徐秀峰 李文佐 李慶忠

摘? 要：當(dāng)前，不少研究生被動科研，研究興趣低，研究思路不連貫，方案設(shè)計(jì)不系統(tǒng)，思維碎片化，創(chuàng)新能力不足。作者發(fā)現(xiàn)，積極發(fā)現(xiàn)和提出科學(xué)問題，合理設(shè)計(jì)研究路線，及時總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和調(diào)整實(shí)驗(yàn)方案，是培養(yǎng)研究生系統(tǒng)思維和創(chuàng)新能力的有效方法。實(shí)踐表明，受這種模式訓(xùn)練的研究生，研究興趣高，主動性強(qiáng)，思維嚴(yán)密，科研進(jìn)度快，創(chuàng)新能力顯著增強(qiáng)，對他們的后續(xù)發(fā)展起到很好的助力作用。教學(xué)相長，也提升導(dǎo)師的創(chuàng)新能力和指導(dǎo)能力。

關(guān)鍵詞：研究生;研究路線設(shè)計(jì);系統(tǒng)思維訓(xùn)練;創(chuàng)新能力培養(yǎng);訓(xùn)練模式

中圖分類號：G643.0? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2023）31-0164-04

Abstract： At present， many graduate students have little interest in passive research， lack of research ideas， unsystematic design of experiments， and fragmented thinking， thus insufficient innovation ability. It is thought that actively raising scientific questions， reasonably designing the research routes， timely summarizing the experimental results and adjusting the research plans are effective methods to train the continuous and systematic thinking， and cultivate the innovative ability of graduate students. The practical results show that the graduate students trained by these modes have strict thinking， high interests， and strong initiative for research， thus can make faster scientific progress and exhibit more sufficient innovation ability than others， which has played a very good role in their follow-up development. Teaching and learning are mutually beneficial， which also improves the innovation ability and guidance ability of tutors.

Keywords： graduate students; designing research route; training systematic thinking; cultivating innovative ability; training mode

研究生教育質(zhì)量是影響我國科技競爭力的重要因素。隨著我國研究生教育的快速發(fā)展，招生人數(shù)增加與培養(yǎng)質(zhì)量下降的矛盾日漸突出，地方高校尤為嚴(yán)重。關(guān)于提高研究生培養(yǎng)質(zhì)量的方法，黎軍等[1]提出要對影響研究生培養(yǎng)質(zhì)量的各個環(huán)節(jié)（生源、課程教學(xué)、導(dǎo)師指導(dǎo)、論文寫作、科研訓(xùn)練和論文答辯等）進(jìn)行控制。黃建洪等[2]發(fā)現(xiàn)當(dāng)前普遍存在的“重科研、輕教學(xué)”傾向抑制了研究生培養(yǎng)質(zhì)量的提升，他們提出了研究生培養(yǎng)的“教學(xué)-科研”一體化模式，以教學(xué)與科研環(huán)節(jié)的互嵌與融合提高研究生培養(yǎng)質(zhì)量。

提升研究生培養(yǎng)質(zhì)量的根本目的，就是要將研究生培養(yǎng)成為創(chuàng)新型人才。創(chuàng)新型人才，是指具有創(chuàng)新意識、創(chuàng)新精神、創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力并能夠取得創(chuàng)新成果的人才。有關(guān)研究生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的具體方向方法，已有多種研究，如：王洪才[3]發(fā)現(xiàn)課程體系不合理、教學(xué)方式落后、師生關(guān)系異化、考核方式功利化和學(xué)術(shù)氛圍浮躁等構(gòu)成了研究生創(chuàng)新能力提升的主要障礙機(jī)制，破除這些障礙機(jī)制需要從治理功利主義文化根源做起。蘇俊宏等[4]分析了傳統(tǒng)研究生培養(yǎng)存在的問題，通過科研反哺教學(xué)、教學(xué)科研相長，促進(jìn)研究生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。范亞文等[5]對以科研項(xiàng)目為導(dǎo)向培養(yǎng)研究生的創(chuàng)新能力進(jìn)行了有益探索。吳曉[6]也認(rèn)為引導(dǎo)研究生參與科研項(xiàng)目是培養(yǎng)研究生創(chuàng)新能力的有效途徑，在培養(yǎng)研究生的問題意識、批判意識等創(chuàng)新思維能力方面具有重要意義。謝日安等[7]多年實(shí)踐以研究生團(tuán)隊(duì)為主體開展科研探索活動，研究生獲取了知識，學(xué)會了研究和創(chuàng)新，結(jié)果表明以創(chuàng)新項(xiàng)目為依托提升了研究生的創(chuàng)新能力。

