循序渐进,培养创新英才

张亚文

重视基础,努力提升“英才”学生能力

张亚文导师课题组的培养理念是让“英才计划”学生尽可能早地接触化学领域的前沿研究,了解和切实解决与国家国民经济发展以及社会进步的相关问题。导师从化学“中心学科”的地位和特点出发,注重学生化学基础理论知识和基本实验方法的培养。在培养过程中,导师帮助学生掌握解决实际问题所需的科学素养和基本方法,为学生打下一定的化学基础,提升学生自主学习和解决问题的能力,培养学生的创新意识,使学生具备参与科学研究的基本素养。

同时,张亚文导师和助教每次都经过充分的研究和调研来确定 “英才计划”的研究题目。确定题目后,学生与助教一起进行相互的协作实验,主动地参与到科学研究中。导师和助教进一步通过分析实验数据、优化实验过程、总结实验结论等方面,让参与“英才计划”的学生在培养进行的过程中,能力得到很大程度的提升,以此来培养学生对科学研究的兴趣。

循序渐进,线上讨论与线下实验结合式培养

在“英才计划”的培养中,张亚文导师课题组采用线上讨论与线下实验相结合的方式。

线上,导师团队以培养学生阅读文献的能力为主,鼓励学生就文献内容进行深入剖析,引导学生对自己的研究问题进行进一步的探索。导师定期向学生发送推荐阅读的文献,包括更为专精的文献与书籍,其内容涵盖科学研究的一般方法、课题相关领域的前沿进展以及关于具有重大经济社会意义科学问题的讨论。学生完成文献阅读之后会定期与导师团队开展线上讨论,导师通过解答疑问来指导学生们对文献进行深入的学习。在这一过程中,学生们的文献阅读能力有了明显进步,并且建立了初步的科研思维,为后期的实验设计打下了基础。

▲ 2020年张亚文导师与学生交流

线下,导师也鼓励学生们前来参加组会,旁听课题组博士研究生带来的文献阅读报告和工作报告。随着导师与学生讨论的深入,导师根据学生的特长与兴趣爱好为学生们确定了基本的研究方向。张亚文导师课题组的合成实验室全程对学生开放,但考虑到实验安全的问题,学生来到实验室必须接受安全培训,同时要在导师或助教的指导下进行实验。关于学习过程中实验的问题,导师也会与学生不断进行讨论。这一环节后,学生们不仅深入了解了操作的基本原理,也熟悉了各种仪器的使用,同时也培养了进行化学实验的基本技能包括实验安全意识、实验基础操作、实验规划能力等。除此之外,借助北京大学分析测试平台,学生们在助教的带领下也对自己的样品进行了完善的结构表征和性能测试,让学生对科学研究有了更深入的认识。

鼓励参与,让学生深入体验化学魅力

在文献阅读与前沿知识获取方面,学生们在导师团队的指导下阅读了相关的中英文文献,这些文献均发表于国内外的高水平期刊上,代表了该研究领域目前的最新进展。这有利于逐步培养学生阅读英文文献的能力。与此同时,导师团队鼓励学生在旁听组会报告中,将自己的工作进行整理、提炼、表达,并锻炼与他人进行交流的能力。

▲ 2020年张亚文导师组实验室培养照片

在实验与研究方面,学生按照预定计划完成实验,可以了解从设计、合成、物化性质表征到测试的完整研究过程。学生经历了课题全过程的研究,并得到初步的实验结论。与此同时,导师团队鼓励学生对结果进行解释,提出进一步的猜想,从而全面地去体验大学中的科研工作。

张亚文导师指导的田三甲同学在培养之初完成了稀土贵金属纳米催化综述(2020 年)的阅读,了解到导师团队所做的项目是有关高性能贵金属氧化铈纳米催化材料的控制合成、性能调控及应用。之后,学生还完成了导师推荐书目《发现的种子》的阅读,该书主要是以生物科学研究为基础,介绍了科研的步骤及过程和一些关键要点,系统地介绍了机遇和机会在科学发现中的角色,论及新发现的被认可经常需要一个漫长的检验期。该书讨论传统的研究方法和研究步骤并对波普尔的研究范式做出了四点批判,使学生收获颇丰。在实验教学当中,导师团队带领学生完整地进行了一次新的金属有机框架材料的合成实验操作。经过一定的练习,学生在实验操作中,失误次数明显减少,在配置反应物时对毫克级的操作也更加熟悉。学生在学习和实验的过程中逐渐体验到了化学学科的魅力。

面对挑战,积极应对

参与“英才计划”的学生正处在高一,学业压力相对较小,能够抽出较多的时间和精力来参与“英才计划”。为了让学生们领略到化学科研的优雅与魅力,导师向他们推荐了一些科研方法论的书籍,并给他们提供了大量最前沿的学术研究论文。学生们会定期和助教沟通并交流学习心得,助教也会解答论文中学生们不理解的地方。在这样的学习过程中,几位参加“英才计划”的学生对科研的热情提高了,对知识的理解加深了,对化学的向往更强烈了。在暑假无法让同学们进入实验室的前提下,导师团队与学生依然保持着线上讨论的频率,同时积极地为后续实验的开展做准备。在开学后,导师申请让学生们进入实验室,虽然学生们无法像暑假一样进行长期的实验学习,导师依然会通过合理的时间规划与实验安排,使得每一名学生都接触并了解了每一步实验的细节。总的来说,“英才计划”的导师团队在过程中积累了许多宝贵的经验,我们相信参与计划的同学们也会有着相当多的收获。

2021年实验室合影