讓學(xué)生打開儀器“黑箱”搞研發(fā) 廈門大學(xué)探索化學(xué)拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)新模式

“原來質(zhì)譜儀的內(nèi)部是這樣的!”在廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院的儀器自搭建實(shí)驗室里，學(xué)生們圍著一臺帶有透明觀察窗的教學(xué)質(zhì)譜儀，親手拆裝、調(diào)試，屏幕上，清晰的質(zhì)譜信號逐漸顯現(xiàn)。這堂實(shí)驗課，沒有標(biāo)準(zhǔn)答案，只有探索的興奮與思考的火花。

作為廈門大學(xué)的優(yōu)勢學(xué)科，化學(xué)化工學(xué)院深耕百年學(xué)科積淀，率先突破傳統(tǒng)教學(xué)瓶頸，研制出內(nèi)部結(jié)構(gòu)可視化、可自主拆裝調(diào)試的教學(xué)型儀器，打破儀器“黑箱”桎梏，推動學(xué)生從被動“操作工”向主動“創(chuàng)造者”轉(zhuǎn)變，走出了一條科教融合、本研貫通、理工結(jié)合的創(chuàng)新人才培養(yǎng)新路，用實(shí)踐詮釋著“為黨育人、為國育才”的使命擔(dān)當(dāng)。

破“黑箱”之困：讓儀器從“不可見”變?yōu)椤巴该髋摗?/p>

科學(xué)儀器是科學(xué)研究和技術(shù)創(chuàng)新的基石，更是人才培養(yǎng)的重要載體。長期以來，高校化學(xué)實(shí)驗教學(xué)中使用的分析儀器多依賴進(jìn)口，不僅價格昂貴，更因結(jié)構(gòu)封閉如同“黑箱子”，將學(xué)生與儀器內(nèi)部原理隔離開來。學(xué)生只能機(jī)械遵循操作規(guī)范完成實(shí)驗，看不到內(nèi)部構(gòu)造，更無法動手拆裝調(diào)試，實(shí)驗結(jié)束后對原理依舊一知半解，創(chuàng)新能力的培養(yǎng)淪為空談。這不僅是教學(xué)資源的短板，更暗藏人才培養(yǎng)的隱憂——當(dāng)學(xué)生習(xí)慣“照方抓藥”，創(chuàng)新思維何從談起？

“要讓學(xué)生真正理解科學(xué)儀器，就必須把儀器打開給他們看。”中國科學(xué)院院士、教育部高等學(xué)校化學(xué)類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會主任鄭蘭蓀，早在2012年就開始呼吁教學(xué)型儀器的研發(fā)及其在本科實(shí)驗教學(xué)的普及。2014年，他帶領(lǐng)團(tuán)隊率先推出第一代XMJD-1型教學(xué)用質(zhì)譜儀。2020年，團(tuán)隊又推出內(nèi)部結(jié)構(gòu)可視化、可自主拆裝調(diào)試的電子轟擊離子源——飛行時間教學(xué)質(zhì)譜儀，采用模塊化設(shè)計、透明觀察窗、全手動參數(shù)調(diào)節(jié)，學(xué)生可以直觀感受每一個部件對信號的影響，為國內(nèi)高端教具研發(fā)提供了新的思路與方向。鄭蘭蓀表示，“用于教學(xué)的科學(xué)儀器，實(shí)際上就像大號的玩具，不僅可以讓學(xué)生明了儀器的原理，還可以激發(fā)學(xué)生的好奇心和創(chuàng)造力。”

鄭蘭蓀給師生講解質(zhì)譜儀工作原理

從“黑箱子”到“透明艙”，轉(zhuǎn)變的不僅是儀器的呈現(xiàn)形式，更是教育理念的深刻革新——讓學(xué)生從被動接受知識的“操作工”，成長為主動探索未知的“探索者”。這一理念迅速在廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院落地生根、廣泛推廣，學(xué)院以學(xué)生實(shí)踐與創(chuàng)新能力培養(yǎng)為核心導(dǎo)向，將學(xué)科雄厚的科研實(shí)力與特色精準(zhǔn)轉(zhuǎn)化為人才培養(yǎng)的優(yōu)勢，相繼研制出一系列具備內(nèi)部結(jié)構(gòu)可視化、可自主拆裝調(diào)試、成本效益高、運(yùn)行穩(wěn)定性強(qiáng)的教學(xué)型儀器，覆蓋譜學(xué)、電分析、流動化學(xué)、自動化合成等多個領(lǐng)域，為創(chuàng)新型人才培養(yǎng)筑牢硬件支撐，彰顯了學(xué)科科研與教學(xué)深度融合的鮮明特色。

