探索科研成果促进研究生精品课程建设——以钡离子荧光传感器为例

＊赵立彦 徐平 张潇 王宇 刘妍 王炎

（哈尔滨工业大学化工与化学学院 黑龙江 150080）

研究生课程教学具有以下几个突出特点：（1）学生的理论基础比较扎实，而且学习能力较强，不满足于课本中固定的教学资源。（2）研究生课程授课内容理论难度高且专业性强。（3）研究生课程一般安排在第一学年，通常在1～2年内要完成所有专业课学习。学习时间较短，对“教”和“学”同时提出了较高要求[1]。因此，研究生精品课程建设不能囿于教材的内容，而应该建立教学为主导、科研为支撑、创新能力培养为导向的多位一体的教学模式。其中，科研支撑是培养研究生创新能力的一个重要途径。

1.科教融合的教学设计

21世纪中国高等教育已经进入到一个全新的发展阶段[2]，尤其是在高等教育中的研究生教育，从科教并重转向科教融合已经成为必然趋势[3]。在研究生培养的过程中倡导科教融合，要求科研成果转变为课堂知识化，为研究生教育、教学资源提供连续不断的动力[4]。任课教师通过合理的教学设计将课程成果转变为教学资源，为学生提供前沿的学科知识。在授课过程中教师应该注意按照科学研究的规律培养人才，培养学生的实践能力和创造精神[5-6]。最终实现培养学生发现问题、解决问题的能力与科学素养[7]。因此如何把优质丰富的科学研究资源转化为人才培养中的教学优势成为广大从事研究生教学的教师需要思考的问题。

我们的教学团队采用了基于信息化混合式的教学模式，在教学设计中有机融入了教师的科研成果作为课程的学科前沿性知识，并且注重教学成效。课程的教学设计如图1所示。教学分为四个环节：（1）课程准备阶段对课程内容进行改革，把一些常识性、了解性的课程内容作为课前在线学习内容，录制微课视频并转换为二维码，利用雨课堂或者微信公众号推送给学生，学生可以利用课生活中的零散时间进行学习。最后把课前学节省下来的时间，用于线下实体课堂，引入学科前沿知识，把教师学术研究前沿问题植入课堂，实现科研“反哺教学”。（2）开展基于信息化技术的混合式教学。混合式教学分为课前在线教学、课中线下互动式教学和课后在线教学三部分。在课前线上教学部分，将采用微课视频、雨课堂、二维码、微信群、微信公众号等信息化手段进行学习视频推送、线上讨论、线上答疑、线上测试以及部分课程思政内容的推送和讨论，这些信息化手段也将有助于收集学生线上学习的成效，用以进行课程形成性评价。在课中线下互动式教学阶段将采用雨课堂授课，利用雨课堂的弹幕、习题、测试、分组讨论等功能加强与学生的互动，激发学生加入课堂讨论的兴趣、增强辩证思维的能力、端正学生学习态度。在课后在线教学部分将利用微信群和微信公众号以及雨课堂等信息化平台，对刚刚结束的线下教学进行升华式讨论和巩固学习。（3）每次课结束后进行教学反思，修正下次课的教学设计。每一个混合式教学单元结束后教师将就教学单元中信息化教学手段是否合理、课程思政是否恰当、课程设计是否有助于学生知识性、能力性以及素质性目标的达成等方面进行反思，用以及时修正下次课的教学设计。（4）依此进行N次教学，进行深度教学反思，促进下一轮的教学改革。课程进行中期，利用问卷星收集学生对课程的中期评价，教师根据学生的反馈及时调整教学方法和教学设计；课程全部结束后继续利用利用问卷星收集学生对课程的整体评价；利用雨课堂收集学生学习数据，并对其进行详细的分析；再根据学生学习数据分析的结果、教学评教反馈、教学督导反馈，对一个学期的教学进行深度反思，以促进下一轮教学改革。

图1 基于教学信息化的混合式教学模式的课程设计

2.以钡离子荧光传感器为例，探索科研成果对促进研究生精品课程建设的积极作用

在探索科研成果如何促进研究生精品课程建设的研究中，分为四个步骤合理有序地将教师从事的科研内容引入研究生课程中，以钡离子荧光传感器引入到研究生课程中，从而实现科研与教学的有机融合为例。

(1)在研究生课程理论部分讲授荧光的产生机理

在研究生课程《高等分析化学》及《波谱学原理与应用》课程中均需向学生详细讲授荧光产生的机理。在讲授荧光机理部分内容时，教师通过雨课堂授课，适量、适时地引入课堂测试题目及思考题，通过学生的回答情况展开讨论，夯实学生的理论基础。

(2)课后让学生查阅荧光化学传感器的文献并进行小组讨论

讲授完荧光机理之后，向学生们介绍荧光传感器（如图2所示）的概念。将学生分为3～4组，采用同伴学习的方法，进行荧光传感器方面文献的查阅和研讨，每个组最终形成一份调研报告。报告内容要重点阐述近年来荧光传感器领域发展现状及主要存在的问题，以及要求讨论组在报告中给出对于这一领域存在问题，有何解决方案。

图2 荧光传感器示意图

(3)课上通过小组间互评以及教师点评的方式，学生报告进行点评，被引出教师的科研课题引发学生的思考

文献阅读研讨课前，老师给学生指定阅读某个方向的文献。学生需要利用课余时间检索老师指定阅读某个方向的文献，进行阅读、整理与总结。课堂中，学生对自己所读的文献进行汇报。在汇报结束后，由老师或同学们提出与汇报内容相关的问题，大家一起进行深入的探讨。通过探讨，使学生对自己所汇报的文献有了一个更深入的理解，也提高了学生的思考问题能力及创新意识。课上时用雨课堂发起小组间互评，激发学生进行讨论的积极性，然后教师再对学生的科研文献调研及科研想法进行最终点评。

(4)以课堂讨论的方式介绍钡离子荧光法传感器的原理及实验过程

图3 荧光传感器化合物的合成路线

在完成以上三个步骤的教学任务后，在学生的科研热情被极大鼓舞的前提下，教师以课堂讨论的方式，把钡离子荧光法传感器的原理及实验过程进行介绍。向学生们介绍传感器分子的设计思路以及制备路线。

而在我们的研究工作中，以水杨醛类西佛碱为荧光发光体，分别以邻、间、对位吡啶作为识别位点，合成了几种有机小分子传感器，详细研究了识别位点的空间相对位置对传感器灵敏度和选择性的影响。研究结果表明，只有含间位吡啶的传感器对剧毒水溶性的重金属钡离子具有很好的灵敏度和选择性（如图4所示）。

图4 荧光传感器对钡离子的检测荧光光谱

最后向学生介绍进行定量分析的步骤及要注意的问题。定量分析的数据及数据分析如图5所示。

图5 荧光传感器对钡离子的定量检测

3.结束语

课程团队在《高等分析化学》及《波谱学原理与应用》的精品课程建设过程中，以研究生创新思维培养为主线，坚持理论教学体系和教学科研成果相结合，加强科教融合进而培养研究生的专业能力以及创新能，落实教育创新，深化教学改革，全面提高教育教学质量。教学中采用“互动式+启发式+案例式”的教学模式，激发研究生的创新潜能，培养学生大胆质疑、多向思考、科学想象等思维能力。依据课程的内容，采用由浅入深、循序渐进的方式设计教学活动。实现教学活动与研究方向有机结合，增强教学与研究相辅相承的关联。精品课程建设注重学生科研素养的培养和科学精神的养成，具体体现为积累专业知识、提升创新思维和强化分析能力和动手能力等。