化學(xué)創(chuàng)新人才早期培養(yǎng)試題化學(xué)創(chuàng)新人才早期培養(yǎng)試題設(shè)計需緊密對接國家戰(zhàn)略需求與產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向，以《教育強國建設(shè)規(guī)劃綱要（2024—2035年）》中“人才培養(yǎng)供需適配機制”為核心指導(dǎo)，融合人工智能技術(shù)賦能、跨學(xué)科融合及實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)等要素。試題設(shè)計應(yīng)突破傳統(tǒng)知識考核框架，構(gòu)建“基礎(chǔ)探究—技術(shù)應(yīng)用—戰(zhàn)略思維”三級能力評價體系，通過真實情境任務(wù)驅(qū)動，實現(xiàn)對學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)與創(chuàng)新潛能的綜合評估。一、試題設(shè)計基本原則（一）國家戰(zhàn)略導(dǎo)向原則試題需主動對接新能源、新材料、合成生物學(xué)等國家重點領(lǐng)域，將“雙碳”目標(biāo)、資源循環(huán)利用等戰(zhàn)略需求轉(zhuǎn)化為具體化學(xué)問題。例如在試題背景中融入氫燃料電池催化劑研發(fā)、CO?資源化利用等前沿課題，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識化學(xué)創(chuàng)新對國家科技自立自強的支撐作用。如某試題以“液態(tài)陽光”項目為情境，要求設(shè)計模擬人工光合作用的實驗方案，既考查氧化還原反應(yīng)原理，又滲透綠色化學(xué)理念與可持續(xù)發(fā)展思維。（二）跨學(xué)科融合原則打破學(xué)科壁壘，構(gòu)建“化學(xué)+”知識網(wǎng)絡(luò)。參考南京工業(yè)大學(xué)“數(shù)智引領(lǐng)、強基賦能、多維融合”的培養(yǎng)模式，在試題中融入人工智能、材料科學(xué)、環(huán)境工程等跨學(xué)科要素。例如要求學(xué)生利用Python處理化學(xué)動力學(xué)數(shù)據(jù)，通過機器學(xué)習(xí)模型預(yù)測反應(yīng)產(chǎn)物；或結(jié)合XR技術(shù)設(shè)計分子結(jié)構(gòu)可視化方案，考查空間想象能力與數(shù)字化工具應(yīng)用能力。某拔尖計劃試題曾要求“基于紅外光譜與拉曼光譜數(shù)據(jù)，運用主成分分析法鑒別地溝油與合格食用油”，實現(xiàn)化學(xué)分析與數(shù)據(jù)分析技術(shù)的有機結(jié)合。（三）實驗創(chuàng)新導(dǎo)向原則遵循“問題發(fā)現(xiàn)—方案設(shè)計—風(fēng)險評估—優(yōu)化改進”的科研邏輯鏈，試題應(yīng)包含完整的實驗探究過程。參考高中化學(xué)創(chuàng)新實驗研究中的分層教學(xué)策略，設(shè)計基礎(chǔ)型、拓展型、挑戰(zhàn)型三級實驗任務(wù)?；A(chǔ)層強調(diào)實驗操作規(guī)范性，如“微型化改進銅與硝酸反應(yīng)實驗裝置”；拓展層側(cè)重實驗設(shè)計能力，如“利用生活廢棄物構(gòu)建原電池并測定電動勢”；挑戰(zhàn)層突出創(chuàng)新思維，如“設(shè)計光催化降解塑料的對照實驗方案”，并要求分析實驗誤差來源及改進措施。（四）動態(tài)評價原則借鑒工程教育認(rèn)證的成果導(dǎo)向理念，構(gòu)建“過程+成果”雙維度評價體系。