辐射技术在医疗领域有着独特的地位,随着辐射技术的发展,未来将具有更广阔的应用前景。本文介绍了辐射技术在医疗领域的研究与发展历史,以及在诊断和治疗方面的应用现状和最新前沿研究。期望人们了解辐射技术的应用,促进辐射技术服务人类。
以单组分系统两相平衡的教学设计为例,基于成果导向教育(OBE)理念,以解决实际问题为导向来布置课上与课下的学习任务,通过小组合作学习的方式探索物理化学课程的教学改革模式。
适应新时代社会经济的发展,需要加强创新型、应用型、技能型人才的培养,并将其落实到学生学习的全过程。在化学实验教学中,以全面的化学教育观为指导,针对验证性实验开展融合实验改革是一种有效策略。以物理化学电动势测定实验为例,这一改革旨在将验证性实验教学内容拓展为仿真实验、基础实验、探究实验、综合实验融为一体的仿真嵌入式实验——融合实验,通过引入虚拟仿真技术、教师自制仪器、教师科研成果等元素,发挥科研与教学的协同效力。融合实验的教学过程秉持学生中心,鼓励自主探究,注重思政渗透,强化科学方法和思维的训练,体现出鲜明的“产出导向”,对提高人才培养质量具有比较明显的作用。
以药物分析实验课程为例,建立基于问题导向的多维教学设计,探究实验课程三体融合的教学模式。具体在教学大纲的基础上,从生活实际、实验宽度和深度方向多角度引出问题,以课堂实践为载体进行分析解惑。实践结果显示,问题式导学的多维教学设计较传统教学增加了实验的趣味性和系统性,在激发学生学习动机、培养学生实践能力和创新能力、对学生进行价值塑造等方面起着积极作用。
针对结构化学的学科特点和曲阜师范大学本科生的学情,提出了化解学生畏难情绪、培养学科兴趣的改革尝试。设计合理有趣的导入课是一项有效措施,以化繁为简的类比方式明确结构化学学习的范围和程度、逻辑和意义,可以获得优良的教学效果和科学的思维模式。
针对本科生科研素养的培养,我们在本科有机化学实验教学中开展了一系列教学探索。本文总结了目标导向的研究性实验教学活动,通过方案设计、实施和总结三阶段的教学过程设计,让学生在实验教学过程中体验到科学研究的全过程,培养了基本的科研能力,取得了良好的教学效果。
波谱解析是一门多学科交叉的课程,具有波谱概念/原理的抽象性和图谱结构解析的实践性。本文探索了波谱解析课在教学内容和教学方式等方面的改革,将抽象的理论具体化和形象化,增强课堂学习的互动和趣味性,明显提高了学生课堂上的注意力和学习气氛。通过课外采谱解谱团队实践,提高了学生对课程的学习兴趣和内在驱动力。
对新疆农业大学有机分析的大班课程进行线上混合式教学模式探索研究。以过程性考核成绩为变量,辅以课堂参与情况,对比教学效果。研究表明,线上混合式教学效果略高于线下教学效果。问卷调查结果显示,线上教学能够使学生获得更高的课堂参与度和更好的课堂体验。在线混合式教学模式可能会改变西部农林院校教学现状。
分析了当前化工实践教学所面临的困难,运用“互联网+教育”技术,将虚拟仿真技术引入到化工实践教学中,打造“四个层次、七大模块”的教学模式。此模式中加大了设计占比难度,形成了基本理论、认识实习、仿真操作、实训操作和过程设计的递进式教学方法,能够有效解决化工生产实习面临的难题,培养新时代需要的创新性的化工专业技术人才。同时,通过本教学模式能够实现对学生全程在线的监管、答疑、考核,使实践教学进入云教学时代。
将思政元素与教学内容有机融合是实现“立德树人”的有效举措。本文分别从高分子化学理论和实验教学入手,以学生为中心、产出为导向,构建思政目标,设计思政环节,对典型教学思政案例进行剖析,采用调查问卷和产出效果评价课程思政建设情况。结果表明,通过将思政元素有机融入在教学中,不仅加深了学生对专业知识的理解,而且提高了学生的思想政治素养。
