酰胺是一类非常重要的化合物,广泛存在于多肽和生物碱等生物活性分子中,在化工、染料以及药物研发等领域也具有重要的应用价值。因此,学习酰胺化合物的合成以及结构鉴定具有重要的意义。由于酰胺化合物的氮原子上的孤对电子能够离域到羰基(C=O)上,导致酰胺RCO—N上的C—N键表现出部分双键性质,C—N键不能自由旋转,使得酰胺化合物的核磁共振氢谱较复杂。本文总结了酰胺的核磁共振氢谱特征,探讨了酰胺异构化的一些影响因素。通过酰胺核磁共振氢谱的学习,培养学生对核磁共振谱图解析的能力,并加深对酰胺类化合物的理解和认识。
液体饱和蒸气压实验通过测定一定温度区间内液体的饱和蒸气压,利用克-克方程得到摩尔蒸发焓。由于摩尔蒸发焓是温度的函数,不同温度区间其测定值不同,导致相对误差较大。结合摩尔蒸发焓的计算筛选温度区间以减小实验误差的方法未见应用于实验教学。本实验选择纯水代替有机试剂作为研究对象,根据基尔霍夫定律的方法计算不同温度区间水的平均摩尔蒸发焓,以此作参照确定最佳温度测量区间。进一步引入拉乌尔定律,将纯液体饱和蒸气压的测定扩展应用于电解质与非电解质溶液,可关联更多理论教学内容。实验结果表明,40–60 ℃范围内测定纯水的饱和蒸气压误差较小,利用实验结果得到的摩尔蒸发焓与计算值相吻合,误差仅为0.465%。将该方法拓展至蔗糖和NaCl溶液饱和蒸气压的测定,可以进一步验证拉乌尔定律以及非理想稀溶液引入活度因子的必要性。此外,利用虚拟仿真技术演示静态法中气体分子的流向和系统压力的变化,增加可视化效果,使实验原理清晰易懂。
燃烧热测定是一个经典的物理化学实验。本案例将燃烧热测定与农林废弃物燃烧发电对接,对实验内容进行了适当调整,让学生了解燃烧热测定对保障发电厂安全运行的重要意义,以及农林废弃物燃烧发电对服务“三农”、乡村振兴和“双碳”战略的重要意义,提高了学生学以致用的能力,激发了学生的学习兴趣,引导学生关心国家能源安全、环境保护、可持续发展和人民的生命健康,对提升学生的能力和素质发挥了良好作用。
Beckmann反应是含有羰基的醛、酮与羟胺反应生成有机肟,在催化剂作用下发生重排,在有机合成中具有重要意义。针对实验教学中有机肟Beckmann重排反应的实验原理直观性不足、反应机理佐证性欠缺等问题,通过二苯甲酮与盐酸羟胺反应生成二苯甲酮肟,多聚磷酸催化分子重排反应生成苯甲酰基苯胺为案例,交叉运用无机化学、分析化学、仪器分析的知识和实验技能,测定阶段产物和终产物的熔点、红外光谱、核磁共振谱并表征其结构,将宏观理化性质与微观结构相结合,解析和验证反应机理,达到Beckmann重排反应实验原理直观、反应机理佐证完善的结果,实验的综合设计与交叉创新提升了Beckmann重排实验的教学效果,并激发学生的创新意识。本文既可为肟类Beckmann重排反应的综合性、设计性实验提供借鉴,也可为教材及实验的改进提供有价值的参考。
以水杨酸和乙酸酐为原料,硅胶为催化剂,利用微波技术优化改进“乙酰水杨酸的制备和分析表征”大学有机化学教学实验,通过实验探究,分析了微波功率、反应时间、原料配比等因素对最终产率的影响,得到了最佳实验条件:硅胶目数为100-200目,用量为0.25 g,反应时间60 s,反应温度70℃,微波功率500 W,乙酸酐与水杨酸的物质的量之比为2:1,平均产率约为68.0%。与常规加热情况下乙酰水杨酸的制备相比,微波辅助合成法具有操作简便、反应时间短、产品的产率高、杂质少、对环境友好等优势。将该微波实验引入大学本科生有机化学实验教学,能开阔学生视野、丰富实验教学内容,进一步提高教学水平。
