在2024年一堂普通的化学实验课上，上海科技大学物质科学与技术学院的三名大一新生周奕铖、黄旭豪和汤奕翚正专注地进行着“连续流制备溶剂黄7”的实验。课程的授课老师严佳骏教授发现，即便严格按照文献步骤操作，学生的实验结果始终呈现出不稳定，重现性差的问题。
“为什么文献报道的实验结果我们做不出来？”这个简单而直接的问题，激发了三位同学的研究热情。在授课老师的鼓励下，他们决定将这个实际问题转化为研究课题，开启了一段从学习者到知识创造者的蜕变历程。
经过多轮尝试与实践验证，他们的相关成果在近期以“Improved Continuous Flow Synthesis of a Diazo Dye in Teaching Laboratory and its Digitalization”为题发表于化学教育领域国际期刊——美国化学会《化学教育杂志》（Journal of Chemical Education）。该成果不仅改进了流动化学教学实验方案，还修正了反应动力学机理并开发了数字孪生教学工具，展现了上科大学生在科教融合中的创新能力。
师生合照，左起：曹金丽老师、张云艳老师、黄旭豪、汤奕翚、严佳骏教授、赵亚楠老师
周奕铖，目前在美国加州大学伯克利分校参加3+1交流学习
从课堂疑问到科研突破
该研究源于2023-2024学年“流动化学（含实验）”课程的教学实践，严佳骏教授在教学过程中发现按照文献步骤操作，学生们却无法稳定重现实验结果。在后续的探究类化学实验课上，周奕铖、黄旭豪和汤奕翚对此开展了研究。
在严佳骏教授和化学实验教学中心张云艳等教师的指导下，三位同学通过反复试验和对比分析，终于揭开了问题的神秘面纱。他们发现，原文献中使用的氢氧化钠浓度过低是导致实验结果不稳定的关键因素。“我们通过系统性的条件筛选发现，只有在适当提高氢氧化钠浓度后，实验才能稳定重现。”周奕铖同学回忆道。
实验室科研，左起：黄旭豪、汤奕翚、严佳骏教授
这一发现不仅解决了教学实验中的具体问题，更体现了科学研究中批判性思维的重要性。研究团队随后建立了一套步骤清晰、结果稳定的新实验方案，成功解决了重现性难题。
连续流制备溶剂黄7的反应步骤示意图和教学实验装置
深入机理研究，修正经典认知
解决了实验重现性问题后，团队成员并未满足于此。在整理实验数据时，他们敏锐地发现了一个新的疑点：原文献中报道的一级反应动力学模型与实测数据存在显著差异。
“这促使我们进一步深入探究反应的本质机理。”黄旭豪同学表示。他们结合“普通化学II”课程所学的动力学知识，并查阅了1950年代《自然》期刊报道的经典反应机理，通过严谨的推导验证，最终证实该反应实际上属于三级动力学过程。
讨论实验问题，左起：严佳骏教授、黄旭豪、汤奕翚
这一发现不仅修正了原有文献中的认知偏差，更展现了本科生从事原创性研究的潜力。新推导的反应速率方程与实验数据高度吻合，为相关领域的研究提供了更准确的理论依据。
开发数字孪生体，推动教学普及
为了让更多学生能够受益于这项研究成果，团队运用建模仿真和人工智能技术，开发了相应的数字孪生体。这一创新工具不仅能够模拟实验过程，还能帮助学生深入理解反应机理和装置原理。
“即使在没有实体装置的条件下，同学们也能通过数字孪生体完成实验学习。”汤奕翚同学介绍道。这一创新为解决教学资源不平衡问题提供了新的思路，提高了教学的可及性。
数字孪生体主界面
课程创新培育科研素养
此项成果的取得得益于“流动化学（含实验）”课程的创新教学模式。该课程自2024年春季起由严佳骏教授主讲，采用原理讲解、基础教学实验和探索性创新实验相结合的方式，引导学生从课堂细节中发掘科研切入点。
值得一提的是，该研究成果已在第五届全国大学生化学实验创新设计大赛中获得二等奖。论文第一作者为周奕铖同学，通讯作者为严佳骏教授，其他作者包括黄旭豪、汤奕翚三位本科生以及化学实验教学中心的张云艳、赵亚楠、曹金丽老师。论文已在美国化学会网站以开放获取形式发表。
2024 年春季参与课程的学生李霄绘制的流动化学装置示意图
这三名本科生的科研故事，正是上科大“科教融合”理念的生动写照，学校通过理论与实践相结合的创新培养模式，为学生科研能力和创新思维的培养提供了有力支撑。
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论文地址：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jchemed.5c00637
竞赛报道：https://mp.weixin.qq.com/s/kz1LrWK-jYzNjB3V18YNlw
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