分析化学实验在化学基础实验教学中起着非常关键的作用,但是随着科研的发展,仪器分析的地位不断提升,定量分析实验在基础教学中的地位受到很大的冲击。本文就针对此问题介绍了我校分析化学实验近年来的一些改革及取得的一些成效。
在互联网+和双一流学科建设国际化背景下,针对培养具有工程实践能力、团队合作精神和国际视野人才的目标,以提升学生自主创新水平和综合素质为导向,对本科生和研究生仪器分析类课程进行了改革。构建了与国际接轨的MTSAE教学模式,即通过采用网络教学(M)、团队协作(T)、学术研讨(S)、国内外课堂互通(A)和全方位评价(E)等方式来引导学生积极参与到国际化背景的教学活动中,发挥主观能动性,扩充前沿知识储备,增强团队攻关和合作交流能力,有效提升了学生的国际化水平,对于创新型人才的培养起到了积极的推动作用。
“化学拔尖学生培养试验计划”自2009年在四川大学开始实施以来(以下简称“拔尖计划”),已初步形成一个全方位的拔尖学生国际化培养体系,取得了良好的成效。在“拔尖计划2.0”的驱动下,我们对现有国际化培养体系进行深入思考,参考国(境)外一流高校的本科生培养模式,吸取优良经验,在进一步深化国际合作、改革探索新的拔尖班国际化培养体系做出一系列尝试。
环境工程专业必修课程环境化学与该专业四大基础化学课程(无机化学、有机化学、物理化学、分析化学)在教学内容上存在重复现象。为提高课堂教学效率和学生的学习积极性,本教学团队总结分析了环境化学与四大基础化学的相似知识点,采用更新优化教学内容,开展提问式、对比式、讨论式等多种教学方式,引导学生由“已知”探“新知”,使知识层层深化,并利用“雨课堂”的教学模式助力教学衔接,提高教学效果。
科学的成绩评定方法能够充分调动学生实验学习的积极性,从而提高实验教学质量。从新时代化学实验教学的需求出发,分析构建与现代信息技术深度融合的成绩评定体系的必要性,并制定了涵盖预习、操作、数据质量、计算、报告和文献于一体的模块化、等级制评定体系及详细指标。同时利用Excel和MATLAB软件实现了数据的自动评判与总分统计。
面对大一化类专业学生化学基础、理论与实验联系能力和实验操作水平等存在较大差异的现状,天津大学无机化学教学团队从课堂演示实验、实验课在线开放、实验安全管理与教育及虚拟仿真实验的制作与应用等多个维度构建无机化学信息化实验资源,并应用于无机化学教学实践中,解决学生在学习过程中的困难,提高教学效果和效率。
以《大学化学》“教学研究与改革”栏目中2010–2019年的论文为研究对象,从文献基本信息、作者情况和论文内容等几方面对535篇论文进行统计分析,结果表明:(1)大学化学教学研究与改革总体呈上升趋势,教学研究内容比较全面,包括课程研究、课堂教学研究、实验实践教学研究等,其中实验和实践教学研究相对薄弱;(2)教学模式成为教学研究重点;(3)不同类型大学化学教学研究与改革的发文量和参与度有所差异;(4)研究多以合作研究为主。
近年来留学生教育已成为我国高等医学教育的重要组成部分。本文在总结笔者多年对全科医学学士教育(Bachelor of Medicine and Bachelor of Surgery,MBBS)无机化学全英语教学工作的基础上,根据MBBS留学生特点,从教学内容选择、教学方式的改革等方面对无机全英文教学进行了探讨,以期逐步提高教学质量。
化学武器是一种借助毒剂的毒害作用来打击敌方战斗力的武器,具有杀伤途径多、规模大、威力强、持续时间长等特点,素有“无声杀手”之称,其基本组成要素是化学毒剂(Chemical warfare agents,CWAs)。长期以来,化学武器的使用不符合伦理道德的要求,其不仅会降低对方的战斗力,而且还会导致许多无辜人员受到伤害,因此减轻化学武器的伤害至关重要。本文首先介绍了化学毒剂的分类,然后从化学的角度综述了近几年常见的检测和降解化学毒剂的方法,并对去污技术的发展趋势进行了展望。
