竺 寧 程思柳 韓利民 洪海龍 高媛媛

(內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051)

科學(xué)研究是一種創(chuàng)造性的社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)，其本質(zhì)在于對(duì)真理的探索及知識(shí)的運(yùn)用，科學(xué)研究主要包含三方面內(nèi)容：一是創(chuàng)造新知識(shí)；二是加工已有的知識(shí)，包括貯存、分析、鑒別、整理，使零散的知識(shí)系統(tǒng)化、體系化；三是利用知識(shí)，把科學(xué)知識(shí)轉(zhuǎn)化為技術(shù)知識(shí)，把技術(shù)知識(shí)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)知識(shí)，把某個(gè)學(xué)科的知識(shí)成功的應(yīng)用于其他學(xué)科等[1]。而科學(xué)研究體現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力上，并對(duì)此過程進(jìn)行清晰與細(xì)致的整理與記錄?？茖W(xué)研究能力是每一個(gè)科研人員順利完成科研活動(dòng)任務(wù)所需的基本能力[2]。隨著社會(huì)的發(fā)展、科技的進(jìn)步，對(duì)于具有較強(qiáng)動(dòng)手能力和解決實(shí)際問題能力的工科人才的需求日益增加，對(duì)科技人員的素質(zhì)提出了較高的要求。工科碩士生是科學(xué)研究的主力軍，是未來(lái)科技創(chuàng)新的重要力量。因此，加強(qiáng)對(duì)工科碩士生科研能力的培養(yǎng)，提高工科碩士生的創(chuàng)新精神和解決實(shí)際問題的能力非常重要。在創(chuàng)新教育培養(yǎng)的初級(jí)階段，除了導(dǎo)師及課堂上所培養(yǎng)的創(chuàng)新思維之外，研究生也要對(duì)實(shí)驗(yàn)衍生出的現(xiàn)象進(jìn)行詳盡探究，多看、多學(xué)、多問，在此過程中激發(fā)自身的創(chuàng)新思維[3]。DNA雙螺旋分子模型的創(chuàng)新性發(fā)現(xiàn)，是在沃森等的噬菌體實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)并完善的創(chuàng)新點(diǎn)；屠呦呦等研究出的抗瘧新藥—青蒿素和雙氫青蒿素來(lái)自中醫(yī)古方[4]。這些都是在創(chuàng)造性思維的引導(dǎo)下不斷嘗試和探索的結(jié)果。因此，大多創(chuàng)造性成果和創(chuàng)新型研究，都是通過已有成果的啟發(fā)而創(chuàng)造出來(lái)的。本文對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)常見的未知現(xiàn)象進(jìn)行剖析，在此過程中滲透發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的思維，在潛移默化中培養(yǎng)學(xué)生探索未知事物的好奇心和創(chuàng)造性解決問題的思維。

1 發(fā)現(xiàn)問題

化學(xué)實(shí)驗(yàn)室中存在各種各樣的現(xiàn)象，有些為人們所知，而有些還未曾深入了解。對(duì)未知的化學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行剖析，不僅可以防止因相關(guān)人員缺乏認(rèn)知而導(dǎo)致化學(xué)實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)微小誤差，從而造成不良后果，還可以利用其中包含的化學(xué)知識(shí)組合為化學(xué)技術(shù)為人們所用。在有機(jī)實(shí)驗(yàn)室藥品柜中，某些試劑瓶蓋周圍常常附著一層輕飄飄的白色固體，有關(guān)該白色固體是什么物質(zhì)，有無(wú)毒性，以及是怎樣形成的鮮有文獻(xiàn)報(bào)道。本課題組在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)過程中常遇到類似情況，對(duì)其保持好奇態(tài)度，隨后進(jìn)行分析研究。通過觀察發(fā)現(xiàn)瓶口產(chǎn)生白色固體的化合物多為有機(jī)胺類物質(zhì)(如圖1)，隨后以乙二胺為例進(jìn)行初步的分析研究。

