孵化出科研創(chuàng)新實踐項目400余項，先后在各類國省級學科競賽中摘金奪銀400余項，累計獲獎1200余人次，本科生以第一作者發(fā)表高水平SCI論文180余篇……這是揚州大學化學本科人才培養(yǎng)“晨曦計劃”的一個縮影。
化工學院教授韓杰（左三）指導本科生團隊開展科創(chuàng)實驗。揚州大學供圖
2016年，揚大啟動了面向化學基礎學科拔尖人才培養(yǎng)的“晨曦計劃”，通過“導師引航、博碩接力、本科筑基”三級聯(lián)動培養(yǎng)鏈，探索出覆蓋低年級本科生從立項啟蒙、科研攻堅到競賽突圍的全鏈條成長路徑。十年來，該校以“晨曦計劃”為催化劑，讓本科生在實驗探究的“高溫高壓”中打牢基礎，在產(chǎn)教融合的“組合化合”中淬煉本領，在學科交叉的“分子碰撞”中啟發(fā)創(chuàng)新思維，共同創(chuàng)造新時代化學人才培養(yǎng)的“奇妙反應”。
“笨方法”打牢實踐“基本功”
入夜的揚州大學化學化工學院實驗室，依舊燈火通明。2022級本科生余典恒正聚精會神地盯著電子顯微鏡。屏幕上直徑僅頭發(fā)絲萬分之一的微介孔碳納米棒呈現(xiàn)出蜂窩狀結(jié)構(gòu)。
這種碳納米管是該團隊研制的水系鋅碘電池的重要材料，這種電池已成功實現(xiàn)超10000次循環(huán)，較傳統(tǒng)電池壽命提升10倍。
成功的背后是實驗室里成千上萬次的探索。讀大一時，余典恒就加入了該學院“晨曦計劃”，跟著團隊投身科研實踐，從跟跑到自由跑再到領跑，在實驗室練就了扎實的科研能力。
為了探索金屬有機框架材料應用于高效水系儲能器件的方法，余典恒和團隊曾連續(xù)兩個月泡在實驗室，測試了數(shù)百組實驗方案。最終，這支本科生團隊通過調(diào)控材料的化學組分和物理結(jié)構(gòu)而設計的電極材料，能讓儲能電池的能量密度、比容量和循環(huán)壽命同步提升，并順利試用于新能源汽車平臺。
“化學是一門以實驗為基礎的學科，實驗在化學學習中扮演著非常重要的角色?！痹撔；瘜W化工學院副院長韓瑩介紹說，化學需要不斷探索和創(chuàng)新，實驗是推動化學發(fā)展的手段，實驗動手能力是化學人才的“基本功”，也是培養(yǎng)實踐能力和創(chuàng)新精神的關鍵，是理論教學無法替代的必經(jīng)路。
2016年以來，按照“早進團隊、早出成果、早成人才”的育人思路，他們嘗試破解基礎學科低年級學生缺乏科研實踐入口，理論教學與實驗創(chuàng)新脫節(jié)的問題。
著眼于打牢基礎學科的實踐能力，該學院增加了實驗、實踐課比重，加強實驗教學，把大型儀器、國家級課題等優(yōu)質(zhì)科研資源轉(zhuǎn)化為人才培養(yǎng)優(yōu)勢：向本科生開放省部級重點實驗室、省級工程研究中心，引入真實科創(chuàng)和產(chǎn)業(yè)項目，建強實驗教學的科研訓練“演練場”。
十年來，“晨曦計劃”以實驗“笨方法”練就基礎學科實踐“基本功”：累積孵化科研創(chuàng)新實踐項目400余項，近十年師生先后在各類國省級學科競賽中摘金奪銀400余項，累計獲獎1200余人次，本科生以第一作者發(fā)表高水平SCI論文180余篇，其中不乏在《德國應用化學》《先進材料》等國際期刊發(fā)表論文的“科研新生代”。
“真問題”淬煉創(chuàng)新“硬本領”
一塊塊電芯經(jīng)過分選、堆疊、串聯(lián)、焊接、測試包裝等流程，實現(xiàn)從單體電芯到成品的完美“蛻變”。走進江蘇中興派能電池有限公司，鋰電池模組生產(chǎn)線一派繁忙景象。很難想象，在這組即將走向海外的電池中，有一款來自揚州大學本科生團隊研制的石墨負極材料。
“他們不僅提供了完整的循環(huán)性能數(shù)據(jù)，還對電池組封裝提出了熱管理優(yōu)化方案?！比ツ?月，該校講師劉征師生團隊的研究成果投入產(chǎn)線時，工程師們驚訝于這群“本科生創(chuàng)客”的專業(yè)程度。雙方在三個月內(nèi)完成五次技術迭代，將儲能電池循環(huán)穩(wěn)定性提升了30%。
