在移动互联网的飞速发展与智能手机等移动终端日趋普及的情况下,设计开发了基于移动端的基础化学原理实验在线学习与考试系统。该系统包括化学实验室安全教育与考试、实验基础理论学习、试题库资源、移动端在线考试、成绩管理和统计分析等五大功能。该系统的开发建设顺应了“互联网+教育”的发展趋势,有利于学生自主学习,节约考试资源。
在青岛科技大学化学专业近三届11个班306名本科生问卷调查分析的基础上,结合我校多年实践教学的探索与经验,我们构建了一套毕业实习、毕业论文及就业一体化的教学体系。本科生在企业连续从事毕业实习和毕业论文工作,表现优异者可以在企业就业。在人才培养方案中设置与实习单位有关的内容作为本科生的选修课。探索“双师型”教师队伍建设和“双导师”实践教学的途径和方法。通过校企深度合作,培养出社会需要的高技能创新型复合人才,增加就业率及就业稳定性。
通过微信建立实验前、实验中、实验后三个模块,辅助分析化学实验教学,拓展了实验教学的时间和空间,通过微信互动,拉近了师生间的距离,激发了学生实验的参与积极性和主体感。利用对比实验法,将实验班与对照班的实验成绩进行显著性分析。以实验“过氧化氢含量的测定”为例,实验班平均成绩(96.93),对照班平均成绩(86.73),t=5.819,P < 0.01,比较差异具有统计学意义。
以化学反应“四大平衡”的主体内容:酸碱电离平衡、配位平衡、沉淀平衡和氧化还原平衡为例,介绍结合问题导向学习的思维导图法在大学化学教学实践中的应用。
为了提高基础化学实验课程的教学质量、探索实验教学新模式,建设了基本操作微视频和实验讲座微视频等线上教学资源,开发了线上考试系统和线上数据提交及评分系统,创建了“ZJU化学实验教学中心”微信公众号,开展了线上线下混合式教学,取得了较好的教学效果,为高校化学实验课程的教学改革提供一些参考。
有机化学是化学类相关专业的重要基础课,在教学过程中常常因为重视知识的传授而忽略了思政教育。本文深挖了有机化学主要内容中的“课程思政”元素,进行了思政教学内容的设计。通过将“培养创新精神、科学精神,树立正确的人生观和价值观”“深植家国情怀,培养文化认同,增强民族自信”“科技的人文情怀,启发科学兴趣,培养职业素养和社会责任感”“启发科学思维,树立严谨的科学态度”等思政元素与课程内容的交融,实现高等教育既“教书”,又“育人”的目的。
有机化学是生物专业的一门重要基础课,本文以“羰基上的亲核加成反应”教学为例,从激发学生学习兴趣、突破重点难点、实现课程育人等角度出发,提出应结合生物专业特色,强化生物功能分子或生物质成分的化学认知,促进学生学科交叉融合意识的养成,探究了生物专业有机化学课堂教学改革的方法,为培养具备综合创新能力的跨学科人才奠定基础。
介绍了西北大学化学与材料科学学院化学本科教育改革的方法和措施,提出“一轴双驱四体系”人才培养模式。基于以学生为本的教育理念,从课堂教学和课程群建设着手破题,建立体系完备、衔接严密的本科生管理制度体系;实施“3+1”分段式人才培养,引导学生个性化发展。人才培养模式的构建和综合改革的实施,满足了专业特色发展和多样化人才培养的需要,取得了一定成效。
结合玉溪师范学院有机化学实验教学现状,提出基于雨课堂的有机化学实验混合式教学改革,分别从教师教学、学生学习及评价模式的改变论述混合式教学对教与学的影响——“线上+线下”的教学模式,实现了传统课堂的翻转,实现了师生角色的转变。以“从茶叶中提取咖啡因”为例,阐述了混合式教学在实验教学中的具体应用。实践证明,混合式教学有助于提高学生的自学能力、创新创业能力及综合应用能力。