一? 以科學(xué)問題的研究路線設(shè)計(jì)為導(dǎo)向培養(yǎng)研究生創(chuàng)新能力的理念

理工科研究生的科研過程包括確定研究方向、查閱文獻(xiàn)、制定研究路線、實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)總結(jié)與分析和論文寫作等。當(dāng)前不少研究生被動科研，創(chuàng)新能力不足。具體表現(xiàn)是，科研興趣不高，思維碎片化，研究思路不連貫，實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)不系統(tǒng)。如何扭轉(zhuǎn)這類傾向？李紅昌等[8]提出將基于問題的學(xué)習(xí)模式導(dǎo)入研究生各種知識的教與學(xué)過程之中。葉必成[9]發(fā)現(xiàn)研究生問題意識的缺位現(xiàn)狀不容樂觀，構(gòu)建激發(fā)他們的內(nèi)在研究動機(jī)、形成問題意識的觸發(fā)機(jī)制，倡導(dǎo)介入問題研究、尋求問題解決的參與機(jī)制，引導(dǎo)自我審視問題、自覺評價結(jié)果的監(jiān)督機(jī)制，鼓勵反思問題全局、引發(fā)問題延展的評價機(jī)制，將有助于提升研究生的問題意識。居沈貴等[10]提出在科研訓(xùn)練過程中，將發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析問題和解決問題有機(jī)統(tǒng)一起來，是激發(fā)研究生科研興趣、提升創(chuàng)新能力的可行路徑。

在發(fā)現(xiàn)和提出問題的基礎(chǔ)上，如何解決問題？這是研究生科研訓(xùn)練的焦點(diǎn)。筆者認(rèn)為針對發(fā)現(xiàn)和提出的科學(xué)問題，鼓勵、指導(dǎo)研究生合理設(shè)計(jì)研究路線，有助于訓(xùn)練他們的連續(xù)思維和系統(tǒng)思維，是培養(yǎng)研究生創(chuàng)新能力的重要方法。具體來說，以科學(xué)問題的提出及其研究路線設(shè)計(jì)為導(dǎo)向，研究生很清楚自己的研究工作從哪里來，到哪里去，從而有的放矢地查閱和梳理文獻(xiàn)，及時總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，合理設(shè)計(jì)和調(diào)整實(shí)驗(yàn)方案，并不斷提出新的科學(xué)問題，推動相關(guān)研究持續(xù)進(jìn)行。在這個過程中，他們的研究興趣和主動性有望提升，連續(xù)思維和系統(tǒng)思維有望形成，創(chuàng)新能力有望加強(qiáng)。

二? 以科學(xué)問題的研究路線設(shè)計(jì)為導(dǎo)向培養(yǎng)研究生創(chuàng)新能力的探索

近年來，筆者的研究方向之一是新型溫室氣體減排（其中涉及的N2O以及CF4、SF6、NF3等廢氣，為1997年通過的《聯(lián)合國氣候變化框架公約》京都議定書及其后續(xù)協(xié)議限制排放的溫室氣體）。在研究過程中，鼓勵研究生大膽提出科學(xué)問題，合理設(shè)計(jì)研究路線，承前啟后，逐步推進(jìn)，努力取得創(chuàng)新性的研究結(jié)果?，F(xiàn)舉例如下。

