传统药物研发周期长、成本高、成功率低,人工智能(AI)的出现和发展给药物设计带来新契机。聚焦人工智能在药物设计中的技术基础、应用、面临的挑战及应对策略,包括机器学习/深度学习、量子化学计算和分子对接/虚拟筛选等技术基础;分析其在药物靶点识别/验证、药物先导化合物筛选/优化和药物不良反应预测等方面的应用。也初步探讨了当前人工智能面临的数据质量、模型可解释性、实验验证与临床转化及专业人才短缺等方面的挑战及其应对策略,并展望人工智能在药物设计领域的发展趋势。

为应对国家战略发展对高层次交叉复合型人才的迫切需求,北京理工大学化学与化工学院自2016年起,系统开展了以“化学+”为核心理念的拔尖创新人才培养改革。本研究立足于学校深厚的国防特色与学科优势,构建了“国防牵引·融合创新·协同育人”三维赋能的育人体系。通过构建“价值-知识-实践”三位一体的育人机制,强化使命驱动;通过搭建“本研贯通-特色创新班-双学位-微专业”四维矩阵式培养路径,打破学科界限;通过形成“实践课程创新-国重资源转化-顶级赛事牵引-校企协同育人”四联驱动实践生态,深化产教融合。实践表明,该体系有效提升了人才培养质量,形成了特色鲜明、可复制推广的“化学+”拔尖创新人才培养范式,为同类高校的化学学科教育改革提供了重要参考。

针对大学化学课程体系中微观与宏观知识点割裂、学科交叉性不足、与新工科领域需求脱节的核心挑战,提出以H₂O合成与分解反应为核心锚点,构建“一个反应贯通全域知识”的教学改革体系。该体系从原子尺度(H—O键成键原理)、分子尺度(H₂O分子轨道/氢键)到晶体尺度(冰的晶体结构)夯实物质结构微观基础,纵向贯通至宏观层面的热力学、动力学、化学平衡、溶液化学、电化学及配位化学六大核心模块;横向结合能源(电解制氢)、材料(MOFs水吸附)、生命(生物水配位作用)、环境(Fenton水处理)、信息(水基传感材料)等新工科领域对化学的需求,通过“知识点框架搭建-案例应用验证-多维度拓展”的路径,实现“一点突破、多面展开”的教学逻辑。实践表明,该体系可引导学生自主构建“微观-宏观衔接、跨学科融合”的知识架构,夯实理论应用基础,提升创新实践能力,为面向未来的新工科化学人才培养提供可推广的改革范式。

定态薛定谔方程是结构化学课程的核心和难点,学生普遍存在对力学量算符本质理解不清、对本征方程物理图像缺失的问题。提出了一种以“从已知到未知、从物理到数学再回归物理”为认知主线的教学新设计。该设计以图形化方式,引导学生首先从数学的线性代数领域“寻源”,直观理解算符、特征值与特征向量的概念;继而带领学生完成“回归”,将抽象的数学工具与物理的力学量、本征值、本征态建立对应关系,揭示定态薛定谔方程作为能量本征方程的物理内涵;最终落脚于化学应用,引导学生自主写出原子体系的定态薛定谔方程。该认知逻辑框架能够大大提升学生的学习效果,实现了学生对量子力学核心概念的深度理解与知识框架的自主建构。

基于“两性一度”的课程建设标准,针对教学实践中,学生推导邻苯二甲酰亚胺合成机理困难和观察能力不足等问题,创造性地设计了一个介观尺度的、基于显微熔点仪的微反应机理验证实验。学生可通过观察相关中间体的晶型变化和氨气释放温度等介观尺寸的实验现象,建立微观的反应机理和宏观反应现象之间的联系。这不仅有益于学生观察能力和逻辑思维能力的培养,加深学生对于反应机理的理解,也可以通过显微微反应验证实验的设计,让学生在基础实验教学中体验科研和创新的基本方法与过程。

本科普实验通过海藻酸钠与不同金属离子交联形成彩色水凝胶,直观展示了金属离子配位能力的差异,将不可见的化学键转化为可见的“化学视觉艺术”。在水凝胶中引入铕、铽稀土配合物,构建了红绿双色荧光体系。通过比例调控,该体系可在紫光灯下实现动态多色发光,形成独特的“化学调色板”。该材料还能智能识别Fe³⁺——遇其荧光即刻猝灭,无需复杂仪器。实验将配位化学、荧光能量转移等微观过程转化为生动直观的感官体验,实现了凝胶成型、多色发光与离子识别3种功能的集成。科普过程采用分层递进策略,将科学思维培养贯穿从趣味现象到化学原理的阐释中,并融合材料化学与光子学,揭示交叉创新源于基础研究的协同,为科技创新厚植社会土壤。

