地球上许多生物体都具有发出可见光的能力。经过近100年的实验研究和几十年的理论研究,生物发光现象得到多种实际应用,其微观机理也获得了初步理解。为了让更多的化学工作者了解生物发光现象及其包含的复杂化学过程和大致反应机理,从厘清相关概念和定义入手,简要综述了该领域实验研究和理论研究的历史和进展。搞清生物发光中一系列化学反应的机理是理解生物发光和改造生物发光体系以取得特殊实际应用的关键。随后以萤火虫发光为例,将其一个完整的发光过程分为6个阶段辅以最新研究成果进行简要解析。最后对该领域目前的研究热点和前景进行了小结。

基于近年来国际上新兴的化学哲学学科成果,建构了包含化学思维的实践性、化学概念的二元性、化学定律的近似性、化学理论的相对自主性、化学语言的不对称性、化学解释的结构性的六维化学认识论体系。并从本体和工具2个方面初步探讨了其化学教育意蕴。

“5C”教学理念聚焦化学拔尖人才的创新精神和实践能力的培养,通过化学专业知识实践、文理学科融合、综合能力培养、城市发展建议和个性化引导等多维途径,构建了促进理论与实践相结合的教学模式,推动了多学科知识的交叉与融合。课程设计以水质调研为切入点,采用启发式、探究式等多样化教学方法,结合3D打印、无人机等现代技术手段,揭示了在专业技能、批判性思维、创造性思维以及社会责任感等核心素养方面的培养路径。本研究为新时代化学拔尖人才培养提供了创新模式与实践依据。

化学类专业英语课程在培养本科生专业英语能力和科研素养方面具有重要作用,但传统教学模式存在实践性不足、学习兴趣低、语言应用能力提升缓慢等问题。为此,构建了“五式学习法”,包括口语对话式、电梯演讲式、文献阅读式、摘要写作式和分组演示式,旨在通过多元化的教学活动提升学生的综合能力。基于该方法的教学实践在齐鲁理工学院生物与化学工程学院本科生群体中实施,通过问卷调查、课堂观察和测试数据等方式进行系统分析。研究结果表明,“五式学习法”能够提升本科生的学术表达能力和专业英语水平,提高课堂参与度和学习兴趣,同时培养其科研素养和团队合作能力。本研究为化学类专业英语教学改革提供了新的思路与实践经验。

针对结构化学第一章量子力学基础知识内容抽象、概念难以理解的问题,结合学生的知识结构特点,提出了将学生熟悉的知识图形化,以此引出新概念,并以图形化的方式解释实验现象、阐明计算结果。这种方法能够有效降低学生学习量子力学理论框架的难度。在此基础上,通过采用类比的方法,从宏观物体到微观粒子,从牛顿力学到量子力学,让学生像理解牛顿力学探索宏观世界物体的运动特点一样,理解量子力学的基础概念和框架结构,并学会自然而然地运用量子力学的理论思考微观世界中粒子的运动问题。

本综合实验选择干细胞药物筛选的前沿科学研究,将细胞培养、体外药效学筛选评价、细胞活性检测方法等重要的科研技术有机串联,紧跟科研新进展,体现了教学实践“依靠科研,结合科研”的宗旨,实验具有设计性、综合性和扩展性的特点。以小分子药物Stemazole的药效学评价实验为例,学生经过研究设计、实验实施、数据统计、结果分析、撰写报告及成果汇报等一系列连贯的训练,亲身体验了科研活动的内涵,加深了对基础理论的理解,强化了动手能力和分析解决问题的能力,激发了他们从事科研工作的热情和兴趣。经过十多年的教学积累,形成了“以虚补实、虚实结合”的混合式教学方式,整个实验过程高度开放,给学生足够的自由度,充分发挥了学生的主观能动性,产生了良好的教学效果,促进了实验教学质量的提高和拔尖创新人才的培养。