（一）? N2O分解方法的創(chuàng)新——從N2O催化分解到資源化分解

人為排放的N2O主要來源于己二酸合成和燃料燃燒等，是一種溫室效應(yīng)潛值較高的氣體，在大氣中存留時間約120年，其過量排放將加劇全球變暖，因而受到社會各界的廣泛關(guān)注。

催化分解法（N2O→N2+O2）是消除N2O的有效方法，研制高活性的催化劑是關(guān)鍵問題。筆者指導(dǎo)的研究生小劉同學(xué)在Co-Al2O3二元復(fù)合氧化物基礎(chǔ)上，為了改善催化劑的氧化還原性，擴(kuò)展催化劑組成制備三元復(fù)合氧化物。為了加強(qiáng)催化劑各組分之間的相互作用，他嘗試了不同制備方法（溶膠-凝膠法、沉淀法、水熱合成法等），水熱合成法制得了高活性的Ce-Co-Al2O3催化劑，在接近實(shí)際工況條件下N2O可完全分解。

在N2O單獨(dú)分解的基礎(chǔ)上，將N2O作為氧化劑引入乙苯（英文名稱縮寫EB）脫氫制苯乙烯（英文名稱縮寫ST）反應(yīng)體系，使溫室氣體分解與化學(xué)品合成相耦合（N2O+EB→ST+N2+H2O），是一條更有前景的N2O資源化分解方法。小劉同學(xué)將上述的N2O分解催化劑（Ce-Co-Al2O3復(fù)合氧化物）用于催化EB脫氫-N2O分解耦合反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)微孔Ce-Co-Al2O3催化劑很容易積炭而失活。根據(jù)發(fā)現(xiàn)的新問題，他放棄了微孔催化劑，轉(zhuǎn)向去制備介孔催化劑，并優(yōu)化表面組分的負(fù)載方法。同時，為了弱化表面酸性以減少積炭量并提高氧化還原性以加快N2O分解，優(yōu)化了表面各組分的含量。他按如圖1所示的設(shè)計(jì)路線去篩選催化劑：微孔Ce-Co-Al2O3均勻型催化劑（一步水熱合成法制備）→微孔Ce-Co/Al2O3負(fù)載型催化劑（浸漬負(fù)載法制備）→介孔Ce-Co/Al2O3負(fù)載型催化劑（浸漬負(fù)載法制備）→介孔Ce-Co/Al2O3負(fù)載型催化劑（水熱負(fù)載法制備）。最終用水熱負(fù)載法制備的介孔Ce-Co/Al2O3催化劑的抗積炭能力和穩(wěn)定性有顯著改善。

（二）? NF3分解脫氟劑的設(shè)計(jì)——從實(shí)心形貌到薄殼形貌

NF3是電子工業(yè)使用的一種新型蝕刻氣和清洗氣，其溫室效應(yīng)潛值（GWP）為17 200，壽命約740年。為了引起世界各國對NF3危害性的認(rèn)識，2008年聯(lián)合國環(huán)境大會將NF3增列為限制排放的溫室氣體。因此，有效消除工業(yè)過程排放的NF3廢氣是一件十分迫切的工作。

本課題組早期進(jìn)行了NF3催化分解（NF3+H2O→NO+NO2+HF）研究，在催化劑作用下400 ℃時NF3完全分解，不足之處是HF產(chǎn)物對反應(yīng)器有強(qiáng)腐蝕性。為此，研究生小牛同學(xué)開展了NF3無水分解研究，即在無水條件下NF3與某些金屬氧化物（脫氟劑）直接反應(yīng)而分解（如NF3+Al2O3→NO+NO2+AlF3），生成的金屬氟化物（如AlF3）是有用的化學(xué)品，可實(shí)現(xiàn)氟資源的回收。他發(fā)現(xiàn)，在Al2O3、MgO、CaO、SrO、BaO、Fe2O3、Co3O4和NiO等單一金屬氧化物中，Al2O3的反應(yīng)活性較高。但在Al2O3與NF3發(fā)生氣-固反應(yīng)時，表層Al2O3與NF3反應(yīng)生成了表面積很低、孔容很小的AlF3，脫氟劑的孔道逐漸變窄，限制了NF3氣體的擴(kuò)散及其與深層Al2O3的反應(yīng)，導(dǎo)致Al2O3的利用率不高。

