跨界融合培養(yǎng)大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)素質的思考與實踐

柳芳 張宗海 張鵬

[摘 要] 學科跨界融合是培養(yǎng)大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的有效途徑，而化學也可以因藝術情感的介入使其更富有創(chuàng)造性。化學與藝術學科跨界融合有以下幾種方式：化學分子有人形、動植物造型、中國傳統(tǒng)文化、飾品及工藝品等多種藝術圖形化的表現形式，化學實驗器皿也可以經過藝術化創(chuàng)新重組表達其新穎的思想?；诨瘜W與藝術跨界融合的思路，指導學生進行畢業(yè)設計，承擔各級創(chuàng)新訓練計劃，參加各類創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽，作品注重商業(yè)化運作的同時兼具公益性，取得了一定的成果，提升了大學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。

[關鍵詞] 化學學科;藝術學科;跨界融合;創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)

[基金項目] 2019年度重慶市高等教育學會高等教育科學研究課題“化學與藝術學科跨界融合培養(yǎng)大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)素質的探索與實踐”（CQGJ19B80）;2020年度重慶市高等教育教學改革研究項目“深度融合，整體推進——藝術與化學跨學科培養(yǎng)大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)素質的探索與實踐”（203370）;2018年度重慶科技學院研究生教育教學改革研究項目“新工科背景下化學與藝術跨界融合培養(yǎng)研究生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)素質的探索與實踐”（YJG2018y015）

[作者簡介] 張 鵬（1982—），男，山東齊河人，工學博士，重慶科技學院化學化工學院院長助理，教授（通信作者），碩士生導師，主要從事大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)和油田化學研究。

[中圖分類號] G645? ?[文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2021）15-0100-05? ?[收稿日期] 2020-09-03

當今“大眾創(chuàng)業(yè)，萬眾創(chuàng)新”的時代潮流正在蓬勃涌動，已成為國家層面上的發(fā)展戰(zhàn)略。貫徹黨的教育方針，開展大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，是為國家建設培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力人才的重要舉措，成為高等教育深化改革和發(fā)展的必然趨勢。為了應對新一輪科技革命和產業(yè)變革的挑戰(zhàn)，主動服務國家創(chuàng)新驅動發(fā)展和“中國制造2025”等重大戰(zhàn)略實施，加快工程教育改革創(chuàng)新，培養(yǎng)造就一大批多樣化、創(chuàng)新型卓越工程科技人才，教育部決定開展新工科研究和實踐，并形成了《新工科研究與實踐項目指南》，指出高等學校應發(fā)揮學科綜合優(yōu)勢，面向未來新技術和新產業(yè)發(fā)展，推動學科交叉融合和跨界整合。

在新工科的建設背景下，學科交叉融合和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育進行有效銜接，共同服務于國家發(fā)展戰(zhàn)略需求，這既是新工科建設對創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)的新要求，也是值得研究的重要命題。多學科交叉融合和跨界整合是創(chuàng)新的源泉，也是創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)的有效途徑。當今世界學科前沿的重大突破和重大創(chuàng)新成果大多是多學科交叉、融合和匯聚的結果，近年來我國高校圍繞著學科交叉開展積極探索，但總體上仍然是以傳統(tǒng)的“核心學科”為主，學科交叉融合度較低，學科之間壁壘重重，尤其是理工科的理性邏輯思維審美與人文藝術學科的感性創(chuàng)新思維審美的跨界融合，更加富有挑戰(zhàn)性。

一、化學與藝術跨界融合方式分析

藝術訴諸感性，而化學是理性的產物?；瘜W在某種程度上催生了藝術，并使其在化學進步的幫助下不斷地提升和完善材料、技巧和觀念。

（一）化學分子結構視覺圖形化

化學家們所使用的分子結構示意圖，其本身只是量子力學理論的簡單呈現，原汁原味的分子結構圖幾乎無法吸引非化學人的注意力[1]，缺少美的視覺張力。同樣是結構示意圖，廣為人知的象形文字可以被普通大眾所接收，但是被廣泛應用于解熱鎮(zhèn)痛的藥物——阿司匹林，除了化學人之外，它的分子結構式卻不容易被認知和理解。盡管化學家與藝術家的表達方式通常會有所不同，但是分子科學與視覺藝術有時也會結合起來，這樣的結合方式卻會產生意想不到的效果。

