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1古代医药学对化学发展做出的重要贡献
中国古代的神农尝百草(《淮南子•修务训》)使人们认识到某些植物的汤液对疾病有治疗作用。这便是人类医学科学的开端——中药的重要起源。从中国的商代以后汤液成为中药的主要剂型。然而,草药虽然能够治病,但并不能延长人的寿命。而封建王朝的最高统治者——皇帝都希望长生不老,永远处于统治地位。因此,自战国以来,在中国历代皇帝的支持下,便产生了一个长期繁荣不衰的职业——炼丹。起源于道家学派的炼丹家相信,只有自身不腐败的药物才能使人长生不老,青春永驻。当时,人们所用的草药当然做不到这一点,惟有金石能充当这一角色。
我国晋代著名的道教学者、炼丹家和医药学家葛洪(公元284~354年)所著的《抱扑子•内篇》金丹卷中就明确记载:草木之药“煮之则烂,埋之则腐”,而“丹砂烧之成水银,积变又还成丹砂”。这就是说,用中草药炼丹是不行的,因为它们容易腐烂。而朱砂加热后可变成水银和硫磺,反过来水银与硫磺在冷却的条件之下又可转变为朱砂。因此,服用朱砂炼制的丹药,人的生命就像朱砂与水银能互变那样,往返循环,生生不息。并把丹砂(HgS)称为长生不老药的极品。这是丹砂与水银、硫磺进行可逆化学反应的最早的明确记录。这一反应也是我们日常生活中的化学。例如:当水银温度计打碎了之后,洒落在地面的水银容易蒸发,而以蒸汽的形式被人所呼吸,从而引起汞中毒。在这种情况下,我们通常的做法是在水银上面撒一些硫磺,使之变为HgS,而HgS在常温下是没有挥发性的。有“药王”之称的唐代著名医学家孙思邈(公元581~682年)也是一位非常著名的炼丹大师。他在炼丹过程中发现了黑火药,在其著作《伏硫磺法》中记载了黑火药的配方:两份硝石+三份碳+一分硫。这三种物质一旦发生化学反应,就在短时间内产生大量的气体,从而产生爆炸。这就是我国古代的四大发明之一。这一技术直到公元8世纪才传到阿拉伯。阿拉伯人把硝石称为“中国雪”,而波斯人(今伊朗人)则称其为“中国盐”。虽然炼丹家们寻找长生不老药的梦想最终破灭,但却在炼丹的过程中创造了很多有趣的新方法和新物质,例如淮南王刘安在组织其门客炼丹过程中偶然发现了豆腐,而被称为豆腐的鼻祖,也把自己造就成了化学家。正因为如此,英国自然科技史专家李约瑟(1994年当选为中国科学院外籍院士),根据中国古代在炼丹术等方面的成就,在其著作《中国科学技术史》中提出了“医药化学源于中国”的论断,认为“整个化学的最重要的根源之一,是地地道道从中国传出去的”。到了16世纪初,药物化学家的奠基者、瑞士科学家巴拉塞尔士首先把矿物质作为药物使用,提出化学的目的是制造药剂。他认为有病就是缺盐、水银和硫磺这三种要素之一(分别比作为肉体、灵魂、精神)。为了治病就要服用所缺的要素。而为了获得能够治疗疾病的药物,必然要进行化学实验,因此,在这些实验过程中,人们便发现了硝酸、盐酸、硫酸、氨和矾等化合物,也产生了元素、化合物、化学试剂等概念,从而推动了化学的发展。
2化学的发展对医学所做的贡献
巴拉塞尔士作为医学的改革者,极力反对伽仑及阿维森纳的学说,并引导人们注意到化学对医学及药学的莫大用处。他的这种主张随着科学的不断发展而逐渐被证实。随着唯物主义哲学和化学的发展,人们坚信能够治病的这些植物中肯定存在着内在的物质基础。结果在19世纪初,化学家们从药用植物中寻找到了具有药用价值的小分子有机化合物。例如:1763年,爱德华•斯通(EdwardStone)在伦敦皇家学会宣读了题为“关于柳树皮治愈寒颤病成功的报告”。1828年,法国药剂师亨利•勒鲁克斯(HenriLeroux)与意大利化学家拉斐尔•皮里亚(RaffaelePiria)利用化学手段从柳树皮中提纯出了其有效成分水杨酸,化学名是邻羟基苯甲酸。