从化学视角解析了象牙文物的劣化机理与修复策略。通过“物质筛选-反应调控-结构修复”的创新框架,用化学方法成功解决了象牙文物从宏观裂隙到微观孔隙的修复难题。无机材料填补结构缺陷,有机高分子渗透加固,仿生矿化技术复刻天然成分,微生物诱导矿化实现“自然愈合”。这些技术不仅为三星堆、金沙遗址等珍贵象牙文物的修复提供了科学方案,更展现了化学智慧在文化遗产保护中的深远价值。未来,多学科融合将进一步推动化学技术的革新,为文物修复注入新活力。

多孔功能材料的教学在吉林大学已经开展了5年,与吉林大学多孔功能材料领域的科研底蕴及高等学校学科创新引智基地(111基地)之多孔功能材料分子工程创新引智基地的运行工作相辅相成。通过对吉林大学多孔功能材料课程的开设目的、教学大纲设计与优化、教学内容设计及参考书、课程资源建设、教学方法及模式、考核方式与评价体系、课程成效及课程特色等方面的介绍,展现了多孔功能材料课程在吉林大学化学学院的建设与教学实践。这门课程的开设,可以使学生了解多孔功能材料的历史和学术前沿发展,掌握多孔功能材料的分类、特征、基本理论和概念、应用。同时,介绍科学研究的目的和思维方法,培养学生对于科学研究的兴趣,增强实践能力和提升创新意识。

随着计算机计算性能的提升,计算化学已经成为现代化学研究的核心工具。提出具有化学相关专业的高等院校开设计算化学课程的必要性,并以分子势能面为主线,构建了涵盖气相/液相、基态/激发态的核心知识框架。通过理论推导与软件实操结合的教学设计,学生可串联无机化学、有机化学、物理化学、结构化学等课程知识,提升解决实际问题的能力。

核磁共振波谱(NMR)技术作为有机化学领域结构解析的核心工具,在确定有机化合物的分子骨架、官能团及空间构型等方面发挥着不可替代的作用。以典型糖类化合物为分析对象,系统介绍如何综合运用一维氢谱(¹H NMR)、碳谱(¹³C NMR)、一维NOESY以及二维谱(¹H-¹H COSY,¹H-¹³C HSQC,¹H-¹³C HMBC,¹H-¹H NOESY)技术,对糖分子的精细结构进行准确解析和构型指认。通过本教学案例,旨在帮助学生深入理解糖类化合物的结构特点,培养学生运用现代波谱技术解析复杂有机分子结构的综合能力,进而提升其科学思维素养和科研实践水平。

学生在物理化学的学习中常面临概念理解、公式推导及知识应用的挑战,亟需以知识为载体强化科学思维能力的培养。基于此,本文强化“探”“究”“试”三要素的科学实践意义,其中“探”旨在通过问题发现与价值评估激发创新思维;“究”侧重逻辑推导与知识关联以深化学科内涵理解;“试”以应用为核心推动知识向能力转化。进一步以“温度对反应速率的影响”为例,通过探源设问、究理析因、试用验思的具体实施,将以上三要素借助搭建知识网络、强化系统性应用、培养科学精神及唤醒学习主动性等方面的融合,为学生科学思维与学习能力的终身发展奠定基础。

在提升高等化学人才培养质量需求的驱动下,化学国家级实验教学示范中心(南开大学)基于既有课程培养体系,深化本科教学改革。通过建立统一课程资源平台与优化教师配置,打造高效预习系统,优化课程安排以满足学生进阶需求,融入人文素养教育,丰富课程多元内容,构建起知识、技能、素养三维融合的化学实验教学模式。该模式有效提升了教学质量,为化学实验教学改革提供了范例。

硫酸锌制备是湿法炼锌工业的关键环节,是大学无机化学实验课程的重要教学内容。针对现行教学方案中存在的问题,本研究通过对比分析3种典型教材方案,优化了浸出条件控制、净化工艺等关键环节。(1)酸浸工艺:加热至沸腾并保持25 min,促进铁酸锌分解。建议将过滤延至铁锰去除后进行,利用氢氧化铁胶体吸附提升过滤效率。(2)铁锰分步去除:先以H₂O₂氧化Fe²⁺,后添加少量KMnO₄处理Mn²⁺,减少氧化剂用量与副产物。明确ZnO对维持pH稳定的作用。确定ZnO添加量使体系pH稳定在4.8～5.4范围(氢氧化铁凝聚最佳区间)。(3)Ni²⁺去除:引入微量硫酸铜溶液,利用微电池效应提高Ni²⁺去除效果。