1.人形分子結構的視覺圖形化表現。萊斯大學的James M.教授曾經發(fā)表過一篇論文，提出了人形分子的設計構筑方案。通過13步化學合成制備出分子小人的形象[2]。分子小人的帽子可以用不同結構的分子替換，最終構筑出10種不同的形象分子小人（見圖1）。通過設計不同的路線，還可以實現一個或者多個分子小人跳舞的形象。這些人性結構分子高度在2納米左右，因此James M.教授稱之為NanoPutians。其中Nano是納米的意思，Putians來自英國小說家喬納森·斯威夫特（Jonathan Swift）作品格列佛游記（Gullivers Travels）中的Lilliputians（矮人）一詞。James M.團隊將NanoPutians應用于科學領域的宣傳教育，他們還制作了幾部以NanoPutians為角色的動畫視頻[3]。盡管就目前來看，這些人形分子在化學應用領域似乎沒有實際的價值，但是James M.團隊認為這項工作可以顯著地加深學生在分子水平上對化學、生物、材料等科學的理解，而且做了一個科學與藝術相互結合的示范，用圖形藝術視覺美的方式來呈現常人難以理解的化學微觀世界，有利于具有不同風格和興趣的學生學習。該團隊的計劃取得了積極的效果，調查顯示有82%的學生發(fā)現這些人形分子后會對學習科學更有興趣[3，4]。

2.動植物造型分子結構的視覺圖形化表現。同濟大學的沈海軍教授也曾關注過分子藝術[5，6]，指出很多形狀酷似動植物的分子結構。例如，螞蚱酮是在一種從不能飛的蝗蟲（Romalea microptera）身上提取到的，化學家們命名的時候并沒有按照系統(tǒng)命名法，也許是因為這種酮的分子結構比較像螞蚱[7]，化學家們直接命名為螞蚱酮。有一種酮類分子結構極像企鵝[7，8]，被化學家Chris Scotton命名為企鵝酮（Penguinone）[9]。有一種烯烴分子結構比較像小狗，因此被化學家Tim Richard命名為“小狗烯”。類似的動物造型分子結構還有很多，例如海馬、青蛙、章魚、長頸鹿等[5-7]。除了動物以外，還有很多酷似樹枝[5，6，10 ]、花朵等植物的分子結構[ 11 ]，他們從分子的外觀形態(tài)入手進行聯想與想象，把抽象思維形態(tài)特點進行具象化、圖形化的描繪，直觀、生動、形象地展現出分子結構的特點與美，以便于人們學習理解與欣賞化學之美。

3.有關中國漢字及傳統(tǒng)文化分子結構的視覺圖形化表現。筆者曾在這方面做了實踐嘗試，使用單分子力譜儀研究過疏水締合型丙烯酰胺共聚物在二氧化硅表面的吸附行為，發(fā)現其中一種吸附形態(tài)非常像中國漢字的“幾”字[ 12 ]。復旦大學的JIANG Ming教授闡述了環(huán)糊精包合作用在超分子化學與大分子自組裝之間的作用，使用的摘要圖片體現了我國牛郎織女的形象（如圖2所示）。牛郎、織女之間的鵲橋，即是由具有包合作用的環(huán)糊精所組成的[ 13，14 ]。

RAO Xiaoping等[ 15，16 ]通過松樹分泌的松香合成了一種pH值響應的剛性表面活性劑，該表面活性劑可用于分散并沉淀單壁碳納米管，這個過程通過我國神話傳說中的哪吒形象展示出來（見圖3）。CHEN Guojian等[ 17 ]將多面體硅氧烷齊聚物和紫羅堿通過Zincke反應構筑了一種陽離子多孔構架材料，該材料可以作為捕集和轉化二氧化碳的高效催化材料。這個過程也可通過我國的八卦圖形象地展示出來。

