在过去的几十年里,消费者比过去更关注自己的健康,特别是在食品、饮料和药物中,使用甜味剂来代替糖是一种有效的策略。替代糖属于食品甜味添加剂的一种,也被称为无营养甜味剂(non-nutritive sweeteners,NNS),包括人工替代糖和天然替代糖。这些替代糖具有低卡路里或零热量的特点,使得消费者对这类甜味剂的需求急剧增长。利用低成本原料生产低热量替代糖成为最近的研究热点。然而,随着对其需求量和使用量的急剧增加,过度使用替代糖同样也会导致厌食症和肥胖相关疾病的产生。本文总结了人工替代糖的分类和合成工艺以及天然替代糖的提取手段,同时讨论了这些替代糖所带来的健康益处及潜在的不良影响。

火场燃烧残留物物证的识别和检验鉴定对认定火灾性质有重要作用,其中土壤类物证是火场中一种重要的检材类型,土壤作为典型的渗透性介质,渗入其中的助燃剂虽不易发生燃烧,但火场环境复杂,土壤中助燃剂残留物物证检验鉴定不可避免地受到风化、微生物效应等因素干扰。为了解土壤中助燃剂残留物物证鉴定领域的研究进展,对近年来的相关研究进行了梳理,主要包括土壤中助燃剂残留物物证火场提取位置及鉴定,干扰因素如微生物效应、风化效应以及2者耦合对助燃剂物证的影响,微生物效应的抑制等研究,并对今后的研究方向进行了展望,旨在为土壤中助燃剂残留物物证鉴定提供参考。

高分子化学作为一个正在蓬勃发展的交叉学科,与国民经济建设密切相连,处于科学发展的前沿。如何培养品德和志向高远、具有较强创新能力、能适应新世纪科学技术发展需要的高分子专业人才就成为摆在教育工作者面前的重要课题。为了实现这一目标,针对吉林大学基础学科拔尖班“唐敖庆”班学生基础扎实、主观能动性好及科学思路活跃的特点,笔者提出3个融合的教学理念,即课程思政、学生主观能动性、前沿科研动态等3个要素与创新教学融合,将基础理论教学和科研实践相结合,不断对高分子学科的课程内容、教学模式、授课考核等进行教学改革和探索,在教学实践中发挥吉林大学高分子重点学科在理论、实践和思想上的优势,力争在教学质量、人才培养、创新意识等方面不断提高学生的综合素质。

纳米科技引领芯片、能源、催化等领域的研究进展,如何从中挖掘出美的元素,达到知识教育兼具科技美育的效果,笔者进行了有益的探索与实践。通过梳理课程内容,形成“知识讲解—美学赏析—艺术创作”的教学新模式,凝练出“纳米结构美”“纳米研究的逻辑美”与“微纳创作美”等3方面的美学联系,实现了科技与艺术的有机融合,达到知识收获、以美育人的目的。

思政教育框架与专业知识体系的交织交融是深化教育教学改革的关键之一。结合“计算机在化学中的应用”课程的特点,从4个方面进行课程思政创新实践:挖掘并整合相关的思想政治元素;在设计案例时注重强调德育才育相互渗透;在师资体系建设上加强培训和引导,提高师资队伍水平;在实践中不断探索推进多维度教学模式。更好地促进“大思政”改革理念在专业课程中落地生根。

有机合成课程中,浅层学习方式造成学生的知识浅表化、碎片化、孤立化。为了推进学生由浅度学习方式转向深度学习方式,通过创设情境激发学习动机,牵线搭桥厘清新知识与原有知识间的逻辑关联,深度探究反应本质,增强知识迁移与拓展的能力,理实结合探索对真实问题的解决,经历思维的发展与认知的深化,并以多尺度、多角度的评价进一步推进深度学习过程。结果表明,以深度教学引领深度学习,能有效提升学生的学习质量。

