烧烤,自火舌舔舐中迸发出诱人香气,自烈火翻滚中冒出滋滋油花,从古至今深受民众的喜爱。解析了烧烤流程中的腌制和烤制过程中蕴藏的化学反应、风味物质和反应机理。鉴于人们对健康的关注,还从控制温度与时间、转变烤制方式与添加活性物质的视角探寻了一条健康与美味共享的道路。通过探寻烧烤中的秘密,不仅能深入体验化学与日常生活的密切关系,还能利用化学知识塑造美好健康的乌托邦。

从鱼腥味的形成机理出发,介绍海水鱼与淡水鱼腥味区别,揭示去腥手段及机理,以期为读者科普鱼腥味中蕴含的化学知识,感受生活中的化学。

针对学生学习目标达成度低、思辨与创新意识不够、解决复杂问题能力不强等“痛点”问题,结合课程本身难度大的特点,对金属有机化学课程实施创新教学探索。以“新工科”建设为指导,以学生为中心,以核心素养培养为目标进行课程改革与实践探索:基于金属有机化学课程核心素养的要求,建构了以“明·思·辨”为必备品质和解决金属有机化学复杂问题为关键能力的目标体系,建构了承载教学目标的分层/分阶段的教学内容,并开发了丰富多元的资源体系;建构了以能力为导向的线上线下、课内课外混合式教学模式;建立了以教学目标为导向的多元评价体系。教学创新与实践探索达成了预期的目标,收到了良好的教学效果。

实践教学环节是工科专业提升学生综合素质的有效手段,也是地方高校实现产教融合的重要途径。如何保障和提高实践教学质量并与地方产业深度融合是地方高校的根本任务。深入剖析了商洛学院资源循环科学与工程专业实践教学环节存在的“四难”问题,通过优化整合校内实践教学资源、合作建设校外实践教学基地、合力打造实践育人课程体系、扎实推进“实习-就业一体化”以全面推动实践教学改革。提高了应用型人才的培养质量,促进了地方经济的持续发展,展现了地方高校和地方产业相关专业存在的重要价值。

以无机化学、光化学为知识背景,以实现“双碳目标”为核心理念,采用直接沉淀法制备了3种金属离子掺杂氧化锌。实验包括8个环节:文献调研、实验方案确定、材料合成、材料表征、光催化性能探研、数据处理与分析、报告撰写和PPT分享交流等。该综合性实验,能帮助学生融会贯通无机化学、光化学、仪器分析化学和结构化学的相关知识,体验高科技仪器设备的技术优势,在小组协作中培养朋辈相互学习、合作共赢、勇攀高峰的科学研究精神。

设计了一个新的大学有机化学实验:植物色素的提取和色谱分离。该实验以番茄酱为原料,通过无水乙醇脱水、二氯甲烷溶剂提取获得含有番茄红素和胡萝卜素混合溶液。再以石油醚及一定配比的石油醚和二氯甲烷混合溶液为洗脱剂柱色谱分离出胡萝卜素和番茄红素溶液。最后用环己烷和二氯甲烷混合溶剂进行薄层色谱分离鉴定番茄色素和胡萝卜素。结果表明,薄层色谱和柱色谱分离都达到了理想的分离效果,学生实验成功率较高。该实验为大学有机化学实验提供了一个天然色素提取和色谱分离的实验项目,原料易得,前处理简单,实验技术多样,适用面广。同时,被分离的不同色素为同分异构体,在教学上能更好地体现色谱分离法的技术优势和特点。

电渗析法海水制盐是一项成熟的工业技术,可替代传统日晒法海水制盐,但电场作用下离子迁移过程尚不够明晰,对其理论认知亟需推进。从外电场对氯化钠水溶液结构的影响入手,设计综合性开放实验:以电渗析实际操作条件为依据,选取0 V和4.5 V直流电压条件,指导本科生应用拉曼光谱法和分子动力学模拟2种手段表征和分析有无电场下NaCl水溶液的微观结构,并测试溶液黏度,尝试将溶液的微观结构与宏观物理性质进行关联,引导学生探索事物的微观本质,激发创新意识。实验整体具有高阶性、创新性和挑战度。