4.工藝品及飾品分子結構的視覺圖形化表現。多巴胺是一種神經傳導物質，用來幫助細胞傳送脈沖的化學物質。這種腦內分泌物和人的情欲、感覺有關，它傳遞興奮及開心的信息[ 18 ]，已有很多以其分子結構為原型的飾品出現?？Х纫蚴且环N黃嘌呤生物堿化合物，是一種中樞神經興奮劑，能夠暫時的驅走睡意并恢復精力[ 19 ]，目前也有以其分子結構為原型的飾品，還有以DNA雙螺旋結構為原型的飾品，這些都是化學藝術美的體現。

5.化學分子結構或反應過程的可視化。中國科學技術大學先進技術研究院和清華大學出版社聯合制作的原創(chuàng)科學傳播項目《美麗化學》，其主旨是將化學的美麗和神奇?zhèn)鬟f給大眾。《美麗化學》包括了宏觀的化學反應和微觀的化學結構兩大塊?；瘜W結構這部分涉及分子和原子的結構，可以使用電腦的三維軟件和動畫技術模擬展示。

（二）化學反應器皿的藝術化重組

魏春雨受邀參加湖南千年時間藝術畫廊舉辦的“佳節(jié)藝術9人展”，所做作品為“城市意象”[ 20 ]（見圖4），從化學美的角度，以化學實驗玻璃器皿、蒸餾瓶、燒杯、燒瓶、漏斗等連接成組成，其間有規(guī)律也有偶然性結合，且有無限多的變化可能，以此隱喻我們的城市生活：既熟悉又陌生，既華麗又脆弱，既有約定俗成的規(guī)律性的一面，又有偶發(fā)性與非理性的一面，充滿限制與未知。

黃河瑤設計師設計的《器·趣》[ 21 ]（見圖5），一改化學實驗器皿給人冷峻、嚴謹和有距離感的印象。讓我們在關注微觀的化學結構和宏觀的化學反應之外，可以看到手中化學裝置的精美，通過對審美探索，挖掘“審美本我”，讓嚴謹的化學與“審美本我”和諧相處，實現“超我”。該設計給化學實驗容器賦予了生物形象，對器皿形態(tài)進行特征放大、變形與組合，設計出系列擺件產品，打破人們對化學實驗器皿的刻板印象，強化人們的感性認知，并帶來一種反差的趣味。

二、化學與藝術跨界融合培養(yǎng)大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)素質的實踐

（一）畢業(yè)設計類

2019年，重慶科技學院團隊成員指導2017級視覺傳達專業(yè)學生開展了題為“劇烈化學反應與視覺藝術跨界融合的多維呈現”的畢業(yè)設計工作。整理和總結在視覺藝術的影響下劇烈化學反應給予受眾獨特的審美效應和人性化體驗。將化學與視覺藝術之間、人與化學之間的交互活動，以及在感官互動中產生的多種可能性歸納與實踐，以此將理性而神秘的化學更加普適性的推廣與傳播，創(chuàng)造出全新的科普性視覺藝術作品。該作品獲得院級優(yōu)秀畢業(yè)設計的榮譽稱號，作品“三碘化氮羽毛引爆實驗·交互模擬裝置”，獲得第三屆“國青杯”全國高校藝術設計作品大賽學生組二等獎。

（二）創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃類

2019年，北京師范大學珠海分校校區(qū)團隊成員指導工程技術學院學生承擔題為“應用新材料的兒童防燙水壺——兒童吸入式水壺的改良設計”的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃類項目。該項目針對兒童較為焦躁的性格及咽喉保護性反射較差導致可能存在的燙傷問題，結合化學鎳鈦合金材料獨特的記憶效應，提出通過水溫控制鎳鈦合金發(fā)生變形，從而給使用者做出不同的反饋。該項目通過化學學科與藝術領域類的工業(yè)設計跨界融合，提出產品設計、模型制作、測試模型、生產產品、產品測試、品牌設計等，達到以技術優(yōu)勢占領高端市場的目標。該項目立項為國家級創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃類項目。

