共价有机框架材料(COFs)是一种由C、H、N、O等轻质元素组成并通过共价键连接的新型聚合物材料,具有高比表面积、高孔隙率、低密度、孔道有序、结构可控等优点,受到众多研究人员的密切关注。结合国内外学者的近期研究成果,总结了β-酮烯胺基COFs TpPa-1及其复合材料的制备方法,综述了TpPa-1及其复合材料在分离、吸附、催化、储能等领域的应用研究进展,并对存在的问题提出了相应的建议。

作为化学学科认知物质世界的核心范式,原子-分子层次的结构解析是理解物质性质与变化规律的基础。共价型分子/离子的立体结构作为贯穿初高中至大学化学课程的关键概念,在培养学生微观探析能力、构建化学思维框架方面起枢纽作用。本研究聚焦当前中学教材与大学课程在该主题的内容衔接问题,通过横向系统对比发现存在理论模型离散化、认知路径断裂等教学痛点。基于此,整合路易斯学说、价层电子对互斥理论、杂化轨道与分子轨道理论,构建“电子配对→空间排布→轨道杂化→离域效应”的渐进式解析框架,通过显化各理论适用边界,帮助学生顺利适应大学阶段化学专业课程的学习,强化大一专业课程的承转功能,促进化学基础教育与高等教育的平顺衔接。

将信息技术与课程教学深度融合,数字资源建设夯基,搭建线上线下融合、思政与专业课程融合、产学融合、科教融合、理实融合、虚实融合的多维融合课程体系。创建“六聚焦”课程思政专题体系、实践实训项目库、课程知识库和知识图谱库,强化知识多重维度,深化课程内容高阶性。创新推进“七融进”教学举措,开展基于AI数智赋能的线上线下混合式“六联动”教学设计,强化互动性,从而构建“6-7-6”课程教学体系。并以科研赋能教学,以科研联动应用,服务于教学实践,提升学生学术创新能力和实践创新能力。借助线上线下融合、课堂内外联合的教学和实践平台,以全过程、全方位的综合考核评价为指导,优化多元性,实施基于“思政铸魂、数智赋能、多维融合”的分析化学课程教学改革与创新,实现“知识传授、能力培养和价值塑造”的“三位一体”课程育人目标。

长春理工大学化学与环境工程学院创新构建了“学术引航+成长护航”双轨协同培养体系,探索新时代化学拔尖人才培养新模式。该模式由资深教师担任班导师,与辅导员形成育人合力:班导师及科研导师负责学术引领,通过“精英成长计划”实施学业规划、科研训练和学科竞赛指导;辅导员聚焦成长护航,建立动态成长档案,开展心理辅导、职业规划等全周期跟踪服务。通过班导师与辅导员协同育人,既强化学生的科研创新能力,又培养其科技报国使命担当。实施成效显著,2024及2025届毕业生深造率超60%(双一流高校录取占比82.4%),实现了知识传授、能力培养与价值引领的有机统一,为省属高校培养新时代化学拔尖人才提供了可复制的实践经验。

高分子物理课程中存在大量的抽象概念和物理解释,如何让学生更为直观和深入地理解这些知识是教学中的难点。将抽象概念通过图片或动画的形式进行可视化展示,是解决这一教学难点的有效手段。以分子链构象部分的教学为例,利用人工智能技术编写模拟软件,将不同模型的分子链在三维空间的无规行走可视化,并计算均方末端距等统计参数。通过预设问题、模拟计算和引导讨论等环节与理论教学相配合,取得了良好的教学效果。这一教学探索展示了人工智能辅助抽象概念可视化在高分子物理教学中的应用前景。

针对大学化学课程中“化学反应动力学”章节概念抽象、知识点多、学生学习参与度低等问题,将BOPPPS教学模式与雨课堂、动力学参数虚拟仿真实验、数字人等多种数字化手段有机结合,在反应动力学的教学中环环相扣,引导学生通过数字化工具有效学习,深化对课程内容的理解。教学实践显示,该BOPPPS模式有助于培养学生自主解决问题的能力,不仅提升学生在反应动力学学习过程中的主动思维能力,且有效改善学生在学习该章节抽象知识点过程中注意力下降等问题。教学结果显示该课次设计显著提升了学生的课堂参与度和知识掌握水平,为抽象的化学反应动力学教学创新提供了可借鉴的路径。

