和“成像核磁”的區別與實際應用。再比如，應用核磁共振波譜儀分析鑒定小分子的空間結構是藥物化學中的重要知識點，在科研實踐中利用核磁共振波譜儀檢測小分子化合物的三維結構更有利于加強學生對有機化合物立體結構的認知，提升學生的實驗實踐能力，熟練掌握各類實驗儀器的操作，能進一步提升學生的科研實踐水平[2]。

1.2 實踐教學與學生研究方向匹配度低

實踐教學與學生研究方向不匹配是大學生實踐教學存在的突出問題，這使得大學生實踐教學的質量不能達到預期的實踐教學目標。目前，基礎實驗教學主要是面向低年級學生，實驗教學中學生的大型科研儀器操作能力比較差。大型科研儀器操作復雜，課堂教學時間有限，學生上機時數少，傳統實驗教學樣品單一，與學生的研究方向匹配度低，致使學生不積極主動。操作設備經驗不足使得學生分析和動手能力無法充分提高，學生科研能力的培養和學術水平都受到了較大影響。為此，甘肅農業大學借助線上科研儀器共享平臺錄制了核磁共振波譜儀的原理講座和實操講解課程，同時共享平臺依托的干旱生境作物學重點實驗室也定期組織科研講座和科研設備應用講座。這些課程和講座豐富了學生的知識來源，加強了對學生學術能力的培養。此外，通過對儀器的普及和講座，應允許學生在開設的綜合實驗課中，自主選擇與自己的研究方向相關的，或是自己感興趣的實踐教學課題，并在指導教師和儀器管理教師的幫助下合理安排教學內容，而不僅限于核磁自帶的標準樣品，或教師指導學生合成或提取的化合物。同時鍛煉學生學會制定實驗計劃，實事求是地記錄實驗流程和結果，以論文寫作模式撰寫實驗報告，可同時培養學生的分析能力和寫作能力。有效運用實驗報告寫作環節，促進學生學術能力提升，實現理論與實踐的結合與統一，培養科學論文的寫作思路和方法，積累撰寫期刊論文或學位論文寫作經驗。

1.3 科研儀器開放管理不科學

科研儀器開放管理不科學使得科研儀器的作用不能夠得到充分發揮，許多高價購買的儀器成為了擺設。在進行科研儀器的實踐教學之后，大學生往往只能進行基本的操作，而不能達到熟練操作儀器的目標。由于大型科研儀器價格昂貴，維護成本比較高，同時在實際操作過程中錯誤的操作會造成設備故障，甚至損壞，這使得科研儀器的開放管理形同虛設，許多大學生依舊不能夠自主操作。學生一般只能在儀器管理員工作時間才能預約檢測，導致部分儀器使用效率低。對此，甘肅農業大學科研儀器共享平臺已基本普及送樣的學生“會上樣”，各個課題組至少有一個學生“會操作”，有效避免了學生只能在實驗教師工作時間內開展實驗的問題。同時為了避免高年級學生帶教低年級，導致儀器使用的熟練程度與技能的下降，學校正在考慮借鑒其他高校，采取操作資格有效期限制度，進一步提高儀器設備的利用效率[3]。

2 大學生學術能力培養建議

新農科背景下，高校要抓住機遇，在開展大學生實踐教學的過程中充分利用大型科研儀器，從而達到持續提升大學生學術能力的目標。高等教育是人才培養的重要一環，涉及本科生教育和研究生教育。高校在人才培養的過程中要強化實踐教學，通過實踐教學來樹立大學生的解決問題意識。同時通過大學生學術能力的提升來不斷解決生活和工業生產過程中所遇到的各種問題，最終實現高校為社會源源不斷輸送優秀人才的目標[4]。以應用化學專業為例，對大學生實踐教學存在的問題，提出培養大學生學術能力的建議。