（三）創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學科競賽類

2017—2018年，重慶科技學院團隊成員分別指導兩支學生團隊報名參加“互聯網+”大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽及“創(chuàng)青春”全國大學生創(chuàng)業(yè)大賽，團隊涉及三個專業(yè)：化學、應用化學、視覺傳達裝潢設計，學生年級跨越2014—2016三個年級。參賽作品圍繞“化學分子結構視覺圖形化表現及商業(yè)化運作”為中心，將現有技術、資源與市場需求有機結合，提供獨特的藝術設計，制作創(chuàng)新工藝品，以生動的形式給受眾留下深刻的印象，吸引潛在消費者，豐富企業(yè)文化，樹立企業(yè)形象，更加專業(yè)化的體現企業(yè)的獨特性。在第三屆中國“互聯網+”大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽校內選拔賽中，團隊試圖與酒類企業(yè)合作，設計出視頻作品“酒的分子設計”，獲得校內優(yōu)秀獎。在第四屆中國“互聯網+”大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽校內選拔賽中，團隊在上一屆的基礎上擴充了公益性內容，完善了市場運作的方案，獲得了校內銅獎的佳績。

2019年，重慶科技學院團隊成員繼續(xù)指導更多的學生團隊參加各級創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學科競賽，并將跨界融合的思路推廣到北京師范大學珠海分校，催生了一些優(yōu)秀的作品。重慶科技學院團隊成員指導本科生團隊參加“挑戰(zhàn)杯”全國大學生課外學術科技作品競賽，作品提出一種將類似工業(yè)界機械“滑輪”的化學結構引入體膨顆粒網絡中充當交聯點的方案，凝膠受外力時，“滑輪”效應使外力均勻分散到整個網絡以賦予其更好的形變性能。該項作品獲得重慶市特等獎、國家三等獎。北京師范大學珠海分校團隊報出兩項作品，其中“‘享玩兒童環(huán)保模塊化玩具線上購買平臺和線下主題體驗活動平臺”提出將生物基可降解材料制成的玩具解決了玩具材料的不安全性，給兒童的成長營造了一個安全、健康的環(huán)境。與此同時，將玩具丟棄時由于材料的可降解性，實現了環(huán)境友好及綠色可持續(xù)發(fā)展這一理念，該作品獲得第五屆中國“互聯網+”大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽校賽主賽道三等獎。微信小游戲提出開發(fā)一款融合中國傳統(tǒng)文化，以“一帶一路”倡議及絲綢之路為背景的基于微信平臺的化學教育類小游戲——幫幫搗蛋龍，其目的在于讓兒童在玩樂的同時，了解和學習生活中常見的化學現象和知識，激發(fā)兒童對化學的好奇心，引導其學習化學的興趣。

三、結論與展望

化學與藝術跨界對大學生創(chuàng)新思維和創(chuàng)造能力的培養(yǎng)具有重要作用和深遠意義。在未來的社會發(fā)展中，對人才綜合性、跨學科、創(chuàng)新性的思考與人才培養(yǎng)目標的定位，將有助于推進中國設計文化特色化道路邁向國際設計新平臺，還可以開闊文化視野，并進行適于創(chuàng)新時代需求的綜合發(fā)展，這些都具有重要的現實意義?；瘜W分子有人形、動植物造型、中國傳統(tǒng)文化、飾品等多種藝術圖形化的表現形式。化學實驗器皿也可以經過藝術家的創(chuàng)新重組表達其新穎的思想。基于化學與藝術跨界融合的思路，指導學生進行畢業(yè)設計，承擔各級創(chuàng)新訓練計劃，參加各類創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽，取得了一定的成果，提升了大學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。

參考文獻

[1]Stephanie H.Chanteau， Troy R.， James M. Tour. Arts and Sciences Reunite in Nanoput： Communicating Synthesis and the Nanoscale to The Layperson[J].Journal of Chemical Education，2003，80（4）：395-400.