“化學教育的真諦是讓學生觸摸到真實世界的熾熱溫度。”該院院長龐歡介紹說，傳統(tǒng)實驗教學以驗證型為主，普遍采用“菜譜式”操作手冊，學生機械重復既定步驟即可完成，這種教學模式與產(chǎn)業(yè)界對化學專業(yè)人才創(chuàng)新能力的需求嚴重脫節(jié)。
為引導學生在真實的產(chǎn)業(yè)問題中獲得扎實的創(chuàng)新能力，學院探索搭建了“化學產(chǎn)教融合”實踐平臺，構(gòu)建“虛實結(jié)合+產(chǎn)業(yè)嵌入”的新型實驗教學體系，通過專業(yè)實踐、行業(yè)實踐和課外實踐“三位一體”的產(chǎn)教融合，全面推動拔尖人才產(chǎn)教融合能力的提升。
“學校將企業(yè)技術痛點轉(zhuǎn)化為我們的綜合實驗課題，采用校企雙導師制指導創(chuàng)新實踐?！北究粕鷮O江宇介紹說，這種打破壁壘的培養(yǎng)模式，讓學生在低年級就能接觸前沿課題。站在轟鳴的產(chǎn)線旁，真正觸摸到未來化學的脈搏，那是實驗室與生產(chǎn)線共振的創(chuàng)新火焰。
來自產(chǎn)業(yè)的真問題激蕩著創(chuàng)新與應用雙向奔赴。在泰州，學生參與研制的乳腺癌新藥恩替諾特已經(jīng)上市；在連云港，本科生團隊開發(fā)的“膜分離純化技術”使某化工企業(yè)年減排揮發(fā)性有機物120噸；在四川，校企聯(lián)合研發(fā)的甲基硒代葡萄糖累積創(chuàng)造經(jīng)濟效益3000余萬元……燒杯中的溶液泛起氣泡，儀器屏幕閃爍數(shù)據(jù)，化學人才培養(yǎng)的“奇妙反應”悄然發(fā)生。
“重交叉”激發(fā)教育“新思維”
普魯士藍，是一種經(jīng)典的配位化合物，不僅在藝術領域有著悠久的歷史，被梵高、畢加索等用于創(chuàng)作深邃的藍色作品，近年來更被科學家發(fā)現(xiàn)具有諸多獨特的特性和潛在應用價值。
不久前，揚州大學化工學院學生張光勛等利用機器學習輔助揭示普魯士藍類似物晶體的水熱相變機理，為相關材料制備以及電解水析氧技術的開發(fā)提供了新思路。
“化學家的想象力要突破燒瓶邊界?！睆埞鈩鬃院赖卦u價說，這是一次藝術與科學的靈感碰撞，也是一場計算機科學與化學的深度交融。這種跨學科思維源自該校“基礎+模塊”的課程改革。
“高校課程體系不能滯后于交叉學科需求。”龐歡介紹說，傳統(tǒng)化學專業(yè)課程體系以無機、有機、分析、物化四大基礎學科為核心，學科邊界固化明顯。在人工智能、新能源、生物醫(yī)藥等交叉學科快速發(fā)展的背景下，傳統(tǒng)課程對新材料計算模擬、綠色合成工藝、環(huán)境分析技術等跨學科內(nèi)容覆蓋不足。
如何架起專業(yè)知識與跨學科思維培養(yǎng)之間的橋梁？揚州大學從課堂找靈感、理思路、尋答案。為適應人才培養(yǎng)需求，學校持續(xù)構(gòu)建“學科交叉+動態(tài)更新”的課程體系，深入推進模塊化課程群建設。
去年9月，揚州大學“能源化學”微專業(yè)正式招生。該專業(yè)面向物理、化學、能源等理工科方向?qū)W生，開展涵蓋能源分類、性質(zhì)、利用和轉(zhuǎn)化等方面跨學科教學。一經(jīng)推出，吸引了近百名不同學科背景的學生報名。
所謂微專業(yè)指的是學校為適應產(chǎn)業(yè)快速迭代而創(chuàng)設的小型化培養(yǎng)體系，聚焦特定領域構(gòu)建5~10門核心課程的模塊化集群，培養(yǎng)學生快速掌握前沿技術或行業(yè)市場需求的能力。“能源化學”微專業(yè)建設為面向傳統(tǒng)能源升級換代培養(yǎng)復合型人才提供了新思路。
“我們通過課程重構(gòu)提升人才培養(yǎng)靈活性?！痹撔８毙ｉL、化工學院教授韓杰介紹說，學校將傳統(tǒng)四大化學拆解為基礎模塊，增設“計算化學與AI輔助設計”“能源材料化學”與“生物醫(yī)學化學”等交叉模塊，允許學生按興趣跨學科組合課程包，讓畢業(yè)生既能掌握化學內(nèi)核，又能靈活運用交叉學科知識解決如碳中和、生物醫(yī)藥等面向國家重大需求的復雜問題。
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