为培养学生在制备综合性实验方面的能力,并推行化学教学实验的绿色化和规范化,改进了原有环糊精衍生物制备实验,将反应介质从吡啶变为NaOH水溶液,设计了2种6位单取代-β-环糊精衍生物的制备实验方案。该实验以β-环糊精为原料,对甲苯磺酰氯为衍生化试剂制得单-(6-O-对甲苯磺酰)-β-环糊精,后续在此基础上再与乙二胺反应制备得单-(6-乙二胺-6-去氧)-β-环糊精。实验涉及过滤、重结晶等操作,并通过红外光谱、核磁共振氢谱、熔点测定、高效液相色谱对产物进行表征。该综合实验实现了有机化学和分析化学学科知识的融合,能帮助有科研深造需求和从事相关工作的学生奠定良好的实验基础。

无机及分析化学实验是大学化学工程与工艺、应用化学等理工科专业学生进入大学后的首门实验课程,与高中化学实验联系紧密,也是学生开展后续学习和研究工作的基础。从不同角度分析了人教版高中化学教材(2019版)中学生必做实验,并结合目前大学无机及分析化学实验的实际教学情况,从课程内容体系构建、实验内容安排、教学过程设计等3个方面对大学无机及分析化学实验教学提出建议,有利于帮助学生实现由高中到大学顺利过渡,促进其问题解决能力与创新思维发展,为大学无机及分析化学实验的教学运行提供借鉴和参考。

加强精馏过程中的能量回收、优化工艺参数、提升安全水平,对精馏生产具有重要意义,这是化工专业学生学习的重点和难点,也是实际生产中重点关注的问题。基于兰州石化职业技术大学乙醇实训装置,对其存在的能量利用不合理、流程不完善等问题进行了分析,采用Aspen Plus软件进行了模拟与优化,并应用危险与可操作性分析(HAZOP)对安全风险进行了辨识,实施了改变塔顶冷凝方式、加强塔釜余热利用、优化进料位置、增加联锁保护等针对性的措施,改造成一套安全、节能的精馏装置。

基于高阶与低阶有区分的教学目标、线上与线下有混合的教学组织、理论与实践互融合的教学内容、传统与智慧互并存的教学环境、认知与行动相一致的课程思政以及终结与过程相结合的教学评价等方面,构建生物化学双链式教学模式。以蛋白质分子结构为例,在教学实践中基于双链式模式,围绕“蛋白质分子结构”教学主线,教师利用区分制定的教学目标把课堂时间解放出来,采用案例教学法、项目教学法以及问题教学法开展深度互动教学活动,显著提升课程的目标达成度。基于双链式教学模式,进一步提升了课程的创新模式和两性一度,为课程改革提供参考和思路。

针对课程教学中出现的学生基础知识薄弱、应用理论知识分析解决实践问题能力不足、创新思维缺乏,从而影响中药学拔尖创新人才培养等问题,以阿司匹林的制备为例,构建以“基础知识-创新思维-应用能力”为主线的课程教学改革,旨在多途径激发学生掌握基本知识,培养其将有机合成应用到中药开发的创新应用能力。本次教学改革有效促进了有机化学实验课程教学质量的提升,为中医药传承创新发展奠定了坚实基础。

为提高研究生课程教学育人成效,本团队结合燃煤热电厂不同煤种燃烧过程效能与环境风险的科研案例和城市灰霾污染防治科研课题,创新性地探索将化工流程模拟结合事故树分析的科研实例应用在资源与环境专业研究生环境污染与风险评价课程教学中,重点关联大气环境风险评价中燃煤产物与燃烧温度的关系以及燃煤与灰霾污染的致因机理。实践表明,这种教学方法有助于理论知识具体化、生动化、简明化,能够让学生更直观了解燃煤产物含量变化与燃烧温度之间的关系;与此同时,实现了通过事故树方法引导学生建立燃煤与灰霾污染的致因机理和防治的逻辑思维及理念。相关教学实践探索有助于学生掌握化工流程模拟及跨学科的系统工程理论在大气环境污染风险评价领域的应用,有助于加强对研究生科研创新思维与综合实践能力的培养。

