人机协同视域下化学学科本研培养“四维贯通能力链”的构建

无机化学是全面介绍化学学科分支、化学基本知识和理论、物质微观结构认知、现代化学前沿研究课题的专门学科，具有理论性与实验性强的特征 [1]。一直以来，高校本科阶段培养侧重基础理论和经典经验技能传授，而在研究生阶段则侧重围绕前沿领域展开深入探索和开展原创性的研究，存在课程重复设置、知识断层、师资力量浪费等问题，延长了人才培养周期 [2]。现阶段的本研培养体系中存在一定的能力衔接断层问题，集中体现在知识迁移、技能应用、思维转化及实践衔接等方面，影响高校高素质高水平化学人才的培养质量。鉴于此，本文侧重结合无机化学，围绕本研培养“四维贯通能力链”展开研究和探索，旨在实现本研培养的有机衔接。

一、现阶段无机化学专业本研培养体系中存在的问题

现阶段，高校无机化学专业本研培养体系中存在一些突出的问题，集中体现知识维度、技能维度、思维维度以及实践维度等四个维度能力链的断层。具体体现在：第一，知识体系存在一定的离散化。例如，无机化学基础理论内容讲授与前沿交叉领域关联性不强；二是无机化学基本实验技能与研究生阶段精密仪器掌握及计算机模拟技能等存在脱节；三是科研思维发展存在滞后性。例如，本科阶段缺乏系统的科研思维训练，而研究生阶段则对创新思维和批判性思维要求较高，反映出本科阶段学生科研思维培养的滞后性。四是实践环节存在割裂性。本科阶段侧重通过循序渐进的训练培养学生无机化学专业实践能力，而研究生阶段拥有丰富地参与科研的机会，两个阶段之间存在实践能力培养的真空期。总而言之，如何有效地解决本研培养体系存在的断层问题是提升无机化学专业人才培养质量必须解决的重要问题。

二、人机协同视域下无机化学专业本研培养“四维贯通能力链”的构建策略

在反思现阶段本研培养体系存在的“断层”问题基础上，下文以人机协同技术为支点，侧重从知识维度、技能维度、思维维度以及实践维度等四个维度强化对学生的培养，构建起“四维贯通能力链”培养体系。

（一）知识维度：构建动态智能知识图谱，打通本研壁垒

从知识维度出发，教师需要重视把握本科阶段以及研究生阶段知识之间存在的关联性，以雨课堂、学习通或者科大讯飞平台等优秀的在线学习平台为支撑，通过设计动态智能知识图谱，基于知识的关联性对教学内容进行可视化的呈现，引导学生把握本研阶段知识之间的内在联系和延伸路径。例如，教师可以结合本科阶段和研究生阶段内容存在的关联性，侧重设计由基础知识与技能向研究生阶段前沿与交叉区域衍生的层次化内容体系，具体而言：第一，基础层：包含本科阶段应该掌握的核心知识点，例如化学键理论、原子结构等；第二，拓展层：与研究生阶段应该学习的前沿内容保持紧密联系，可以将“配位平衡”拓展至金属有机框架的设计合成之中，将“固体结构”延伸至钙钛矿太阳能电池材料的晶体工程；第三，交叉层：以跨学科的方式整合学习内容，包括能源化学、材料化学等。总之，通过合理的分层和借助动态智能图谱，可视化呈现知识内容，打破本研之间的壁垒。

（二）技能维度：创建科研软件资源库，助力学生提前掌握必要研究技能

在本研培养过程中，为有效地提升无机化学专业人才培养质量，学校需要重视从技术层面提供应有的支持。学校紧密结合无机化学研究的特点，建设优质的科研软件资源库，满足学生对科研软件的需求，为学生提前掌握必要的研究技能提供助力。在建设科研软件资源库时，需要根据无机化学本研培养不同阶段的需求，采取模块化划分的方式，确保分类明确，并为学生提供针对性的软件及技术支持。例如，计算模拟模块：Gaussian（无机分子构型优化与能量计算）、VASP（固体材料电子结构模拟），配套教程涵盖从基础单点能计算到复杂催化反应路径模拟的阶梯式训练。又如，数据处理模块：Origin（热力学数据拟合）、Matlab（动力学曲线模拟），结合无机合成实验数据（如合成温度与产物纯度的关系）设计练习项目。此外，结构分析模块，主要是通过 Jade（X射线衍射图谱解析）、Diamond（晶体结构可视化），提供从简单立方结构到复杂稀土氧化物结构的解析案例。此外，在建设科研软件资源数据库的基础上，可以引入智能测评系统，针对性分析学生的使用情况，为学生智能化推荐相应的操作指南及经典案例。