1860年,德国拜尔公司化学家赫尔曼•科尔贝(HermanKolbe)成功实现了水杨酸的人工合成。但是水杨酸对口腔、食道和胃壁的黏膜有严重的刺激作用,从而使其在医学应用中受到了严重限制。为了解决这一问题,化学家们首先想到的是将其改为酸性较小的钠盐(水杨酸钠),这虽然减小了其刺激性,但却具有令人不愉快的甜味,导致大多数患者不愿意服用。到了1893年,德国Bayer公司的化学家费利克斯•霍夫曼(FelixHoffmann)对水杨酸进行了改造,制成了乙酰水杨酸。水杨酸与乙酰水杨酸具有相同的医学性质,但后者却没有令人不愉快的味道和对黏膜的高度刺激性,这就是“万灵药”阿司匹林。这个例子说明人们已经可以用化学的方法去改变天然产物的结构,使之成为更为理想的药物。1928年,英国细菌学教授弗莱明发现了人类第一个抗生素药物青霉素。虽然弗莱明发现了青霉素,但是青霉素培养液中所含青霉素的量太少,加上他化学底子比较薄弱,一直没法找到富集浓缩青霉素的技术,很难从中提取足够的数量供临床研究使用。因此,弗莱明只好暂时停止了对青霉素的培养和研究工作。
直到1935年,澳洲药理学家弗洛里和侨居英国的德国生物化学家钱恩合作解决了青霉素的富集、浓缩这个技术问题,才使得青霉素真正成为服务于人类的良药。青霉素的大量生产挽救了千百万患有肺炎、梅毒、猩红热等疾病的患者的生命。青霉素的发现被公认为是第二次世界大战中与原子弹和雷达相并列的第三个重大发明。正是因为弗莱明、弗洛里和钱恩对改善人类健康和延长人类寿命所做出的突出贡献,他们三人共同分享了1945年的诺贝尔生理学和医学奖。同样,我国的科学家们在推动医药学的发展和改善人类的健康方面也做出了重要的贡献。2011年,我国药理学家屠呦呦教授获得了仅次于诺贝尔奖的世界级大奖——美国拉斯克-狄贝基临床医学研究奖(LaskerDeBakeyClinicalMedicalResearchAward),以表彰她在青蒿素(Artemisinin)的发现及将其应用于治疗疟疾方面所做出的杰出贡献。这一医学发展史上的重大发现,每年在全世界,挽救了数以百万计疟疾患者的生命。这是迄今为止中国生物医学界获得的世界级最高奖项。青蒿作为药物使用,首次记载于《五十二病方》(公元前168年左右)中,这本书出土于马王堆三号汉墓。书中详细描述了如何用青蒿来舒缓痔疮。在公元340年间东晋医药学家葛洪在其著作《肘后备急方》中,明确记载了青蒿能够治疗疟疾:“青蒿一握,以水二升渍,绞取汁,尽服之。”屠教授正是根据这一段文字记载受的启发,改变了传统的提取方法,在经过190多次的失败之后,于1972年11月8日从青蒿中获得了其有效成分——青蒿素的单体。1973年,作为其结构研究的一部分,屠呦呦对青蒿素的结构进行修饰,得到了双氢青蒿素,其药效比青蒿素高10倍。双氢青蒿素的合成奠定了合成其他衍生药物的基础。1984年初,上海有机所周维善院士课题组实现了对青蒿素的人工全合成。另外一个极为重要的例子就是哈尔滨医科大学第一附属医院中医科张亭栋教授发现As2O3可以治疗M3型白血病的原创性研究。他从民间中医中得到一个秘方:砒霜、轻粉(HgCl)和蟾蜍可用于治疗淋巴结核和癌症。而张亭栋将这个配方主要用于治疗白血病的研究,并分别检测这三种药物在治疗中的作用。通过研究,他发现其有效成分为As2O3,并于1973年在《黑龙江医药》上发表了As2O3用于治疗白血病的开创性论文[4]。1979年,他们在《黑龙江医药》上再次,明确指出As2O3对M3型白血病效果最好,从而清晰地奠定了人类今天的认识:As2O3可以治疗白血病,特别是M3型白血病[5]。1998年美国康奈尔医学院的Soignet教授将张亭栋的研究结果用于临床治疗并将其治疗结果和可能的作用机制发表于世界最权威之一的医学杂志《新英格兰医学杂志》,从而导致了国际医学界广泛接受As2O3对M3型白血病的治疗作用。而且相关药品已经通过美国FDA批准正式上市。
