科技日报记者 赵向南
“传统循环伏安法测定铁氰化钾的电极反应过程在静态下进行，无法有效捕捉传质过程对反应速率的影响，仅能提供热力学参数。如何突破这一局限？”在山西大学化学化工学院的实验室里，该院大三学生段福浩正与指导老师李亚伟教授热烈讨论实验方案。这个看似寻常的师生对话，实则是该院培养学生的长效机制。这一机制，催生了他们多次斩获全国大赛特等奖的佳绩。
8月24日，第五届全国大学生化学实验创新设计大赛总决赛在兰州大学落下帷幕。山西大学本科生段福浩、王煦然、赵洋洋在李亚伟和李思明老师的指导下，凭借作品“基于旋转电极双通道新方法的铁氰化钾电化学反应过程”，获得大赛特等奖。
全国大学生化学实验创新设计大赛是国内化学实验教学领域的顶级赛事，也是化学类专业唯一的全国A类竞赛。这已是山西大学学子连续四届、第五次摘得该项赛事桂冠，创造了地方高校在这一顶级赛事中的最佳成绩。“我们探索本科生科研创新培养新路径，为本科生打开实验大门，点燃他们的创新火种。”山西大学化学化工学院党委书记、化学国家级实验教学示范中心（山西大学）（以下简称示范中心）主任郭炜教授表示。
体系重构：打通创新人才培养全链条
化学是山西大学的传统基础学科。如何为本科生架起知识传授与科学思维培养之间的桥梁？山西大学化学化工学院从课堂实验教学中寻找灵感、理清思路、寻找答案。“答案就是让本科生真正走进实验室，在科研实践中培养创新精神。”郭炜说。为此，化学化工学院和示范中心出台了一系列制度举措，构建起全方位的本科生科研创新支撑体系。
“我们着力打破理论与实践的壁垒。”示范中心常务副主任郝俊生介绍，示范中心构建了“基础—综合—创新”三层次递进式实验课程体系，创新性地将物理化学实验、综合化学实验、化工过程虚拟仿真实验与相关理论课程关联，构建了“理实融合、虚实结合”的特色课程群，实现了理论指导实践、实践深化理论的双向促进。示范中心还构建了以高比例高阶实验为基础、创新项目为载体、高水平学科竞赛为牵引的创新能力培养体系。将综合性、设计性、研究性实验比例提升至40%以上，实现实验项目内容高阶化。
值得一提的是，示范中心还建立了“产业需求牵引、科研反哺教学、资源动态更新”的创新实验项目转化机制，积极鼓励将教师科研成果转化为教学资源。依托山西煤基产业转型需求，中心已开发8项特色实验项目、2项虚拟仿真实验项目，让学生在解决真实产业问题中提升创新能力。
拨云见日，实验性教学激发了大学生的求知欲和探索欲。数据显示，目前山西大学化学化工学院80%以上的本科生参与了大学生创新创业训练计划项目申报，30%的学生承担了各级科研训练项目。
平台支撑：数字化赋能学生创新实践
获奖学生王煦然、赵洋洋告诉科技日报记者，实验室的大门向他们敞开，让他们对化学世界逐渐有了“打破砂锅问到底”的求知欲。这让他们的实验操作技能、数据处理能力和科研创新能力有所提升。
思路对了，还需支撑和保障。传统化学实验教学面临设备昂贵、操作危险、重现性差等诸多挑战。山西大学化学化工学院运用现代信息技术破解这些难题。
在教育部教改项目“基于煤基精细化学品产业链的数字化实验教学资源建设及应用研究”资助下，物理化学实验室主任张越教授与精细化学品教育部工程中心教师深耕数字化教学改革，自主开发多项虚拟仿真实验项目，构建起覆盖化工全流程的虚拟仿真实验项目体系，使学生能够在安全环境中熟练掌握关键操作技能，有效解决了高危险性、高成本实验“做不了、做不好”的难题。
科技创新与教学深度融合成为亮点。化学化工学院的老师们将Python编程、机器学习、人工智能等前沿技术融入实验教学过程，自主研发“基于智能手机的丙酮碘化原位检测系统”等2项智能化实验装置，建成涵盖基础化学、化工原理等领域的26项虚拟仿真实验，开发制作18个精品微视频资源。2门虚拟仿真课程在国家智慧教育平台累计服务学习者2.4万人次，课程浏览量突破5万人次，为全国地方高校实验教学的数字化转型和内涵式发展提供了可复制、可推广的“山大经验”。
示范引领：为高等教育改革贡献“山西方案”
“在准备比赛的几个月里，我们几乎每天都泡在实验室，反复优化实验方案。这个过程虽然辛苦，但收获巨大。”获奖学生段福浩深有感触地说，“我现在终于明白了指导老师李教授常说的话，竞赛不是目的，要以赛促学、以赛强技，真刀真枪提升科研实验水平。”
“鼓励学生参加化学实验技能大赛，不仅是对化学知识体系的全面考察，更是对学生实际操作能力和创新思维的深刻磨砺。”郝俊生介绍，培养本科生化学实验能力的诀窍就是竞赛驱动。通过以赛促学、以赛强技、以创促教，提升本科生动手能力、创新精神和解决问题的素养。
据介绍，全国大学生化学实验创新设计大赛自2019年首次举办以来，规模逐年扩大，竞争愈发激烈。郝俊生说，从首届的88所高校、88支队伍，到今年第五届大赛中482所高校的1364支队伍参赛，竞赛规模创历史新高，彰显了赛事的高水平和挑战性。
以赛促学结硕果。近五年来，山西大学化学化工学院学生在各类国内顶级学科赛事中，累计斩获国家级特等奖5项、二等奖4项、三等奖7项。先后有30余名教师参与指导学生竞赛，以赛促学、以赛促教的良性循环已经形成。采访中，该学院刚入学的大一学生小张对化学实验表示了浓厚兴趣，“在化学实验的探索之旅中，不仅能收获知识，还能体验活动的精彩。”
“我们学院始终将培养学生的创新精神和实践能力作为培养拔尖创新人才的核心任务，鼓励本科生尽早进入实验室、参与课题研究。”化学化工学院院长高利珍教授说，近年来，该院本科生无论是读研还是就业，均得到用人单位的充分肯定和普遍赞誉，这得益于科教融汇、协同育人的长期坚持。
山西大学的本科生科研创新培养模式为“地方高校如何培养拔尖创新人才”这一关键命题提供了有效解决方案，相关经验已被省内外12所高校借鉴采用。
“我们将继续深化改革，让每一个有志于创新创业的本科生都能在实验室找到自己的舞台。”山西大学教务处处长宋鹏表示，学校正在探索建立更加完善的本科生创新创业体系，包括设立专项资金、建立学分认定机制、完善激励政策等。
如今，在山西大学化学化工学院，更多“初生牛犊”走进实验室，踏上科研探索的道路。郭炜坚定地说：“我们为本科生打开实验大门，不仅对学生个人的全面发展具有深远影响，也为推动化学教育和科学研究进步贡献了积极力量。说不定有一天，他们也许会创造一种意想不到的物质，改变世界呢？”
（山西大学化学化工学院供图）
网友评论