過程維度關(guān)注實驗記錄完整性、變量控制嚴(yán)謹(jǐn)性、安全規(guī)范遵循度；成果維度則評估創(chuàng)新點價值、數(shù)據(jù)可靠性、結(jié)論科學(xué)性。某教學(xué)案例中采用“實驗日志+創(chuàng)新提案+學(xué)術(shù)答辯”三維評價模式，學(xué)生需提交包含實驗原始數(shù)據(jù)、文獻綜述、改進方案的完整研究報告，模擬真實科研成果呈現(xiàn)形式。二、典型題型示例（一）情境探究型試題題目：“碳中和”背景下的氨合成技術(shù)革新某科研團隊擬開發(fā)新型電催化固氮體系，替代傳統(tǒng)Haber-Bosch工藝。已知：傳統(tǒng)工藝條件：400-500℃，20-30MPa，鐵基催化劑電催化反應(yīng)：N?+3H?O→2NH?+1.5O?（酸性介質(zhì)）任務(wù)：（1）計算兩種工藝的原子經(jīng)濟性，分析電催化法的優(yōu)勢（基礎(chǔ)層）（2）設(shè)計對比實驗驗證電極材料（Pt/C、MoS?、Fe-N-C）的催化活性差異，要求說明變量控制方法與檢測指標(biāo)（拓展層）（3）結(jié)合電化學(xué)原理，提出提高NH?選擇性的三種策略，并評估其產(chǎn)業(yè)化前景（挑戰(zhàn)層）考查要點：反應(yīng)熱力學(xué)計算、實驗設(shè)計能力、催化機理分析、工程倫理判斷創(chuàng)新點：將前沿電催化研究轉(zhuǎn)化為試題情境，通過階梯式任務(wù)設(shè)計，實現(xiàn)從知識應(yīng)用到戰(zhàn)略思維的能力躍升。（二）技術(shù)應(yīng)用型試題題目：AI輔助藥物分子設(shè)計某團隊利用深度學(xué)習(xí)模型預(yù)測化合物抑制新冠病毒3CL蛋白酶的活性，部分?jǐn)?shù)據(jù)如下表：化合物分子指紋特征預(yù)測活性（pIC50）合成難度評分AFP001-0357.83.2BFP002-1478.24.5CFP003-2196.92.8任務(wù)：（1）根據(jù)QSAR原理，分析分子指紋與生物活性的關(guān)聯(lián)性（跨學(xué)科知識）（2）若需選擇優(yōu)先合成化合物，應(yīng)綜合考慮哪些因素？用層次分析法構(gòu)建決策模型（戰(zhàn)略思維）（3）設(shè)計虛擬篩選實驗驗證模型可靠性，指出需控制的關(guān)鍵參數(shù)（實驗設(shè)計）考查要點：定量構(gòu)效關(guān)系、多目標(biāo)決策分析、虛擬篩選技術(shù)創(chuàng)新點：融入人工智能藥物研發(fā)真實場景，考查數(shù)據(jù)解讀與復(fù)雜問題決策能力，體現(xiàn)化學(xué)與生命健康領(lǐng)域的交叉創(chuàng)新。（三）戰(zhàn)略分析型試題題目：全球磷資源危機與可持續(xù)利用磷是糧食生產(chǎn)必需的營養(yǎng)元素，全球磷礦儲量預(yù)計將于2050年枯竭。我國磷資源存在“豐而不優(yōu)”問題，且磷化工產(chǎn)業(yè)污染嚴(yán)重。資料：磷礦主要成分為Ca?(PO?)?，含氟、鎘等雜質(zhì)動物糞便、秸稈中含有機磷化合物某團隊開發(fā)的“磷回收馬桶”可實現(xiàn)尿液中90%磷的回收任務(wù)：（1）設(shè)計從磷礦中提取磷酸的綠色工藝流程圖，說明除雜方法（化學(xué)工藝）（2）對比分析不同磷源（磷礦/生物質(zhì)/回收磷）的全生命周期環(huán)境影響（環(huán)境化學(xué)）（3）以“磷資源國家安全”為主題，撰寫1500字政策建議報告，需包含技術(shù)路線圖與國際合作策略（戰(zhàn)略思維）考查要點：化工流程設(shè)計、綠色化學(xué)評估、科技政策研究創(chuàng)新點：超越傳統(tǒng)化學(xué)試題范疇，要求學(xué)生從資源戰(zhàn)略高度進行系統(tǒng)分析，體現(xiàn)“科研服務(wù)國家需求”的拔尖人才培養(yǎng)目標(biāo)。