讓學生打開儀器“黑箱”搞研發 廈門大學探索化學拔尖創新人才培養新模式

“原來質譜儀的內部是這樣的!”在廈門大學化學化工學院的儀器自搭建實驗室里，學生們圍著一臺帶有透明觀察窗的教學質譜儀，親手拆裝、調試，屏幕上，清晰的質譜信號逐漸顯現。這堂實驗課，沒有標準答案，只有探索的興奮與思考的火花。

作為廈門大學的優勢學科，化學化工學院深耕百年學科積淀，率先突破傳統教學瓶頸，研制出內部結構可視化、可自主拆裝調試的教學型儀器，打破儀器“黑箱”桎梏，推動學生從被動“操作工”向主動“創造者”轉變，走出了一條科教融合、本研貫通、理工結合的創新人才培養新路，用實踐詮釋著“為黨育人、為國育才”的使命擔當。

破“黑箱”之困：讓儀器從“不可見”變為“透明艙”

科學儀器是科學研究和技術創新的基石，更是人才培養的重要載體。長期以來，高校化學實驗教學中使用的分析儀器多依賴進口，不僅價格昂貴，更因結構封閉如同“黑箱子”，將學生與儀器內部原理隔離開來。學生只能機械遵循操作規范完成實驗，看不到內部構造，更無法動手拆裝調試，實驗結束后對原理依舊一知半解，創新能力的培養淪為空談。這不僅是教學資源的短板，更暗藏人才培養的隱憂——當學生習慣“照方抓藥”，創新思維何從談起？

“要讓學生真正理解科學儀器，就必須把儀器打開給他們看。”中國科學院院士、教育部高等學校化學類專業教學指導委員會主任鄭蘭蓀，早在2012年就開始呼吁教學型儀器的研發及其在本科實驗教學的普及。2014年，他帶領團隊率先推出第一代XMJD-1型教學用質譜儀。2020年，團隊又推出內部結構可視化、可自主拆裝調試的電子轟擊離子源——飛行時間教學質譜儀，采用模塊化設計、透明觀察窗、全手動參數調節，學生可以直觀感受每一個部件對信號的影響，為國內高端教具研發提供了新的思路與方向。鄭蘭蓀表示，“用于教學的科學儀器，實際上就像大號的玩具，不僅可以讓學生明了儀器的原理，還可以激發學生的好奇心和創造力。”

鄭蘭蓀給師生講解質譜儀工作原理

從“黑箱子”到“透明艙”，轉變的不僅是儀器的呈現形式，更是教育理念的深刻革新——讓學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化學化工學院落地生根、廣泛推廣，學院以學生實踐與創新能力培養為核心導向，將學科雄厚的科研實力與特色精準轉化為人才培養的優勢，相繼研制出一系列具備內部結構可視化、可自主拆裝調試、成本效益高、運行穩定性強的教學型儀器，覆蓋譜學、電分析、流動化學、自動化合成等多個領域，為創新型人才培養筑牢硬件支撐，彰顯了學科科研與教學深度融合的鮮明特色。

立育人之新：以項目式學習重構實踐育人范式

創新人才的培養，既要夯實專業基礎、錘煉實踐技能，更要培育跨學科思維、復雜問題解決能力與終身學習素養。傳統實驗教學“按步驟操作、按標準答案評分”的固化模式，難以承載新時代創新人才的培養目標。為此，學院大膽革新，引入“項目式”學習模式，打造以儀器自主搭建與應用為核心的全鏈條創新實驗，構建本科生儀器搭建創新平臺，將其深度融入基礎、綜合、專業三個層次的實驗課程體系。通過案例分析、小組研討、團隊協作、拓展提升等多元形式，圍繞科學儀器的設計制造、分析測量的原理與方法，引導學生主動開展探究式學習，讓知識在實踐中落地生根。