本文针对原电池电动势测定实验中被忽略的液接电势,设计了一套测定原电池总电动势的实验装置,将其纳入实验内容,并引入液接电势、可逆电池电动势与原电池总电动势的关系的探究。改进装置简单、成本低,所测液接电势具有较好的稳定性、重现性。改进后的实验更完整、真实地体现了原电池总电动势的组成,而并非仅局限于可逆电池电动势的测定,有助于学生建立完整、正确的原电池认知和电化学知识体系。此外,测出的浓差液接电势可应用于离子迁移数的计算,将电动势法测离子迁移数融入教学,实现课程融合,提升学生对知识的综合运用能力。
环辛四烯为八个sp2碳原子构成的环状轮烯,对其结构和性能的理解涉及一系列化学基本理论和基本概念的应用。本文通过本科生创新实验指导学生用计算化学方法研究了环辛四烯的电子结构、几何构型、芳香性、异构化反应等内容,以期引导学生达成如下学习目标:1) 充分认识结构决定性能、性能反映结构的科学思想;2) 了解Hückel分子轨道法(HMO)处理4n型π电子体系的局限性;3) 区分芳香性、反芳香性和非芳香性等基本概念,理解判定共轭π电子体系基态(单重态)芳香性的Hückel规则以及激发态(三重态)芳香性的Baird规则;4) 明确计算化学方法是理解物质结构和性能的重要手段。
随着化学学科的发展,人们能够制备出的化合物种类越来越多,对物质的研究也遍及不同的尺度:从宏观到微观以及二者之间的介观——通常在纳米量级。在纳米尺度上,很多材料的性质表现出与尺寸之间的关联效应,量子点就是其中最典型的代表。量子点指尺寸与其激子波尔半径相近时表现出尺寸依赖的量子效应的一类半导体,在保持组成不变的前提下,通过尺寸调控就可以改变其带隙以及相应的吸收和发射光谱。这一特性为半导体纳米材料的研究与应用带来了新的机遇。2023年诺贝尔化学奖授予量子点的工作,赞扬其点亮纳米科学。本文主要围绕三位获奖科学家的工作,从量子点的发现和合成的研究历程出发,对相关的科学发展和事件做简要的总结和评述。
手性的研究在化学特别在有机化学领域具有非常重要的理论意义和应用前景,随着科学技术的发展及人们认识的提高,新概念新技术层出不穷。固有手性是无垂直对称面的曲面引起的手性,它不同于一般的中心手性、轴手性、面手性、螺旋手性,具有特殊的立体化学和广泛的应用前景。本文综述了天然固有手性化合物,合成的固有手性杯芳烃、柱芳烃、环三藜芦烃、三苯三戊并烯、马鞍状八元环、素馨烯、笼状化合物等的结构特点、合成及拆分,并展望了该领域的未来发展方向和新机遇。
ShelXle是一款用于小分子晶体结构精修的专业性可视化软件,在高校群体中拥有相当数量的用户,但目前国内外有关该软件使用研究的文献报道非常少,导致众多师生在精修过程中碰到问题时不知道如何进行应对。本文详细介绍了ShelXle的开发背景、基本功能、特色功能及操作方法,结合若干案例,通过与其他软件对比,分析了ShelXle在小分子晶体结构精修中所具备的技术优势,并就如何利用ShelXle提升精修效果提出了一些参考性建议。
铜(Ⅱ)氨配离子是分析化学教学中配位平衡及配合物的分布特征部分较为经典的配离子之一。现行教材大多只给出了部分铜氨配离子的稳定常数,也并未解释铜氨配离子配位数与稳定性之间的关系。本文使用密度泛函理论,首先通过结构优化给出了铜氨配离子稳定性与配位数和结构的关系,而后进一步通过分析分子内部结构给出了一种回归结构本质的定性解释,既有助于改进教学效果,同时将理论计算应用于分析化学教学过程中,也可增加学生对理论计算的兴趣。