在“乙酰苯胺制备”实验的基础上,设计了“N-(4-甲基苯基)马来酰亚胺的制备与表征”综合有机化学实验。以马来酸酐和对甲基苯胺为起始原料,经开环酰胺化,再以三乙胺为催化剂、醋酸酐为脱水剂,经过脱水关环两步法合成了N-(4-甲基苯基)马来酰亚胺。实验涉及恒压滴液、冰水浴、回流、重结晶、减压过滤、油浴、干燥等基本操作,并利用熔点测定、红外光谱及核磁共振氢谱、碳谱等对产品结构进行了表征。通过本实验,学生不仅加深了对有机化学反应基本原理的学习,巩固了有机化学基本实验操作,而且扩宽了学生的眼界,激发了学生的学习热情,对培养拔尖型人才具有非常重要的意义。

在新工科建设背景下,化学实验课程亟需强化科研导向与创新能力培养。以硼氢化钠催化水解制氢为例,设计了融合科研前沿内容与创新能力培养导向的化学综合实验。实验内容涵盖催化剂合成、表征分析、性能测试及数据分析等环节,形成了教学与科研深度融合的体系。教学实践表明,该实验有助于提升学生科研素养、实验技能与创新思维,促进学习方式由验证性向研究性转变,对化学综合实验教学改革具有积极示范意义。

在将绿色化学理念深度融入本科实验教学的背景下,开发了一种基于可见光诱导催化氧化的创新型教学实验:以1-茚醇为原料,吖啶盐为光催化剂,空气为绿色氧化剂,乙腈为溶剂,在420～430 nm蓝光照射下反应1 h,高效合成1-茚酮,分离产率达80%。相较于传统金属催化或需化学计量的强氧化体系,如含重金属的高锰酸钾、重铬酸盐或过氧酸类试剂等,该方案具有条件温和、操作安全及原子经济性高等优势。实验采用“合成-监测-分离-表征”一体化教学模式,通过薄层色谱(TLC)实时追踪反应进程,柱色谱纯化产物,核磁共振谱确证结构,并设置光催化剂考察与溶剂优化等探究环节。该设计使学生系统掌握有机光催化合成、分离纯化及光谱解析技能,显著提升科研逻辑思维与绿色化学素养,为药物中间体合成教学提供了可推广范例。

针对传统仪器培训模式互动性不足、学生自主操作能力较弱等问题,提出基于人工智能(AI)和互动视频等数字化技术的互动可视化仪器培训模式。以化学、环境等专业常用的原子吸收光谱仪为例,探索AI辅助生成思维导图的仪器原理培训和基于互动视频的操作培训。实践表明,该模式显著提升了学生对仪器原理的理解和自主上机操作能力,同时减轻了实验技术人员的培训负担。对适合独立操作的仪器设备具有较高的推广价值,为高校仪器设备的管理和培训创新提供了借鉴。

海洋化工技术专业资源库依托“一主线、两主体、四融合、五对接、六共建”的现代学徒制人才培养模式,立足海洋化工产业需求构建了“底层共享、中层分离、高层互选”的海洋化工专业群课程体系,通过“一馆两园三基地四中心”功能模块实现资源动态更新与育训结合,并融入人工智能技术提升教学与管理效能,服务于海洋化工技术、应用化工技术、分析检测技术三大核心专业发展。目前,该资源库已建成标准化课程26门、题目10 466个、素材7 551个,服务用户80 665人,有效支撑了“岗课赛证”融通的教学实践,是服务海洋强国战略、响应新质生产力发展的重要载体。

设计了一个创新性实验,将纳米金属电化学传感器的制备、现代分析测试技术和传感检测应用于制药工程专业的教学实验中,以提高学生的综合创新能力。实验包括双金属电化学传感器的制备工艺研究、双金属纳米材料的性能分析和芦丁的检测方法研究等3个部分。用高温碳化方法制备纳米金属材料,使用场发射扫描电子显微镜、X射线粉末衍射仪分析其结构和性能,采用循环伏安法和差分脉冲伏安法检测芦丁的电化学性质,考察了其稳定性和对pH、阻抗、活性表面积、扫描速率和抗干扰的响应。通过此实验,学生可了解药物检测的基础知识,熟悉现代分析测试技术的基本原理和测试步骤,掌握该专业药物分析的数据分析方法,从而提高学生的创新实践能力和专业素质。

