自修復(fù)材料是近年來發(fā)展迅速的一類新型功能材料,它能夠通過物理或化學(xué)作用自動修復(fù)損傷并恢復(fù)其功能，為主動預(yù)防材料的潛在危害并延長其使用壽命提供了一種新的智能方法。因其豐富的功能性與國民經(jīng)濟(jì)諸多領(lǐng)域密切相關(guān)，在軍事、航空航天等高科技領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，已成為國際上新一輪競爭的熱點(diǎn)，是國際學(xué)術(shù)界重視的新型學(xué)科領(lǐng)域。但是對這類先進(jìn)材料的關(guān)注大多聚焦在科研領(lǐng)域，在大學(xué)課堂或?qū)嶒?yàn)教學(xué)領(lǐng)域很少涉及。近來，我校化學(xué)與分子工程學(xué)院羅千福副教授團(tuán)隊(duì)結(jié)合本科教學(xué)的特點(diǎn)對其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，簡化了材料的合成方法，集成了測試手段，并借助虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺，從課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和虛擬仿真教學(xué)多維度引入這種來自于科研前沿的自修復(fù)功能材料的教學(xué)內(nèi)容，成功應(yīng)用于本科教學(xué)的創(chuàng)新實(shí)踐中，讓學(xué)生在較短的時間內(nèi)，高效、安全地學(xué)習(xí)探索這類前沿材料，更好地實(shí)現(xiàn)本科教學(xué)和科研的銜接，取得了良好成效。近日，相關(guān)成果發(fā)表在美國化學(xué)會旗下的化學(xué)教育期刊上（J. Chem. Edu. 2022, DOI: 10.1021/acs.jchemed.2c00463）。

圖1.基于硫辛酸的自修復(fù)多功能材料的制備和性能教學(xué)設(shè)計(jì)

該教學(xué)設(shè)計(jì)無需復(fù)雜的反應(yīng)條件和試劑，僅用硫辛酸天然小分子和少量廉價的市售試劑，便可方便快捷地制備出較大規(guī)模的多功能自修復(fù)材料，非常適用于本科生教學(xué)。該材料具有快速的自愈能力，以及可重復(fù)使用的粘結(jié)性和優(yōu)異的可拉伸性能。這種制備方便、功能多樣的特性吸引了學(xué)生對動態(tài)聚合、超分子氫鍵相互作用和自我修復(fù)等主題的興趣，從而進(jìn)一步激勵他們深入了解其機(jī)制和應(yīng)用。同時，學(xué)生們在化學(xué)課中學(xué)到的核磁、紅外等結(jié)構(gòu)表征的知識在該教學(xué)中得到了應(yīng)用和提高，對科研中使用的相關(guān)技術(shù)手段也有了學(xué)習(xí)實(shí)踐的機(jī)會。該項(xiàng)目為多功能自修復(fù)材料相關(guān)的教學(xué)提供了一個具有吸引力的平臺，在本科教學(xué)與科學(xué)研究之間架起橋梁，引科研活水提高教學(xué)質(zhì)量，彌補(bǔ)了現(xiàn)有教科書中教學(xué)內(nèi)容相對陳舊的缺點(diǎn)，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、啟迪科學(xué)思維、開闊學(xué)術(shù)視野，幫助學(xué)生綜合運(yùn)用并鞏固課本所學(xué)知識，由科學(xué)而達(dá)至修養(yǎng)，為學(xué)生未來的職業(yè)定位奠定了良好基礎(chǔ)。

圖2.虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺和自修復(fù)機(jī)理動畫展示

在引入到線下課堂和實(shí)驗(yàn)室教學(xué)的同時，羅千福副教授團(tuán)隊(duì)‍還進(jìn)一步利用現(xiàn)代的信息技術(shù)手段，將復(fù)雜的自修復(fù)機(jī)理和研究背景制作呈現(xiàn)為線上教學(xué)資源，建設(shè)完成了“多功能自修復(fù)超分子材料的制備和測試”虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺，并獲得了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的計(jì)算機(jī)軟件著作權(quán)。借助該平臺的虛擬仿真手段，團(tuán)隊(duì)成員將學(xué)生可自學(xué)的知識點(diǎn)、較難掌握的或需要較長時間反復(fù)熟練操作的內(nèi)容，制作成虛擬仿真資源，讓學(xué)生可以在線反復(fù)練習(xí)。在較短的時間內(nèi)，同學(xué)們可以高效地學(xué)習(xí)探索這類科學(xué)前沿知識。本虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺運(yùn)行3年來，已服務(wù)本?；瘜W(xué)相關(guān)專業(yè)學(xué)生千余人次，鍛煉了學(xué)生的能力，拓展了知識空間。通過本虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺的鍛煉和啟發(fā)，先后有多名學(xué)生在國家和省市級化學(xué)相關(guān)競賽中獲得了優(yōu)異成績。

羅千福副教授是我校首批全國高校黃大年式教師團(tuán)隊(duì)、“工科化學(xué)系列課程創(chuàng)新教育教師團(tuán)隊(duì)”‍的骨干成員，先后主持參加了多項(xiàng)教學(xué)改革項(xiàng)目并獲得化學(xué)教育教學(xué)成果獎，編、譯有多本教材和學(xué)術(shù)專著，在核心期刊上發(fā)表了10余篇教學(xué)教研論文和50余篇SCI科研論文。他一直致力于將前沿科研成果及時轉(zhuǎn)化應(yīng)用于本科教學(xué)實(shí)踐。該文章涉及的科研成果正是由我校費(fèi)林加諾貝爾獎科學(xué)家聯(lián)合研究中心‍田禾院士、曲大輝教授團(tuán)隊(duì)所開發(fā)的基于動態(tài)化學(xué)的二硫智能材料。該項(xiàng)目同時得到了田禾院士、朱為宏教授、曲大輝教授的悉心指導(dǎo)和大力支持，是我校費(fèi)林加諾貝爾獎科學(xué)家聯(lián)合研究中心科研反哺教學(xué)、科教融合引領(lǐng)一流本科教學(xué)的又一成果。