金元素在人类科学技术发展中占有重要的地位。卢瑟福通过向金箔发射α粒子,弄清了原子的基本结构;法拉第的胶体金实验为今天的纳米技术革命提供了早期的线索;金电极用于制备引发信息革命的芯片。而纳米金是黄金技术发展的核心,比如诊断测试工具,等离子体效应以及高效催化剂。本文结合实例,用生动的语言对纳米金的历史、应用和未来发展进行了论述和概括,同时也介绍了相关的物理化学原理,让读者在趣味阅读中了解纳米金的相关知识和应用。
通过对被测溶液中加入与不加总离子强度缓冲调节剂,及对不同茶叶的泡制水温、泡制时间等影响条件进行定量测定研究,对原有实验方案得以进一步优化改进。其目的是使学生能较深入理解控制测定条件的重要性,以便进一步激发学生对化学实验科学性、趣味性和可操作性的兴趣。
二维码作为万物互联的重要载体,极大地方便了人们的生活。本文介绍了厦门大学化学国家级实验教学示范中心将二维码灵活应用于实验教学、实验仪器管理和学术报告中的一些具体做法和经验,以期为国内高校实验教学和实验仪器管理等提供可借鉴的经验。
介绍一个涵盖高分子化学、物理化学与仪器分析等学科的综合实验。本实验选择有温度响应的聚(N-异丙基丙烯酰胺)(pNIPAM)作为合成与研究对象,在水相中通过异相单体聚合法制备pNIPAM微凝胶,从宏观和微观两个角度探究微凝胶的温度响应特性。本综合实验取材于广受关注且已有较多验证的研究前沿成果,有助于培养学生理论联系实验、学以致用的思维,锻炼学生学科交叉融合意识。
为扩大加压氢化这一实用技术在本科教学中的应用,使学生能够熟练使用氢气这种易燃易爆气体,提出并建设了加压氢化反应的虚拟仿真实验。基于三位诺贝尔奖获得者在氢化反应领域的相关工作,开展加压氢化反应的虚拟仿真实验。该实验建设包括仿真软件资源、学习共享平台、移动端学习资源、流程建设、评价体系建设,充分发挥虚拟仿真技术在化学化工领域中的作用,为一些难以在教学中开展的化学化工实验课程开辟了新的道路。
结合计算化学教学内容,介绍一个面向高年级本科生的与化学动力学相关的计算化学实验。运用量子化学软件Gaussian 09及其可视化软件GaussView和文本编辑器UltraEdit,通过量子化学方法搜索
自主设计型实验是我校分析化学实验教学体系的重要环节之一。本文以分析化学实验教学过程中产生的含铬废水为处理对象。要求学生通过自主查阅文献、设计实验方案、分析实验方案的可行性,再进行实验探究,并对实验结果进行综合分析。该教学过程的实施,不仅培养了学生分析和解决复杂问题能力,而且培养了他们的创新思维意识。
介绍了一个综合探究实验。本实验选取了淀粉和聚乙烯醇(PVA)两种水溶性高分子与I2构成显色体系,通过分光光度法,分别探究不同反应pH、反应温度、反应物浓度、反应时间等对显色结果的影响,从而确定该显色体系的最佳反应条件;进一步绘制出吸光度工作曲线,讨论了该显色体系用于物质定量测量的合理性。
介绍一个综合性的定量分析化学实验。实验以核桃和花生等坚果为研究对象,采用有机溶剂萃取坚果中的油脂,并利用间接碘量法测定油脂的“碘值”,以衡量不同坚果油的不饱和度高低。学生通过该实验不仅能掌握液相萃取、减压过滤、旋转蒸发等样品前处理方法,更好地理解和掌握间接碘量法的工作原理、实验操作和数据处理方法,源于生活的实验素材还能进一步激发学生的学习兴趣。建议将本实验纳入本科定量分析化学综合实验课。
介绍了阿司匹林的制备、纯化及结构鉴定,着重介绍了实验各个阶段的教学方法、教学目的及所取得的教学成果。通过问题导向式翻转课堂实验教学法,培养学生自主学习的能力及综合实验能力;通过独立实验,分组讨论,学生独立思考与合作能力得到提高。