阐述了逻辑思维在分析化学课程教学中的重要性,展示了分析化学知识内容内在的逻辑关系,并据此进行了分析化学课程主要内容的教学设计。在教学实践中,深入思考和有效运用章节内部和章节之间层层递进的逻辑关系,注重梳理知识点主线,起到事半功倍的效果,有效降低教学难度,提高学生的学习兴趣和教学效果。同时,也可以培养学生严谨的逻辑思维能力和科研创新意识。
通识课程教育是培养德智体美全面发展、具有宽厚基础知识及创新能力人才的重要途径。化学作为一门中心的、实用的、创造性的学科,在全面培养学生的综合素质及创新能力的通识课程教育体系中具有不可或缺的重要地位。本文就笔者所开设的通识教育课程“生活中的化学”教学实践与特色进行了总结,以期今后进一步提高教学质量,取得更好的教学效果。
C(sp3)―H键官能团化反应被认为是构建C―C键的最直接和高效的合成方法。近年来,通过甘氨酸衍生物C(sp3)―H官能团化反应来合成喹啉类化合物的研究逐渐引起研究者的广泛关注。本文简要介绍了甘氨酸衍生物C(sp3)―H官能团化反应研究现状,并总结了不同催化体系下此类反应在喹啉衍生物合成中的应用,目的在于通过对前沿科研内容的介绍,开拓大学生的知识视野,激发他们对于科学探索的兴趣。
介绍一个物理化学综合实验。本实验以制备的有序介孔二氧化硅MCM-41为吸附剂,研究了水溶液中亚甲基蓝在其表面的吸附性能。通过利用Langmuir和Freundlich吸附等温式对吸附数据进行分析、处理和拟合。本综合实验教学不仅促进学生对材料结构与性能的认识,而且加强了学生对固体表面吸附过程的理解。
分光光度法同时测定维生素C和维生素E是一个典型的多组分同时测定实验,但是目前的测试体系对维生素C测定的误差较大(13.65%)。本文基于维生素C和维生素E的分子结构特征,剖析了影响维生素C测试准确度的原因,通过对测试体系进一步优化设计与改进,将测试误差降低至1.98%,实验证明改进后的方法准确度高、重现性好、结果更可靠。以此设计性实验为例,可多方面训练学生针对实际问题并结合理论知识优化实验设计方案,提高综合创新能力。
利用手机光线传感器作为检测器搭建了一套可用于定量分析实验的简易光度计,将其用于邻二氮菲分光光度法测定铁的实验,进行了5次平行实验,每次实验拟合直线的R2值在0.999左右,待测样品中铁含量的RSD值为2.81%。将简易光度计用于邻二氮菲分光光度法测定铁的实验并与分光光度法进行对比,待测物铁含量分别为5.11和4.94 μg·mL-1。利用手机光线传感器作为检测器的自组装光度计实验,简单、方便、准确、易于实现,可替代传统的分光光度计;通过搭建简易光度计并进行测定实验,有利于增强学生对分光光度计的结构和原理的理解,激发学生的学习兴趣,提高实验教学的质量。
以经典的“Co2+鉴定”试管实验为例,主要介绍通过“先做后教、以做定教”实验教学的“翻转课堂”模式,即学生先做实验,具有亲身经历和切身体会后,以“问题”为导向,通过师生和生生边讨论、边演示,以实现对经典“Co2+鉴定”实验的再认识与改进,并以此展现在做“实”基础实验教学过程中如何培养学生“想”的意识和“批判性”思维。
在大学化学实验“硫酸铜中铜含量测定(碘量法)”过程中,探索加入KSCN时机及不加入KSCN对滴定测试结果的影响,并且采用不同浓度的硫酸铜溶液进行验证。实验结果显示,碘量法测定铜含量过程中,临近滴定终点加入KSCN、滴定到浅黄色时加入淀粉之后加入KSCN,两者测试结果基本一致;但在加入KI之后加入KSCN、不加入KSCN,铜含量测定结果明显偏低。该研究可应用于本科实验教学,按不同实验条件将学生分组,在分别实验基础上,引导学生对各组实验结果进行对比、分析及讨论,从而培养学生探索创新意识,有效改进“唯书本”的教学方法。