2.1 將科研儀器應用于實踐教學

利用具體的實驗設計在學術研究過程中注重學生學術創新素養和意識的培養和提高?；狙芯考寄苁情_展學術研究的基本能力，在研究技能中，熟練使用科研儀器尤為重要?？蒲袃x器作為工具，可將學術思想付諸實踐[5]。在導師的指導下，學生通過閱讀大量文獻獲得理論知識的積累，提出假設，綜合分析歸類篩選出符合實際的可行的參考實驗方案，繪制科研思路框架，確定實驗手段并驗證假設。大學生是我國科技進步和科技創新的重要后備力量，其培養質量不可忽視。在培養過程中注重與培養目標相結合，及時檢驗和反饋培養過程[6]。要發表高質量學術論文，不僅在觀點上要創新，也要在方法上有創新。長期以來借助核磁共振波譜儀，有機化學領域得到了長足的進步，同時推進了醫學影像學的快速發展。比如，甘肅農業大學中草藥栽培團隊利用核磁共振波譜儀，打破常規中草藥有效成分鑒定方式，建立針對甘肅產中草藥特點的定量核磁檢測手段，將中草藥栽培和有效成分提取結合在一起，突出核磁共振波譜儀既定性又定量的特色[7]。將科研儀器應用于實踐教學有利于提高學生的學術能力，拓展學生的學術思想，為打造新型農業學術人才提供了思路。

2.2 利用科研儀器開展學術創新

學術創新是研究者利用科學的方法發掘問題、提出假設，并設計實驗驗證假設的一種系統性創新能力?？茖W創新是推動農業綜合生產能力提升的保障[8]。在當下學生培養過程中，創新能力培養不足日益突出。比如課題選題時，學生過度依賴導師，按照導師思路開展研究，自我思考少；課題執行過程中，模仿前人研究方法和研究步驟，對數據結果發掘不充分；科研資源利用不充分[8]。核磁共振儀自從引入到學生綜合實驗中來以來，為學生的實踐教學提供了有力支持，保質保量培養優秀的新農科建設人才。此外，要實現學術創新的多樣性，就要培養學生科研敏銳性。扎實的專業知識是培養學生科研敏銳性的基礎，通過科研儀器實踐能將學生課堂學習的基礎專業知識進行有效鞏固，進一步夯實學生學習基礎，為學術創新打下堅實的基礎。培養學生科研敏銳性需要積極開展交叉學科的學習，擴充自身的思維容量。許多科研儀器都可應用于不同學科的科研實踐，如質譜儀能用于化學、生物、農學等多個學科，學生通過對科研儀器不同使用方式的掌握，能進一步拓寬思維方式，借鑒其他學科科研方法，讓學術思維得到啟發，實現學術創新的多樣性。

2.3 借助科研儀器培養學生學術思維

學術思維作為學術能力的重要組成之一，包含了創新思維、批判性思維和跨學科思維。創新是學術思維的靈魂，是學生培養的核心指標之一[9]。批判性思維已被學界公認為是社會創新力和國家競爭力的核心，是社會進步程度的標志之一。打破學術壁壘，深入學科間交叉已然是當下學術研究的方向之一。在土壤生態環境研究中，有機磷含量的測定一直以來都依靠總磷含量減去無機磷含量的方式來確定，利用核磁波譜儀開展土壤中有機磷，特別是亞磷酸鹽、焦磷酸鹽、膦酸鹽、磷酸單酯和磷酸二酯等化合物的含量分析，對輪作后土壤中有機磷成分分析勢必為興農助農提供有力的科學保障和參考[10]。

此外，任何科學研究往往都是在前人的研究基礎上產生新的靈感，為此做好科研工作，培養學生創新思維，需要學習各類相關文獻資料，了解各類科研儀器的發展和使用狀態，學習科研儀器的使用原理和維護保養方法。通過詳細掌握各類科研儀器的操作原理，才能更加熟練掌握各類科研實驗的方法，使科研研究結果更具創新意義，學生學術思維進一步增強。如掃描電子顯微鏡儀、透射電鏡儀等大型精密科研儀器，Abaqus、Ansys、Matlab等專業軟件的操作應用，必須在熟練掌握操作原理的基礎上，查閱相關文獻資料，使實驗操作更加有效，進一步促進學生學術思維的養成。

3 結語

大學生作為國家未來的重要科技力量，將承擔國家科技創新的使命，這就要求大學生應具有扎實的實踐功底和較強的學術能力。結合不同專業的實際情況開展大型科研儀器的實踐教學必不可少。與此同時，大型科研儀器作為實踐教學的載體，是實現學術假設、驗證學術思維的最佳工具。將二者有機結合，通過實踐教學過程拓展學術視野，通過科研儀器共享平臺認識了解大型科研儀器的應用，從理論出發，通過實踐學習領悟，再到升華理論，每一步都是學術能力的提升，也是實踐技能的充實過程，以此達到全面育人的培養目標，不斷為國家培養具有創新能力的人才。