立育人之新：以項目式學(xué)習(xí)重構(gòu)實(shí)踐育人范式

創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，既要夯實(shí)專業(yè)基礎(chǔ)、錘煉實(shí)踐技能，更要培育跨學(xué)科思維、復(fù)雜問題解決能力與終身學(xué)習(xí)素養(yǎng)。傳統(tǒng)實(shí)驗教學(xué)“按步驟操作、按標(biāo)準(zhǔn)答案評分”的固化模式，難以承載新時代創(chuàng)新人才的培養(yǎng)目標(biāo)。為此，學(xué)院大膽革新，引入“項目式”學(xué)習(xí)模式，打造以儀器自主搭建與應(yīng)用為核心的全鏈條創(chuàng)新實(shí)驗，構(gòu)建本科生儀器搭建創(chuàng)新平臺，將其深度融入基礎(chǔ)、綜合、專業(yè)三個層次的實(shí)驗課程體系。通過案例分析、小組研討、團(tuán)隊協(xié)作、拓展提升等多元形式，圍繞科學(xué)儀器的設(shè)計制造、分析測量的原理與方法，引導(dǎo)學(xué)生主動開展探究式學(xué)習(xí)，讓知識在實(shí)踐中落地生根。

在“教學(xué)質(zhì)譜儀搭建、調(diào)試及應(yīng)用”創(chuàng)新實(shí)驗中，學(xué)生們?nèi)虆⑴c模塊組裝、儀器搭建、參數(shù)調(diào)試、樣品檢測的全流程操作，在動手實(shí)踐中破解難題、積累經(jīng)驗。鄭蘭蓀親自牽頭設(shè)計實(shí)驗方案、全程指導(dǎo)教學(xué)，課后還與學(xué)生面對面座談，認(rèn)真聽取每一條改進(jìn)意見，用言傳身教傳遞科研精神。學(xué)生們在搭建儀器的過程中，不僅深化了對化學(xué)、物理、工程等跨學(xué)科知識的理解與融合，更徹底破除了對高端儀器的神秘感與畏難心理，進(jìn)一步堅定了自主研制科學(xué)儀器的信心，錘煉了創(chuàng)新實(shí)踐能力。

學(xué)生在進(jìn)行質(zhì)譜儀搭建實(shí)驗

這不僅是實(shí)驗內(nèi)容的更新迭代，更是育人范式的系統(tǒng)性重構(gòu)。學(xué)院結(jié)合不同層次人才培養(yǎng)目標(biāo)，構(gòu)建基礎(chǔ)、綜合、專業(yè)梯度分明的實(shí)驗課程體系，讓學(xué)生在循序漸進(jìn)中提升創(chuàng)新能力。該教學(xué)案例成功入選教育部高等學(xué)校化學(xué)類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會《化學(xué)類專業(yè)課程思政教學(xué)指南》典型案例，實(shí)現(xiàn)了價值塑造、知識傳授與能力培養(yǎng)的三位一體，為高校實(shí)踐育人改革提供了可借鑒的范本。

面向人工智能時代，學(xué)院持續(xù)迭代育人模式，構(gòu)建以大語言模型為基礎(chǔ)的課程AI助教，推動教學(xué)交互從“師生雙向”向“師—生—機(jī)”深度融合轉(zhuǎn)變；增設(shè)人工智能與化學(xué)分析、化學(xué)自動化等前沿課程模塊，將數(shù)智化思維融入專業(yè)教學(xué)，讓學(xué)生在夯實(shí)化學(xué)基礎(chǔ)的同時，掌握適應(yīng)未來科技發(fā)展的核心能力。如今，學(xué)院的實(shí)踐育人已從“動手操作”向“動腦創(chuàng)新”跨越，從“原理驗證”向“成果創(chuàng)造”升級，為創(chuàng)新人才成長注入強(qiáng)勁動力。