通过柠檬酸钠还原氯金酸,合成了金纳米粒子(Au NPs)。结合荧光和紫外-可见光谱分析来探究金汞合金催化降解罗丹明B(RhB)体系对汞离子检测的灵敏度和选择性。本实验有益于激发学生的科研兴趣和探索精神,可训练学生的综合实验操作技能和主观能动性,加深其对纳米粒子制备、表征、催化反应知识和金属离子分析方法的理解与运用,达到进一步培养学生的创新思维和科学精神。
实验报告是实验教学过程中重要组成部分,对学生掌握和巩固实验中涉及的化学知识非常必要。但是目前大学化学基础实验的实验报告存在内容格式单一等问题,不利于实验报告发挥应有的作用。因此我们以经典实验为例编写了具有针对性的“学案式”实验报告,丰富实验报告的格式和内容,使“学案式”实验报告的内容贯穿于整个教学实验的各个环节。经检验,“学案式”实验报告能够帮助学生树立自主学习意识,提高自主学习能力,激发探究精神,同时培养学生的科研思维和解决问题的能力,从而成为提高实验教学效果不可或缺的利器。
对纯液体饱和蒸气压测定实验进行了装置创新设计,该装置解决了该实验的一些关键问题:保证相平衡时的气相为纯液体蒸气;准确测定相平衡时的温度;方便有效地调节外压与液体蒸气压相等。改进后的装置设计合理,操作简单、快捷,消除了安全隐患,大大缩短了实验时间,可一人单独操作。
介绍一个研究型综合实验——聚乙烯吡咯烷酮聚合物复合膜的制备与性能研究。该实验内容涉及高分子复合膜的制备和材料表征分析。实验采用聚乙烯吡咯烷酮为基体材料,通过与化学结构不同的聚合物共混复合,增强复合膜的尺寸稳定性和机械强度,随后表征了将其作为高温质子交换膜燃料电池用膜的物理化学性能。本实验包含聚合物共混、溶液浇铸法成膜、物理化学性能测试,涉及物理化学、高分子化学、有机化学、电化学、仪器分析等内容。通过实验学生可以了解燃料电池用高温质子交换膜这一科学前沿领域,拓宽知识面,激发探索精神和对科学研究的兴趣,有利于提升学生的动手操作能力、综合运用知识能力和创新精神。
介绍了一个材料化学综合实验——SBA-16型介孔材料的制备、表面改性以及修饰。该实验将化学反应热力学、动力学以及表面吸附等相关物理化学理论知识与仪器分析相结合,学生不仅可以通过材料的制备过程了解材料形成的原理,还可以在材料的表征过程中学习X射线粉末衍射、透射电子显微镜、氮气吸附/脱附仪以及吸附重量分析仪等的使用方法,提升实验操作技能,培养学生解决问题的能力和创新意识。
通过对经典基础有机化学实验——甲基橙制备实验的衍生,将合成制备反应与光谱分析结合,设计成小综合实验,以达到学科交叉的目的。改良后的实验有利于学生对偶氮苯类化合物性质的进一步认识,提高固体有机化合物的合成操作技能,同时还可掌握光谱分析方法与科学前沿知识,拓宽基础实验训练的单一性,有助于培养学生科学思维方法。
针对目前的计算化学实验进行改革,在不知晓实验结果的前提下,通过学生自主查阅文献,设计机理,计算验证,数据分析,并得出结论,从而充分发挥学生的主观能动性和创新性,使其将所学的理论知识加以综合运用来解决实际问题。该实验是为拔尖班学生独立开设的课程,有助于本科研究型人才的培养。
介绍一个应用型大学化学综合教学实验。从板蓝根中提取靛蓝并用于扎染,主要内容包括靛蓝的提取、鉴定和染色。该实验涉及天然产物提取、分析鉴定操作以及天然产物的综合应用,满足高校化学类专业实验教学需求,有利于提高学生的实验技能和创新能力,并激发学生的探索热情。实验寓教于乐,是基础操作结合生产应用的良好展现。
介绍了一个大学化学综合性实验:ZnO-g-C3N4多孔Z型异质结的合成及净化有机废水性能研究。本文是以廉价化学试剂尿素、氯化铵及硝酸锌为原料,采用直接焙烧法合成出由氧化锌和类石墨相氮化碳构成的ZnO-g-C3N4多孔Z型异质结,利用数种方法其进行分析表征,并考察所制异质结对罗丹明B废水的吸附性能及光催化降解活性。通过本综合性实验的实践,将有助于提高高年级本科生的实验操作技能,激发学生对科学研究的兴趣,培养科研能力,并增强其环保意识和责任意识。
