新农科背景下大学生实践教学问题及学生学术能力培养建议——以科研仪器在应用化学专业中的应用为例

许卫兵 ，李贵琛，龙海涛，蒲陆梅

（1.甘肃农业大学理学院，兰州 730070；2.甘肃农业大学甘肃省干旱生境作物学重点实验室，兰州 730070）

新农科有效融合了信息技术、生物技术、工程技术等多个领域，在确保农业可持续发展方面发挥着至关重要的作用。在新农科背景下，要充分发挥大型科研仪器在大学生实践教学中的作用，从而培养高层次、高水平、与国际接轨的创新型人才，解决由传统农业向现代农业转型过程中遇到的“卡脖子”问题。应用化学作为一门应用学科，十分注重对大学生在实验室与工业生产中实践能力的培养，特别是科学合理地利用各种科研仪器开展工作，将最新的成果应用于农业、环境、医药等领域[1]。科研仪器是开展科研工作的基础，在提升大学生实践教学质量方面发挥着至关重要的作用。尽管越来越多的高校购置了昂贵的科研仪器，但在实际教学中所发挥的作用往往是不充分的，直接影响了大学生实践教学质量的提升。基于此，对甘肃农业大学应用化学专业大学生实践教学存在的问题进行分析，同时提出了有效利用科研仪器来提升大学生实践教学质量的建议，期待对提升应用化学专业人才培养质量提供一定的参考。

1 大学生实践教学存在的问题及解决对策

1.1 重理论轻实践

应用化学专业具有很强的实践性，这使得大学生实践教学至关重要。通过实践教学将理论与实践相结合，通过理论指导实践，同时在实践的过程中使得学生加深对理论的理解。从目前来看，甘肃农业大学理学院应用化学专业在有机化学和仪器分析课程中都对核磁共振波谱仪的原理和应用分配了专门的理论知识学习，然而由于核磁共振仪器属于贵重的大型科研仪器，不能像普通的无机制备和有机合成实验那样安排学生分组进行实验，因此多年来都未能给学生安排核磁共振实践实验，这也是其他学校关于大型科研设备面临的共同难题。因此这部分知识出现了严重的理论脱离实践的情况。以此依托本校新购买的核磁共振仪，让学生切实参与核磁共振对样品的测试，并能够准确分辨“液体核磁”“固体核磁”和“成像核磁”的区别与实际应用。再比如，应用核磁共振波谱仪分析鉴定小分子的空间结构是药物化学中的重要知识点，在科研实践中利用核磁共振波谱仪检测小分子化合物的三维结构更有利于加强学生对有机化合物立体结构的认知，提升学生的实验实践能力，熟练掌握各类实验仪器的操作，能进一步提升学生的科研实践水平[2]。

1.2 实践教学与学生研究方向匹配度低

实践教学与学生研究方向不匹配是大学生实践教学存在的突出问题，这使得大学生实践教学的质量不能达到预期的实践教学目标。目前，基础实验教学主要是面向低年级学生，实验教学中学生的大型科研仪器操作能力比较差。大型科研仪器操作复杂，课堂教学时间有限，学生上机时数少，传统实验教学样品单一，与学生的研究方向匹配度低，致使学生不积极主动。操作设备经验不足使得学生分析和动手能力无法充分提高，学生科研能力的培养和学术水平都受到了较大影响。为此，甘肃农业大学借助线上科研仪器共享平台录制了核磁共振波谱仪的原理讲座和实操讲解课程，同时共享平台依托的干旱生境作物学重点实验室也定期组织科研讲座和科研设备应用讲座。这些课程和讲座丰富了学生的知识来源，加强了对学生学术能力的培养。此外，通过对仪器的普及和讲座，应允许学生在开设的综合实验课中，自主选择与自己的研究方向相关的，或是自己感兴趣的实践教学课题，并在指导教师和仪器管理教师的帮助下合理安排教学内容，而不仅限于核磁自带的标准样品，或教师指导学生合成或提取的化合物。同时锻炼学生学会制定实验计划，实事求是地记录实验流程和结果，以论文写作模式撰写实验报告，可同时培养学生的分析能力和写作能力。有效运用实验报告写作环节，促进学生学术能力提升，实现理论与实践的结合与统一，培养科学论文的写作思路和方法，积累撰写期刊论文或学位论文写作经验。

1.3 科研仪器开放管理不科学

科研仪器开放管理不科学使得科研仪器的作用不能够得到充分发挥，许多高价购买的仪器成为了摆设。在进行科研仪器的实践教学之后，大学生往往只能进行基本的操作，而不能达到熟练操作仪器的目标。由于大型科研仪器价格昂贵，维护成本比较高，同时在实际操作过程中错误的操作会造成设备故障，甚至损坏，这使得科研仪器的开放管理形同虚设，许多大学生依旧不能够自主操作。学生一般只能在仪器管理员工作时间才能预约检测，导致部分仪器使用效率低。对此，甘肃农业大学科研仪器共享平台已基本普及送样的学生“会上样”，各个课题组至少有一个学生“会操作”，有效避免了学生只能在实验教师工作时间内开展实验的问题。同时为了避免高年级学生带教低年级，导致仪器使用的熟练程度与技能的下降，学校正在考虑借鉴其他高校，采取操作资格有效期限制度，进一步提高仪器设备的利用效率[3]。

