跨界融合培养大学生创新创业素质的思考与实践

柳芳 张宗海 张鹏

[摘 要] 学科跨界融合是培养大学生创新创业能力的有效途径，而化学也可以因艺术情感的介入使其更富有创造性。化学与艺术学科跨界融合有以下几种方式：化学分子有人形、动植物造型、中国传统文化、饰品及工艺品等多种艺术图形化的表现形式，化学实验器皿也可以经过艺术化创新重组表达其新颖的思想。基于化学与艺术跨界融合的思路，指导学生进行毕业设计，承担各级创新训练计划，参加各类创新创业大赛，作品注重商业化运作的同时兼具公益性，取得了一定的成果，提升了大学生的创新创业能力。

[关键词] 化学学科;艺术学科;跨界融合;创新创业

[基金项目] 2019年度重庆市高等教育学会高等教育科学研究课题“化学与艺术学科跨界融合培养大学生创新创业素质的探索与实践”（CQGJ19B80）;2020年度重庆市高等教育教学改革研究项目“深度融合，整体推进——艺术与化学跨学科培养大学生创新创业素质的探索与实践”（203370）;2018年度重庆科技学院研究生教育教学改革研究项目“新工科背景下化学与艺术跨界融合培养研究生创新创业素质的探索与实践”（YJG2018y015）

[作者简介] 张 鹏（1982—），男，山东齐河人，工学博士，重庆科技学院化学化工学院院长助理，教授（通信作者），硕士生导师，主要从事大学生创新创业和油田化学研究。

[中图分类号] G645   [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2021）15-0100-05   [收稿日期] 2020-09-03

当今“大众创业，万众创新”的时代潮流正在蓬勃涌动，已成为国家层面上的发展战略。贯彻党的教育方针，开展大学生创新创业教育，是为国家建设培养具有创新精神和实践能力人才的重要举措，成为高等教育深化改革和发展的必然趋势。为了应对新一轮科技革命和产业变革的挑战，主动服务国家创新驱动发展和“中国制造2025”等重大战略实施，加快工程教育改革创新，培养造就一大批多样化、创新型卓越工程科技人才，教育部决定开展新工科研究和实践，并形成了《新工科研究与实践项目指南》，指出高等学校应发挥学科综合优势，面向未来新技术和新产业发展，推动学科交叉融合和跨界整合。

在新工科的建设背景下，学科交叉融合和创新创业教育进行有效衔接，共同服務于国家发展战略需求，这既是新工科建设对创新创业人才培养的新要求，也是值得研究的重要命题。多学科交叉融合和跨界整合是创新的源泉，也是创新创业能力培养的有效途径。当今世界学科前沿的重大突破和重大创新成果大多是多学科交叉、融合和汇聚的结果，近年来我国高校围绕着学科交叉开展积极探索，但总体上仍然是以传统的“核心学科”为主，学科交叉融合度较低，学科之间壁垒重重，尤其是理工科的理性逻辑思维审美与人文艺术学科的感性创新思维审美的跨界融合，更加富有挑战性。

一、化学与艺术跨界融合方式分析

艺术诉诸感性，而化学是理性的产物。化学在某种程度上催生了艺术，并使其在化学进步的帮助下不断地提升和完善材料、技巧和观念。

（一）化学分子结构视觉图形化

化学家们所使用的分子结构示意图，其本身只是量子力学理论的简单呈现，原汁原味的分子结构图几乎无法吸引非化学人的注意力[1]，缺少美的视觉张力。同样是结构示意图，广为人知的象形文字可以被普通大众所接收，但是被广泛应用于解热镇痛的药物——阿司匹林，除了化学人之外，它的分子结构式却不容易被认知和理解。尽管化学家与艺术家的表达方式通常会有所不同，但是分子科学与视觉艺术有时也会结合起来，这样的结合方式却会产生意想不到的效果。

