1 應用化學教育教具的創新設計

　　1 多媒體化學教學軟件的開發理念

　　隨著信息技術的快速發展，多媒體化學教學軟件已成為現代化學教育的重要工具。與傳統的教學模式相比，多媒體教學軟件具有直觀、生動且互動性強等優點，可以有效地激發學生的學習興趣，加深學生對化學知識的理解和掌握。在多媒體化學教學軟件的開發設計中，應遵循以下理念：1) 以學生為中心。充分考慮學生的認知特點和學習需求，設計出簡單易用、生動有趣的教學內容和界面;2) 注重知識的系統性和科學性。合理組織和呈現化學知識體系，避免碎片化和淺表化;3) 發揮多媒體技術的優勢。采用圖文音視頻等多種表現形式，創設逼真的化學場景和實驗環境，增強教學的沉浸感和交互性。

　　2 虛擬仿真實驗平臺的構建原則

　　化學實驗是應用化學教學中不可或缺的重要環節。通過計算機技術構建高度逼真的虛擬實驗環境，學生可以在線進行各種化學實驗操作，不僅節約了實驗資源，也規避了安全隱患。在構建虛擬仿真實驗平臺時，應遵循以下原則：1) 保證虛擬實驗環境的真實性和準確性。嚴格按照化學反應的基本原理和實驗操作規范設計實驗流程和參數;2) 注重實驗過程的可視化和交互性。采用三維動畫、力反饋等技術手段，讓學生身臨其境地感受實驗過程，提升操作體驗;3) 兼顧實驗教學內容的全面性和開放性。涵蓋基礎實驗、綜合實驗和設計性實驗，并預留二次開發接口，便于教師拓展實驗項目;4) 重視實驗數據的采集、分析和評價功能。通過傳感器和數據處理算法，對學生的實驗操作進行全程監測和即時反饋，客觀評估實驗效果。

　　3 化學知識可視化交互系統的設計思路

　　化學知識抽象復雜，涉及大量微觀層面的結構、性質和反應機理，學生往往難以形成直觀的認知?；瘜W知識可視化交互系統利用信息可視化和人機交互技術，將抽象的化學知識轉化為生動直觀的視覺形象，并支持學生與知識模型的實時互動，從而加深學生對化學本質的理解?；瘜W知識可視化交互系統的設計思路可概括為 “三化”，即形象化、動態化和交互化。1) 形象化是指采用圖形、圖像和動畫等表現手段，將化學結構、性質等抽象概念具象化，便于學生直觀理解;2) 動態化是指通過動畫模擬技術，動態展示分子結構、化學鍵和反應過程等微觀層面的變化過程，揭示化學反應的本質;3) 交互化是指利用觸控、體感等人機交互技術，讓學生通過手勢和語音等自然的方式與技術設備進行互動。

　　4 智能化學學習輔助工具的需求分析

　　智能技術的發展為個性化學習提供了新的可能。智能化學學習輔助工具利用人工智能、大數據分析等技術，可以根據學生的學習行為和認知特點，為其提供個性化的學習資源推薦、學習路徑規劃、學習效果評估等服務，從而實現因材施教，提高學習效率。在智能化學學習輔助工具的開發中，首要任務是進行充分的需求分析。要深入了解不同學生群體的學習需求和認知差異，明確個性化學習輔助的目標和側重點。在此基礎上，再結合應用化學學科的特點，設計出切實可行的個性化學習輔助策略和算法模型。比如，可以通過知識圖譜技術，構建起完整的化學知識網絡;通過機器學習算法，對學生的學習行為和認知水平進行建模;通過推薦算法，智能推送匹配學生特點的學習資源;通過自適應算法，動態調整學習任務的難度和進度;通過學習分析技術，多維度評估學生的學習效果，并提供針對性的改進建議。在技術選型上，可以采用流行的人工智能開發框架如 TensorFlow (一種開源的機器學習框架)、Pytorch (一種開源的深度學習框架) 進行算法模型的搭建，采用 Node.js (一種基于 JavaScript 的服務器端開發框架)、React (一種用于構建用戶界面的前端庫) 等前沿的開發技術進行學習平臺的搭建，同時注意與學校的教務管理系統進行數據對接，實現學情數據的實時采集和共享。在產品設計上，要遵循簡約、易用的交互理念，提供清晰明了的數據可視化圖表，方便學生和教師及時掌握學習進展。