2 大学生学术能力培养建议

新农科背景下，高校要抓住机遇，在开展大学生实践教学的过程中充分利用大型科研仪器，从而达到持续提升大学生学术能力的目标。高等教育是人才培养的重要一环，涉及本科生教育和研究生教育。高校在人才培养的过程中要强化实践教学，通过实践教学来树立大学生的解决问题意识。同时通过大学生学术能力的提升来不断解决生活和工业生产过程中所遇到的各种问题，最终实现高校为社会源源不断输送优秀人才的目标[4]。以应用化学专业为例，对大学生实践教学存在的问题，提出培养大学生学术能力的建议。

2.1 将科研仪器应用于实践教学

利用具体的实验设计在学术研究过程中注重学生学术创新素养和意识的培养和提高。基本研究技能是开展学术研究的基本能力，在研究技能中，熟练使用科研仪器尤为重要。科研仪器作为工具，可将学术思想付诸实践[5]。在导师的指导下，学生通过阅读大量文献获得理论知识的积累，提出假设，综合分析归类筛选出符合实际的可行的参考实验方案，绘制科研思路框架，确定实验手段并验证假设。大学生是我国科技进步和科技创新的重要后备力量，其培养质量不可忽视。在培养过程中注重与培养目标相结合，及时检验和反馈培养过程[6]。要发表高质量学术论文，不仅在观点上要创新，也要在方法上有创新。长期以来借助核磁共振波谱仪，有机化学领域得到了长足的进步，同时推进了医学影像学的快速发展。比如，甘肃农业大学中草药栽培团队利用核磁共振波谱仪，打破常规中草药有效成分鉴定方式，建立针对甘肃产中草药特点的定量核磁检测手段，将中草药栽培和有效成分提取结合在一起，突出核磁共振波谱仪既定性又定量的特色[7]。将科研仪器应用于实践教学有利于提高学生的学术能力，拓展学生的学术思想，为打造新型农业学术人才提供了思路。

2.2 利用科研仪器开展学术创新

学术创新是研究者利用科学的方法发掘问题、提出假设，并设计实验验证假设的一种系统性创新能力。科学创新是推动农业综合生产能力提升的保障[8]。在当下学生培养过程中，创新能力培养不足日益突出。比如课题选题时，学生过度依赖导师，按照导师思路开展研究，自我思考少；课题执行过程中，模仿前人研究方法和研究步骤，对数据结果发掘不充分；科研资源利用不充分[8]。核磁共振仪自从引入到学生综合实验中来以来，为学生的实践教学提供了有力支持，保质保量培养优秀的新农科建设人才。此外，要实现学术创新的多样性，就要培养学生科研敏锐性。扎实的专业知识是培养学生科研敏锐性的基础，通过科研仪器实践能将学生课堂学习的基础专业知识进行有效巩固，进一步夯实学生学习基础，为学术创新打下坚实的基础。培养学生科研敏锐性需要积极开展交叉学科的学习，扩充自身的思维容量。许多科研仪器都可应用于不同学科的科研实践，如质谱仪能用于化学、生物、农学等多个学科，学生通过对科研仪器不同使用方式的掌握，能进一步拓宽思维方式，借鉴其他学科科研方法，让学术思维得到启发，实现学术创新的多样性。

2.3 借助科研仪器培养学生学术思维

学术思维作为学术能力的重要组成之一，包含了创新思维、批判性思维和跨学科思维。创新是学术思维的灵魂，是学生培养的核心指标之一[9]。批判性思维已被学界公认为是社会创新力和国家竞争力的核心，是社会进步程度的标志之一。打破学术壁垒，深入学科间交叉已然是当下学术研究的方向之一。在土壤生态环境研究中，有机磷含量的测定一直以来都依靠总磷含量减去无机磷含量的方式来确定，利用核磁波谱仪开展土壤中有机磷，特别是亚磷酸盐、焦磷酸盐、膦酸盐、磷酸单酯和磷酸二酯等化合物的含量分析，对轮作后土壤中有机磷成分分析势必为兴农助农提供有力的科学保障和参考[10]。

此外，任何科学研究往往都是在前人的研究基础上产生新的灵感，为此做好科研工作，培养学生创新思维，需要学习各类相关文献资料，了解各类科研仪器的发展和使用状态，学习科研仪器的使用原理和维护保养方法。通过详细掌握各类科研仪器的操作原理，才能更加熟练掌握各类科研实验的方法，使科研研究结果更具创新意义，学生学术思维进一步增强。如扫描电子显微镜仪、透射电镜仪等大型精密科研仪器，Abaqus、Ansys、Matlab等专业软件的操作应用，必须在熟练掌握操作原理的基础上，查阅相关文献资料，使实验操作更加有效，进一步促进学生学术思维的养成。

3 结语

大学生作为国家未来的重要科技力量，将承担国家科技创新的使命，这就要求大学生应具有扎实的实践功底和较强的学术能力。结合不同专业的实际情况开展大型科研仪器的实践教学必不可少。与此同时，大型科研仪器作为实践教学的载体，是实现学术假设、验证学术思维的最佳工具。将二者有机结合，通过实践教学过程拓展学术视野，通过科研仪器共享平台认识了解大型科研仪器的应用，从理论出发，通过实践学习领悟，再到升华理论，每一步都是学术能力的提升，也是实践技能的充实过程，以此达到全面育人的培养目标，不断为国家培养具有创新能力的人才。