1.人形分子结构的视觉图形化表现。莱斯大学的James M.教授曾经发表过一篇论文，提出了人形分子的设计构筑方案。通过13步化学合成制备出分子小人的形象[2]。分子小人的帽子可以用不同结构的分子替换，最终构筑出10种不同的形象分子小人（见图1）。通过设计不同的路线，还可以实现一个或者多个分子小人跳舞的形象。这些人性结构分子高度在2纳米左右，因此James M.教授称之为NanoPutians。其中Nano是纳米的意思，Putians来自英国小说家乔纳森·斯威夫特（Jonathan Swift）作品格列佛游记（Gullivers Travels）中的Lilliputians（矮人）一词。James M.团队将NanoPutians应用于科学领域的宣传教育，他们还制作了几部以NanoPutians为角色的动画视频[3]。尽管就目前来看，这些人形分子在化学应用领域似乎没有实际的价值，但是James M.团队认为这项工作可以显著地加深学生在分子水平上对化学、生物、材料等科学的理解，而且做了一个科学与艺术相互结合的示范，用图形艺术视觉美的方式来呈现常人难以理解的化学微观世界，有利于具有不同风格和兴趣的学生学习。该团队的计划取得了积极的效果，调查显示有82%的学生发现这些人形分子后会对学习科学更有兴趣[3，4]。

2.动植物造型分子结构的视觉图形化表现。同济大学的沈海军教授也曾关注过分子艺术[5，6]，指出很多形状酷似动植物的分子结构。例如，蚂蚱酮是在一种从不能飞的蝗虫（Romalea microptera）身上提取到的，化学家们命名的时候并没有按照系统命名法，也许是因为这种酮的分子结构比较像蚂蚱[7]，化学家们直接命名为蚂蚱酮。有一种酮类分子结构极像企鹅[7，8]，被化学家Chris Scotton命名为企鹅酮（Penguinone）[9]。有一种烯烃分子结构比较像小狗，因此被化学家Tim Richard命名为“小狗烯”。类似的动物造型分子结构还有很多，例如海马、青蛙、章鱼、长颈鹿等[5-7]。除了动物以外，还有很多酷似树枝[5，6，10 ]、花朵等植物的分子结构[ 11 ]，他们从分子的外观形态入手进行联想与想象，把抽象思维形态特点进行具象化、图形化的描绘，直观、生动、形象地展现出分子结构的特点与美，以便于人们学习理解与欣赏化学之美。

3.有关中国汉字及传统文化分子结构的视觉图形化表现。笔者曾在这方面做了实践尝试，使用单分子力谱仪研究过疏水缔合型丙烯酰胺共聚物在二氧化硅表面的吸附行为，发现其中一种吸附形态非常像中国汉字的“几”字[ 12 ]。复旦大学的JIANG Ming教授阐述了环糊精包合作用在超分子化学与大分子自组装之间的作用，使用的摘要图片体现了我国牛郎织女的形象（如图2所示）。牛郎、织女之间的鹊桥，即是由具有包合作用的环糊精所组成的[ 13，14 ]。

RAO Xiaoping等[ 15，16 ]通过松树分泌的松香合成了一种pH值响应的刚性表面活性剂，该表面活性剂可用于分散并沉淀单壁碳纳米管，这个过程通过我国神话传说中的哪吒形象展示出来（见图3）。CHEN Guojian等[ 17 ]将多面体硅氧烷齐聚物和紫罗碱通过Zincke反应构筑了一种阳离子多孔构架材料，该材料可以作为捕集和转化二氧化碳的高效催化材料。这个过程也可通过我国的八卦图形象地展示出来。

4.工艺品及饰品分子结构的视觉图形化表现。多巴胺是一种神经传导物质，用来帮助细胞传送脉冲的化学物质。这种脑内分泌物和人的情欲、感觉有关，它传递兴奋及开心的信息[ 18 ]，已有很多以其分子结构为原型的饰品出现。咖啡因是一种黄嘌呤生物碱化合物，是一种中枢神经兴奋剂，能够暂时的驱走睡意并恢复精力[ 19 ]，目前也有以其分子结构为原型的饰品，还有以DNA双螺旋结构为原型的饰品，这些都是化学艺术美的体现。