南开大学为了提高本科生培养质量,开展了本科生创新科研“百项工程”项目。化学学院结合本学科自身特点,通过“科研反哺教学”形式促进理论教学与科研实践相结合,引导学生积极参加科研创新实践教学环节,取得良好的教学效果。本文介绍了我们在本科生创新科研“百项工程”项目中设计合成两种阻燃剂并研究其在阻燃聚碳酸酯中的应用,同时介绍了“百项工程”的具体实施过程和教学效果。
考查了酸碱滴定分析中的基准物质硼砂的性状对HCl标准溶液标定的影响。对属同一批次但性状不同的两种硼砂进行HCl标准溶液的标定,所得的盐酸浓度平均值分别为0.1049和0.1052 mol·L-1,随后将分析测量数据进行了显著性检验,表明二者存在显著性差异,说明硼砂的性状不同可能是由于其性质的部分改变而引起的,这种性状的不同对HCl标准溶液浓度标定,乃至后续未知酸碱浓度测定等数据的准确度均会造成较大的影响。
兰州大学化学国家级实验教学示范中心建设的混合式课程“化学实验室安全”,通过线上线下相结合的教学模式,建立了集安全培训、虚拟仿真学习、安全考核及准入认证为一体的实验室安全准入课程,构建了立体、系统和联动的安全准入信息管理系统,是高校开展实验室安全教育与考核的有效载体。混合式教学模式的开展推动了学生安全价值观的培育,增强了学生的安全环保意识,提升了实验安全培训效率,对安全素养文化的建设具有积极作用。
基于核磁共振(NMR)技术的定量分析方法在医药领域已有广泛应用。为让学生了解NMR谱仪的工作原理,掌握基于NMR技术的药物定量分析方法,本文对教学实验“核磁共振法定量测定酚氨咖敏药片中各组分”进行了改进:优化样品处理条件,增加微量组分马来酸氯苯那敏的含量测定。发现在室温下即可实现药片中四种组分含量的准确测定。
对紫外-可见分光光度计(岛津UV-1750)进行简单的改造,实现了其对样品的在线检测并应用到实验教学中,该改造也适用于岛津UV-1780等。紫外-可见分光光度计的改造拓展了仪器的功能,提高仪器利用率;在实验教学中,改造后的紫外-可见分光光度计可以成为蛋白部分收集系统的一部分(替代传统的蛋白检测仪和记录仪),减少实验室仪器的购置成本。
介绍一个研究探索型大学化学综合性实验——聚苯胺薄膜在电量可视化超级电容器中的应用。内容包括聚苯胺的电化学合成,电致变色性能测试,超级电容器器件制备,性能测试及电量可视化研究。通过本实验的实践,使学生在掌握实验理论和实验技能的基础上,进一步提高独立实验能力和创新意识。本实验的开展还可以使学生接触到科研的前沿领域,激发学生对科学研究的兴趣,培养学生的科研探究能力。
核磁共振波谱技术在化学、药学、生物、环境、医学和材料学等领域发挥了不可或缺的重要作用。随着核磁共振波谱技术的普及,核磁管的清洗问题不断得到关注。从传统的核磁管刷清洗到超声清洗,再到专用的核磁管清洗器,核磁管的清洗方式不断向经济、高效、无损和绿色的方向发展。由于核磁管清洗器具有节省人力、操作简便等优点,代表了核磁管清洗方式的发展趋势,因此得到了越来越广泛的使用。
基于高分子的化学结构、极性以及聚合物的溶解性能等特点,结合不同材质的化学防护手套的防渗透和抗老化性能,对几种常用化学防护手套的选用原则和适用性进行了较为细致的解析。
介绍了厦门大学化学国家级实验教学示范中心在构建智能化实验开放共享平台方面的一些探索经验,阐述了智能化实验开放共享平台的构建框架、管理系统、运行过程和运行成效,以期为国内高校实验室开放管理提供可借鉴经验。
化学实验会产生数量可观的实验废液,这些废液如果处置不当,可能会污染环境,危害人们的身体健康。本文以分析化学教学实验室为例,分析了高校实验室废液的管理现状,探讨了一些可行的管理和处理方法,并提出了一些有效减少实验室废液产生的建议,为有类似问题的化学实验室提供了参考。
动力学实验是物理化学实验教学中的重要组成部分。利用分光光度法研究酚酞-NaOH体系可逆动力学反应过程,实验结果表明环境温度对该实验反应趋势影响不大,仅使用分光光度计一种仪器即可完成实验教学。该实验所用试剂毒性低、用量少,符合绿色化学实验理念。