在创新教育背景下,以硝酸根电催化还原制氨为反应案例,将科研成果融入到实验教学中。基于学生已掌握的实验技能和基础电化学知识,利用电化学测量技术、核磁共振波谱法、紫外分光光度法等探究催化剂电催化硝酸根还原制氨的性能。通过具体的实验操作,让学生进一步认识电催化的基本原理,掌握基础的电化学测量技术,激发学生对电化学合成的兴趣。本教学实验内容丰富,涉及多学科知识,满足多学科交叉融合发展需求,有利于学生创新发散思维的培养,符合新时代学科教育要求。
新型冠状病毒感染、艾滋病、流行性感冒等疾病严重影响人类的生命健康,新型有效的抗病毒药物不断面世。本文介绍了最新上市的抗新型冠状病毒、抗艾滋病毒和抗流感病毒小分子药物的研究进展,对药物的发现过程、作用机制、合成和构效关系进行了阐述,为抗病毒药物研究和开发提供一定的参考。
将Materials Studio软件使用引入计算化学和计算材料学等课程教学,采取“计算理论方法讲解+ 计算软件实践操作科研案例”模式进行高效课程教学,实现科研反哺高质量教学。让学生在软件实践操作中运用、巩固理论知识概念,实现理论方法水平和软件操作技能的双重提升。同时使课程教学内容变得形象具体,激发学生对计算化学和计算材料学课程的学习兴趣,培养学生的科研思维和探索能力,实现教学支撑高水平科研。
“火焰原子吸收光谱”是本科生仪器分析实验教学中的重要实验之一。原子吸收光谱用于实际样品中某一特定元素的定量测定,具有测定准确度高、精密度高和选择性好等优点。葡萄糖酸锌口服液是生活中常见的口服补锌类非处方药,通过本科生自主实验,建立火焰原子吸收实验方法,测定葡萄糖酸锌口服液中锌含量,方法简便、易于操作。通过该自主实验,培养学生利用课堂所学理论知识解决实际问题的能力,实现“学以致用,用以促学”的育人目标。
酰胺作为具有独特物理化学性质和生物活性的含氮化合物,其在医药、材料等领域已展现出了广泛的应用前景。与传统酰胺相比,扭曲型酰胺由于其分子内的p–π共轭被不同程度地破坏,致使酰胺平面结构发生不同程度的扭曲,进而呈现出独特的反应活性。扭曲角τ和角锥化参数χN是衡量扭曲型酰胺扭曲程度的两个重要指标,τ描述了N—C(O)键的扭曲程度,χN则描述了氮原子的角锥化程度。τ = 40°,χN = 40°更是其在反应性上区别平面酰胺的关键阈值。本文着重介绍了当τ > 40°,χN > 40°时环状扭曲型酰胺和无环扭曲型酰胺的特殊结构与反应性能。
现行教材中以氨水做显色剂,比色法测定碘酸铜溶度积常数,有一定的环境污染。本实验以甘氨酸替代氨水作为显色剂,通过紫外-可见吸收光谱考察甘氨酸与铜离子反应的时间以及甘氨酸的最佳用量,从而获得配制甘氨酸合铜(Ⅱ)溶液的最佳条件,进而测定该条件下配制的各溶液的吸光度,最终获得碘酸铜饱和溶液中铜离子的浓度并计算得到与文献值接近的溶度积常数。该实验可避免实验过程中挥发性腐蚀性气体的释放,且溶液可浓缩回收甘氨酸合铜(Ⅱ), 避免了环境污染,是一种绿色实验方法,在人数众多的基础实验教学中具有适用性。
介绍了X射线粉末衍射法解析晶体结构的三种常用方法:直接法、模拟退火法和电荷翻转法的基本原理和处理方法。直接法是典型的倒易空间法,利用倒易空间的衍射强度建立初始结构;模拟退火法则在实空间产生随机模型并进行全局优化获得初始模型;电荷翻转法为双空间迭代法,分别在倒空间和实空间进行微扰并在二者间进行傅里叶循环得到结构模型。文中以三个实例Ba3BPO7,MgSO4·2.5H2O以及MgSO4∙2H2O的结构解析分别进行简要说明。