在“教學質譜儀搭建、調試及應用”創新實驗中，學生們全程參與模塊組裝、儀器搭建、參數調試、樣品檢測的全流程操作，在動手實踐中破解難題、積累經驗。鄭蘭蓀親自牽頭設計實驗方案、全程指導教學，課后還與學生面對面座談，認真聽取每一條改進意見，用言傳身教傳遞科研精神。學生們在搭建儀器的過程中，不僅深化了對化學、物理、工程等跨學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，進一步堅定了自主研制科學儀器的信心，錘煉了創新實踐能力。

學生在進行質譜儀搭建實驗

這不僅是實驗內容的更新迭代，更是育人范式的系統性重構。學院結合不同層次人才培養目標，構建基礎、綜合、專業梯度分明的實驗課程體系，讓學生在循序漸進中提升創新能力。該教學案例成功入選教育部高等學校化學類專業教學指導委員會《化學類專業課程思政教學指南》典型案例，實現了價值塑造、知識傳授與能力培養的三位一體，為高校實踐育人改革提供了可借鑒的范本。

面向人工智能時代，學院持續迭代育人模式，構建以大語言模型為基礎的課程AI助教，推動教學交互從“師生雙向”向“師—生—機”深度融合轉變；增設人工智能與化學分析、化學自動化等前沿課程模塊，將數智化思維融入專業教學，讓學生在夯實化學基礎的同時，掌握適應未來科技發展的核心能力。如今，學院的實踐育人已從“動手操作”向“動腦創新”跨越，從“原理驗證”向“成果創造”升級，為創新人才成長注入強勁動力。

融學科之脈：百年優勢轉化為服務國家戰略的能力

作為國家“雙一流”重點建設學科，廈門大學化學學科自1923年化學系成立以來，便堅守“理論與實踐并重”的辦學理念，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家的接力攻堅，到如今科研工作者的薪火相傳，自主研發儀器的基因早已融入學科血脈，形成了“敢為先、重細節、合為貴”的獨特學科文化。廈門大學始終以學科優勢孕育新專業，以科研實力反哺本科教學，以國家戰略引領人才培養方向，讓百年學科底蘊成為創新育人的強大支撐。

2021年，學院立足學科優勢，在全國率先開設“化學測量學與技術”本科專業，以新工科理念構建人才培養方案，首創核心課程群，深化理工融合，開辟了化學類專業人才培養的新路徑，為應對新一輪科技革命和產業變革提供了人才培養范本。該專業的設立，植根于學院在儀器自主研發領域的悠久積淀、雄厚科研實力與一流師資隊伍——廈門大學化學化工學院現有中國科學院院士7人，杰青、“長江學者”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，國家級教學名師2人，擁有8個國家自然科學基金委創新研究群體、4個教育部創新團隊、2個全國高校黃大年式教學團隊、4個教育部虛擬教研室，形成了結構合理、實力雄厚的高水平人才高地，為人才培養提供了堅實保障。

與此同時，學院不斷完善科教融合機制，建立課題組、研究所與本科教學的聯動機制，將前沿科研成果及時轉化為教學資源，讓學生第一時間接觸學科前沿；整合化學、化工實驗教學示范中心與分析測試中心，成立教學與實踐中心，實現大型儀器設備向本科實驗教學全面開放共享，讓優質資源真正服務于人才培養；頂尖師資主動投身本科教學一線，以高水平科研帶動教學內容更新、教學方法創新，真正實現了科教融合、本研貫通，讓學生在科研實踐中錘煉本領、成長成才。

從“黑箱子”到“透明艙”，破解的是教學壁壘；從“照方抓藥”到“項目驅動”，轉變的是育人方式；從“學科孤島”到“科教融合”，彰顯的是責任擔當。廈門大學化學化工學院以可視化教學儀器為突破口，系統回答了“如何改變黑箱模式”“如何構建實踐育人新范式”“如何融合學科優勢與國家戰略”三個關鍵問題，在落實立德樹人根本任務、服務國家戰略需求的征程上，書寫著新時代高校人才培養的廈大答卷。

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