融學(xué)科之脈：百年優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為服務(wù)國家戰(zhàn)略的能力

作為國家“雙一流”重點(diǎn)建設(shè)學(xué)科，廈門大學(xué)化學(xué)學(xué)科自1923年化學(xué)系成立以來，便堅守“理論與實(shí)踐并重”的辦學(xué)理念，從田昭武院士、鄭蘭蓀院士、孫世剛院士、田中群院士等幾代科學(xué)家的接力攻堅，到如今科研工作者的薪火相傳，自主研發(fā)儀器的基因早已融入學(xué)科血脈，形成了“敢為先、重細(xì)節(jié)、合為貴”的獨(dú)特學(xué)科文化。廈門大學(xué)始終以學(xué)科優(yōu)勢孕育新專業(yè)，以科研實(shí)力反哺本科教學(xué)，以國家戰(zhàn)略引領(lǐng)人才培養(yǎng)方向，讓百年學(xué)科底蘊(yùn)成為創(chuàng)新育人的強(qiáng)大支撐。

2021年，學(xué)院立足學(xué)科優(yōu)勢，在全國率先開設(shè)“化學(xué)測量學(xué)與技術(shù)”本科專業(yè)，以新工科理念構(gòu)建人才培養(yǎng)方案，首創(chuàng)核心課程群，深化理工融合，開辟了化學(xué)類專業(yè)人才培養(yǎng)的新路徑，為應(yīng)對新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革提供了人才培養(yǎng)范本。該專業(yè)的設(shè)立，植根于學(xué)院在儀器自主研發(fā)領(lǐng)域的悠久積淀、雄厚科研實(shí)力與一流師資隊伍——廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院現(xiàn)有中國科學(xué)院院士7人，杰青、“長江學(xué)者”特聘教授等國家高層次人才35人，國家高層次青年人才獲得者51人，國家級教學(xué)名師2人，擁有8個國家自然科學(xué)基金委創(chuàng)新研究群體、4個教育部創(chuàng)新團(tuán)隊、2個全國高校黃大年式教學(xué)團(tuán)隊、4個教育部虛擬教研室，形成了結(jié)構(gòu)合理、實(shí)力雄厚的高水平人才高地，為人才培養(yǎng)提供了堅實(shí)保障。

與此同時，學(xué)院不斷完善科教融合機(jī)制，建立課題組、研究所與本科教學(xué)的聯(lián)動機(jī)制，將前沿科研成果及時轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源，讓學(xué)生第一時間接觸學(xué)科前沿；整合化學(xué)、化工實(shí)驗教學(xué)示范中心與分析測試中心，成立教學(xué)與實(shí)踐中心，實(shí)現(xiàn)大型儀器設(shè)備向本科實(shí)驗教學(xué)全面開放共享，讓優(yōu)質(zhì)資源真正服務(wù)于人才培養(yǎng)；頂尖師資主動投身本科教學(xué)一線，以高水平科研帶動教學(xué)內(nèi)容更新、教學(xué)方法創(chuàng)新，真正實(shí)現(xiàn)了科教融合、本研貫通，讓學(xué)生在科研實(shí)踐中錘煉本領(lǐng)、成長成才。

從“黑箱子”到“透明艙”，破解的是教學(xué)壁壘；從“照方抓藥”到“項目驅(qū)動”，轉(zhuǎn)變的是育人方式；從“學(xué)科孤島”到“科教融合”，彰顯的是責(zé)任擔(dān)當(dāng)。廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院以可視化教學(xué)儀器為突破口，系統(tǒng)回答了“如何改變黑箱模式”“如何構(gòu)建實(shí)踐育人新范式”“如何融合學(xué)科優(yōu)勢與國家戰(zhàn)略”三個關(guān)鍵問題，在落實(shí)立德樹人根本任務(wù)、服務(wù)國家戰(zhàn)略需求的征程上，書寫著新時代高校人才培養(yǎng)的廈大答卷。

正如一位參與儀器搭建實(shí)驗的學(xué)生所說：“當(dāng)我親手調(diào)出第一個質(zhì)譜信號時，我真正理解了什么是科學(xué)，什么是創(chuàng)新，什么是報國。”(文/陳嘉嘉 鄧順柳 呂銀云 圖/廈門大學(xué))