化學創(chuàng)新人才早期培養(yǎng)試題化學創(chuàng)新人才早期培養(yǎng)試題設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，融合人工智能技術(shù)賦能、跨學科融合及實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)等要素。試題設計應突破傳統(tǒng)知識考核框架，構(gòu)建“基礎探究—技術(shù)應用—戰(zhàn)略思維”三級能力評價體系，通過真實情境任務驅(qū)動，實現(xiàn)對學生化學核心素養(yǎng)與創(chuàng)新潛能的綜合評估。一、試題設計基本原則（一）國家戰(zhàn)略導向原則試題需主動對接新能源、新材料、合成生物學等國家重點領域，將“雙碳”目標、資源循環(huán)利用等戰(zhàn)略需求轉(zhuǎn)化為具體化學問題。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，引導學生認識化學創(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，要求設計模擬人工光合作用的實驗方案，既考查氧化還原反應原理，又滲透綠色化學理念與可持續(xù)發(fā)展思維。（二）跨學科融合原則打破學科壁壘，構(gòu)建“化學+”知識網(wǎng)絡。參考南京工業(yè)大學“數(shù)智引領、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、環(huán)境工程等跨學科要素。例如要求學生利用Python處理化學動力學數(shù)據(jù)，通過機器學習模型預測反應產(chǎn)物；或結(jié)合XR技術(shù)設計分子結(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)新導向原則遵循“問題發(fā)現(xiàn)—方案設計—風險評估—優(yōu)化改進”的科研邏輯鏈，試題應包含完整的實驗探究過程。參考高中化學創(chuàng)新實驗研究中的分層教學策略，設計基礎型、拓展型、挑戰(zhàn)型三級實驗任務?；A層強調(diào)實驗操作規(guī)范性，如“微型化改進銅與硝酸反應實驗裝置”；拓展層側(cè)重實驗設計能力，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證的成果導向理念，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、變量控制嚴謹性、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)論科學性。某教學案例中采用“實驗日志+創(chuàng)新提案+學術(shù)答辯”三維評價模式，學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：N?+3H?O→2NH?+1.5O?（酸性介質(zhì)）任務：（1）計算兩種工藝的原子經(jīng)濟性，分析電催化法的優(yōu)勢（基礎層）（2）設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（拓展層）（3）結(jié)合電化學原理，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：反應熱力學計算、實驗設計能力、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，通過階梯式任務設計，實現(xiàn)從知識應用到戰(zhàn)略思維的能力躍升。（二）技術(shù)應用型試題題目：AI輔助藥物分子設計某團隊利用深度學習模型預測化合物抑制新冠病毒3CL蛋白酶的活性，部分數(shù)據(jù)如下表：化合物分子指紋特征預測活性（pIC50）合成難度評分AFP001-0357.83.2BFP002-1478.24.5CFP003-2196.92.8任務：（1）根據(jù)QSAR原理，分析分子指紋與生物活性的關(guān)聯(lián)性（跨學科知識）（2）若需選擇優(yōu)先合成化合物，應綜合考慮哪些因素？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)（實驗設計）考查要點：定量構(gòu)效關(guān)系、多目標決策分析、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)解讀與復雜問題決策能力，體現(xiàn)化學與生命健康領域的交叉創(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：（1）設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）（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：化工流程設計、綠色化學評估、科技政策研究創(chuàng)新點：超越傳統(tǒng)化學試題范疇，要求學生從資源戰(zhàn)略高度進行系統(tǒng)分析，體現(xiàn)“科研服務國家需求”的拔尖人才培養(yǎng)目標。三、創(chuàng)新能力培養(yǎng)策略（一）構(gòu)建“雙導師+項目制”培養(yǎng)模式借鑒華東理工大學拔尖計劃經(jīng)驗，為學生配備學術(shù)導師與產(chǎn)業(yè)導師。學術(shù)導師負責理論基礎與科研方法指導，產(chǎn)業(yè)導師提供真實企業(yè)技術(shù)難題。通過“真題真做”，學生參與從實驗室研究到中試放大的完整創(chuàng)新鏈。某案例中學生團隊在導師指導下完成“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”實驗教學平臺建設包含基礎化學實驗室、創(chuàng)新工坊、虛擬仿真中心的三級實驗體系。基礎實驗室保障核心操作訓練，創(chuàng)新工坊提供3D打印、微流控芯片加工等先進制造設備，虛擬仿真中心則通過VR技術(shù)模擬高危反應（如硝化反應、高溫高壓反應）與大型化工流程。南京工業(yè)大學材料化學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)學生創(chuàng)新熱情，某學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復合材料的優(yōu)異性能。（三）實施“國際研學+學術(shù)競賽”賦能計劃組織學生參與iGEM、國際化學奧林匹克等賽事，或赴新加坡國立大學、香港理工大學等頂尖學府進行短期研學。通過國際學術(shù)交流，培養(yǎng)學生的科學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)，更要學會用清晰的邏輯鏈條闡述創(chuàng)新價值?！边@種學術(shù)歷練對培養(yǎng)戰(zhàn)略科學家素養(yǎng)至關(guān)重要。（四）建立“學科交叉”課程體系開設《計算化學導論》《材料表征技術(shù)》《科技倫理》等跨學科課程，重構(gòu)化學人才知識結(jié)構(gòu)。參考天津大學合成生物學院的建設經(jīng)驗，設置“化學+AI”“化學+生物制造”等微專業(yè)，學生需完成至少2門跨學科課程設計。某課程要求學生“基于分子對接技術(shù)設計新型除草劑”，融合有機化學、生物化學與計算機輔助藥物設計知識，培養(yǎng)復合型創(chuàng)新能力?；瘜W創(chuàng)新人才早期培養(yǎng)試題改革是教育鏈與產(chǎn)