本实验设计了一种利用可再生能源提供的电能驱动的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)塑料电催化升级再造策略,将废弃PET塑料成功转化为对苯二甲酸、二甲酸钾等高附加值化学品,同时联产氢气(H2)。具体实验过程包括:首先通过水热法将PET塑料进行降解得到对苯二甲酸和乙二醇单体,随后利用自制的水滑石(LDH)催化剂将乙二醇选择性电催化氧化为甲酸盐同时阴极联产H2,最后将反应液经酸化、减压过滤、旋蒸、真空干燥等分离提纯步骤得到二甲酸钾和对苯二甲酸产品。本实验是将科研成果引入教学的典型案例,不仅为废弃PET塑料资源的绿色升级再造提供了新思路,而且有利于培养学生的科学思维能力,激发科学研究的兴趣。
“香豆素-3-羧酸的制备”是基础有机化学实验中一个经典的任务型教学实验。在实验过程中,我们发现香豆素-3-羧酸的合成步骤繁琐,时间较长,试剂环保性不足。为了提升该实验的有效时长,加强实验过程的绿色环保性,提升实验的拓展性与探究性,我们对该制备反应进行了改进。改进后的实验用水作为溶剂,在回流条件下,以甘氨酸作为催化剂,从丙二酸环(亚)异丙酯与水杨醛出发,实现香豆素-3-羧酸的串联合成。此外,在化合物制备基础上,引入熔点测定、红外以及核磁表征环节,整个实验时长约为4小时,适合有机化学实验本科教学。本次改进实验,以绿色合成为基础,辅以表征环节,有效增加了拓展性。并在此过程中探索线上线下混合式教学模式,增加探究性,进而有效提升学生的科学素养。
立体化学纯的肟被广泛应用于有机合成、药物、食品添加剂等领域。传统方法合成肟的立体选择性取决于底物取代基的空间位阻,其立体选择性合成一直是有机合成领域的难点与挑战。本文简要介绍了立体选择性合成肟的新方法和技术的研究进展。本文的内容来源于基础有机化学,将此内容融入到教学中可以拓展学生的视野,也有助于激发学生发现和解决难题的兴趣。
烷烃的构象及其稳定性是基础有机化学中重要的知识点,其中乙烷的交叉式与重叠式构象是其中最基础的部分。现行的国内外本科基础有机化学教材中关于乙烷的交叉式构象比重叠式构象稳定的原因给出了不同的解释,比较混乱,不易于本科教学。本文调研了文献,梳理出乙烷交叉式构象稳定性来源的不同论点和论据,并指出先前文献分析与计算方法的不足。通过文献调研,我们认为超共轭效应和空间位阻效应两种因素都需要写入教材中。
设计了一个以单晶-单晶(SCSC)转变这种新的固相无机合成方法为核心的8学时综合化学实验。首先采用直接加成法分别合成了粉末形态与大单晶形态的绿色配合物(H3O)[K(15C5)2][CuCl4] (1),其在温度诱导下转变为红色配合物[K(15C5)2][CuCl3] (2),这是由于在固相中[K(15C5)2]+的空间位阻效应限制了[CuCl3]−的二聚。并且配合物2在盐酸蒸气诱导下经过SCSC转变恢复为配合物1。配合物1和2之间的SCSC转变也可以通过文字或图画颜色可逆变化的形式在滤纸上呈现,反应迅速,实验现象直观明显,有助于激发学习兴趣。进而,学生可以根据学过的本科无机化学中涉及的晶体场理论内容判断出两种配合物颜色的差异是因为铜(Ⅱ)的配位数不同而导致,有效地促进其将理论知识应用于实践中。通过单晶X射线衍射、粉末X射线衍射、紫外-可见光谱和傅里叶红外变换光谱等对产品进行表征,结果表明,配合物1和2晶型不同而且单晶转化完全,该过程锻炼了学生对剑桥晶体结构数据库的使用,有助于提升学生的数据分析能力和规范安全操作大型仪器的科学素养。本实验学时安排紧凑,可进行模块化教学,试剂成本低廉,适合在化学及相关专业的本科实验教学中推广。
近年来交叉脱氢偶联(CDC)反应在有机合成化学领域受到广泛关注,该策略在构建碳-碳键的反应中避免了底物的预官能团化,具有很高的原子经济性,符合绿色化学的发展要求。通过不对称CDC反应可以实现立体选择性构建碳-碳键,是目前有机合成中的热点研究领域。本文综述了不对称CDC反应研究进展,并对该领域未来的发展方向进行了展望。