5.化学分子结构或反应过程的可视化。中国科学技术大学先进技术研究院和清华大学出版社联合制作的原创科学传播项目《美丽化学》，其主旨是将化学的美丽和神奇传递给大众。《美丽化学》包括了宏观的化学反应和微观的化学结构两大块。化学结构这部分涉及分子和原子的结构，可以使用电脑的三维软件和动画技术模拟展示。

（二）化学反应器皿的艺术化重组

魏春雨受邀参加湖南千年时间艺术画廊举办的“佳节艺术9人展”，所做作品为“城市意象”[ 20 ]（见图4），从化学美的角度，以化学实验玻璃器皿、蒸馏瓶、烧杯、烧瓶、漏斗等连接成组成，其间有规律也有偶然性结合，且有无限多的变化可能，以此隐喻我们的城市生活：既熟悉又陌生，既华丽又脆弱，既有约定俗成的规律性的一面，又有偶发性与非理性的一面，充满限制与未知。

黄河瑶设计师设计的《器·趣》[ 21 ]（见图5），一改化学实验器皿给人冷峻、严谨和有距离感的印象。让我们在关注微观的化学结构和宏观的化学反应之外，可以看到手中化学装置的精美，通过对审美探索，挖掘“审美本我”，让严谨的化学与“审美本我”和谐相处，实现“超我”。该设计给化学实验容器赋予了生物形象，对器皿形态进行特征放大、变形与组合，设计出系列摆件产品，打破人们对化学实验器皿的刻板印象，强化人们的感性认知，并带来一种反差的趣味。

二、化学与艺术跨界融合培养大学生创新创业素质的实践

（一）毕业设计类

2019年，重庆科技学院团队成员指导2017级视觉传达专业学生开展了题为“剧烈化学反应与视觉艺术跨界融合的多维呈现”的毕业设计工作。整理和总结在视觉艺术的影响下剧烈化学反应给予受众独特的审美效应和人性化体验。将化学与视觉艺术之间、人与化学之间的交互活动，以及在感官互动中产生的多种可能性归纳与实践，以此将理性而神秘的化学更加普适性的推广与传播，创造出全新的科普性视觉艺术作品。该作品获得院级优秀毕业设计的荣誉称号，作品“三碘化氮羽毛引爆实验·交互模拟装置”，获得第三届“国青杯”全国高校艺术设計作品大赛学生组二等奖。

（二）创新创业训练计划类

2019年，北京师范大学珠海分校校区团队成员指导工程技术学院学生承担题为“应用新材料的儿童防烫水壶——儿童吸入式水壶的改良设计”的创新创业训练计划类项目。该项目针对儿童较为焦躁的性格及咽喉保护性反射较差导致可能存在的烫伤问题，结合化学镍钛合金材料独特的记忆效应，提出通过水温控制镍钛合金发生变形，从而给使用者做出不同的反馈。该项目通过化学学科与艺术领域类的工业设计跨界融合，提出产品设计、模型制作、测试模型、生产产品、产品测试、品牌设计等，达到以技术优势占领高端市场的目标。该项目立项为国家级创新创业训练计划类项目。

（三）创新创业学科竞赛类

2017—2018年，重庆科技学院团队成员分别指导两支学生团队报名参加“互联网+”大学生创新创业大赛及“创青春”全国大学生创业大赛，团队涉及三个专业：化学、应用化学、视觉传达装潢设计，学生年级跨越2014—2016三个年级。参赛作品围绕“化学分子结构视觉图形化表现及商业化运作”为中心，将现有技术、资源与市场需求有机结合，提供独特的艺术设计，制作创新工艺品，以生动的形式给受众留下深刻的印象，吸引潜在消费者，丰富企业文化，树立企业形象，更加专业化的体现企业的独特性。在第三届中国“互联网+”大学生创新创业大赛校内选拔赛中，团队试图与酒类企业合作，设计出视频作品“酒的分子设计”，获得校内优秀奖。在第四届中国“互联网+”大学生创新创业大赛校内选拔赛中，团队在上一届的基础上扩充了公益性内容，完善了市场运作的方案，获得了校内铜奖的佳绩。