面向拔尖创新人才培养,针对仪器分析课程中存在的“知识杂、多、散,系统性不强;基本原理和仪器构造抽象复杂;学生解决实际问题能力不强”等教学痛点问题,结合数字资源和学习通等智慧教学工具,开展了“思政引领、资源保障、科教协同、多元融合”的教学改革实践。通过思政元素的无声渗透,科学发展史、经典科学前沿文献和重大科技事件创新过程的重现,虚拟仿真软件对基本原理的展示,以及教学手段的多元融合,全面深化学生对基本概念的理解,分析问题、解决问题能力的提升和科研创新能力的升华,培养其成为德才兼备的拔尖创新人才。
化学分析在建筑材料试验检测中发挥着重要的作用,因此学好分析化学对无机非金属材料工程专业的学生来讲十分必要。本文探索了面向无机非金属材料工程专业的案例式分析化学教学模式,将化学分析在建筑材料试验检测中的应用案例融入课程中,促进专业基础课程和专业的有效衔接;通过采取对比法和联想法等多种教学设计,引导学生积极参与到课程中来,加深学生对理论知识的理解,增强学生对分析化学在本专业中实用性和必要性的认识,做到因材施教和因需施教。
随着教育技术的发展,传统课堂正在逐步被混合式学习方式所取代。多维度考核作为学生学习的指挥棒,保障混合式教学各环节得以实施。本文探索“线上单元测试+课前测+线下作业自评互评+线下课堂报告(或分组讨论)+线下期末考试(开卷闭卷相结合)”等多维度考核,注重学习过程考核,使考核评价更趋于合理。多维度考核本身也成为混合式教学实施的重要环节。
大学生的科研能力训练和创新能力培养是大学本科教学的核心问题之一。化学实验教学是实现全面化学教育最有效的形式,对学生科研素质和创新能力的培养至关重要。课程团队将本院科研与实验教学有机结合,提升了实验教学梯度和深度。本文主要从课程定位与目标、课程团队建设、课程内容建设、课程实施与评价等方面介绍课程建设情况。经过近十年的探索与实践,该课外科研实验课程教学在人才培养、教改和科研等方面均取得了不错的成效,有效地促进了实验课程改革。同时,针对课程中的不足,本文提出进一步的改进方向与措施,并对未来做出展望。
以培养创新型人才为出发点,针对一年级本科生在无机及分析化学实验教学中存在的问题,探讨了从“以教为主”转变为“以学为主”的课程体系建设与实施情况。通过优化课程体系、拓展培养模式、强化平台建设等手段,在引导学生主动探究、独立思考、掌握科学研究方法等方面取得了一定的成效。
环状过氧化物是一类环内含有过氧键结构单元的有机过氧化物。时至今日,性质独特、结构多样的环状过氧化物已经在许多领域发挥着不可替代的作用。本文以环状过氧化物在医疗健康、化学发光、有机合成领域的应用为例,介绍其物理性质、化学性质以及反应机制,以期让读者对于这类有机过氧化物有更多的认知和理解。
β-二羰基化合物是有机合成的重要中间体,其化学性质也是有机化学教学中的重点。本文在此基础上介绍了同样具有二羰基结构的α-二酮类化合物的合成方法和相关应用。本文所述内容涉及炔烃的水合反应、炔烃的氧化反应、光催化反应等,既与有机化学教学内容紧密相关又有所延伸。此外,本文所介绍的α-二羰基化合物的应用能拓展学生知识面,提高学生学习兴趣。
溴与C=C双键的反应是有机化学中一类常见的基元反应。溴与烯烃的C=C双键发生亲电加成反应,脂肪烯烃经过三元环正离子中间体再亲核开环机理,形成立体专一的反式加成产物;而芳基烯烃形成的三元环中间体,由于芳基对碳正离子的稳定作用,其苯甲位C―Br键容易断裂,会得到顺式和反式加成产物的混合物。溴与酮和酰氯形成的烯醇或烯醇负离子发生亲电取代,反应中溴不会与其C=C双键形成三元环正离子中间体。类似地,溴与烯醇醚和烯胺的反应也不经过三元环正离子中间体,分别生成非立体专一的加成和取代产物。本文通过参与该步基元反应的分子轨道合理地解释了溴与这两类底物反应的机理和立体选择性的区别,并总结了溴与不同C=C双键反应机理的判断方法,便于教师讲授和学生理解。
从地球到月球到火星,人类一直没有停下探矿寻宝的脚步。从冰洲石到水晶到紫水晶,这些晶莹剔透矿石所呈现的光学现象给科学家带来“光是什么”和“手性起源”的百折不挠探究,贯穿整个科学发展史,促进科学、技术和现代社会进步,并将持续为未来科技发展带来不可估量的影响。