为解决当前环境类、材料类、化工类等非化学专业本科实验教学内容与前沿科研及产业需求脱节的问题,基于建构主义与探究式教学理念,设计并实施了一项面向新污染物(以CeO₂纳米颗粒为例)的混凝沉淀教学实验。实验不仅将经典的水处理技术与前沿环境问题相结合,还引入大语言模型(LLM)辅助学生开展DLVO理论能垒的定量计算,旨在培养学生的工程实践能力、数据分析能力与终身学习能力。详细阐述了教学设计理念、实施过程、多维度的效果评价体系及深入的教学反思。教学实践表明,该实验方案操作简便、安全可控,能够有效引导学生探究混凝剂投加量、pH等因素对新污染物去除的影响机理。通过将抽象理论、动手实践与前沿工具有机结合,明显提升了不同专业学生解决复杂实际问题的能力与兴趣,可为新工科背景下环境、材料、化工、生物医药等多个非化学专业的化学实验教学改革提供有效的参考与借鉴。

新型能源催化技术是“能源技术革命”的重要手段与保障,特别是在当前人工智能技术大发展的背景下,培养满足行业发展需要、同时具备人工智能技术基础的专业人才是引领技术创新的关键,对于我国能源自主可控发展和“双碳”目标任务的实现都有着十分重要的意义。针对当前该领域人才实践培养的课程知识内容、实践教育模式和应用训练平台所存在的问题,提出了“人工智能+产教融合”:面向国家能源催化战略需求的创新实践育人模式,希望将最新的人工智能技术+能源催化材料研究成果和产业进展引入人才培养过程,并充分发挥电子科技大学和天津大学等“双一流”高校在能源催化和人工智能领域的学科优势、校友资源和产业合作经验,借助最新人工智能交互技术,培养满足产业发展和学科发展需要的交叉型复合创新人才。经过探索,目前该模式取得了较好成绩,参训学生发表了多篇高水平研究论文、获得了多项学科竞赛奖励和一系列面向国家重大需求的应用实践成果,希望能为同类型高校提供有益借鉴。

人工智能时代的科学创新人才需要具备运用计算思维解决科学问题的能力。在药学专业物理化学实验课程中引入化学动力学模拟,以Python编程语言为工具,结合一级反应与连续反应案例系统讲解科学计算与建模基本概念及思路,并引导学生开展酶促反应动力学模拟和米式方程验证。该教学实践突破传统实验课的时空局限和单一的操作能力培养,强化学生对复杂体系动力学规律的认知与运用,进而实现跨学科创新型人才培养的目标。

随着计算化学和人工智能(AI)的飞速发展,其在化学教育中的应用变得日益重要。在当前的研究和教学实践中,Python在计算化学实验中的应用正逐渐成为一项关键工具。Python语言因其开源性、丰富的科学计算库(如NumPy、SciPy、RDKit、ASE、PySCF)以及良好的可视化支持(如Matplotlib、Plotly、PyMOL、VMD)而在教学中被广泛使用。教学实践表明,Python的引入,有助于引导学生实现从知识到能力再到综合素质的有效进阶。它不仅能帮助学生理解抽象的化学建模和计算方法,更关键的是,它通过赋能学生编程能力,让他们得以亲手模拟、优化并可视化分子体系。同时,通过结合机器学习(ML),学生能深入体验数据驱动的化学研究范式,从而培养并运用AI思维,在一定程度上增强了他们的独立思考和自主学习能力。

针对卤代烃与醇在消除反应中的活性差异导致的学生概念迷思,本研究基于前线轨道理论(FMO)阐明其本质机理。通过对比分析2类化合物的轨道能级匹配机制,揭示了β-位无吸电子基的醇难以发生E2消除的量子化学本质(σ^*_C—O LUMO能级与碱HOMO能级差较大),而卤代烃因σ^*_C—X低能级可高效进行反应。进一步以氟代烃为模型,解析E1cb与E2机理的本质差异(碳负离子稳定化vs.协同过渡态)促进了学生从电子效应层面理解反应本质,有效地解决了学生的困惑。