2019年，重庆科技学院团队成员继续指导更多的学生团队参加各级创新创业学科竞赛，并将跨界融合的思路推广到北京师范大学珠海分校，催生了一些优秀的作品。重庆科技学院团队成员指导本科生团队参加“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛，作品提出一种将类似工业界机械“滑轮”的化学结构引入体膨颗粒网络中充当交联点的方案，凝胶受外力时，“滑轮”效应使外力均匀分散到整个网络以赋予其更好的形变性能。该项作品获得重庆市特等奖、国家三等奖。北京师范大学珠海分校团队报出两项作品，其中“‘享玩儿童环保模块化玩具线上购买平台和线下主题体验活动平台”提出将生物基可降解材料制成的玩具解决了玩具材料的不安全性，给儿童的成长营造了一个安全、健康的环境。与此同时，将玩具丢弃时由于材料的可降解性，实现了环境友好及绿色可持续发展这一理念，该作品获得第五届中国“互联网+”大学生创新创业大赛校赛主赛道三等奖。微信小游戏提出开发一款融合中国传统文化，以“一带一路”倡议及丝绸之路为背景的基于微信平台的化学教育类小游戏——帮帮捣蛋龙，其目的在于让儿童在玩乐的同时，了解和学习生活中常见的化学现象和知识，激发儿童对化学的好奇心，引导其学习化学的兴趣。

三、结论与展望

化学与艺术跨界对大学生创新思维和创造能力的培养具有重要作用和深远意义。在未来的社会发展中，对人才综合性、跨学科、创新性的思考与人才培养目标的定位，将有助于推进中国设计文化特色化道路迈向国际设计新平台，还可以开阔文化视野，并进行适于创新时代需求的综合发展，这些都具有重要的现实意义。化学分子有人形、动植物造型、中国传统文化、饰品等多种艺术图形化的表现形式。化学实验器皿也可以经过艺术家的创新重组表达其新颖的思想。基于化学与艺术跨界融合的思路，指导学生进行毕业设计，承担各级创新训练计划，参加各类创新创业大赛，取得了一定的成果，提升了大学生的创新创业能力。

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Thinking and Practice of Cross-Border Integration in Cultivating College Students Innovation and Entrepreneurship Quality： Taking the Discipline Integration of Chemistry and Art in Colleges and University as an Example

LIU Fang1a， ZHANG Zong-hai2， ZHANG Peng1b

（1. a.School of Humanities and Arts， b. School of Chemistry and Chemical Engineering， Chongqing University of Science and Technology， Chongqing 401331， China; 2. School of Engineering Technology， Beijing Normal University， Zhuhai， Guangdong 519000， China）

Abstract： Cross-border integration of disciplines is an effective way to cultivate the innovation and entrepreneurship ability of college students， and chemistry can also make them more creative because of the involvement of artistic emotions. The cross-border integration of chemistry and art has the following ways： chemical molecules have various forms of artistic graphical forms of expression， such as humanoids， animal and plant shapes， Chinese traditional culture， ornaments and handicrafts; the glassware used for chemical experiment can also be artistically reconstructed to express their novel ideas. Based on the idea of cross-border integration of chemistry and art， we guide students to carry out graduation design， undertake innovative training programs at all levels， participate in various types of innovation and entrepreneurship competitions. The participating projects pay attention both to commercial operation and public welfare， and have achieved certain results， which has improved the innovation and entrepreneurship ability of college students.

Key words： chemistry; arts; cross-border integration; innovation and entrepreneurship