癌症作为全球主要的致死原因之一,对公共卫生构成了巨大的挑战。癌症的防控策略不仅需要治疗技术的进步,也同样需要诊断技术的发展。肿瘤的发生和发展伴随着细胞结构和功能的多种变化,以及肿瘤微环境的显著改变。在这些变化过程中,特定分子的表达水平会出现异常,这些异常表达的分子可以作为肿瘤诊断的生物标志物。近年来,正电子发射断层扫描(Positron Emission Tomography,简称PET)作为一种重要的分子成像技术,已被广泛应用于检测肿瘤的结构和功能变化。PET技术的核心在于放射性示踪剂的开发与应用,这些示踪剂的设计和合成一般基于化学原理的深入理解和创新应用。本文旨在综述PET中几种典型的放射性示踪剂,并探讨核素标记过程中涉及的化学原理,增进对PET在肿瘤诊断中应用的理解,并提升对化学在生物医学领域中作用的认识。此外,PET放射性示踪剂的设计和合成过程是化学教育的宝贵资源,对化学在生命科学相关学科的教学具有重要意义。

荧光作为一种经典的物理化学现象,在揭示生命科学的深层次机制和推动精准医疗革命方面发挥了重要作用。旨在介绍荧光成像技术在生物医学研究中的尖端应用,从自然界中的荧光现象出发,讨论了荧光产生的机理,荧光染料的发展历程,多功能荧光探针的设计策略,以及荧光成像技术在活细胞探测、疾病检测、光学治疗和术中导航中的先进应用,深入浅出地对荧光相关的成像技术做了科普介绍,希望为化学、材料学、生物学和医学等多个学科的科研工作者或对此感兴趣的人员提供关于荧光成像技术的核心概念、当前热点和最新进展知识。

以波谱分析课程中“青蒿素的分子结构综合解析”为例,基于问题导向,围绕如何培养学生综合运用多种方法技术正确解析化合物的分子结构的能力,设计了一系列学习任务和连环问题,将课程的素养目标、知识目标和能力目标有机地融为了一体,也使课程思政教育真正走进专业课教学中。从教学效果来看,学生不仅掌握了有机物结构的综合解析方法,进一步提升了分析问题和解决问题的能力,同时,科学家不畏艰险、坚持不懈的科学探索精神还赋予了学生极强的正能量,有利于他们树立正确的价值观、人生观和家国情怀。

针对高等学校高分子科学实验教学项目与高分子科学技术发展的不同步现状,提出通过构建互穿聚合物网络(IPN),制备具有温度响应性导电互穿水凝胶材料的新策略,通过测定该材料的温度响应性能,以拓展学生对高分子材料在电学传感领域应用的认知。实验聚焦于高分子科学的研究热点,学生通过查阅文献,在教师引导下确定实验设计方案;教师把握引入科研成果的深度,引导学生确定实验方案,将实验设计成集合成、结构表征、性能测试等为一体的小型科研项目。在实验环节安排上,通过模拟科研探索过程,在部分实验中引入温度或物料变量,并通过不同组之间的数据共享与综合分析,高效完成梯度对照实验并锻炼学生横向数据分析与总结概括的能力。该实验在本科实验教学中已执行2年,指导学生在省级以上学科竞赛中获奖2项,发表中文核心期刊论文1篇,在教学实施过程中取得了良好的实验教学效果。

针对当前化学类教学实验多为验证实验及学生自主创新性不强的现状,从《化学类专业本科教学质量国家标准》出发,设计了新实验“自制表面解吸常压化学电离质谱装置高效检测红茶中的不饱和脂肪酸”。该实验通过让学生自主搭建常压电晕放电电离装置,深入理解电离与环氧化的原理,激发他们的实验主动性。自制的装置操作简便且快速,大幅降低了教学成本,且避免了有机试剂的参与,符合绿色环保的理念。实验通过研究新型活性物种水自由基阳离子(H₂O)^<sup>+·_<sub>2与反-2-己烯酸、反-2-辛烯酸CC的环氧化反应,进行对CC位置异构体的鉴定和定量分析。同时,实验还考查了学生分析化学的基本操作与有机质谱实验技能,培养了学生动手操作能力与科学创新思维。本实验适合本科化学实验教学,有助于提升学生的自主创新能力,增强其对实验的兴趣和主动性。

结合自身科研工作,设计了一项综合创新实验——碳基钙钛矿太阳能电池驱动小风扇综合创新实验。实验结合了无机化学中的晶体结构与材料化学中的半导体材料知识,旨在巩固学生的学科基础,同时培养其基本的实验技能和表征分析技术。为了让学生直观感受到科研成果的实际应用,通过简化实验流程,探究钙钛矿组分工程的优化条件,并通过X射线衍射、扫描电镜和电流密度-电压(J-V)曲线等测试进一步表征钙钛矿薄膜和器件性能,最后利用器件驱动小风扇。该实验不仅激发了学生的学习热情,更在动手实践中培养了创新思维和科学探索能力,也能拓宽科学前沿视野。

基于化学理论和基础化学实验对有机化学课堂教学展开项目式学习。以“合成香豆素-3-羧酸”为项目主题,引导学生深入学习醛和酮章节的重要知识,并学以致用于“合成香豆素-3-羧酸”项目任务中。项目以初识与再识醛和酮、分析香豆素-3-羧酸制备原理和流程、设计与合成香豆素-3-羧酸、展示与交流等为关键项目任务,呈现大学有机化学理论教学和实验教学相结合的项目式学习设计思路和教学实践过程。