為了加快NF3氣體的擴(kuò)散，使用薄殼型脫氟劑，以減小脫氟劑的厚度，可能是有效措施。為此，研究生小王同學(xué)以自制碳球?yàn)槟０鍎┲苽淞吮ば蚊睞l2O3，代替實(shí)心型Al2O3，顯著提高了脫氟劑的反應(yīng)活性和利用率。在此基礎(chǔ)上，調(diào)變沉淀劑（尿素、六亞甲基四胺）和基體（AlOOH、Al2O3）類型，水熱負(fù)載法制備薄殼形貌的Al2O3負(fù)載Mn2O3復(fù)合脫氟劑（Mn2O3/Al2O3），進(jìn)一步提高了反應(yīng)活性。薄殼形貌脫氟劑的制備路線設(shè)計(jì)如圖2所示。

（三）? CF4分解方法用于SF6分解——獲得了令人振奮的研究結(jié)果

CF4被廣泛用作半導(dǎo)體工業(yè)的蝕刻氣和清洗氣，鋁生產(chǎn)過程也產(chǎn)生大量CF4。CF4的GWP值為6 500，壽命約50 000年。SF6具有阻止高溫熔化態(tài)的鋁鎂被氧化的特性，大量應(yīng)用于鋁鎂冶煉，在電力行業(yè)SF6作為氣體絕緣體及高壓轉(zhuǎn)換器。SF6的GWP值為23 900，壽命約3 200年。因此，CF4、SF6均是《聯(lián)合國氣候變化框架公約》京都議定書限制排放的主要溫室氣體。

研究生小范同學(xué)將上述的NF3無水分解方法（NF3+Al2O3→NO+NO2+AlF3）用于分解CF4（CF4+Al2O3→CO2+AlF3），發(fā)現(xiàn)CF4分解率很低，這是因?yàn)镃F4的C-F鍵能遠(yuǎn)高于NF3的N-F鍵能。所以，必須尋求高活性的脫氟劑。她廣泛查閱文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)了相關(guān)報(bào)道——金屬Na與CF4反應(yīng)（Na+CF4→C+NaF）的活性很高，700 ℃下CF4轉(zhuǎn)化率超過90%。但金屬Na太活潑，實(shí)驗(yàn)有危險。如能在反應(yīng)過程中原位產(chǎn)生Na，再與CF4反應(yīng)，可操作性將大大改善。她繼續(xù)查閱文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)了有關(guān)報(bào)道——NaF-Si-CaO三元混合物可相互反應(yīng)生成Na（NaF+Si+CaO→Na）。于是，她先用NaF-Si-CaO與CF4反應(yīng)，反應(yīng)活性很高。她再將三元混合物中的CaO擴(kuò)展至Al2O3、MgO、SrO和BaO等其他金屬氧化物，與CF4反應(yīng)的活性均很高，且沒有危險性。但遺憾的是，單質(zhì)炭（CF4分解產(chǎn)物之一）與其他固體產(chǎn)物混在一起而無法分離。

研究生小殷同學(xué)設(shè)想，如果將CF4的這一分解路徑（式（1））用于分解SF6（式（2）），初生成的單質(zhì)硫是氣體，容易與固體產(chǎn)物分離。他主動投入了試驗(yàn)，在尾氣的冷卻瓶中收集到了高純度的硫磺，獲得了令人振奮的研究結(jié)果，研究興趣極大提升。