针对无机化学课程中最基础的酚酞变色反应,设计了一个面向化学专业大三年级本科生结构化学课程的计算化学实验。应用高斯程序研究酚酞变色反应历程,通过变色前后紫外-可见吸收光谱变化的宏观现象,引导学生从多个微观角度理解酚酞变色反应机理,进行分组知识拓展训练,形成“课堂-微课题-翻转课堂”的科创培育模式。
为了促进科教融合,将“MXene合成、油墨配制及柔性微型超电容丝网印刷制备”前沿研究转化为高年级本科生综合化学实验。该实验涉及新材料、新器件及新工艺,将化学、材料、电子及能源学科交叉融合,内蕴思政元素,可以培养学生实践能力、探索精神和创新意识,增强其科技报国之心,最终助力培养化学与材料领域德才兼备的尖端人才。
伏安法是仪器分析课程的重要章节和教学难点,其现有实验教学方案在理论融合和应用拓展等方面存在不足。本文通过引入较为前沿的激光雕刻石墨烯电极体系,丰富内容如扩散电流理论和电催化现象模拟,延伸应用如奶粉香兰素检测,帮助学生深入理解方法的基本原理、研究动向和应用价值。实验综合成本低、电极可批量制备,适合教学开展。
新形态出版的大连理工大学《有机化学实验(第六版)》融合了纸质版教材和网上数字资源,整合了第五版书附教学光盘、网站资源及新建数字资源,优化为新版数字资源作为纸质版教材的支撑和拓展。第六版教材参考了国内外实验教学论文,编著了反应机理证明、可视化制备、黄鸣龙还原及烯烃交互置换专题下14个基本性实验;编著了天然肉桂醛提取及羟醛缩合、脯氨酸催化不对称合成和LED光催化发光体制备等3个综合性实验;编著了费舍尔酯化法合成工业香料羧酸酯的设计性实验与优化微波辅助威廉森法制备4-硝基苯乙醚反应条件的研究性实验。第六版教材搭建了个性化学习平台,有助于提升学生实验能力,培养学生严谨创新的学风。
分析了当前高校实验室安全教育课程思政存在的问题,阐述了“课程思政”在实验室安全教育中的育人意义,结合实验室安全教育课程的基本特征,总结了课程围绕教学目标、教学内容、教学方法、教学评价、师资队伍五个层面进行的课程思政教学设计与探索。构建的课程思政教学体系在培养学生化学实验安全知识和技能的同时,提升了学生的安全意识、家国情怀、品德修为、科学精神,助力于培养德才兼备的新时代高素质化学人才。
将苯甲酸合成与苯甲酸乙酯制备两个经典实验改造为综合实验,并以改进合成过程实现绿色、高效转化为案例,引导学生通过查阅文献,综合分析合成过程,指出原合成方法存在的问题和不足,提出改进的建议,在此过程中,引导学生将法律法规、实验规范、学科伦理、绿色理念、环保和可持续发展理念等融入实验的设计和实施全过程,使学生在受到基本操作训练的同时得到素质的全面提升。
生存在古丝绸之路上河西走廊的朱雀家族成立了蓝箭基地,一直在探索环保、经济和安全的助推剂。小朱雀来参观,了解了多种液体推进剂,有推力巨大但容易积碳的液氧煤油、环保但耗能的液氧液氢、稳定但有毒性的偏二甲肼和四氧化二氮,最后他们了解到由蓝箭基地发射的朱雀二号运载火箭是全球首枚以液氧甲烷为推进剂的火箭。甲烷有丰富的储量、温和的储存条件和运输安全性、燃烧充分而且产物无污染,在未来有更广阔的用途。
堆积-填充模型是一种学习和理解晶体结构的方法和视角。用字母等符号组合表示堆积-填充模型中原子、空隙分布情况的方式称为堆积-填充模型的符号表示。系统地阐述了晶体结构中堆积-填充模型的符号表示,详细地介绍了符号表示的多种应用方法,加深对晶体结构的认识和理解。