在课堂教学设计中,利用物理化学热力学基本原理和方法对吸附领域文献数据处理过程进行分析和更正,增强学生对热力学知识掌握的准确性和系统性,提升学生的学习兴趣和学习自信心,打造充满创造力和活力的物理化学课堂教学模式。
当前国内外的分析化学教材中滴定终点误差的计算方式尚未达成统一。国内流行采用林帮公式,但此公式存在许多的问题。本文从终点误差的主流定义出发对林帮的终点误差计算式进行了理论分析。结果表明林帮公式的终点误差值必然与主流定义得到的结果不同。本工作可以为合理地确立滴定终点误差计算式提供理论依据。
讨论了确定分子中离域π键πnm的方法,并利用该方法研究了直线形、弯曲形、平面三角形、单环共轭及多环共轭分子中的离域π键。对于NO2形成π34、C3分子形成2π32的原因进行了解释,对环状C18分子中的离域π键也进行了分析。
结构化学以量子力学为基础,从微观领域揭示物质结构与性质之间关系。本文剖析了作为结构化学基础的量子力学公设教学过程中遇到的难题,结合教学经验,就量子力学公设的讲解进行探讨,提出一种激发学生学习动力,提高教学效果的方法。
依据2005年IUPAC颁布的无机物命名法,列举了同素异形体、同核多原子阳离子、同核多原子阴离子、异核多原子阴离子以及含氧酸等常见无机物的新名称,对新命名法的特点进行了分析与总结,着重介绍了加成命名法。
基于准经典轨线方法和Matlab的GUI技术,我们开发设计了将a+bc三原子基元化学反应的碰撞过程可视化的动力学模拟程序,详细介绍了准经典轨线方法的基本原理、碰撞过程动力学信息的抽取和图形用户界面制作过程,并以典型反应F+HCl→Cl+HF为例展示了程序运行的结果。该程序可以将原子-双原子分子碰撞过程及碰撞的结果直观生动地通过动画的形式展现出来。学生也可以通过图形用户界面进行人机交互,从多个角度实时观察参与碰撞的原子、分子状态随时间的演化过程及结果。这有助于学生理解基元化学反应复杂的反应机理,加深对微观化学反应过程的感性认识。
在电化学授课过程中应用Materials Studio和VESTA等软件对电极材料结构及催化剂催化活性的影响因素等知识点进行辅助教学,使相关的教学内容变得形象、简单。这不仅激发了学生对电化学课程的学习兴趣,提高了课堂教学效果,更有利于培养学生的科研思维和探索能力。
以磷酸钙的组成测定、铬废液的回收为例,讨论了如何运用Python处理分析化学实验设计中混合离子滴定、与pH相关问题的曲线绘制及其精确求解。运用Python分析,过程更加简洁、直观,能为实验设计提供更好的理论基础。
针对物理化学参考书中个别有关化学反应速率常数的计算问题进行讨论。计算二级反应的速率常数k时,套用半衰期公式要注意与反应计量方程式的表达形式相对应;对于理想气体反应使用Arrhenius公式计算活化能时,要注意反应速率常数kc和kp以及相应活化能Eac和Eap的区别。以帮助学生在计算过程中有正确的理解和认识。
使用立体角概念,说明由一种或几种多面体组合,达到三维无隙结构充分必要条件。本文给出常见正多面体、常见阿基米德半正多面体顶角的立体角以及二面角,并结合结构化学实例分析阐述。在空间中须满足各立体角之和等于4π(sr),故通过简单的加和,即可判断无隙堆积的可能性,得知每个点的共用情况,进而推导出空间结构。运用这种方法,可以对一些尚不存在的结构进行大胆的预测。
介绍了第11届全国大学生化学实验邀请赛有机化学实验操作试题的命题思路,并对实验中存在的问题及成绩进行了分析。