NaF-Si-MO三元混合物+CF4→單質(zhì)炭，? ? ?（1）

NaF-Si-MO三元混合物+SF6→單質(zhì)硫。? ? ?（2）

以上所述的NF3、CF4、SF6廢氣分解路線設(shè)計(jì)，如圖3所示。

（四）? 以科學(xué)問題的研究路線設(shè)計(jì)為導(dǎo)向培養(yǎng)研究生創(chuàng)新能力的成效

在科研過程中，鼓勵研究生積極提出科學(xué)問題，學(xué)會理順研究思路，合理設(shè)計(jì)研究路線。要求他們及時總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，把前后各部分?jǐn)?shù)據(jù)連接起來，不僅要明白每個部分的作用，更要清楚各部分之間的聯(lián)系。并根據(jù)實(shí)際結(jié)果，及時調(diào)整實(shí)驗(yàn)方案，少走彎路。實(shí)踐表明，受這種模式訓(xùn)練的研究生，思維嚴(yán)密，主動性強(qiáng)，科研進(jìn)度快，創(chuàng)新能力顯著增強(qiáng)，推動了課題組的相關(guān)研究工作。舉例如下。

1）筆者指導(dǎo)的2013—2019級碩士研究生全部獲得了煙臺大學(xué)研究生科技創(chuàng)新基金項(xiàng)目資助（該項(xiàng)目的資助人數(shù)低于全體研究生的15%），在實(shí)施過程中，他們認(rèn)真設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，主動科研，取得了較好的研究結(jié)果，發(fā)表了一系列研究論文。

2）文中提到的小劉同學(xué)積極提出科學(xué)問題，合理設(shè)計(jì)研究路線，主動科研，取得了較好的研究結(jié)果，發(fā)表4篇SCI論文。2022年5月，順利考取了某985高?；W(xué)科博士研究生，而且考博成績在同方向的考生中排名第一。說明受到科學(xué)問題研究路線設(shè)計(jì)為導(dǎo)向訓(xùn)練的研究生，對他們的后續(xù)發(fā)展起到了很好的助力作用。

3）研究生們不斷發(fā)現(xiàn)和提出新的科學(xué)問題，推動了相關(guān)研究深入進(jìn)行，也推動筆者在“新型溫室氣體減排”方向確立了明確的研究路線，形成了鮮明的研究特色。在該方向上獲得了十多項(xiàng)科研項(xiàng)目資助，充足的科研經(jīng)費(fèi)為持續(xù)開展研究提供了保障，也提升了導(dǎo)師的創(chuàng)新能力和指導(dǎo)能力。

三? 結(jié)束語

綜上所述，筆者發(fā)現(xiàn)積極提出科學(xué)問題，廣泛查閱參考文獻(xiàn)，及時理順研究思路，合理設(shè)計(jì)研究路線，是訓(xùn)練研究生連續(xù)思維和系統(tǒng)思維，培養(yǎng)他們的科研興趣、主動性和創(chuàng)新能力的有效方法。受到這種模式訓(xùn)練的研究生，思維嚴(yán)密，主動性強(qiáng)，科研進(jìn)度快，創(chuàng)新能力顯著增強(qiáng)，對他們的后續(xù)發(fā)展起到了很好的助力作用。教學(xué)相長，也提升了導(dǎo)師的創(chuàng)新能力和指導(dǎo)能力。

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基金項(xiàng)目：山東省優(yōu)質(zhì)研究生課程建設(shè)項(xiàng)目“催化原理”（SDYKC2022159）;煙臺大學(xué)研究生教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目“以系列科學(xué)問題的研究路線設(shè)計(jì)為導(dǎo)向培養(yǎng)研究生的系統(tǒng)思維和創(chuàng)新能力”（2021）

第一作者簡介：徐秀峰（1968-），男，漢族，山東平度人，博士，教授，碩士研究生導(dǎo)師，學(xué)院學(xué)術(shù)委員會主任。研究方向?yàn)榇呋c環(huán)境化工。