（三）思维维度：AI 赋能培养科研思维

人机协同视域下，高校在无机化学本研培养过程中需要重视人工智能技术的科学应用，赋能学生科研思维的培养。例如，基于 AI 技术应用打造沿“文献研读 - 学术总结 - 方案设计 - 成果表达”路径培养科研思维。例如，通过发挥利用 CNKI 学术助手的优势，形成文献研读闭环。AI 能自动从不同领域识别具备一定影响力的文献资料，对一些与无机化学保持紧密联系的理论基础进行标注。同时，通过利用 AI 编制文献思维导图，在实验设计的基础上对实验结果进行深入分析，找到创新点，形成合理的逻辑结构。同时，通过借助 AI 助手自动生成文献摘录，引导学生对不同文献中的观点进行对比与分析。此外，方案设计部分可以在学生输入研究目标后，AI 自动生成可行路径，而且能标明需要验证的核心问题。例如，在刚性配体与柔性配体中做出选择。最后，在成果表达环节，通过应用 AI，能起到优化论文结构的作用，结合无机化学论文的特征，重点关注实验的可重复性描述，呈现表征数据的逻辑联系。

（四）实践维度：构建本研联动实践共同体，缩短研究过渡期

在实践维度层面，通过构建本研联动实践共同体，可以有效地缩短本研之间的过渡期，更好地助力学生成长为具备较强实践能力、创新能力的高素质高水平复合型人才。具体而言：第一，需要推行“研究生助教 + 导师督导”双导师制，其中，研究生助教是指从研究生中选拔部分经验丰富、理论知识扎实的人员，对本科生创新性地完成基础实验提供指导；而导师督导则是由无机材料研究领域的导师负责开展系列问题研讨活动，针对本科生在科研中提出的问题进行分析，导师从更深层次对本科生提供指导。

第二，针对本科生设计“阶梯式”科研训练内容模块。例如，基础层：开展“趣味无机合成”项目，引导学生熟练进行操作，掌握处理数据的方法与技巧；进阶层：开发“功能材料制备”课题，通过课题研究与研究生阶段的材料制备技术相对接，例如合成 ZnO 纳米棒并运用 XRD（Jade 分析）与 SEM 表征其结构与形貌等；研究层：鼓励学生参与导师在研项目，将Gaussian 等运用于模拟计算中，系统地进行训练，缩短实验与理论之间的差距。

第三，建立有效的本研交流平台。通过创建科研社群，开辟“每周一问”专栏，激发本科生与研究生的探究热情，共同进行分析与研究。同时，通过组织各种论坛、竞赛等活动，为本科生搭建展示研究成果的平台，研究生借此机会向本科生介绍本专业的前沿研究成果，推广优秀的实践经验。

结语

总而言之，高校需要重视以人机协同技术为核心支点，构建起“知识、技能、思维、实践”四维贯通的能力链培养体系，通过定制动态化智能知识图谱、专属科研软件资源库、AI 驱动的科研思维训练及本研联动实践机制，实现本研阶段的无缝衔接，从而有效地提升人才培养效能，培育更多符合行业企业需求的高素质高水平化学人才。

参考文献：

[1] 杨国海 ， 于凡珍 .“无机及分析化学”教学新方式研究 [J]. 化工设计通讯 ，2022，48（11）：139-142.

[2] 邵琳 . 本研贯通制人才培养模式实践探索——以集成电路专业教育为例 [J]. 教育教学论坛 ，2024，（51）：1-4.

作者简介：

1. 崔丽茹（1989 年 09 月），女，汉族，籍贯黑龙江省哈尔滨市。现为教师，讲师，博士研究生，现为哈尔滨师范大学。研究方向：无机化学。

项目来源：哈尔滨师范大学高等教育教学改革研究项目（项目编号：XJGY202529）

项目名称：人机协同视域下的本研衔接“能力链”构建