随着人工智能技术的迅猛发展,以ChatGPT为代表的人工智能在化学研究领域的应用取得了诸多突破性的进展,涵盖了深度学习、大数据和集成数据、自动化实验室平台以及模拟与建模等多个方面,极大地提高了科学研究的效率。在化学教育中,人工智能技术已经开始通过虚拟实验室、自适应学习平台等形式得到了应用,极大地丰富了教学手段。然而,人工智能技术在化学领域的应用也暴露出一些问题,如计算错误、概念混淆以及参考资料与内容的捏造等。此外,人工智能还存在降低学生逻辑思维能力、写作能力等潜在风险,并且在激发原始创新方面存在局限。因此,在人工智能时代,化学教育在强化学生的基础理论教育的同时,应更加注重引导学生学会独立思考,着力培养学生的观察能力、判断能力、逻辑思维能力,以及激发他们的兴趣和好奇心,培养他们的创新思维能力。

稀有气体(Noble gas,Ng)元素氦是2电子单一闭壳层结构,具有极强的化学惰性,极难与其他元素结合形成化合物。但这种特性并非绝对。随着反应条件的改变,例如高温高压条件下,还是可以与其他元素成键的。其中,许多可能稳定存在的氦化合物也被利用高级量化计算预测出。在原始文献整理基础上,拟从化学键的角度,即如何形成局部化学键、氢键和长程范德华力的分析,较全面地介绍氦化合物的合成研究进展。

在“互联网+”时代背景下,地方高校面临着一流课程建设的新要求和新挑战。以新疆师范大学有机化学课程为例,探索了在该背景下一流课程建设路径和方法,通过打造创新型教学团队,丰富线上线下教学资源,构建多样融合的教学模式和方法,以及建立全方位评价体系,满足了学生个性需求,培养了创新能力,重塑了课堂教学形态,实现了“以学生为中心”的教学宗旨。本文的研究和实践成果能为地方高校一流课程建设提供有益的参考和借鉴。

化学国家级实验教学示范中心(武汉大学)将科普作为示范辐射作用发挥的重要渠道,通过开展层次丰富的公益科普、创作科普新项目以及探索特色科普活动等,持续丰富科普内容和形式,利用学校师资资源优势和良好支撑条件,彰显示范中心引领和辐射作用。

仪器分析教学中存在跨学科学习能力弱、理论与实践无法高度融合、无法将所学知识用于解决实际需求及课程对未来仪器发展缺少前瞻性等问题。以原子吸收光谱法为例,学生以原子吸收光谱分析方法“创造者”的角色体验学科交叉思维方式,激发更具创新性的高阶思维;学生以原子吸收光谱仪“设计者”的角色设计“简易”的原子吸收光谱仪,掌握仪器结构和使用方法;学生以原子吸收光谱仪“应用者”的角色了解仪器最新应用及先进仪器发展前沿,学会使用原子吸收光谱仪解决实际问题;学生以原子吸收光谱仪“构想者”的角色大胆畅想仪器未来的发展趋势,培养创新能力并挖掘新兴技术,培养全球视野和创新精神。立足于4个不同角色,站在更高的视野学习原子吸收光谱仪的创造、设计、使用及未来趋势,实现跨学科思维培养、知识学习、解决问题能力与具备前瞻视野创新人才培养的教学目标。

探索了一种融合知识图谱与AI大模型的物理化学教学模式,旨在提升学生对过渡态理论的理解与应用能力。课程采用“课前—课中—课后”一体化设计,课前利用知识图谱与AI大模型预习基础知识;课中以乙酸乙酯碱性水解反应为例,通过计算化学软件模拟反应机理,生动呈现反应动态过程,教师讲解理论并指导操作;课后利用知识图谱和AI大模型进行总结与训练,巩固知识。首轮教学实践表明,90%的学生能顺利完成课程内容,但在软件操作及与AI大模型交互时存在困难。该模式虽对技术依赖度高,但显著提升了学生对过渡态理论的理解与应用能力,激发了学习兴趣与创新思维,有望在教学领域发挥示范作用。

教育国际化是高等教育强国的重要途径,中外合作办学是教育国际合作交流的重要窗口。针对中外物理化学实验教学在课程内容、实验设计上的差异,结合实际情况,取长补短,编制英文实验手册,产学合作优化设备匹配实验设计。同时建立相应的数字化教学资源和虚拟仿真实验平台,打造全英文沉浸式实验环境,探索实施物理化学实验教学国际化,以培养具有国际竞争力的专业化人才。

聚焦于新时代背景下化学创新型人才的培养需求,结合当前高校实践育人的基本情况与挑战,提出以融合式为特征的实践育人体系。通过优化课程结构、强化科教融合、拓展多层次共享平台和加强安全文化建设等多维度举措,有效解决了传统实践育人模式中存在的课程碎片化、科教脱节、可持续性不足等问题,实现学生从基础实验技能到综合创新能力的全面提升,为化学教育领域的实践育人模式的创新提供了“吉林大学方案”。实践证明,该模式显著提升了学生的综合能力和创新思维,培养了大批国家发展需要的高素质化学人才,并在国内外高校中得到广泛推广与高度认可。

多组分反应因其简洁性、高效性和步骤经济性的特点,已成为绿色有机合成中一类重要的制备方法。但是现行的大学有机化学教材中普遍缺乏多组分反应的教学内容。尼群地平是一种广泛用于治疗高血压的药物,其分子中含有1,4-二氢吡啶这一重要杂环结构。设计了一个用于教学的新实验——四组分“一锅法”无溶剂合成尼群地平,并将其应用于本科化学专业二年级学生的短学期创新实验课程。该合成利用廉价易得的起始材料间硝基苯甲醛、乙酰乙酸甲酯、乙酰乙酸乙酯和醋酸铵,通过“一锅法”反应高效制备尼群地平。该实验具有多个优点,包括反应时间短、无需使用溶剂和催化剂以及实验现象明显等。