为响应“新工科”建设需求,融合STEAM理念,借助校企合作平台,将产学研合作项目转化为本科综合化学实验,打造专业实验教学新课堂。本实验涵盖紫外光固化涂料的配方设计、制备及性能表征全过程,注重科学、技术、工程、艺术以及数学的有机融合,旨在培养学生的跨学科综合素养。实验内容难度适中、综合性强,教学模式富有创新性和实践性,适用于化学、化工及材料类本科专业的综合性实验教学。通过本实验,学生不仅能了解UV固化涂料行业的前沿动态,掌握涂料的配方设计、制备与性能评价方法,还可在跨学科学习环境中激发创新思维,提升综合素质,为未来职业发展奠定坚实基础。

2种金属离子的连续直接滴定是高等教育理工科院校中基础化学实验的必修内容。设计了基于人工智能(AI)视觉辅助与pH传感技术连续测定锌镁混合液中锌、镁含量的新实验。基于化学分析中的络合滴定原理,通过控制溶液酸度实现乙二胺四乙酸(EDTA)标准溶液对锌、镁混合离子溶液中2种离子的连续滴定。借助pH传感器实时控制络合滴定反应条件,解决传统滴定实验中使用pH试纸带来的试剂损耗问题,也避免了可能干扰终点颜色判断的酸碱指示剂的使用。提出采用甲基百里香酚蓝(MTB)单一指示剂进行连续滴定的新策略,结合AI视觉辅助技术对络合滴定的终点颜色变化进行实时识别与分析,快速精准判断滴定终点。实际应用结果表明,新方法测量的实验效率高,相对平均偏差小,重现性好,装置简单,易于推广,为络合滴定中2种金属离子含量的连续测定提供了一种高效、可靠且智能化的新案例。本实验的设计响应了可持续性发展的绿色化学理念,提升了学生的数字化应用能力,且通过实验拓展与验证过程提升了学生的创新思维与科学素养。

为响应新时代“四有”好老师培养目标,针对化学专业英语课程存在的内容滞后、方法固化、师范性缺失等问题,提出了一系列系统性改革措施。改革从教学内容、教学方法和教学评价等3个维度展开:教学内容上,强调前沿性与实用性并重,并深度融合课程思政;教学方法上,采用多模态资源、多教师联合授课、学术讲座、思维导图、参与式教学及项目驱动学习等多样化手段;教学评价上,构建了与教学活动相辅相成的多元化评价体系,并优化了期末考试内容。实施效果调查显示,学生对改革后的课程满意度高,尤其在拓展国际视野、提升团队合作与读写能力方面成效显著,同时也反映出在创新能力培养和应对不同地区学生需求方面存在不足。未来的课程改革将依托创新性任务与多元化评价促进学生能力发展,同时通过前置测评与弹性分组实现精准教学,从而全面提升师范生的创新能力与差异化培养实效。

针对当前工科物理化学课程存在的教学目标与实效失衡、理论与实践脱节、专业整合度不高、学习动力不足及考核方式单一等问题,基于认知负荷理论框架,结合工程教育认证2024版标准,构建“数智赋能三层负荷调控”策略,即控制内在认知负荷,降低外在认知负荷,优化关联认知负荷。实践结果表明:学生内在/外在认知负荷显著降低,关联认知负荷提升。改革后学生学业成绩和课程目标达成度均明显上升,验证了认知负荷理论在工科物理化学教学改革的可行性,为工程教育认证背景下跨学科课程改革提供了实践参考。

为提高教学质量和水平,探索和实践工业药剂学课程的新型教学方法,将“点面式教学法”与科研创新进行深度融合。课程的设计围绕“共晶技术改善和提高化合物溶解度”的主题展开,采用“课上理论教学+课下科研实践”有机融合的方法,将科研项目引入教学过程,学生分组实验进行科研实践和探索,最后讨论归纳总结形成科研成果。这种新型教学模式不仅激发了学生的科研兴趣,加深了对相关理论知识的理解和认识,还培养了创新能力,发挥了学生的团队合作和主观能动性,真正实现了理论在实践中的升华。以上教学模式可以为开展“研究型”教学提供参考。