芳环亲电取代反应是芳香族化合物的一个重要特征反应,是基础有机化学理论课程与实验课程的重要教学内容。现行大学实验教材通常以乙酰苯胺的对位硝化反应为载体进行教学,缺乏对邻位硝化及反应区域选择性调控的探究,难以满足学生对反应机理深度理解的需求。为深化学生对芳环亲电取代反应机理及选择性控制关键因素的认知,提升创新实验能力与个性化探究能力,设计了乙酰苯胺硝化反应区域选择性调控探究实验。实验整合核磁共振波谱、气相色谱-质谱、高效液相色谱等现代分析技术,引导学生完成“化学合成-结构鉴定-机理讨论”的完整探究过程,进一步培养其科研思维与分析解决复杂问题的综合能力。

本研究基于PPDC(Problem-Phenomenon-Data-Conclusion)教学理念,将“溶致变色”这一科研前沿热点转化为本科4学时的综合性实验课程。通过设计N-甲基-4-氨基邻苯二甲酰亚胺(4-AMP)的合成与多溶剂荧光性质探究,构建了“合成-表征-数据分析”一体化的教学训练体系。该实验现象直观生动,操作过程安全便捷,不仅能够有效激发学生的学习兴趣,还能系统培养其有机合成、仪器分析、数据处理与科学探究等综合能力。

实验秉持资源高效利用与环境友好的科普理念,围绕纳米银导电墨水的制备与应用开展科普实验探究。通过对比7种常见还原剂的反应效果,最终优选抗坏血酸与硝酸银反应制备纳米银材料。该方法操作简单、反应条件温和、成本低廉、产品颗粒均匀,绿色环保,充分满足科普实验的实践需求。利用生活中的相纸开展“笔触即电路”的科学体验,将前沿的纳米材料与柔性电子技术以安全、有趣、易操作的方式引入科普教学,体现了“低科技、高概念”的教学特色。该科普实验不仅能够增强学生动手实践与科学创新的能力,也为推广纳米科技、提升公众科学素养、激发青少年科学兴趣提供了可复制的教学范式。

将我国火箭推进剂的发展历程系统转化为化学学科教学资源。以我国火箭推进剂演进史为载体,提炼化学知识,设计序列化教学案例与活动,构建“科技史叙事”与“化学知识建构”相融合的“双主线四步法”教学模型。有效促进学生对化学知识的理解,提升学生学习兴趣,强化工程思维,并自然融入家国情怀培育。为大国重器科技融入学科教学,实现知识、能力与价值目标的协同达成提供范式。

介绍了以建构性对齐落实基于结果的教育(Outcome-Based Education,OBE)理念的生物化学与分子生物学实验教学改革。针对传统教学中理论与实践脱节、内容碎片化、高阶思维训练薄弱、评价维度单一等问题,构建了分层进阶的模块化实验教学体系。每个模块基于临床案例,先回答“为何测”再解决“如何做”,融入“任务驱动-三轴(原理-操作-结果解读)闭环”项目式教学。通过线上线下混合教学,实现预期成果、教学活动、评价任务的精准匹配,培养学生临床思维、实验技能和职业素养。初步应用表明,改革显著提升了学生的学习兴趣和满意度、规范操作意识、数据分析与决策能力。

“魅力化学”课程作为铜陵学院面向全体师生的一门通识性选修课程,恪守“地方性、应用型、开放式”的铜院教育理念,贯彻实施兴趣培养和价值塑造相结合的教学方式,给予学生自主选择他们感兴趣的课堂教学内容的权力。在课堂实践教学中引导学生从“聆听者”转变成“参与者”,营造活泼的课堂学习氛围,将“教”与“学”、“知识”与“思政”融合,激发学生的好奇心和求知欲,培养他们的科学探索精神和创新意识,在参与中认识到化学在人类社会进步中的重要作用,最终实现他们对化学学科的认同感和自豪感,以及运用化学知识服务社会、贡献国家的责任感和使命感。