编者按:本论文主要从实验教学的基本体系;本科生和研究生互动的实验教学创新模式等进行讲述,包括了化学实验教学着力于突出以创新能力和实践能力为重点的素质教育等现代教育思想与理念的贯彻落实、研究生参与本科生实验指导、研究生的科研成果转化成本科教学实验、本科生到研究生实验室做毕业论文等,具体资料请见:
提出了本科实验教学中本科生与研究生互动的实验教学“一二三模式”,旨在发挥科研与研究生的优势,为本科实验教学服务,提高本科实验教学质量,培养创新型人才。
教学研究型大学一般以本科教育为主,同时积极发展研究生教育。因此,在化学实验教学中尝试本科生和研究生互动,对于更好地衔接本科教育和研究生教育,利用研究生教育资源提升本科教育水平,培养创新型人才有着现实意义。本科教育是基础教育阶段,主要是积累知识,培养和训练各方面技能;故在此阶段应注重培养学生的综合能力和素质,为研究生教育和可持续发展奠定基础;研究生教育是专业教育阶段,是更高深层次的专业教育培养,其基础是学科建设。研究生通过某一问题的解决,学到解决问题的方法,以便今后可以独立解决问题。研究生培养质量的高低是学科建设水平的重要体现,同时又对学科建设起着重要的促进作用。研究生教育要上水平必须有优秀的本科人才作为后备人才储备。
本科生与研究生互动反映了教学研究型大学的要求。一方面,研究生是学校科学研究和技术研发的重要生力军;另一方面,研究生教育能带动积极向上的校园文化和学术氛围,能够通过一批原创性科技研究成果的转化直接为经济与社会发展服务,能够对区域的政治和文化产生影响,有助于形成良好的校风和学风,带动本科生的教育教学。为此,许多教学研究型大学提出本科教育是立校之本,研究生教育是强校之路。
如何处理好本科教育与研究生教育的关系,实现学科建设与本科教育目标的融合与互动发展,是我们面临的一个重要问题。我院在本科化学实验教学中,充分利用科研和研究生的优势,发挥研究生在本科生实验教学中的作用,在本科生和研究生互动方面做了一些尝试,取得了一定的成效。
1实验教学的基本体系
摘要:近年来地方本科院校化工专业教师的职称层次和学历层次有了较大幅度提高,然而本科毕业论文的教学质量却逐年下降。当前,地方应用型本科院校化工专业本科毕业论文的教学存在不够重视、评价机制不当、教学计划安排不当、实验条件和经费缺乏等问题,对这些问题逐一进行分析,并提出了相应的解决策略。
关键词:应用型;化工;本科毕业论文;地方高校
地方应用型高校是指办学定位为应用型高校的地方所属高等学校。目前,地方应用型本科院校发展中,存在一些不容忽视的挑战与困难,如高校转型发展系统性不够、高校服务区域产业发展能力不强、应用型人才培养质量有待提高等。本科毕业论文(即学士学位论文)是学生综合运用所学专业知识、培养创新能力和科学精神的重要环节,也是衡量学生毕业与学位资格认证的重要依据。本科毕业论文是表明作者从事科学研究取得创造性的结果或有了新的见解,并以此为内容撰写的、作为申请授予本学科学士学位的科研成果。这一成果能够说明作者已较好地掌握了本门学科的基础理论、专业知识和基本技能,具有从事科学研究工作或担负专业技术工作的初步能力[1]。近年来,地方应用型高校化工专业教师的职称层次和学历层次均有了较大幅度提高,然而本科毕业论文的教学质量却呈逐年下降趋势。本文首先对产生这一现象的原因进行分析,在此基础上提出解决问题的策略,以期对相关本科毕业论文的研究提供一些借鉴,对提高毕业论文教学质量起到一些积极作用。
1地方应用型高校化工专业本科毕业论文存在的问题
1.1不够重视
部分院校和师生对本科毕业论文的重视程度不够,主要有以下三种情况:一是认为本科阶段的主要任务是修够各门课的学分,毕业论文不过是走个过场而已[1];二是不重视毕业论文的结果,不在意做得好还是做得差,甚至不做,绝大部分论文的结果都是良好或合格,顺利毕业,皆大欢喜;三是认为毕业论文在时间上与学生找工作有冲突,为了不影响学生就业,让学生优先找工作或者进企业顶岗实习[2]。