将DNA纳米技术融入本科实验教学,设计了一个创新实验。该实验将DNA纳米开关的“打开”和“闭合”状态分别表示为0和1,通过加入RNA单链制备4种构型不同的DNA纳米开关,根据它们在琼脂糖凝胶电泳中的迁移速率不同实现对数字0-9的二进制表达,运用RNase A酶对RNA的特异性作用对密码进行加密,最后使用DNA单链解密并读取密码。通过该实验,成功地将信息学中的二进制算法融合到DNA纳米技术中,不仅使学生掌握了DNA纳米领域的相关知识和实验技能,而且让学生体验了一种新的信息加密和解密方法,取得了良好的教学效果。

随着人工智能和数据科学迅速发展,工业智能化、自动化已成为必然趋势。根据新工科对工程技术人才的培养要求,结合“绿色发展”国家重大战略,针对“化学反应工程”课程教学中存在的理论知识晦涩难懂、计算公式推演繁杂等问题,设计了“机器学习辅助优化光催化处理抗生素废水”综合实验,借助理论与实验融合教学模式,旨在助力学生深刻理解化学反应机制及人工智能辅助优化反应工艺条件。首先,阐述了综合实验的实验原理、育人目标和考核方式;其次,描述了综合实验的实施过程;最后讨论了综合实验的模型训练、工艺参数优化和验证实验等实验结果。通过该综合实验,学生学习了化工、环境、计算机等学科领域知识,更好地掌握了利用新一代信息技术解决复杂化工问题的方法,加强了多学科交叉融合的科研素养和环保意识。

重新测量了对称-四嗪(1,2,4,5-tetrazine,Sym-Tz)和3,6-二甲基对称-四嗪(3,6-dimethyl-1,2,4,5-tetrazine,DM-sym-Tz)的紫外-可见(UV-Vis)电子吸收光谱。与气相比较,由于静电极化效应,在非极性环己烷溶剂中ππ*带和nπ*带均向红移。2种化合物表现出典型的溶致变色行为,即随着溶剂极性的增加,ππ*带向红移,而nπ*带向蓝移,这是静电极化效应与更强的溶质-溶剂相互作用,如取向极化溶剂效应,甚至氢键作用平衡的结果。而且,nπ*光谱带与ππ*带各自具有完整吸收带而没有相互重叠。作为分析化学教材中溶剂效应的典型案例,从非极性环己烷到强极性水,可以同时展示溶剂极性对ππ*和nπ* 2个吸收带的影响。通过计算化学,展示了nπ*带精细结构对应的振动模式。作为本科生甚至研究生光谱学实验教学内容,操作简单,伴随着明显的肉眼可见的颜色变化,从气相的淡紫红色,到环己烷中紫红色,水中红色,这更可能引起学生对溶剂效应的学习兴趣。

创新性地设计了一套将扫描电化学显微镜(SECM)的微区扫图成像技术融入本科专业综合实验的教学体系,旨在消除基础教育与科研前沿之间的隔阂。该实验系统阐述了SECM的成像原理,引导学生自主开展超微电极的制备、表征和初步应用实验。通过直观展示SECM的操作原理,指导学生进行合理的数据分析。此实验方案极大丰富了实验教学内涵,深化了学生对电化学知识的理解和掌握,有效锤炼了学生的实验操作技能和创新思维能力。本文彰显了先进微区电化学分析技术在教育和科研中的潜力,为培育未来新能源领域“高精尖缺”人才搭建了一个高效而前沿的实践平台。

目前的物理化学实验教材中,“双液系的气液平衡相图”实验普遍采用经典的折光率法进行气液相组成的定量测定,本文创新性地引入红外光谱法来定量测定气液相组成。通过采用衰减全反射傅里叶变换红外光谱技术,结合自主设计的红外液体采样池,选择合适的双液混合体系红外特征吸收峰,构建红外特征吸收峰吸光度与混合体系组成之间的线性关系,成功实现了对气液相组成的红外定量分析,并基于此进行了相图的绘制。这一实验改进在保持经典教学内容的同时,引入了现代的光谱学技术,使得物理化学实验教学更加符合新时代的要求。