聚苯胺作为最受关注的导电高分子材料之一,在诸多领域均有广泛应用。聚苯胺的化学合成实验是材料化学及相关专业实验教学中的代表性实验,然而,该实验存在诸多不足,如产物性质对溶剂的选择、掺杂剂类型、反应时间、温度等条件高度敏感,表征手段单一,产率不稳定且重现性差等。本实验是对“聚苯胺化学合成”实验的改进,将原实验中化学合成法更改为电化学合成法,同时结合了仪器分析实验“循环伏安分析法”和开放性实验“防腐涂料的制备”等相关课程实验,巧妙地将其从一个验证性制备实验改进为一个集制备条件自主选择及防腐性质测试为一体的创新设计实验,使学生连贯地学习聚苯胺的合成、掺杂及相关的电化学知识,对导电高分子的广泛应用有更清晰的认识。本改进实验内容丰富,更贴合现代化学及材料学科发展,有助于学生将多门课程中的理论知识融会贯通,提升综合技能。
少数肾病患者使用核磁共振钆造影剂导致肾源性系统性纤维化(NSF)。本文在介绍钆造影剂的基础上,阐述了NSF在生物体内的转化与沉积的机理,揭示了肾源性系统纤维化沉积物的磷酸钆生物微粒形成的化学本质。这有助于进一步了解肾源性系统纤维化的发生、发展和形成机制。并提出在钆造影剂体系中引入具有生物兼容性的第二螯合剂的新思路,以提高造影剂使用的安全性。
针对药物化学课程教学存在的问题,提出高阶能力导向进阶式研究性学习模式的教学创新。采用P-MASE研究性学习模型与进阶式教学活动设计相结合,创建以高阶能力为导向的“案例趣研+创研活动+项目挑战”进阶式教学活动,搭建教学场景,融入教学内容。学生在教师指导下通过P-MASE (即引入问题Problem-寻找方法Method-科学分析Analysis-有效解决Solution-效果评价Evaluation五个环节)推进药物化学研究性学习,完成理论构建,同时促进提升学生科研能力和创新思维。通过分析药物化学课程达成度证实,该模式能够有效提高课程高阶性、创新性和挑战度。
将胶州湾跨海大桥材料的腐蚀防护研究作为实际应用案例引入物理化学实验教学。通过结合工程实际改进实验,增加了相关材料在不同腐蚀介质中的腐蚀行为研究等内容,对相关材料及几类防护措施的防护效果进行了比较研究。实验将原物理化学实验中涉及的线性扫描伏安(极化曲线测量)和电化学阻抗方法进行了组合,对Q235和Q275两种合金钢、锌合金和镁合金两种牺牲阳极材料、无涂层和有环氧涂层的钢铁在模拟海水和真实海水两种电解质溶液环境中的腐蚀性能和防护效果进行了研究。改进后的实验可以增强学生学以致用的意识,增强他们对工程问题的综合性和复杂性的认识,还可以培养团队意识和合作能力,通过培养腐蚀防护意识和绿色环保意识强化学生的学科素养和社会责任感。
低维钙钛矿太阳能电池(Low-Dimensional Perovskite Solar Cells,LD PSCs)是一种稳定性好、疏水性强的新型钙钛矿光伏器件,在新能源领域受到了广泛的关注。本实验以领域内的前沿进展为出发点,提供丁胺(Butylammonium,BA)离子、半胱氨酸(2-氨基-3-巯基丙酸,Cysteine,Cys)离子作为有机间隔阳离子,合成了低维钙钛矿晶体并制备出以(BA)2(MA)n−1PbnI3n+1或(Cys)2(MA)n−1PbnI3n+1为活性层的钙钛矿太阳能电池,并通过X射线衍射检测、紫外-可见吸收检测等手段对产品进行表征,之后测定了钙钛矿器件的能量转换效率。本实验难度适中,涉及光伏器件的制备与表征,旨在激励本科生对前沿光电研究产生兴趣、培养其科研能力。