不同时期货币的铸造手段或制造方法分别体现了当时社会的发展水平,并呈现出人们对化学技术的掌握程度。货币的每一次演变都标志着社会的进步,在每次的演变过程中化学都起到了非常重要的作用。本文以货币演变进程中金属货币的铸造、纸币的防伪以及数字货币的保密与化学紧密关联为中心,将化学知识融入到社会发展和进步中,通过彼此融合和相互渗透的方式开展化学与社会沉浸式思政教学,让学生在了解货币螺旋渐进演变过程中隐含化学推力的同时,进一步增强学生的自然科学素养、人文情怀和社会责任感。
通识教育是引领广大学子形成完整的知识架构,走向智与美兼具的人生的重要课程。本文以笔者所开设的化学类通识课程“人文化学”中讨论中国陶瓷的部分为例,介绍了中国陶瓷发展的几个重要阶段的艺术特色及其背后的化学基础,探索了如何在通识教育中将科学知识与文化底蕴有机结合,激励学生增强民族文化自信,培养学生提高科学和人文素养。
肾上腺素作为人体内重要的激素,能兴奋心血管系统。本文利用拟人的手法,结合浅显易懂的医学知识、案例及历史故事,简述肾上腺素及其衍生物的发现历史、发展过程及临床用途。
介绍了一种测量瞬态自由基快速液相反应速率系数的方法。采用激光脉冲光解产生瞬态自由基,采用吸收光谱法测量从微秒到毫秒时间尺度内的瞬态自由基浓度变化,采用绝对速率法和相对速率法得到反应的二级速率系数。本实验可加深对反应动力学的理解,并引导学生在有机污染物环境光化学方面开展创新性研究。
二氧化硫的检测对于食品安全保障具有重要意义。采用酸性高锰酸钾-亚硫酸盐化学发光体系,以碳点(Carbon Dots,CDs)为增敏剂,结合流动注射技术(Flow Injection Analysis,FIA)建立了一种用于检测食品中二氧化硫含量的简便方法。在优化的实验条件下,该方法的线性范围为1.0 × 10−5–3.0 × 10−4 mol∙L−1,检出限为7.79 × 10−6 mol∙L−1。该实验适合作为本科生仪器分析课程的教学实验,帮助学生掌握化学发光、流动注射分析技术的原理及应用,学习科学研究的基本方法,提高思考能力。
采用二异丁基氢化铝(DIBAH)替代分子碘,对格氏试剂的合成实验进行了改进,系统研究了DIBAH引发对反应体系安全性的影响,以及不同结构卤代烃底物在DIBAH引发下对格氏反应速率的影响。结果表明,添加2% (摩尔分数,以卤代烃的摩尔量为基础)的DIBAH,可以在温和(20 ℃)条件下,高效合成苯基溴化镁、正丁基溴化镁等两种典型的格氏试剂,并能获得比分子碘引发体系更高产率的格氏反应产物。本工作通过提高格氏试剂合成反应的安全性,加强学生对实验安全的重视,引导学生关注化工产业实践中的实际问题。通过对反应体系的优化和结构解析,引导学生将基础知识活学活用、融会贯通。
结合粉末X射线衍射技术在物相分析领域的应用设计了一个综合创新性实验。实验内容主要包括利用粉末X射线衍射技术监测激发态分子内质子转移(Excited-state intramolecular proton transfer,ESIPT)有机分子在溶剂熏蒸下的结构转化过程。本实验综合培养了学生对粉末X射线衍射仪的操作技巧以及数据处理分析能力,提高了学生利用现代科学仪器来解决实际问题的能力。
有机化合物的合成与结构表征是有机化学实验教学的重要内容。本文介绍一个有机化学综合实验,实验以3, 5-二叔丁基对醌膦酸二苯酯和2, 6-二羟基甲苯为反应物,在三氟甲磺酸催化下发生串联环化反应生成苯并[1,2]氧杂膦烷-2-氧化物,并利用核磁共振氢谱(1H NMR)、碳谱(13C NMR)、磷谱(31P NMR)和高分辨质谱(HRMS)对产物结构进行表征。