利用“绿色化学观与可持续发展意识调查问卷”对南通市某高校272名化学师范生进行调查,发现师范生在绿色化学观与可持续发展意识方面总体表现良好,但在某些维度上存在不平衡。在绿色化学观方面,师范生在原子经济性和减少衍生物维度的认知水平较低。在可持续发展意识方面,师范生在经济维度上的得分偏低。不同性别师范生在可持续发展意识所有维度以及绿色化学观部分维度存在显著差异;不同年级师范生在绿色化学观和可持续发展意识所有维度均不存在显著差异。绿色化学观与可持续发展意识之间存在显著正相关,且绿色化学观的“设计更安全的化学品”“使用可再生原料”“设计降解性好的产品”“设计能源效率更高的工艺”“实时分析以防止污染”和“事故预防”等6个维度对可持续发展意识维度具有显著的预测作用。基于研究发现,建议加强绿色化学观中薄弱维度的教学,关注性别差异,整合绿色化学与可持续发展教育,加强实践教学,以完善师范生培养体系。

当前,药物分析探究性学习面临探究性主题设计缺乏创新性、实施过程动态支持以及评价方案设计不足等问题。人工智能生成内容(AIGC)凭借其强大的内容生成能力及支撑多轮有意义对话的功能,能够有效协助教师进行多样化与精准化的教学设计,并辅助学生完成深度探究性学习。基于生成式探究学习理念,构建了适用于药物分析课程的生成式探究学习框架,从人机协同的教学设计与学生探究等2个方面详细阐述具体实施流程,并提出了融入AIGC应用能力评价的综合评价方案。实践应用表明,该模式显著提升了学生的探究性学习表现、综合分析能力、学习兴趣和自信心,有效促进了深度学习的实现,可为人工智能时代教学模式的优化提供有益参考。

食品化学不仅聚焦食品的物质结构和功能特性,更通过教学与产业的融合,深度关联学生职业素养与创新能力的培养。美拉德反应(Maillard reaction)是食品化学中最重要的知识点之一,以美拉德反应教学节段为例,从学情分析与教学目标、教学设计与教学方法、考核评价与教学反思等3个方面进行论述。围绕“学到深处、用到实处”的教学理念,深度探讨PPPTS模型在食品化学教学中的应用,以期持续改进本课程教学质量,为食品行业培养具有创新思维和实践能力的应用型人才提供有效路径。

制药化工原理是制药类专业的专业基础课,具有很强的工程性和实践性,旨在培养学生解决制药生产中实际问题的能力。课程团队结合教学实际情况,深度剖析该课程三大痛点:学生知识职联困惑、理论脱离实际、课程实践体系不完善。通过重塑教学目标、重构教学内容、深化实践改革,构建新工科特色的“岗位匹配·理实一体·深度实践”的教学模式。课程改革深受学生欢迎并取得卓越成效,课程改革成果辐射推广到专业相关的其他课程。

深入介绍了专为化学实验教学设计的基于人工智能辅助的Chem Score预评分系统。该系统以物理化学实验中乙酸乙酯皂化反应动力学实验为例,通过历史数据构建数据库,结合实验过程中的关键特征参量,构建基于随机森林的机器学习算法,对实验过程中的数据进行精确识别、自动评分和可视化展示。Chem Score系统实现了对实验数据的标准化评分,为学生提供了即时反馈与个性化学习路径规划。同时,系统内置的实验数据库与数据分析功能,支持数据的可视化展示与深入分析,为教学改进提供了科学依据,展示了智慧教育在化学实验教学中的广阔应用前景。

化学键的本质是全部化学的核心。辨析了与化学键相关的、衡量原子化合程度及数量的化合价、氧化数与形式电荷等3个概念间的区别和联系,探讨了通过量子化学计算,研究化学键的本质,并实现化合价、形式电荷与氧化数等概念实质相统一的可能。

在中国古代,张华、陆游、纪昀等人通过对磷化氢被氧化发光的现象的论述形成了对磷元素的早期记载。1669年,布兰德从尿液中制取出磷单质并将其命名为磷(Phosphorus)。孔克尔、波义尔、汉克维茨等人也在随后不久成功制得磷单质。磷单质的制取标志着磷元素的概念初步形成。科学原子论的提出和磷元素相对原子质量测量的精确使磷元素的概念在微观层面进一步发展。20世纪,随着中子的发现和磷同位素的成功制取,现代磷元素的概念形成。