首先对国内化学教材在描述氧化数概念时存在的不同说法进行讨论,在此基础上建议用指定电荷数一词代替形式电荷数(或形式荷电数)和表观电荷数来描述氧化数,然后通过解读氧化数的定义,得出若干重要推论,最后介绍了我们在编写无机化学教材时对氧化数部分内容所进行的探索与尝试,并建议在无机化学、普通化学教材中引入确定元素氧化数的价层电子数法。
高分子化学缩聚反应教学中有几个比较容易困扰学生的问题,如基团数比(r)值的含义、聚酯化线形平衡缩聚动力学方程的推导与应用等,本文结合多年的教学实践经验,对这些问题进行了探讨和梳理,可为同行教学和学生学习提供一定的参考。
对化学动力学中经常使用的平衡近似和稳态近似的使用条件进行了讨论。从对峙反应达到和维持平衡的角度,给出了平衡近似使用的条件,指出了原条件的不足之处。对于连续反应,采用定义无量纲量和作图的方法,进一步明确了采用稳态近似的条件是中间体消耗速率常数(k2)比生成速率常数(k1)大100倍,即k2>100k1。此时采用稳态近似处理的误差小于1%。
对定量分析的数学化问题进行了初步的分析和讨论。通过对化学定量分析、仪器定量分析和化学计量学在建立和应用数学理论方面的现状进行分析之后,指出定量分析的数学化尚未完成。定量分析的数学化应该在基于化学反应的基础上构建包含化学参数、自洽的、完备的数学方程,进而发展为数学定理或定律才能实现。
介绍了基于网络的分子点群教学演示系统PGLite的开发及应用,分子点群演示系统PGLite具有展示分子结构模型和对称元素的功能,并实现了直接访问网页来操作分子模型的友好界面,构建了结构化学课程分子点群教学平台,帮助学生更好地理解掌握结构化学课程中的分子对称性,切实提高分子点群的教学效果。
催化剂的概念最早建立于1835年,之后历经了诸多变化。1996年,IUPAC名词推荐委员会给出的新定义迄今未被普遍接受。本文对催化剂的特征进行了分析,明确了催化剂的最本质特征,给出了催化剂定义的建议。从催化剂作用机制出发,辨析了负催化剂概念的问题,支持用抑制剂替代负催化剂。本文对正确认识催化剂概念,纠正现行物理化学教材中的一些错误认识具有指导意义。
固体在液相中的吸附对实际生产和生活都具有重要的意义。研究吸附过程时,通常需要研究吸附热力学,吸附热力学则需要通过吸附热力学参数来分析,即吸附吉布斯自由能变(ΔG)、吸附焓变(ΔH)、吸附熵变(ΔS)。本文从吸附平衡的化学势出发,介绍了不同方法计算吸附热力学参数的推导过程,举例介绍吸附热力学参数的计算和应用。
结构化学是化学相关专业的核心基础课程之一,在结构化学授课过程中,复杂的公式推导、数学运算和函数图像绘制一直是课程的重难点。本文通过具体实例,介绍了Python科学计算库SymPy在结构化学课程教学中进行符号计算和函数图像绘制的应用。该库所涉及编程语言,易学易懂,操作简便,可以有效帮助学生克服畏难情绪,加深对结构化学知识的理解,也有助于后续计算化学课程的学习。
讨论了利用开尔文公式计算液体沸腾与蒸气冷凝温度时的误差。指出这些误差是由于没有考虑温度变化对弯曲液面蒸气压和水平液面蒸气压之比等因素的影响,以及没有注意开尔文公式对小气泡的适用性导致的。指出了改善结果的方法,并进一步明确了开尔文公式的适用范围。
举例展示了将编程语言R用于分析化学的教学。运用R的数值计算功能,求解化学平衡中涉及的高次方程,不仅免去繁琐的判别与公式简化过程,还将所有化学平衡计算统一为同一种方法。运用R的绘图功能,绘制分布分数曲线、滴定曲线等。运用R的统计分析功能,替代传统的人工计算和查表方法。运用R的数值模拟功能,帮助学习者理解误差传递、置信区间等复杂概念。与当前分析化学教学中普遍采用的Excel相比,R还具有操作过程代码化、自释性高、扩展性强、安装使用方便等特色。在分析化学教学中应用R不仅有利于改善分析化学的学习效果,也为学习者掌握R这一有力的科研工具提供契机。