研究生创新思维启发式教育——以有机胺瓶口白色固体成因的探究为例

竺 宁 程思柳 韩利民 洪海龙 高媛媛

(内蒙古工业大学 化工学院，内蒙古 呼和浩特 010051)

科学研究是一种创造性的社会实践活动，其本质在于对真理的探索及知识的运用，科学研究主要包含三方面内容：一是创造新知识；二是加工已有的知识，包括贮存、分析、鉴别、整理，使零散的知识系统化、体系化；三是利用知识，把科学知识转化为技术知识，把技术知识转化为生产知识，把某个学科的知识成功的应用于其他学科等[1]。而科学研究体现在发现问题、分析问题、解决问题的能力上，并对此过程进行清晰与细致的整理与记录。科学研究能力是每一个科研人员顺利完成科研活动任务所需的基本能力[2]。随着社会的发展、科技的进步，对于具有较强动手能力和解决实际问题能力的工科人才的需求日益增加，对科技人员的素质提出了较高的要求。工科硕士生是科学研究的主力军，是未来科技创新的重要力量。因此，加强对工科硕士生科研能力的培养，提高工科硕士生的创新精神和解决实际问题的能力非常重要。在创新教育培养的初级阶段，除了导师及课堂上所培养的创新思维之外，研究生也要对实验衍生出的现象进行详尽探究，多看、多学、多问，在此过程中激发自身的创新思维[3]。DNA双螺旋分子模型的创新性发现，是在沃森等的噬菌体实验的基础上发现并完善的创新点；屠呦呦等研究出的抗疟新药—青蒿素和双氢青蒿素来自中医古方[4]。这些都是在创造性思维的引导下不断尝试和探索的结果。因此，大多创造性成果和创新型研究，都是通过已有成果的启发而创造出来的。本文对化学实验室的一个常见的未知现象进行剖析，在此过程中渗透发现问题、分析问题、解决问题的思维，在潜移默化中培养学生探索未知事物的好奇心和创造性解决问题的思维。

1 发现问题

化学实验室中存在各种各样的现象，有些为人们所知，而有些还未曾深入了解。对未知的化学现象进行剖析，不仅可以防止因相关人员缺乏认知而导致化学实验出现微小误差，从而造成不良后果，还可以利用其中包含的化学知识组合为化学技术为人们所用。在有机实验室药品柜中，某些试剂瓶盖周围常常附着一层轻飘飘的白色固体，有关该白色固体是什么物质，有无毒性，以及是怎样形成的鲜有文献报道。本课题组在进行实验过程中常遇到类似情况，对其保持好奇态度，随后进行分析研究。通过观察发现瓶口产生白色固体的化合物多为有机胺类物质(如图1)，随后以乙二胺为例进行初步的分析研究。

图1 有机胺瓶口图

2 分析问题

首先将乙二胺瓶口白色固体收集，通过初步的实验检测发现白色固体易溶于水和乙二醇，难溶于其他有机溶剂，物理性质类似于有机盐类。为进一步探究其成分，结合实验室现有的分析检测仪器选用了简单方便、快速灵敏的核磁共振仪。于是将白色固体溶解在氘水中进行核磁氢谱和碳谱测试。碳谱显示在160.7 ppm和164.7 ppm有两个羰基峰，初步猜测羰基来源于空气中的二氧化碳。为了验证该猜测，取2 mmol 乙二胺加入10 ml反应釜中，通入3 MPa CO2室温反应24 h，反应釜中的反应产物为灰白色坚硬的固体，并且其与乙二胺瓶口白色固体溶解性质相似。接下来将该固体进行核磁氢谱与碳谱检测，通过对比发现该反应产物与乙二胺瓶口白色固体是同种物质，并且该结果与文献报道的伯胺和仲胺在水存在下能够较易捕获CO2，生成氨基甲酸盐、碳酸氢盐与碳酸盐三者的混合物思路一致[5-6]。结合文献和核磁图推测乙二胺瓶口白色固体成因为：乙二胺在使用过程中，气体挥发沾到瓶口，在潮湿空气的作用下，捕集空气中的CO2，最终生成氨基甲酸盐和碳酸氢盐的混合物。为了进一步证实推测想法的正确性，做了验证实验。将类似于乙二胺的其它二胺类液体化合物各取200 ul加入小烧杯中敞口放置，一周后观察烧杯内壁，发现烧杯壁上附着大量白色固体，将该类白色固体收集测试，其成分为氨基甲酸盐和碳酸氢盐的混合物，进一步证实本课题组的推测。

3 结论

通过以上分析得出有机胺瓶口白色固体成因为试剂在使用的过程中挥发出的气体沾到瓶口，接触到空气后，自发捕集潮湿空气中的二氧化碳和水，生成氨基甲酸盐和碳酸氢盐的混合物。本文以实验室的常见现象为出发点，以问题为导向，启发学生探索未知的好奇心和创造性解决问题的思维。通过对未知实验现象的探究，不仅发现了胺类自发捕集空气中CO2的自然规律，这种规律与目前的二氧化碳的捕集与利用(CCU)思路一致[7]，并且让人们对实验室中有机胺类药品管理中出现的这种现象有新的认知，趋利避害。

4 启发

本文体现了一种发现问题、分析问题、解决问题的思路。这种思路就是科学研究过程中对已有知识的加工，使零散知识系统化、体系化，从而提升科研的高度和深度。创新能力培养是工科研究生教育的核心内容，希望工科研究生通过本案例获得启发，在今后更注重观察研究过程中的微小现象，以敏锐的眼光，从人们熟视无睹的实验室现象中，捕捉到科学的真理，提高自身创新思维能力。