以“合成百年神药阿司匹林”为项目学习主题,以认识羧酸及其衍生物、明确阿司匹林的制备原理、设计阿司匹林的合成方案、合成阿司匹林、优化阿司匹林合成方案为关键项目任务,呈现大学有机化学理论教学和实验教学相结合的项目式教学设计思路和教学实践过程。

辩证逻辑思维是抽象思维的高级阶段,对创新起着至关重要的指导作用。以邻苯二甲酰亚胺合成实验的教学过程为例,介绍了用辩证逻辑方法分析邻苯二甲酰亚胺的反应机理、实验现象、文献阅读和创新方法等方面的教学过程,以及通过辩证逻辑思维训练培养学生解决实际问题能力和创新能力的一些思考。本研究也是“促进学生主动把学习、观察、实践同思考紧密结合起来”的一次探索和尝试。

借助DNA分子良好的生物相容性和可编程性,科学家合成了各种各样的DNA纳米自组装结构,这些结构在分子检测、生物成像和药物运输等领域已经展现出极大的应用潜力,然而这一先进前沿研究领域在本科生教学实验中并未涉及。为了拓展学生的科研视野,激发学生科研兴趣,将DNA纳米技术的科研成果与PCR、紫外-可见分光光度计、聚丙烯酰胺凝胶电泳和凝胶成像分析相融合,开展了DNA纳米自组装结构的教学实验。通过本实验使学生了解了DNA分支纳米结构的制备、表征和检测,不仅丰富了本科生实验教学项目的内容,培养了学生创新思维能力,提升了学生的科研水平,而且扩宽了学生的眼界、激发了学生进行前沿科学研究的热情,对培养复合型人才具有非常重要的意义。

基于无机化学实验混合式教学实践,分析进阶式探究性实验项目应用于教学中的必要性。从项目开发、项目分类、组织实施、成果转化、持续改进等5个环节阐述应用过程。通过教科融合、分层教学、费曼学习法、以评促学、以思促学等策略,并借助现代化信息技术,将专业教育与思政教育、科学研究、创新创业教育、实践教育进行深度融合,实现学生的个人价值,凸显课程的学术性与师范性,循序渐进地培养化学师范生的高阶能力。

为提升新能源材料与器件专业本科生的实践与创新能力,本专业综合实验课程开展教学改革。通过教师主导、学生主体的“半探索式”实验教学,引导学生掌握锂离子电池富锂正极材料固相法合成、扣式电池组装及测试、电化学表征及分析。本专业综合实验课程按照“三阶段八过程”混合教学模式,组织学生在实验前、实验中和实验后等3个阶段,通过教师引导、团队探索深入参与电化学性能测试,并且熟悉电化学仪器的实验操作和数据分析。本综合实验将电池专业知识和科研实践有机结合,培养并提升学生的综合能力。

对中国大陆地区近5年来职前化学教师教育研究文献进行计量分析和内容分析,研究发现:(1)地方师范院校教师仍是本领域研究主体,而且跨校合作开始增多;(2)《化学教育》期刊仍然是本领域研究文献的主要阵地;(3)职前化学教师的“学习研究”成为最受关注的主题,职前化学教师的知识、素养、心理等多视角异彩纷呈,但“课程研究”和“教育技术”目前关注度不够;(4)职前化学教师教育的实证研究已经居于核心期刊绝对主流,其中定性研究比例最大。

2022年10月中国共产党二十大召开后,如何将大会精神融入教材,成为教材改革的重要组成部分和教材修订的一个重要方向。中等职业学校公共基础课程国家规划教材《化学(通用类)》第2版教材根据教育部要求进行了修订工作。首先,中共二十大精神从整体上对教材提出要求,教材编写时应站在国家高度、坚持正确的政治导向、明确主体任务和教学目标。其次,编写时应选择化学知识相关的结合点融入二十大精神。最后,需注意二十大精神的融入的形式与样式,做到自然顺畅,润物细无声。