大学物理化学教学中,Arrhenius公式阐述了反应的速率常数与温度及活化能的关系,但是,单纯从公式的表达式进行讲解,难免枯燥乏味,不利于学生理解和掌握。本文以硝酸异丙酯与Cl原子、OH和NO3自由基反应为例,基于反应的势能面,用过渡态理论计算不同温度下反应的速率常数,直观形象地分析了在不同反应能垒时,反应速率常数随温度的变化情况,以期帮助学生从本质上理解Arrhenius公式,拓宽他们的知识面,培养其科学探究的意识和能力。
实验室常见仪器设备及玻璃装置的安全使用是实验室必备的知识和技能。本案例将专业知识与思政元素有机融合,将实验室常见仪器设备及玻璃装置进行安全实验与实验室安全事故及实际生活相联系,围绕学生核心素养为导向的多融合教学设计与实施,进一步强化了学生的安全与环保意识,激发了学生的学习兴趣,并对MOOC中相应知识进行了延伸、拓展和补充,培养了学生的知识迁移能力,让学生充分认识到实验室仪器设备及玻璃装置安全使用对保障实验安全以及国家安全稳定的重要意义。增强了学生的社会责任感,对提升学生的能力和素质发挥了良好作用。
有些消旋体结晶过程中的自发拆分会导致对映异构体单晶呈现不同的外观状态。本文总结并列举了根据外观辨识单一手性晶体的四种方式,包括:半面体面、宏观形态、偏光颜色和表面形貌。这些“以貌取人”的方法为探究手性化合物的结晶行为提供了重要的工具和见解。
以大学化学实验中“电聚合制备导电高分子”为基础,融入分子印迹聚合物与食品安全元素,成功将简单的任务式制备实验,改进为集分子印迹导电聚合物制备、性能表征及饮料中兴奋剂的高选择性检测应用为一体的综合性实验。改进后实验内容丰富有趣,贴近现实,引入前沿分析技术,有助于学生综合技能的提升和科学思维的培养。
高校化学实验室事故种类繁多,已引起了社会的广泛关注,对学生的安全教育刻不容缓。利用三维可视化、网络通信、多媒体、人机交互等技术,构建了化学实验室安全教育虚拟仿真教学系统。该系统把化学实验室(无机化学实验室、有机化学实验室、分析化学实验室、物理化学实验室)涉及到的“典型事故案例”“隐患排查”“事故急救与逃生”等内容制作成可交互的虚拟仿真实验,为学生提供了高度仿真的虚拟实验环境,使学生“身临其境”学习如何解决火灾、药品灼伤、气瓶泄漏、触电等安全事故。这种虚实结合的教学方式,增强了学生的学习兴趣,避免了演练实操的不安全和高成本问题,提高了学生的安全技能和解决问题的能力,达到了安全教育的目的,推进了三全育人的教育方针。
简要介绍了北京大学结构化学的混合式教学以及“晶体的点阵结构和晶体的性质”这部分内容的小班讨论课情况。
化学键是整个化学领域的核心概念之一,但必须清楚的是,化学键是人为抽象出来的概念,而不是物理现实。为正确描述化学键,历史上各种化学键模型或者理论被提出,其中基于经验规则的电子对成键模型和杂化轨道理论目前最广为接受。然而,经验规则毕竟有其适用范围,譬如对于超价分子的解释就存在不合理之处。我们建议在教学中以超价分子为例,对低年级学生明确指出经验规则在化学成键描述中的不足,高年级时运用分子轨道理论或现代价键理论开展成键分析的专题讨论。期望学生在掌握化学键概念的同时,对分子成键行为的见解持开放态度,培养其科学求知的精神。
以日常生活现象(洗衣时的白色絮凝物)为切入点,通过问题导向,引导学生自主设计实验。将表面张力的测量融入探究生活现象背后化学原理的过程中,综合运用多种技术手段,建立“发现问题-探索实践-回归课本”的探索型实验模式,从而巩固学生对胶体与界面化学知识点的理解。改进后的实验内容更丰富,挑战度更高,综合性更强,趣味性更浓,有利于培养学生分析和解决问题的能力,能更好地培养学生的探究性思维。此外,本实验安全性较高,易于操作,对设备无特殊要求,非常适合本科教学实验。