一、课题研究
学习过程是以学生的全部心理活动为基础的,学习过程的顺利进行,仅有一定的认知过程的心理结构(智力结构)是不行的,还必须有一系列的意向过程中的条件(非智力因素)配合,使其互相促进,才能达到学生自主行为的充分表现。
在诸多的情境因素中,教师既是教学活动的组织者和信息的传播者,又是学生学习反应输出信息的接收者。因此,教师在教学中的功能,应在用课程和教材铺设的道路上,努力创设各种教学情境,激发学生学习的意向心理条件,促进认知过程的心理结构的发展,积极开展学习的动力和阻力的相互消长斗争,用教学效果的反馈强化,增进学生学习动力的加速度,使教学活动成为一个省力、高效、完成教学任务的认识和发展过程。教师的主导作用,应是在如何发挥学生主体作用中的主导作用,着眼于培养学生的主体精神和创新能力。
教学活动中创设的教学情境是为教学目标服务的,应有明确的主体、行为、条件、标准,并以教学需要为基础,以确立解决教学问题的步骤为目的,以教学效果达到最优化。
课题“初中化学教学的最优化行动研究”就是研究如何把化学教学活动中师生间的各种行为关系,放在一定的组织形式、途径、媒体和方法等情境中,构成教学的空间结构和时间序列,激发学习的动机、兴趣、情感、意志等意向心理条件,促进其认知心理结构的发展,使师生在具体的时间、地点和条件下,处于同课题、同步、同时态的最佳状态,并产生共鸣,从而完成规定的教学任务,使学生的心理素质得到比较全面的发展。
二、实验内容和方法
环境工程是研究和从事防治环境污染和提高环境质量的科学技术。它是在人类不断同环境作斗争的过程中发展起来的一门学科,随着人类科学技术和生产的迅速发展,城市人口的急遽增加,自然环境受到的冲击和破坏愈演愈烈,使得环境工程也逐渐形成一门新兴学科。目前,随着我国社会经济的发展,人们的环保意识逐渐增强,社会对环境保护和治理要求的进一步提高,使得中国高校必需加强培养具有较好理论基础及较强实验技能的环境工程专业人才。环境工程专业必须培养具备城市和现代工业环境保护方面的水、气、声、固体废物污染防治、环境规划、资源保护、环境影响评价等方面的基础知识,能够在环保部门、工矿企业、科研单位、火力发电厂等从事规划、设计、管理和研究开发工作的高级应用型人才。环境工程专业在我国的兴起和发展仅有30多年时间,它是为满足人类社会发展对解决环境问题需求而形成的一个集自然科学、技术科学与社会科学为一体的交叉型的综合性专业。在环境工程专业人才的培养过程中,学生们主要学习普通化学、工程力学、测量学、工程制图、微生物学、水力学、电工学、环境监测、环境工程学科的基本理论和基本知识,受到外语、计算机技术及绘图、污染物监测和分析、工程设计、管理及规划方面的基本训练,具有环境科学技术和给水排水工程领域的科学研究、工程设计和管理规划方面的基本能力。而在这些基本训练与基本能力的培养过程中,本科毕业论文正是环境工程专业人才培养过程中的不可或缺的重要实践教学环节。学生进行毕业论文训练的主要目的是培养学生综合运用所学知识和技能,理论联系实际,独立分析,解决实际问题的能力,使学生得到从事本专业工作和进行相关的基本训练。他们不但在此过程中能够全面接触科学研究过程中的选题、设计实验方案、实验实施、整理数据并撰写成文的整个流程,还可以检验学生在大学四年中对专业知识的综合掌握效果,且通过这一环节,还可综合培养学生的实践能力、创新能力和团队精神,提高其发现问题、分析问题、解决问题的能力,是培养学生科研能力和兴趣、养成良好操作习惯、提高人才培养质量的重要环节。因此,毕业论文工作在环境工程专业人才的培养过程中占重要地位。但因为近年来毕业生就业压力增大,学生忙于找工作、考研等原因,导致了本科生毕业论文质量出现下滑现象。笔者在石河子大学环境工程专业学生的毕业论文指导工作中,积极探索提高环境工程本科毕业论文质量的方法,并将在论文指导工作中的思考,整理如下。