从科教融合角度,构建了与学科研究发展关联度高的教学案例。以“人工智能预测蛋白质结构”为例,从课程引导、案例教学内容设计、案例教学组织实施以及案例教学效果评价等方面,阐述了案例教学设计与实施。教学实践表明,在人工智能预测蛋白质结构的案例学习中,学生将人工智能技术与生物化学知识内容相结合,构建并实践交叉学科融合思维。此外,学生通过自主学习人工智能预测蛋白质的技术,培养主动思考和解决问题能力的同时,显著提升课程学习获得感。基于科教融合的案例教学,进一步提升了课程的高阶性、创新性和挑战度。

对有机物的鉴别是有机化学课程的重点内容之一。然而,当前的有机化学教材针对上述内容的阐述多停留在化学原理层面,教学过程亦缺乏融入应用领域的现实案例,此现状不利于基础学科与应用学科的交叉融合,不利于学生构建前后衔接的知识体系。在此背景下,将有机物鉴别原理与药物分析、法医鉴定、食品毒物分析、临床检测等领域的应用案例结合起来,从而推动有机化学案例版教材的编写,促进教育的多学科交叉融合。

介绍了食品工程专业基础课程有机化学课程教学设计与实践过程。该过程基于OBE理念,以培养合格食品工程师的成果为导向,确立课程目标,整合和优化课程内容,设计课程教法,运用多元课程评价方式一体化进行课程整体变革设计,精准指向食品工程专业职业发展必备素养。研究表明,课程目标达成度高,成功实现了教学改革,达到食品工程专业人才培养的毕业要求。同时针对课程不足,提出了持续改进的方向。

两可亲核试剂参与的亲核取代反应是亲核取代反应的一种特殊类型,当两可亲核试剂与同一底物发生亲核取代反应时,由于进攻位点的不同,所得产物通常为混合物。以两可亲核试剂MCN (M=Na, Ag)与溴乙烷(C₂H₅Br)的亲核取代反应为例,通过量子化学计算研究了氰根离子中C和N分别作为亲核位点的反应性能,获得了与实验一致的结果。计算表明,对于NaCN,C原子亲核进攻形成乙腈比N原子亲核进攻形成异腈的能垒更低,反应的主要产物为乙腈;而对于AgCN,则情况相反,有利于形成产物异腈。通过分析轨道相互作用、Fukui函数和HOMO轨道成分阐明了2个两可亲核试剂不同反应性的微观本质,合理解释了实验与计算结果。

通过简单量子化学计算,使学生获得系列羰基化合物/水分子之间几何和振动光谱参数,通过构建氢键供体键长与其伸缩振动波数之间的定量关系,进而理解氢键受体的碱性在氢键供体的共价键长、伸缩振动频率及其氢键强度中的重要作用。基于中学和大学教学内容,引入这种研究式教学方法能够很好地使学生把化学中的相关概念关联在一起,提升学生学习化学的兴趣和解决科学问题的能力。

在“计算机与应用化学”的课堂教学中借助Gaussian软件阐明3种不同端基的丙氨酸二肽和氮化石墨烯分子间存在的氢键作用。通过对原子间距、电荷分布与静电势的分析,引导学生认识氢键形成的机制,加深其对氢键本质的理解,致力于培养跨学科综合型创新人才。

醇醚中的氧原子比醛酮羰基的氧原子碱性强,而羧酸及其衍生物在酸催化下的反应却是其羰基氧原子质子化;另外,羧酸及其衍生物作为亲核试剂时,也是其羰基氧原子作为亲核位点。通过分析羧酸及其衍生物中羰基和氧/氮原子形成的π43共轭体系的电子效应,合理地解释了为什么羧酸及其衍生物中羰基氧原子更易被质子化和作为亲核位点,并且拓展到了亚胺酯、脒和胍类化合物的质子化。