概述了蛋白质结构研究的发展历程:从早期的X射线晶体学技术到现代的冷冻电镜技术以及计算方法在蛋白质结构预测和设计中的应用。这些科学成就不仅推动了生物医学研究,也为化学教育提供了丰富的教学素材。在化学教学中融入这些内容,可有效促进学生的能力提升、发展学生的核心素养、培养学生的跨学科思维。

食物中丰富多样的化学成分赋予我们无与伦比的味觉享受,人们却鲜少意识到可能潜藏的危险。食物中的生物碱,这类赋予食物独特风味的含氮杂环化合物,竟也可能成为餐桌上的“隐形杀手”。从发芽土豆的苦涩到河鲀肝脏的鲜美,从野生蜂蜜的醇厚到鲜黄花菜的清香,这些食物中的生物碱如同“暗雷”,不知不觉中威胁着我们的健康。概述了常见食物中的有毒生物碱,剖析了其独特的化学结构、毒性发作的神秘机制、令人好奇的合成途径,以及至关重要的预防措施,期望人们既能品味舌尖上的美味,又能远离潜在的健康风险。

基于知识图谱与智慧教育理念,构建并实施了“知识图谱+智慧课程”的有机化学教学模式。该模式将分散的有机化学概念与反应机理系统化、可视化,形成清晰的知识框架。教学实施中,通过智慧课程平台与AI个性化推送,师生互动得到提升,学生综合能力显著增强。随着技术不断进步,基于知识图谱的智慧课程将面临多重挑战,更需强化教师培训、引入新兴技术及构建自适应学习环境,从而有效支持学生应对未来挑战,实现高质量人才培养。

化学工业节能降碳是实现“碳中和”目标的核心路径,其关键在于提升化学反应过程效率、减少能源消耗与碳排放。在此背景下,化学反应工程本科教学亟需突破传统框架,不仅需夯实学生“三传一反”的基础理论,还需深度融合纳微尺度传递-反应机制、低碳工艺开发等前沿交叉领域知识。针对碳中和目标下大学本科教学中多学科知识复杂性与人才培养差异化的需求,提出化学反应工程分类教学模式,实施“基础理论-工程实践-前沿创新”分层教学。通过因材施教、分类施策,推动化学反应工程教学与碳中和技术的深度适配,为化工领域高素质人才培养与教学改革提供新范式。

有机化学与生物化学作为2个相互关联的学科,在物质结构、反应机制及功能分析方面均有深度交叉。然而,2者在当今教育体系中较为割裂,导致学生难以在两学科之间进行知识迁移。对此,笔者提出了“有机化学-生物化学”融合式教学策略,并以势能图为实例,通过探讨势能图在有机化学和生物化学教材中的相关表述,并延伸至以多维势能面模型进行课外拓展,发现了这一策略对学生学习和教师教学的优势。

帮助学生通过逻辑关系构建知识框架,形成可随时调用的知识体系至关重要。以结构化学“量子力学基础知识-原子结构-双原子分子结构”单元复习为例,引导学生将学过的零散知识结构化,帮助学生在脑海中形成知识框架结构。一方面,知识框架的建立帮助学生梳理了知识,加深了对结构化学核心概念和核心内容的理解;另一方面,这种知识梳理为学习后续章节的内容提供了条理且充分的知识储备。

针对当前无机化学课程教学中存在的思政育人实效性不足、学生自主学习能力不强、实践创新能力培养薄弱等关键问题,本研究构建了“思政引领-数智驱动-实践赋能”教学创新路径:重构课程内容,打造“知识-能力-素养”深度融合的课程思政体系;建立基于智慧平台的“两线三阶”数智化教学共同体,激活课堂生态;构建“文献研读-方案设计-实验验证”递进式实践体系,提升实践创新能力与科研素养。

高年级应用化学专业本科生在完成专业基础知识学习和实验技能训练后,亟需了解前沿科技动态,并提升知识技能的实际应用能力,以更好地适应未来发展。针对此需求,天津大学化学系为高年级本科生开设创新实验课程。课程采用“兴趣引领、小组协作、分类指导、阶段推进”培养模式,深度融合项目式教学与体验式学习,有效提升学生创新意识和实践能力,在化学人才培养方面进行了有益尝试,可为兄弟院校提供实验教学参考。

针对碳量子点合成实验教学存在的耗时长及学生微观机制认知薄弱等问题,研究构建了基于虚拟仿真与实体实验融合的综合教学体系。该体系以成果导向教育(OBE)和建构主义理论为指导,设计“合成-调控-应用”知识链,通过“先虚后实、虚实互补”的教学路径,形成“理论-虚拟-实践-应用”闭环流程。虚拟模块利用三维动态模型与能级跃迁动画可视化微观形成机制,嵌入模拟参数优化过程,引入参数超限预警与安全操作模拟,降低实验风险;实体模块聚焦规范操作与检测应用,结合数据分析与拓展任务强化实践能力。教学实践表明,教学效率显著提升,实验周期缩短56%,成本降低 75%,学生对相关机制理解加深,安全意识强化,多数学生能掌握知识技能,部分展现出创新思维。该体系实现了前沿技术与教学深度融合,为“三高三难”实验教学改革提供范式,为新工科人才培养探索了虚实融合的创新路径。

针对本科有机化学实验教学项目与有机磷化学快速发展不同步的现状,围绕有机磷化学知识创新地构建了“理论-合成-表征-应用”四维一体的全链条实验教学模式,自主开发了“苯并杂卓类膦氧阻燃剂的合成及应用”新创综合实验项目,将有机磷化学基础理论、绿色合成技术、现代表征方法和阻燃应用实践有机融合,且所用试剂廉价易得、操作安全简便、知识交叉丰富和内容可拓展性强。该实验不仅帮助学生对有机磷化学知识理解更加深入,还能引导学生基于实践问题提出创新改进方案,锻炼学生将理论与实践结合的应用创新能力。