荧光法是仪器分析实验中非常重要的实验,是化学、环境、食品、材料等专业学生必须掌握的分析技术。目前大多教材中荧光分析法的实验内容单薄、实验步骤单一。作为现行教学内容的补充,结合分析化学前沿研究热点,设计比率荧光法可视化即时检测四环素(TC)的创新实验。实验内容包括一步法合成双发射Eu³⁺修饰硅纳米粒子(Eu@SiNPs),建立比率荧光检测方法,制备试纸条,检测实际样品等。通过该实验,在巩固学生专业理论知识和动手能力的基础上,进一步培养学生的科研思维和分析解决问题的综合能力,从而达到创新型实验教学目的。

针对转型升级背景下中药制药行业急需的创新型人才短缺问题,坚持以应用创新能力培养为目标,构建“基础性实训-验证性实训-综合性实训-设计性实训-创新拓展-实习实训”立体开放式实践课程体系,完善实训体系内容建设,探索以创新能力提升为导向的三维开放实践教学新模式、校企联动型校内外实践教学基地、实训课程融合模块、多元融合型实践教学评价体系实现路径,提升学生综合应用能力及实践创新水平,为培养创新型技术技能人才提供有力支撑。

在质量强国背景下,培养具备岗位胜任力的3E(工程基础(Engineering)、岗位胜任(Expertise)、卓越(Excellent))卓越工程人才,是国家大力发展新质生产力的要求。针对工程人才培养存在的工程知识不新、工程问题不解和工程情感不振等3大教学痛点问题,提出“绿色智造·真题真练·深度体验”的教学理念,深入进行内容拓盐(Stretch)、情境联盐(Associate)、七环教盐(Link)、岗位体盐(Taste)、多元评盐(Evaluate)、情感共盐(Resonance)的Salter教学范式的探索与实践,实现了3E人才的分层次培养,经过多年实践,为盐行业培养了大批高层次工程技术人才,形成了质量强国下盐行业3E人才的培养新范式,引领行业创新发展。

在工程教育认证持续改进框架下,“课程教学与评价”作为OBE理念落地的关键环节,面临制度执行效能低的共性问题。本研究针对当前专业认证中存在的“校-院-专业”三级政策衔接不畅、教师评学负担过重、学业预警滞后等问题,以南京林业大学高分子材料与工程专业为实践载体,构建了多层级数字化监测管理系统,探究了认证管理的长效机制。该系统通过三大核心模块实现闭环管理:在数字化平台上设置责任主体并完成各级审核,保障各项管理制度的运行水平;实现考核材料自动扫描、小题拆分并智能生成课程质量报告,减轻任课教师的评学负担;量化“形成性评价”进度,为每个学生创建毕业要求达成进度雷达图,及时实现学业预警与帮扶。该机制为促进学生毕业要求的达成提供了有力保障,为工程教育认证的常态化运行提供了可推广的数字化解决方案。

有机化学是医学院校药学类专业的一门核心必修课程。为解决传统模式下有机化学学时紧张、知识点繁多,学生学习积极性不高等问题,基于ADDIE模型重新设计了线上+线下的混合式教学过程。以“顺反异构”为例,围绕“结构决定性质,性质决定用途”这一主线设置五大导向性问题,驱动学生课前自主学习、课中互动学习、课后巩固升华。结合生活情境及药物案例,运用多种教学方法引导学生“从生活走向化学,由案例探究化学”,激发学生学习的主动性;运用多维评价方式优化教学设计,使学生高质量进行参与式学习。

“智能+”时代背景下,我国高等教育也处在高质量提升、卓越化建设的关键时期。构建多元化、智能化的课堂教学模式,对于深化高等教育改革具有重要的现实意义。探讨了将计算模拟软件和超级计算云平台相结合的“超算模式”深度融合于化学专业课程课堂教学全程的必要性和前瞻性,提出了构建人机互动的课堂模式以促进师生教与学过程智慧共生的有效举措,并探究了将超算模式向其他理工科专业进行推广的可行性。此研究旨在从智慧课堂教学建设的角度为推动高等教育科教融合、产教融合和导学思政提供建议,进而提高我国理工科专业高层次创新人才的培养质量。

立足化学史课程的师范教育价值,针对本校化学师范专业教学中的痛点问题,以大科学教育观的整体性、发展性和社会性理念为指导,构建SMART教学模式。该模式通过整合线上资源、建设动态知识图谱、引入AI助教,创新教学方法与评价。设计学生分享(S)-演讲评分(M)-观点评价(A)-史实重演(R)-反思总结(T)教学链,实现跨学科思维训练、批判性反思引导、科学价值观内化及技术赋能实践,提升了师范生的学科素养、批判性思维与数字素养。

曹惠群是近代中国知名教育家、化学家。曹惠群早年留学英国,系统学习了近代科学,在历史转折的1911年学成归国,此后为引译化学理念、推进化学教育贡献半生。从化学教育实践、科学名词引译、科普与实业宣扬等3个维度,结合曹惠群主编期刊、支持国产化学仪器研发等事例,回顾了他在科学教育历史浪潮中的积极贡献。曹惠群为推进近代中国科教体系建设、倾注于科教救国的大先生形象,值得后辈的学习和传承。