　　2 應用化學實驗設備的創新研制

　　2. 1 微型化、便攜化化學實驗裝置的設計理念與優化方向

　　傳統的化學實驗裝置往往體積龐大、結構復雜，不僅占用大量實驗空間，而且不便于移動和保管，影響了實驗教學的靈活性。近年來，微型化、便攜化的化學實驗裝置日益受到關注。這類裝置以微型化、集成化為設計理念，將傳統實驗裝置的功能集成到微小的芯片或便攜式模塊中，大大減小了實驗裝置的尺寸和重量，提高了實驗的靈活性和可操作性。微型化實驗裝置的設計可借鑒微機電系統和微流控芯片的設計理念。利用微加工、微電子封裝等先進工藝，在硅、玻璃和高分子材料等襯底上構建微小化的實驗單元，例如微型反應器、微型色譜柱和微型質譜儀等。通過合理的三維布局設計，將不同的實驗單元集成在同一個芯片上，并通過微流體通道實現互聯，構成完整的微型化學分析系統。為了提高系統的集成度和穩定性，可采用先進的微納加工技術 (微米和納米尺度上對材料進行精確加工的技術)，如 3D 打印、納米壓印等，制備出結構更加復雜、性能更加穩定的微型化學器件。便攜式實驗裝置的設計要更加注重器件的小型化、輕量化和模塊化，便于實驗人員隨身攜帶和現場組裝。除了采用微型化器件外，還可以合理設計獨立的功能模塊，例如試劑盒、控制器、供電模塊及信號采集模塊等，通過標準化接口實現靈活組合，構建出功能多樣、便于攜帶的實驗裝置。在材料選擇上，可優先考慮輕量、耐用的新型高分子材料和金屬材料。

　　2 新材料在化學實驗器材創新中的應用探索

　　化學實驗器材如試管、燒杯和容量瓶等，是化學實驗教學中必不可少的硬件。傳統實驗器材多采用玻璃、陶瓷等材料制成，存在易碎、導熱差、化學穩定性不足等缺陷，已不能完全滿足現代化學實驗教學的需求。因此，亟需開發高性能、多功能的新型實驗器材，以滿足多樣化的實驗教學需求。新材料技術的進步為化學實驗器材的創新提供了新的可能。例如，特種工程塑料具有優異的力學性能、耐熱性和耐化學腐蝕性，可用于制備輕便、耐用、可多次使用的實驗器皿和管道;功能陶瓷材料具有高強度、高硬度、耐高溫等特點，可用于制備高性能的實驗裝置部件;納米復合材料通過在基體中引入納米尺度填料，可顯著改善材料的綜合性能，如提高耐磨性、導熱性等，在實驗裝置中有廣泛應用前景。在實驗器材中引入新材料，需要考慮材料的性能、安全性及加工工藝等多重因素。

　　3 應用化學教育創新的推廣應用

　　3. 1 創新教具和實驗設備在化學教學中的應用模式探討

　　創新教具和實驗設備是提升化學教學質量和效果的重要抓手。但如何將這些創新成果真正融入教學實踐，發揮其應有價值，還需要進一步探索教學應用模式。1) 做好與教學內容的深度融合。創新教具和設備的研發要以教學需求為導向，緊密結合課程教學計劃，做到 “教具 + 課件” 和 “實驗 + 課堂” 的無縫銜接。2) 創新教學組織形式。可打破課堂和實驗室的時空限制，靈活采用線上線下、虛擬現實相結合的混合式教學模式。充分利用智慧教室、移動終端等新型教學空間和工具，營造沉浸式、交互式的學習體驗。讓學生在 “玩中學”“做中學” 中掌握化學知識，提升學習興趣。3) 建立完善的教學支持與評價體系。組織教師開展教具和設備應用培訓，提升教學設計能力;建立教學應用案例庫，促進優秀教學經驗交流共享;制定科學合理的教學評價指標，建立多元化的評價反饋渠道，為教具和設備的迭代優化提供依據。

　　2 教育創新成果的示范推廣策略與路徑選擇

　　應用化學教育的創新成果要充分發揮輻射引領作用，推動行業整體教學水平的提升，需要制定科學的推廣策略，選擇行之有效的路徑。1) 打造區域示范引領高地。鼓勵和支持教育資源集中、創新實力雄厚的高校，在學校層面系統推進教育創新，將成熟的經驗做法在區域內推廣，發揮輻射帶動作用;2) 建立專業教學資源共享聯盟。聯合行業組織、教學名校等，集中優勢資源，建設在線開放課程、數字化教案庫、虛擬仿真實驗教學平臺等，促進優質資源共建共享;3) 積極參與教育教學改革試點。主動對接國家和地方教育改革發展戰略，積極申報教改項目，開展應用化學特色專業、卓越工程師培養計劃等試點，在探索中完善創新教育模式。最后，要注重宣傳報道和經驗總結提煉。充分利用官網、微信公眾號和學術期刊等平臺，多渠道、多形式呈現教育創新成果和應用亮點，擴大社會影響力。要及時總結提煉創新教育實踐的經驗做法，形成可推廣、可復制的教改范式和個案，為兄弟院校提供借鑒。

　　4 結 語

　　應用化學教育創新任重道遠，需要教育界與技術界的緊密合作，探索形成可持續發展的長效機制。信息技術與教育教學的深度融合，是破解化學等基礎學科教育創新瓶頸的關鍵突破口。要立足化學學科的特點和需求，發揮人工智能、大數據等新技術的賦能作用，加快推進教學模式和學習方式的變革。通過建設智慧實驗室、打造沉浸式教學環境、創新個性化學習模式，為學生提供寓教于樂的學習體驗，激發創新潛能。

王萍;侯林艷;張葉青,唐山勞動技師學院化工醫藥系;華北理工大學藥學院,202502