三、創(chuàng)新能力培養(yǎng)策略（一）構(gòu)建“雙導(dǎo)師+項目制”培養(yǎng)模式借鑒華東理工大學(xué)拔尖計劃經(jīng)驗，為學(xué)生配備學(xué)術(shù)導(dǎo)師與產(chǎn)業(yè)導(dǎo)師。學(xué)術(shù)導(dǎo)師負(fù)責(zé)理論基礎(chǔ)與科研方法指導(dǎo)，產(chǎn)業(yè)導(dǎo)師提供真實企業(yè)技術(shù)難題。通過“真題真做”，學(xué)生參與從實驗室研究到中試放大的完整創(chuàng)新鏈。某案例中學(xué)生團隊在導(dǎo)師指導(dǎo)下完成“廢鋰離子電池正極材料再生工藝”項目，經(jīng)歷文獻調(diào)研、實驗優(yōu)化、成本核算等環(huán)節(jié)，最終形成可產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)方案，并申請發(fā)明專利。（二）打造“虛實結(jié)合”實驗教學(xué)平臺建設(shè)包含基礎(chǔ)化學(xué)實驗室、創(chuàng)新工坊、虛擬仿真中心的三級實驗體系?；A(chǔ)實驗室保障核心操作訓(xùn)練，創(chuàng)新工坊提供3D打印、微流控芯片加工等先進制造設(shè)備，虛擬仿真中心則通過VR技術(shù)模擬高危反應(yīng)（如硝化反應(yīng)、高溫高壓反應(yīng)）與大型化工流程。南京工業(yè)大學(xué)材料化學(xué)工程全國重點實驗室的參觀案例表明，沉浸式實驗環(huán)境能有效激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新熱情，某學(xué)生通過虛擬平臺測試多種催化劑載體組合，最終發(fā)現(xiàn)碳納米管-MOFs復(fù)合材料的優(yōu)異性能。（三）實施“國際研學(xué)+學(xué)術(shù)競賽”賦能計劃組織學(xué)生參與iGEM、國際化學(xué)奧林匹克等賽事，或赴新加坡國立大學(xué)、香港理工大學(xué)等頂尖學(xué)府進行短期研學(xué)。通過國際學(xué)術(shù)交流，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)表達能力與跨文化合作能力。某拔尖生在參加第十二屆國際先進技術(shù)材料會議后反思：“通過與國外學(xué)者討論我的COF材料合成方案，我意識到不僅要關(guān)注實驗數(shù)據(jù)，更要學(xué)會用清晰的邏輯鏈條闡述創(chuàng)新價值?！边@種學(xué)術(shù)歷練對培養(yǎng)戰(zhàn)略科學(xué)家素養(yǎng)至關(guān)重要。（四）建立“學(xué)科交叉”課程體系開設(shè)《計算化學(xué)導(dǎo)論》《材料表征技術(shù)》《科技倫理》等跨學(xué)科課程，重構(gòu)化學(xué)人才知識結(jié)構(gòu)。參考天津大學(xué)合成生物學(xué)院的建設(shè)經(jīng)驗，設(shè)置“化學(xué)+AI”“化學(xué)+生物制造”等微專業(yè)，學(xué)生需完成至少2門跨學(xué)科課程設(shè)計。某課程要求學(xué)生“基于分子對接技術(shù)設(shè)計新型除草劑”，融合有機化學(xué)、生物化學(xué)與計算機輔助藥物設(shè)計知識，培養(yǎng)復(fù)合型創(chuàng)新能力。化學(xué)創(chuàng)新人才早期培養(yǎng)試題改革是教育鏈與產(chǎn)