[2]Stephanie H. Chanteau， James M. Tour. Synthesis of Anthropomorphic Molecules： The Nanoputians[J]. Journal of Organic Chemistry，2003，68（23）：8750-8766.

[3]Nanoputian. From Wikipedia， The Free Encyclopedia[EB/OL].（2009-01-05）.https：//en.wikipedia.org/wiki/Nann.htm

[4]NanoKids-Mission[EB/OL].http：//cohesion.rice.edu/naturalsciences/nanokids/mission.cfm？doc_id=3039.htm.

[5]沈海軍.妙趣橫生的分子藝術[J].百科知識，2011（4）：24-25.

[6]沈海軍.妙趣橫生的分子藝術[EB/OL].（2009-11-24）.http：//blog.sciencenet.cn/blog-39356-273636.html.

[7]搜狐網.“趣味化學”一群有才的化學家，帶你輕松學化學[EB/OL].（2020-07-25）.https：//www.sohu.com/a/409613700

_99909582.

[8]搜狐網.企鵝酮[EB/OL].（2018-06-20）.https：//www.sohu.com/a/236771432_99909582.

[9]楊超.一道化學創(chuàng)新題[J].中學生數理化（高三版），2006（2）：71.

[10]盧宇源，石彤非，安立佳.樹枝形高分子特性黏數反常行為的理論研究[J].高分子學報，2011（9）：1060-1067.

[11]李真真.花朵狀聚吡咯的合成及其在鋰硫電池中的應用[D].湘潭：湘潭大學，2015.

[12]Zhang Peng，Huang Wenzhang，Jia Zhenfu， et al. Conformation and Adsorption Behavior of Associative Polymer for Enhanced Oil Recovery Using Single Molecule Force Spectroscopy[J]. Journal of Polymer Research， 2014，21（8）：523.

[13]Chen Guosong，Jiang Ming. ChemInform Abstract： Cyclodextrin-Based Inclusion Complexation Bridging Supramolecular Chemistry and Macromolecular Self-Assembly[J]. Chemical Society Reviews，2011，40（5）： 2254-2266.

[14]Guosong Chen，Cyclodextrin-based inclusion complexation bridging supramolecular chemistry and macromolecular self-

assembly[DB/OL].（2011-01-23）[2020-11-10].http：//pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2011/CS/c0cs00153h#！divAbstract.

[15]Zhai Zhaolan，Yan Xinyan，Xu Ji， et al. Reversible Dispersion and Precipitation of Single-Walled Carbon Nanotubes Using a pH-Responsive Rigid Surfactant[J]. Chemical Communications，2018，54（86）：12171-12173.

[16]Chemical Communications， Inside back cov-er[DB/OL].（2018-11-07）[2020-11-10].https：//pubs.rsc.org/en/content/ar

ticlelanding/2018/cc/c8cc90480d#！divAbstract.

[17]Chen Guojian，Huang Xiaohui，Zhang Yadong， et al. Constructing POSS and Viologen-Linked Porous Cationic Frameworks Induced by the Zincke Reaction for Efficient CO2 Capture and Conversion[J].Chemical Communications，2018（54）：12174-12177.

[18]多巴胺[EB/OL].百度百科.https：//baike.baidu.com/item/

%E5%A4%9A%E5%B7%B4%E8%83%BA/62597？fr=aladdin.

[19]咖啡因[EB/OL].百度百科.https：//baike.baidu.com/item/

%E5%92%96%E5%95%A1%E5%9B%A0/224340？fr=aladdin.

[20]魏春雨.裝置藝術：城市意象 湖南經視跨界藝術展[J].城市環(huán)境設計，2010（6）：198-199.

[21]意識夾.『畢業(yè)設計.4』2018年廣州美院生活工作室學生畢設作品（一）[EB/OL].（2018-06-14）.http：//m.sohu.com/a/235830711_616709.

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