在产教融合的时代背景下,东北石油大学化学实验中心作为省级教学示范中心,紧密结合学校石油石化特色,针对大学化学实验开展了一系列改革。本研究对大学化学实验现阶段存在的问题、相应的改革思路及举措进行了系统阐述。旨在通过项目化教学的反向设计、模块化教学的正向实施、思政元素的浸润式渗透、数据驱动的动态教学评价体系建立、双师双能型师资队伍建设,共同构建产教融合背景下具有石油石化特色的大学化学实验教学新体系,以助力学校应用型本科人才培养,推动教育链、人才链与产业链、创新链的有机衔接。

为破解非化工专业“普通化学”课程内容广、课时紧、学用脱节的教学困境,设计了“番茄红素的提取与抗氧化活性评价”综合实验。该实验围绕“大健康”主题,以番茄为原料,融合提取、纯化、光谱表征与动力学测试于一体,贯穿了有机、分析及物理化学学科的核心知识与技能。面向农业生物技术专业学生开展的教学实践表明,该实验有效提升了学生的知识整合能力与工程思维,超过90%的学生能建立“工艺-结构-性能”的逻辑关联,并在规范操作、数据处理及创新建议方面表现良好。本研究为同类院校非化工专业的化学实验教学提供了一个可复制、高效整合的教学案例,对促进学生综合实践与创新能力培养具有示范意义。

围绕食药安全专题研究生课程教学模式改革,探讨了在OBE理念指导下融合SPOC与翻转课堂的多元教学模式。在新时代教育政策推动下,课程改革旨在解决传统教师主导型教学与学生中心型教学之间的矛盾,兼顾知识传承与能力创新。通过“线上+线下”混合教学平台建设,实现了课前自主学习、课中协作研讨、课后能力评估的闭环流程。课程充分结合食品药品犯罪侦查技术的实战需求,突出法学与侦查学的学科融合,整合案例分析、现代检测技术与法律适用训练,形成三维一体的教学模式和评价体系。教学实践表明,该模式有效提升了研究生的实战素养与专业能力,为公安类高校相关课程的改革与复合型人才培养提供可复制的初步方案。

为探索生成式人工智能赋能化工专业教学的有效路径,以精细合成单元反应课程为例,开展生成式人工智能覆盖课前、课中、课后全周期的教学实践,通过生成式人工智能辅助完成学情诊断、目标解构、资源整合、教学支持、自主学习、个性辅导及智能评价等环节,构建人工智能赋能的新型教学模式。实践表明,生成式人工智能的融入能显著提高教学效率与学习效果,全面提升学生信息素养和批判思维。但也不可忽视人工智能带来的教学新挑战,反思技术依赖、人工智能幻觉及数据安全等潜在风险,提出强化教师引导、培养学生独立思考、注重批判思维培养等应对策略,为生成式人工智能在化工教学中的综合应用提供全新范式。

结构化学是化学学科的重要分支,其中休克尔分子轨道法(HMO)作为一种典型的量子化学近似方法,在共轭分子电子结构研究中具有关键地位。然而,HMO方法计算过程复杂,给学生学习带来一定困难。随着大语言模型(如DeepSeek、豆包等)的快速发展,其在编程辅助与问题解决中的潜力为教学创新提供了新路径。结合HMO理论教学实践,探讨大语言模型辅助结构化学教学的具体路径,不仅验证了大语言模型在教学中的有效性,还培养了学生的高阶思维能力,推动结构化学教学从“标准化”向“个性化”转型。

不少有机化学教材将共轭划分为π-π共轭、p-π共轭和超共轭。根据IUPAC关于共轭和超共轭的定义,本文明确指出:超共轭不是共轭,不宜与π-π共轭和p-π共轭并列。建议相关教材在再版时仔细考虑本文探讨的这一问题,厘清共轭和超共轭的关系,进一步明确它们的异同点。

基于历史文献和期刊文献,考察我国西北地区化学工程高等教育的起源与发展。国立北平大学应用化学系在我国较早开展化学工程高等教育,在20世纪30年代中期已经成为国内极负盛名的化学工程高等人才培养基地。抗战全面爆发以后,国立北平大学工学院应用化学系西迁入陕,开启了西北地区化学工程高等教育的滥觞。结论认为,全面抗战时期成立的国立西安临时大学、国立西北联合大学及国立西北工学院,不仅在艰苦的条件下存续和发展了国立北平大学的化学工程高等教育,更在此基础上发展形成了独具特色的化学工程高等教育模式,为西北地区化学工程高层次人才培养和地方经济社会进步做出了贡献。