使用开放性问卷与访谈法,测查了36名化学职前教师对大概念(本质、性质、形式、结构、功能)和大概念PCK(课程知识KoC、学生知识KoL、策略知识KoS、评价知识KoA)的认识状况。结果表明:(1)职前教师对大概念的认识虽较全面,但在大概念的提炼和层级结构的理解上不够准确和深入;(2)相较于初中课程,职前教师对高中课程内容更为熟悉,且对必修阶段教学主题的熟悉程度优于选择性必修阶段;(3)职前教师对KoL的认识主要是基于演绎推理得出,且聚焦于思维能力的不足,较少关注知识方面的困难障碍;(4)职前教师在大概念教学策略和评价方法上表现出一定的局限性,缺乏对大概念教学的针对性。据此对我国化学师范生教育及其研究提出相关建议。

“舌尖上的化学”课程以学生为中心,旨在提升教学质量,并实现通识教育中的“育人”和“发展”目标。课程面向非化学专业学生,通过整合“化学与食品知识”“营养与健康知识”和“历史与社会知识”,构建了“趣味”“生活味”和“思政味”协调的跨学科教学模式。课程设计兼具科普性与大众化特征,支持不同知识背景的学生有效学习,并通过“做中学”理念,结合情境教学和实践实验,激发学生的学习兴趣,突出化学学科实验科学的特色。教学过程中,课程注重学生的主体地位,采用“5E”教学模式与线上线下混合式教学,提高了学生的互动性和自主学习能力。多维度的评价体系确保学生在学习中不仅掌握知识,还能提升素养并发展实践能力。课程展现了良好的教学成效,尤其在提升学生的化学应用能力、创新思维和社会责任感方面具有较高的教学价值和推广潜力。

应用价层电子对互斥(VSEPR)理论能够简便地预测AB_n型分子或离子的空间构型,VSEPR理论能将基态原子核外电子排布和杂化轨道理论相联系,又是分子间作用力和配位化合物学习的基础,灵活掌握VSEPR理论能够增强结构化学部分知识点学习的逻辑性,改善对抽象内容的学习好感度。以不完全符合VSEPR预测结果的NO₂分子为载体,围绕其价键结构和键角设计并实践了一系列递进式讨论,最后以“共振论”和“三电子键”作为扩展,在巩固教学内容的同时激发学生探求真相的学习热情,引导学生客观、全面地认识VSEPR理论,培养以发展的眼光看待科学理论和规则的辩证思维习惯,提升思政素养。

基于Journal of Chemical Education近十年(2014.01—2023.12)发文,分析信息技术在国外核磁共振波谱教学的应用情况,介绍一些前沿信息技术,如人工智能、现实增强、3D打印等在核磁共振波谱教学中应用的案例,以期为我国高等化学教育带来启示。

针对国内高分子化学教科书在阴离子聚合pK_a理解、表述上长期普遍存在的问题,运用有机化学基本知识及严密逻辑,讨论了见诸教科书的5种典型观点,给出了确切结论;创建了与此pK_a相关的反应关系图;运用其解释了“为什么丙烯、乙酸乙烯酯无法阴离子聚合得到高聚物,而氯乙烯、乙烯却可以”“α-甲基苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯三嵌段共聚物合成过程中正确单体加料顺序的确定”“阴离子聚合为什么会是‘快引发、慢增长’的”等教学疑难问题,并给出文献佐证。此过程运用于教学实践,可在传授正确专业知识、订正教科书错误的同时,激发学生的探究兴趣,培养学生的批判精神、质疑态度、辩证思维,提高学生检索、运用文献的意识与能力,实现多目标教学。

有机化学反应中常常伴有电子的转移,但是伴随着电子的转移所形成的电荷计算、电荷表示,以及原子产生的价态变化、相应的反应性质分析都给有机化学的初学者带来极大的困惑。因此,从电荷计算的方法、电荷产生的原因以及与电荷相关的一些话题着手,尝试解答有机微粒电荷产生原因,形式电荷的意义;亲电性、亲核性的本质及其与电荷关系;有机化合物的价态变化与氧化度;并简要解释电荷与成键能力的关系。从而希望为有机化学的学习者提供对有机化学反应更深层次的思考,提升学习者的知识能力与层次。

以2013—2023年我国590篇化学教科书研究的硕博学位论文为样本,采用内容分析法,从研究主题、研究对象、研究方法和研究思路等4个方面考察化学教科书研究的现状。研究发现:近10年来,化学教科书研究广泛覆盖内容比较、内容分析、使用研究、编写设计和评价研究等5个主题;研究对象以21世纪我国的初、高中化学教科书为主;研究方法多元,依研究主题而呈现不同特点;研究思路从粗略模糊逐渐走向清晰有序。论文仍存在研究视域偏狭、研究方法使用失范、研究过程和论证逻辑不严密等问题。化学教科书研究者还需加强各研究主题的均衡与融合,深化对研究方法的理解与反思,加强研究程序的规范与严谨,增加研究的理论深度与视野宽度,以推动化学教科书研究领域的创新和发展。

通过对钒元素定义的发展史考证分析可知,钒元素定义的发展大致可划分为4个时期:一是墨西哥化学家德尔里奥在“棕铅矿”中发现赤铬(erythronium),钒元素的定义开始萌芽。二是瑞典化学家塞夫斯特姆在研究瑞典塔堡出产的铁矿时,进一步预言了该元素,并将其命名为钒(Vanadium),钒元素的假说正式形成。三是金属钒单质的制取和钒原子量的测定形成了钒元素的宏观和微观表征,促进了钒元素定义的形成和发展。四是钒同位素的发现使人们对钒元素有了新认识。总之,随着科学方法与科学思想的发展,钒元素定义的内涵也在不断发展。

介绍了8类工程塑料的发现与发展历程,以此为依据讨论了高等教育在引导学生从事研究过程中应该保持的4种态度和精神,旨在倡议高等教育注重健康的发展理念,注重创新性思想的培养。