创新药物研发是医药产业发展的核心驱动力。培养一大批具有扎实药物研发知识背景的药学本科生投身药物研发具有重要的意义。目前,大部分院校的本科生培养模式存在基础课程和药学专业课程的割裂,这种割裂使学生在大学早期无法将基础化学知识与创新药物研发联系在一起,失去了让学生尽早构建药物研发知识体系的机会,更减少了教学的趣味性和科研启蒙意义。本文以无机化学的配位化学教学为例,尝试将结构可视化和创新药物案例融入教学过程,提升教学内容的专业性、创新性和高阶性,以适应高素质药学人才培养的需求,激发大学生从事新药研发的热情,打破基础课程与专业课程之间的壁垒。该教学方法可以扩展和应用到有机化学、药物化学等其他课程的教学中。
酸碱滴定曲线和滴定终点误差是分析化学课程中酸碱滴定章节的重要教学内容。针对此内容提出了“强模型化、融信息化、增可视化和去公式化”的总教学策略,形成了以电荷平衡关系式、稀释定律和形态分布系数等为底层逻辑的“三步模型法”滴定方程推演过程;采用GeoGebra软件为信息化手段,实现了滴定方程的可视化和数字解。
介绍一个涵盖高分子化学、物理化学与仪器分析等领域的实验新设计与教学实践。通过水相自由基沉淀聚合法合成一种温敏性微凝胶,并使用紫外-可见分光光度计和动态光散射仪对其温度响应特性进行表征,进而将其用作载体材料以设计构建智能型药物控释系统,利用微凝胶低温溶胀、高温收缩的特性,实现药物的装载、释放。提出结合色彩理论与化学知识来理解药物释放过程,以在可见光区存在明显吸收的药物作为模型药物,将“没有明显实验现象”的药物释放过程“可视化”,以更加直观的方式观测药物释放过程,并在此“可视化”感性认识的基础上,理性分析药物释放过程的分子扩散机理。本实验取材于广受关注且已有较多验证的研究前沿成果,绿色环保,并且可拓展至其他响应性高分子及药物,具有普适性。本实验主要目标是在锻炼学生基本操作能力的同时,培养他们发现问题、解决问题的研究技能,提升学生创新能力。
壳聚糖是甲壳素脱乙酰化后的产物,由于它具有良好的生物相容性和抗菌能力,被广泛用于抗菌消毒、药物递送等生物医用领域。本科普实验基于废物利用的可持续发展理念,选用生活中常见的厨余垃圾虾壳为原料,完成了对虾壳中甲壳素的提取与壳聚糖的制备。并通过一系列表征手段对文章中的观点加以佐证,同时根据本实验制备的壳聚糖衍生出一种壳聚糖抗菌消毒凝胶。我们采用梯度科普方案,让幼儿园小朋友及小学生、广大青少年、大学生与社会公众感受到化学的魅力所在,激发他们学习化学知识的兴趣,并在最后呼吁大家一起摒弃成见,重新审视化学,以更加深远的眼光领略化学之妙。
中国科学技术大学化学国家级实验教学中心所开设的“仪器分析实验”为安徽省课程思政示范课程,在实验项目“气质联用法测定饮料中塑化剂含量”的教学过程中,课程组针对课程的特点和教学过程,对该项目进行思政示范教学案例设计。思政案例库的建设,有助于教师充分挖掘专业课程中的德育元素,激发学生的学习兴趣,培养学生的自主创新意识,取得了良好的教学效果。
“海藻酸盐微胶囊的制备、药物包封及缓控释分析实验”是Ⅱ型分析化学实验中非常典型的一个研究型实验,它涵盖了微胶囊形成原理探究、实验条件设计、微胶囊性能表征等科研基本能力的训练。将海藻酸钠与亚甲基蓝混合溶液分别滴加至3% CaCl2溶液和1%壳聚糖溶液中,从而制备出两种不同性能的微胶囊。通过分光光度法测得不同时间溶液的浓度,从而得到缓释曲线,并对两种胶囊的缓释性进行对比分析。后续探究实验采用一步法和两步法制备微胶囊,将两种体系的优点结合起来,得到缓释性和稳定性均较好的微胶囊。