1结合大学生课外科技活动,提前毕业论文工作的选题时间
石河子大学化学化工学院环境工程专业的毕业论文工作安排的时间是第七学期到第八学期。通常安排学生在第七学期期末时进行课题选题,在第七学期的寒假和第八学期的1~2周,要求学生完成毕业论文的相关文献查阅以及毕业论文的文献综述部分,第八学期的3~4周,完成毕业论文的开题报告以及相关的开题报告答辩的工作,随后的时间进行论文中实验方案的具体实施,到第8~9周时进行论文中期检查,而第14周左右进行论文的答辩。在毕业论文的工作工程中,实验的实施阶段大约有8~9周的时间,如果学生全程投入,基本可以保证学生毕业论文的工作的工作量以及质量。但近年来,笔者所带毕业生中在第八学期时,有人需要时常参与招聘会,有人要去签约单位实习,有人要参加研究生复试,有人要参与清考(通常在最后一学期的第8~10周),使得毕业生在第八学期的实验过程,不能保证实验时间,进而导致部分学生毕业论文中安排的实验工作不能完全开展,影响了论文的质量。鉴于此,笔者在毕业论文的指导工作中,探索以结合大学生课外科技活动,提前毕业论文工作的选题以及进行实验的方式,保证学生毕业论文的时间与质量。笔者所在的石河子大学,为培养学生的创新意识,一般鼓励学生在第3学期或者第5学期,开始为期一年的大学生课外科技活动,活动结束后,参与的学生会得到2个学分,此外,完成程度比较好的项目,还可能被推荐参与“挑战杯”等科技活动竞赛。这些参与课外科技活动的学生,已经完成了无机化学、有机化学、实验化学以及微生物学等专业基础课的学习,具备了相应的基本实验操作技能。但因专业课还未开课,故相对欠缺专业知识。此外,学生在前期开设课程的实验中,虽然有一定的综合性,设计性实验单元的训练,但是相对综合能力仍然较弱。鉴于上述学生的特点,笔者尝试在第4学期让学生进行选题,然后进行文献综述的撰写,这样可以让学生提前接触部分环境工程相关研究方向的研究前沿,提前对部分专业课的学习有所认识。在第5学期,让学生利用上述文献综述,结合毕业论文题目,进行“SRP”的申报工作,随后在第5~6学期正式开始实验后,在每次开始测定新的指标时,笔者都会全程指导并跟踪该实验的进行,帮助学生回顾大一时学到的基本操作技能,确保学生能够顺利完成课外科技活动及毕业论文工作。
2以指导教师科研工作为依托,保证毕业论文工作的质量
鉴于笔者所指导的部分学生在毕业后工作时,工作单位要求他们能够迅速使用一些大型分析检测设备,这就要求学生在大学期间对部分分析测试仪器比较熟悉。虽然我校的环境工程专业开设了相关课程,如仪器分析与环境监测,且近年来随着国家对新疆高校投入的的加大,学校购买了相应的仪器设备,但因扩招后,学生人数较多,而大型仪器仍然因为属于贵重仪器,使得这部分实验在开设时,仍处于演示实验阶段,学生对大型仪器的使用掌握得仍然不好,这就使得学生的毕业论文工作成为他们在校期间掌握这些仪器使用的一个重要平台,因此学生的毕业论文工作中最好能够涉及一些大型测试仪器的使用。但目前我校的大型仪器使用是收费的,而学校拨付的毕业论文相关费用远低于仪器的使用费,使得教师在设计毕业论文课题时只能尽量减少甚至不涉及大型仪器的使用,这就影响了学生对于大型仪器的使用训练。但笔者在指导毕业论文工作中,很少有这方面的问题,这主要是笔者设立的毕业论文课题,大多围绕自己已经立项的研究课题,可以充分保证研究经费,进而保证学生的科研训练质量及学生的论文质量。此外,教师的在研项目的选题一般是为解决企业的实际问题或是涉及该区域经济发展过程中出现的环境问题,这些研究具有一定的实用或者科学价值,学生毕业论文围绕此类问题开展,也可以使毕业生能够更好的了解目前环境学科的一些前沿性研究或是使学生能够实际了解在环保类企业中工作时的一个流程。
3严格实施过程管理,提高论文质量