针对传统实验表征技术难以动态解析痕量物质大气迁移转化过程的教学痛点,构建了基于化学箱模型的数值模拟教学方法。以DSMACC模型为教学载体,系统解析了模型架构原理与操作流程,并针对典型大气化学过程(包括对流层臭氧生成动力学、自由基循环机制及臭氧-前体物非线性响应关系)开发了一系列仿真教学案例。该方法凭借灵活的参数设置和便捷的操作流程,实现了复杂化学过程的多维度动态可视化呈现,有效突破了传统实验教学在反应体系构建与过程监测方面的双重局限。教学实践表明,模型仿真与理论教学的深度融合不仅加深了学生对复杂大气化学机制的理解,还同步提升了其编程实践能力、复杂问题分析能力以及模型应用能力,为大气化学课程改革提供了一种创新性的教学模式。

针对化学学术学位硕士研究生创新实践能力培养过程中存在的各种问题,分析了影响研究生创新实践能力培养的“自身素养”和“外部条件”。实践表明,通过扩大招生宣传力度、吸引更多优质生源,完善课程体系、拓展学生学科交叉能力,加强“课程思政”建设、提升学生学术追求目标,发挥“传帮带”机制、促进学生快速成长,完善科研设备管理制度、保障育人基础条件,落实关怀与激励、提高导师培养热情,加强团队建设、提高导师指导质量等7个方面的综合改革与实践,可以提升研究生的创新思维、创新能力以及创新成果,达到高层次化学专业人才培养的目标。

大语言模型(LLMs)在编程教学领域已被广泛应用,能够为学习者提供智能化辅导、示例解析与实践支持。将LLMs与量化计算技术引入传统化学教学领域,面向大学及中学(非计算化学专业)的化学教师群体,使其无需掌握量化计算理论,仅需借助LLMs即可运行量化计算软件,并将量化计算结果作为教学素材无缝融入课堂。以有机化学教学中3个典型抽象概念——S_N2反应过渡态、构象分析及红外光谱解析为范例,通过动态呈现的振动模式、化学键旋转及过渡态原子轨迹,使学生显著降低认知门槛,深化对反应机理与分子行为的本质理解。该方法旨在为传统化学教师提供低门槛、可复制的教学范例,化解技术壁垒,推动计算化学真正服务于日常教学实践。

反应动力学是物理化学课程的重要组成部分,其中反应速率常数的提取与动力学方程的建模是教学中的核心难点。以蔗糖在盐酸催化下的水解反应为案例,设计了基于Python的3种建模路径:传统线性拟合、神经网络和符号回归,并结合具体教学环节进行了比较与应用。3种方法分别体现了建模的直观性、拟合能力与可解释性,帮助学生从多个角度理解建模过程,逐步拓展其分析与思维深度。本案例已融入河北大学本科生通识选修课“趣味机器学习”的实际教学中,教学反馈显示学生能够掌握建模基本流程,理解不同算法的特点与适用场景,显著提升了跨学科综合应用能力与数据素养。通过本教学设计,构建了理论知识、实验数据与建模方法的有机融合路径,为“化学+人工智能”背景下的课程改革提供了可迁移的实践案例。

量子科学革命以来,人们发现微观粒子的运动无法通过经典物理学确定性的公式来预测,而只能通过概率分布来描述。沃尔纳·海森堡(Werner Heisenberg)于1927年提出的“海森堡不确定性原理”对这方面内容进行了总结,即一个运动粒子的位置和它的动量不可同时被准确测量,数学上表达为Δx·Δp≥h4π。在现代化学知识学习过程中,海森堡不确定性原理是相关课程的知识点之一,深入理解“不确定性原理”的科学内涵,不仅有助于提高现代化学学习水平,也有益于前沿科学研究。本文从化学史的角度介绍物理学家海森堡的科学历程和“不确定性原理”的提出背景,列举顾名思义、举例说明、物理直观、数学推导、哲学理解等5个角度来理解该知识点。