圖1 有機(jī)胺瓶口圖

2 分析問題

首先將乙二胺瓶口白色固體收集，通過初步的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)白色固體易溶于水和乙二醇，難溶于其他有機(jī)溶劑，物理性質(zhì)類似于有機(jī)鹽類。為進(jìn)一步探究其成分，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的分析檢測(cè)儀器選用了簡(jiǎn)單方便、快速靈敏的核磁共振儀。于是將白色固體溶解在氘水中進(jìn)行核磁氫譜和碳譜測(cè)試。碳譜顯示在160.7 ppm和164.7 ppm有兩個(gè)羰基峰，初步猜測(cè)羰基來(lái)源于空氣中的二氧化碳。為了驗(yàn)證該猜測(cè)，取2 mmol 乙二胺加入10 ml反應(yīng)釜中，通入3 MPa CO2室溫反應(yīng)24 h，反應(yīng)釜中的反應(yīng)產(chǎn)物為灰白色堅(jiān)硬的固體，并且其與乙二胺瓶口白色固體溶解性質(zhì)相似。接下來(lái)將該固體進(jìn)行核磁氫譜與碳譜檢測(cè)，通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)該反應(yīng)產(chǎn)物與乙二胺瓶口白色固體是同種物質(zhì)，并且該結(jié)果與文獻(xiàn)報(bào)道的伯胺和仲胺在水存在下能夠較易捕獲CO2，生成氨基甲酸鹽、碳酸氫鹽與碳酸鹽三者的混合物思路一致[5-6]。結(jié)合文獻(xiàn)和核磁圖推測(cè)乙二胺瓶口白色固體成因?yàn)椋阂叶吩谑褂眠^程中，氣體揮發(fā)沾到瓶口，在潮濕空氣的作用下，捕集空氣中的CO2，最終生成氨基甲酸鹽和碳酸氫鹽的混合物。為了進(jìn)一步證實(shí)推測(cè)想法的正確性，做了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。將類似于乙二胺的其它二胺類液體化合物各取200 ul加入小燒杯中敞口放置，一周后觀察燒杯內(nèi)壁，發(fā)現(xiàn)燒杯壁上附著大量白色固體，將該類白色固體收集測(cè)試，其成分為氨基甲酸鹽和碳酸氫鹽的混合物，進(jìn)一步證實(shí)本課題組的推測(cè)。

3 結(jié)論

通過以上分析得出有機(jī)胺瓶口白色固體成因?yàn)樵噭┰谑褂玫倪^程中揮發(fā)出的氣體沾到瓶口，接觸到空氣后，自發(fā)捕集潮濕空氣中的二氧化碳和水，生成氨基甲酸鹽和碳酸氫鹽的混合物。本文以實(shí)驗(yàn)室的常見現(xiàn)象為出發(fā)點(diǎn)，以問題為導(dǎo)向，啟發(fā)學(xué)生探索未知的好奇心和創(chuàng)造性解決問題的思維。通過對(duì)未知實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的探究，不僅發(fā)現(xiàn)了胺類自發(fā)捕集空氣中CO2的自然規(guī)律，這種規(guī)律與目前的二氧化碳的捕集與利用(CCU)思路一致[7]，并且讓人們對(duì)實(shí)驗(yàn)室中有機(jī)胺類藥品管理中出現(xiàn)的這種現(xiàn)象有新的認(rèn)知，趨利避害。

4 啟發(fā)

本文體現(xiàn)了一種發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的思路。這種思路就是科學(xué)研究過程中對(duì)已有知識(shí)的加工，使零散知識(shí)系統(tǒng)化、體系化，從而提升科研的高度和深度。創(chuàng)新能力培養(yǎng)是工科研究生教育的核心內(nèi)容，希望工科研究生通過本案例獲得啟發(fā)，在今后更注重觀察研究過程中的微小現(xiàn)象，以敏銳的眼光，從人們熟視無(wú)睹的實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)象中，捕捉到科學(xué)的真理，提高自身創(chuàng)新思維能力。