设计了一个面向高年级本科生或低年级研究生的计算化学探索实验,即利用密度泛函理论(DFT)计算烯丙基正离子的旋转异构反应。该实验设计了反应物结构优化、过渡态寻找、内禀反应坐标建立等过程,可以较为全面地帮助学生了解计算化学的基本概念与操作,加深对分子微观结构的感知以及对过渡态理论中“旧键即将断裂,新键即将形成”概念的理解。本实验通过旋转异构反应的势能面的构建,也可以帮助学生认识反应热力学和动力学的差别。通过进一步的电荷布居分析以及前线轨道分析,可以帮助学生直观地学习并理解分子的电子结构以及反应活性位点概念。
通过对陶器中酒类残留的检测分析,介绍了化学技术手段在考古工作中的应用。在实验中,学生通过萃取、抽滤、离心、旋转蒸发等实验步骤提取酒的标志物——有机酸,并对其进行高效液相色谱(HPLC)检测,最后结合陶片的考古背景分析陶片的可能用途。该实验依托于考古化学这一新兴交叉学科,面向化学、考古学等专业的学生开设,有助于学生了解并掌握分析化学中样品分离和制备、液相色谱分析等基本概念与操作,并对考古学的研究内容形成一定认识。
香豆素-3-羧酸的制备是一个经典实验,一般是以水杨醛和丙二酸二乙酯为原料,在哌啶催化下加热回流2 h,经过两步完成。我们对该实验进行了以下改进与拓展:1) 以水杨醛和米氏酸为原料,水为溶剂,在90 ℃下加热搅拌30 min,即可得到香豆素-3-羧酸;同时改变底物实现7-(二乙氨基)香豆素-3-羧酸的制备;2) 通过观察香豆素-3-羧酸和7-(二乙氨基)香豆素-3-羧酸与稀土离子Eu3+混合溶液的荧光,引入计算化学验证香豆素-3-羧酸和7-(二乙氨基)香豆素-3-羧酸对Eu3+的能量转移性质。本实验涉及多个学科的重要知识点,具有较强的模块性、综合性、趣味性、教学可行性,有利于培养学生的创新能力与综合应用能力。
以水热法在碳布上生长CuO颗粒,然后通过阴离子交换转化为CuS纳米阵列,对该纳米阵列进行理化性质表征及电化学储铜研究。一系列实验涉及化学、材料和能源等多学科交叉,各学科的实用性、新颖性在其中充分融合贯通。在纳米材料制备、材料表征、电极制备、电池组装和电化学性能测试等实验过程中,学生可以得到基本的科研训练,有助于提升理论知识的理解能力、实验设备的操作能力以及科研探索和创新能力,同时激发科研兴趣并为下一步的科研工作打下坚实基础。本实验可以作为化学及相关专业高年级本科生的综合化学实验课程内容之一。
以Cu-MOF为前驱体,通过热解法制备氮掺杂多孔碳包覆铜纳米材料,采用X射线粉末衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(SEM)和傅立叶变换红外光谱仪(IR)等仪器对产物的形貌和组成进行表征。考察了不同热解温度对多孔碳材料形貌和组成的影响,探究其在硝基苯还原反应中的催化性能,并优化了反应条件。将材料的制备、表征和性能探究设计成一个综合实验,能够培养学生的科研思维和综合分析能力。
酸碱体系中各组分平衡浓度的计算是分析化学教学中的重要知识点之一,其教学效果取决于对分布分数(δ)计算式推导、应用和计算式中各项潜在含义的掌握。在教学中作为重点,其推导和应用既是花费时间又是繁琐复杂的内容。δ在溶液pH、酸碱体系和络合体系中各物种浓度、缓冲容量及滴定误差等的计算方面均有很好的应用。本文探讨在推导和应用过程中启发学生善于发现其中的对应性和规律性,掌握n元酸碱溶液中各物种δ计算式的快速推导和简便应用的方法,可达到激发学生兴趣、加深认知和牢固掌握的教学目的。
在分析化学课程教学中,以酸碱滴定法章节为试点,将中国古代诗词等优秀文学作品引入到酸碱滴定法概述、酸碱指示剂、酸碱滴定实验的导课、习题以及课程思政环节,旨在激发学生对分析化学课程的学习兴趣,深化对相关知识点的理解,培养学生耐心细致、严谨求实的科学态度,同时提升文化自信和人文修养。