针对传统物理化学实验教学重操作、轻思维的困境,以金属有机框架材料(MOF-808)的质子传导性能调控为教学载体,构建了文献筛选-实验设计-表征分析-成果表达四阶任务链的科研融合教学模式。实验教学过程通过采用半探索式教学法,引导学生以小组协作形式完成科学问题提炼、实验参数优化及结构-性能关联分析。教学实践表明,该模式显著提升了学生的科研思维、实验技能及团队协作能力。多维评价体系证实,该模式推动了学生从操作执行向创新研究的转变,为新工科实验教学改革提供了可行路径。

生成式人工智能(GAI)已经成为教育领域创新教学方法、优化教学实践的重要工具。围绕仪器分析课程,提出基于GAI,涵盖选择策略、生成内容、评估效果的教学实践路径,探索其在教学中发挥的作用。结果表明,在教学活动中,GAI可以根据专业教学标准要求重构教学内容,优化教学策略,协助制作课件、教学视频、互动网页等教学资源,开展学情分析,为课程教育的数字化转型及教育教学质量提升提供有力支持。

针对当前药物合成反应课程教学中存在的理论与实践脱节、内容滞后于行业需求等问题,探索了企业研发生产与药物合成反应教学相结合的有效路径。通过构建“案例分析教学+企业导师授课+实地参观考察”的三维联动教学模式,将制药行业的前沿技术、创新工艺和数字化转型实践等产业创新要素融入课堂教学,显著提升了教学内容的产业适配性和学生的实践创新能力。以阿帕鲁胺关键中间体绿色工艺优化项目为典型案例,展示了师生联合企业共同攻关的真实场景,不仅培养了学生的专业素养和创新能力,促进了教师教学水平的提升,同时为企业提供了技术支持,最终为医药产业高质量发展提供了人才支撑和技术储备。这种产教深度融合的模式,有效促进了教育链、人才链与产业链、创新链的有机衔接,是发展医药领域新质生产力的有益实践。

在推进社会主义现代化建设的新时代,研究生教育在创新创造、高层次人才培养方面的作用更加凸显。课程教学在研究生教育中占有重要地位,加快课程建设,促进教学改革,是新时代研究生教育的首要任务。在此背景下,针对新时代复合型创新人才的培养,从教学内容、教学模式、教学实践、课程思政等方面对无机合成化学课程进行改革,旨在使培养的学生具备自主学习能力、创新创造能力以及基本的科研思维和素养。

基于大语言模型开发的VASP自动化计算工具简化了模拟软件输入文件的生成与结果的解析。将其应用于电化学中材料结构与性质的关系教学可以降低软件学习的门槛,提高教学效率。通过自然语言交互增强教学的灵活性与互动性,激发学生的创新思维和自主学习兴趣。

工程教育要适应数智时代发展需求,加速从知识导向向问题导向转型。人工智能(AI)赋能的项目式教学是一种以工程能力培养为目标的新型教学模式,该模式通过人工智能技术赋能项目实践,实现学生高效率个性化学习,扩宽学生视野,提高学生创新思维和工程实践能力。以无机化学与工程课程为例,详细介绍AI赋能项目式教学模式在教学设计与实施中的选题、中期、结题、评价等4个阶段,系统探讨如何利用AI赋能项目式教学,并分析了AI赋能该教学模式的优势与不足。对于提升学生的工程能力和综合素养,培养卓越工程人才,推动工程教育模式创新具有借鉴意义。

紫罗兰酮(包括紫罗兰醇)与大马酮(包括二氢大马酮)类风味化合物是广泛存在于多种植物中的常见单萜,在食品、日化、香精香料等行业中被广泛运用。尽管这些化合物的结构并没有特别复杂,但是由于有许多相似的衍生物,再加之IUPAC命名法的复杂性,在没有合适的简易命名方式的情况下导致了中英文期刊里普遍存在的命名乱象,因此有待用合适的方法将命名统一。提出了一个新的母体氢化物紫罗兰烷,使用固定的编号将这些化合物统一半系统命名,结果简易且直观,成功解决了这些化合物在命名上的混乱与困扰。

化学作为自然科学的核心基础学科,不仅是构建现代工程体系的理论基石,更是驱动技术创新与产业升级的关键力量。在国防军工领域,化学学科的特殊性尤为凸显,各种与国防相关的新技术、新材料都和化学高度融合,决定了其在军工人才培养中的战略地位。与普通高校相比,我国国防军工类院校具备独特的行业属性与人才培养使命,其化学教育体系需更强调实践应用与国防工程导向。然而,目前国防军工院校的化学教育在课程结构和教学模式上,仍普遍与普通高校趋同,尚未形成明显差异。因此,亟需根据国防军工工程的特殊需求,构建国防军工类院校化学教育的专属模式。法国工程师教育体系在全球享有盛誉,其独特的培养模式和卓越的教育成果为世界各国提供了宝贵的经验借鉴。以巴黎市立物理化学高等工业学校为例,深入分析其教育模式特点,并与我国典型国防军工高校——西北工业大学的化学教育进行系统对比,探讨法国工程师教育在人才培养模式、课程设置、实践教学等方面的宝贵经验,旨在为我国国防军工高校高等化学教育的改革与发展提供有益参考,助力国防高素质化学人才培养。