虚拟仿真教学具有展示度高、易于共享等突出优势,近年来广泛运用于教学各环节中。论述了结构化学实验的虚拟仿真教学实践过程,讨论了教学设计、实施细节和在化学专业核心素养培养中的价值。基于ORCA软件的基础量子化学计算任务,内容包括进阶模式及任务驱动的7个实验项目。调查评估结果显示,虚拟仿真实验对学生模型思维的树立、量子化学计算技术的应用、相关专业基础课的学习和化学专业素养的培养等方面均有明显的促进作用。

虚拟仿真实验教学课程是数字赋能实践教学新模式,如何强化虚拟仿真实验教学课程内涵,提升虚拟仿真实验教学课程的使用率和育人实效,是各高校共同关注的问题。在总结多年实践经验的基础上,聚焦虚拟仿真实验教学课程存在的课程选题、核心要素仿真度、交互步骤设计等方面质量欠佳,课程建成后应用少,育人效果不理想等现实问题,探讨以学生为中心,选题建设以人才培养需求为导向,采用“严选课程内容、严控教学过程、突出问题导向、注重开放共享”等4个举措,在课程题目、内容、知识点、交互步骤设计、预期结果等方面严格对标一流课程要求强化课程内涵,提升了虚拟仿真实验教学课程的教学使用率和教学实效,取得了良好的育人效果,同时给出了虚拟仿真实验教学课程质量评价标准,具有推广借鉴价值。

学科高质量发展是“双一流”建设的重点要求。化学是高校专业型领域人才培养与国家产业发展的重点主流专业之一。通过对英国与美国的世界一流高校化学专业课程进行分析,认为其在目标上凸显“注重综合素质与个性成长的统一”与“注重社会贡献与学生成才的相融合”,在内容上彰显“理论性和实践性相统一”和“基本知识和前沿理论相统一”,在组织上注重“专业课程与相关课程的融通”与“网状化课程结构与学生个性发展的交相辉映”,在评价上注重“评价方法多元”和“过程性与连续性相结合”。结合英美世界一流大学化学专业课程特征与我国高校化学专业课程的建设实际与发展需要,注重课程目标的专业性与特色性、提升课程内容的时代性与实践性、促进课程结构的延展性与可选择性、增强课程评价多元性与过程性是我国大学化学专业课程建设可借鉴的重要经验。

19世纪,随着近代科学的发展,英国物理学家麦克斯韦等人确立了CGS单位制,克劳修斯提出尔格作为能量单位;法国化学家克莱门提出了最早的卡路里单位,在早期热力学研究中得到广泛应用。1960年国际单位制确立,焦耳作为国际通用能量单位,广泛用于科研、工程和教学等领域。20世纪随着量子力学的发展,出现了电子伏特、哈特里等适用于描述微观尺度的能量单位。能量单位的演进展现了科学发展从宏观到微观的历程,反映了科学理论在实践中不断完善的本质。

1797年,法国化学家沃克兰通过化学分析实验猜想,西伯利亚红铅矿中存在一种新的未知金属元素。1798年,沃克兰凭借积累的分析经验成功提取出铬单质,证实了铬元素的存在,铬元素概念初步形成。1803年,道尔顿提出科学原子论后,铬元素的概念发展为:相对原子质量为24的原子的总称。20世纪以来,随着原子结构理论的建立和同位素化学的兴起,科学家共发现27种铬同位素。随之,现代铬元素概念形成:核电荷数为24的一类原子的总称。总之,随着科学思想和科学方法的发展,铬元素的概念也在不断演进。