酸碱滴定是化学专业教师及学生最为熟悉的基本实验,滴定曲线反映了整个中和反应的过程,对理解和掌握酸碱滴定十分重要。本文从三个基本假设出发,基于化学平衡思想,应用滴定过程中的电荷守恒与物料守恒关系,在一个参数不变与两个参数变动的初始条件下分别建立了电离度和pH与滴定分数之间的函数关系。通过对函数本身及其导函数进行数学分析,还原了酸碱滴定曲线;尝试利用两个初始条件在数学表达式中的位置及对函数的影响,定量验证了现有教材中对不同数量级初始浓度与不同强度的酸在滴定过程中所表现出差异的定性解释,进而对滴定曲线进行延拓,提出了一种滴定弱酸的可能方式。
针对大学无机化学教材虽讲授热力学初步原理但应用不足的实际情况,以化学反应过程Gibbs自由能变化ΔrGmϴ为主线,处理以离子反应为特征的沉淀溶解平衡、氧化还原平衡、酸碱平衡及配位平衡,使学生从热力学角度理解和认识“化学平衡”,克服以化学反应速率动力学引入和描述“化学平衡”导致的弊端,实现对“化学平衡”本质认识及在以离子反应为特征反应体系中的应用,期待构建热力学主线下的无机化学反应原理教学内容。
两性物质NaHA溶液的pH计算是化学教学的重要内容,当前教科书介绍了各类pH近似公式,但对各近似式的物理意义和使用条件缺少论证,存在物理意义不清晰、使用条件错误等弊端。按照NaHA溶液呈酸性(Ka1Ka2 > Kw)或呈碱性(Ka1Ka2 < Kw)的属性,详述了NaHA溶液各pH近似式的物理意义,修正了各近似式的使用条件。cKa2 ≥ 20Kw时,忽略碱式解离产生的OH−和水离解产生的OH−,可得到酸性两性物质溶液pH近似式;c ≥ 20Ka1 (相当于cKb2 ≥ 20Kw)时,忽略酸式解离产生的H+和水离解产生的H+,可得到碱性两性物质溶液pH近似式;最简式pH = (pKa1 + pKa2)/2可适用于酸性和碱性两性物质溶液,但其使用条件存在明显差异。本文对正确理解近似式的物理意义和准确利用近似式获得溶液pH (相对误差±5%)有重要参考价值。
休克尔分子轨道(HMO)法对C4H4和C8H8单环多烯体系进行处理时会将其默认为共轭离域的三重态分子,这与其真实分子的单重态结构不符。运用密度泛函理论(DFT)分别对其单重态和三重态进行结构优化,并计算出更为精确的四元环、八元环的π键键级。基于DFT计算结果,我们提出了解决HMO法计算C4H4和C8H8单环多烯体系的π键键级误差的方案。
溶剂对亲核试剂亲核性的影响是有机化学课程中的重要教学内容。本文以CH3O−/CH3S−与CH3Cl的双分子亲核取代反应为例,设计了一个计算化学与有机化学相结合的教学案例,通过量子化学计算直观地描述了反应的分子机理,获得了反应的热力学和动力学信息,据此分析了溶剂对亲核试剂亲核性的影响,给出了表征亲核能力的亲核指数。
非对称氧化还原滴定终点误差不仅与滴定终点的电势有关,还与滴定产物的平衡浓度有关,这给终点误差的计算带来了困难。针对这一问题,在综合考虑氧化还原反应物料平衡、电子平衡和能斯特方程等数量关系的基础上,构建了以滴定产物平衡浓度和滴定体积比为未知量的耦合方程组。基于Scilab求解了该方程组,将求解结果代入相关计算公式,所得终点误差与文献值是相符的。
针对国内仪器分析教学中存在的教材相对陈旧、课程内容未能体现学科的最新发展、缺乏有效的考核评价方式和标准等问题,本文收集了国外部分代表性高校化学专业与仪器分析教学相关的现使用教材和课程体系,通过梳理和比较分析,归纳出其特点,希望能对今后仪器分析课程建设、教学内容完善以及考核评价标准的改革提供有益的借鉴。
化学学科在高等教育阶段对人才的培养涉及多个方面,包括专业基础知识的掌握、研究理论的了解和各项实验技能的训练实践。其中,一个良好的科研训练环境非常重要,它不仅能让学生对专业知识进行实践、熟练掌握各种实验技能,还能对科学研究思维的培养起到作用。以2019级本科生参与科研实践和科创竞赛为主线,详细介绍了从大学初期进入课题组了解参与科学研究到成功申请“国家级大学生创新创业训练计划”的过程,以及期间参加科创竞赛的经历,通过分享经验与做法为即将参与本科科研创新训练的同学提供参考。