植物精油广泛应用于香料、化妆品、医药和日化产品中,其香气本质源自多种挥发性有机化合物的协同作用。从化学视角梳理了植物精油的主要成分类型,重点探讨分子结构与香气特征、挥发行为及香气层次之间的关系。介绍了气相色谱-质谱联用(GC-MS)、核磁共振(NMR)和红外光谱(IR)等分析技术在精油成分鉴定与质量控制中的应用,并结合嗅觉受体识别机制,概述香气分子的感知基础。从化学角度讨论“天然即安全”的常见误区,并简要介绍绿色合成与生物转化在香料可持续生产中的进展。本文旨在揭示植物精油香气背后的化学原理,促进对香气产品的科学、理性与可持续认识。

当前高校仪器分析课程内容仍以经典仪器分析方法为主,前沿分析方法及最新仪器使用技术未能有效融入课堂;实践教学环节侧重于验证性实验,学生探索创新思维和实践能力培养不足;在评价体系方面,终结性考核以知识记忆为主,缺乏知识应用能力及实际问题解决能力评估。针对上述问题,教师构建“前沿科研引领-教学创新-评价改革-深度实践”四位一体的“科教评践”融合课程体系。该课程体系将前沿科研成果有效地转化为教学案例,每年更新比例约为30%;通过优化终结性考核方式,引入材料阅读理解题(约占20%分值)强化对学生知识应用能力的考查;每年推荐1~2组学生参与本科生科研项目与学科竞赛,帮助学生掌握先进仪器分析方法与技术,提升实际问题解决能力。仪器分析课程从注重知识传授转向注重解决问题能力和创新能力的考核,从而培养具有创新精神和实践能力的基础教育人才与未来卓越化学教师。

单原子催化(single-atom catalysis,SAC)是已获国际认可的由我国科学家原创的催化新概念,已成为催化领域基础研究与产业应用的战略制高点。然而,当前高等教育中SAC 知识体系尚未系统化整合并融入催化教学体系,导致教学内容与科研前沿脱节,难以满足复合型创新人才培养需求。以新工科建设为导向,构建了涵盖SAC理论内涵、结构特性、制备技术、表征手段、实践应用及发展趋势等6个模块的知识框架,设计了“知识-能力-素养”三维培养目标,通过线上线下混合教学、问题驱动与多级组合教学、项目式教学+产学研协同、思政融合等多元化手段,实现知识传授、能力培养与价值引领的有机统一。经试点应用验证,该教学体系有效填补了原子级催化教学短板,显著提升了学生的前沿技术认知、跨尺度分析及工程实践能力,德育目标达成度较高,为催化学科课程革新提供了可复制、可推广的实践参考。

在物理化学教学中,如何通过实际的案例来综合展示物理化学各章节的基础知识在科研中的系统应用并以此提升学生的学习兴趣一直是大学化学教育关注的热点。结合自身开展金属氧物种(Mⁿ⁺=O)和金属氢氧物种(Mⁿ⁺-OH)氧化性能关系研究的科研经历,现身说法地展示如何首先利用热力学和电化学的基础知识来预测它们的氢原子摘取能力,进而利用动力学的基础知识来研究它们的反应速率、获得其反应过渡态的相关信息,最后系统阐明2者在氢原子摘取反应中的相似性及差异性。

基于碘钟反应的化学反应速率与活化能实验是普通化学实验课程的经典项目之一,传统的批次操作法存在试剂消耗多、数据误差大等不足。设计了一套适用于反应动力学测量的连续流实验平台,通过测量管路中溶液由无色变蓝色的流经距离,从而计算出反应速率常数、活化能等动力学常数。为解决人眼观测变色点存在主观性的问题,引入智能手机与光纤光谱仪等设备,有效提升对变色位置判断的灵敏度与准确性,将活化能测量误差降低到2%以内。经对比,连续流实验平台不仅解决了传统实验的系列问题,还能集成多种检测技术,让学生接触到更多前沿的分析方法,获得更为全面的实验技能训练与创新思维培养。

本研究在普通化学实验课程中创新性地引入“微”实验等拓展内容,以原有课程内容为载体,聚焦实验过程中的某些微小环节,深入挖掘其教学价值,有效拓展学生对相关知识点的理解与应用维度。通过引入智能手机技术、创新创业教育理念及跨学科知识,结合课堂微实验、课后推荐阅读等多元化教学手段,系统探索了拓展内容在具体实验教学中的实践路径与实施效果。研究表明,原有实验内容与拓展内容相辅相成,在激发学生学习兴趣、培养科研素养以及提升课堂教学效率等方面均发挥了显著作用。本研究提出的教学方法无需增加课时和实验试剂等,具有较好的普适性和推广价值,可为普通化学实验教学改革提供有益参考。

探讨了将前沿分析技术——圆二色光谱(Circular Dichroism,CD)分析创新性引入本科实验教学的实践路径与实施成效。围绕氨基酸手性识别和核酸G-四链体构象解析,系统构建基于CD分析的实验教学方案,拓展了该分析技术在本科教育中的应用范畴。教学内容以氨基酸对映异构体的CD响应为认知起点,引导学生理解CD手性识别的原理,进而循序渐进地探索K⁺、Na⁺等金属离子诱导下的人体端粒DNA及VEGF启动子区G-四链体构象变化。通过实时光谱监测,呈现G-四链体在基因调控与抗肿瘤药物研究中的分子机制。教学实践表明,该课程不仅有效提升了学生的实验技能与科学思维能力,也通过前沿技术与分子生物学内容的融合,激发了学生对生命分析技术的学习兴趣,充分体现CD分析技术在本科实验教学中的创新潜力与应用价值。

高效液相色谱(High performance liquid chromatography,HPLC)是仪器分析实验课的重要组成部分,如何结合科学前沿设计基于HPLC的综合实验对于提高学生理论学习和实验操作具有重要意义。因此,结合课题组研究内容,设计了仪器分析综合实验。实验结合了样品预处理和HPLC分析检测,包括磁性共价有机框架材料制备、HPLC检测方法建立和实际样品中磺胺类药物分析,以期为同类仪器分析实验的设计教学提供借鉴。

针对传统仪器分析实验教学侧重于单一仪器操作与验证性实验的局限,设计了虚拟仿真实验、真实实验与密度泛函理论(DFT)模拟计算融合的仪器分析实验教学模式,对“热重-红外(TG-IR)联用技术分析苯甲酸的热降解机理”实验进行了系统化改革。引导学生基于自主开发的3D虚拟仿真系统进行虚拟仿真实验,通过TG-IR联用仪进行真实实验获取数据,并同步借助DFT计算模拟反应物及可能中间体的红外光谱以探究苯甲酸的热降解机理,从而将仪器操作、实验现象与理论解释有机贯通。学生反馈及多元综合评价表明,该模式有效提升了学生对技术的整体掌握程度与学习自主性,有利于学生形成对科学问题的多层次、立体化理解,促进其跨学科思维的发展与解决复杂问题能力的提升,可作为仪器分析实验教学现代化转型的具体范例,为融合信息技术与计算科学的创新型人才培养积累了有益经验。

在数智化转型背景下,检验检测行业正加速向智能化、自动化升级,对高层次技术应用型人才提出迫切需求。针对当前中高本贯通培养存在的培养目标定位不清、课程体系衔接不畅、教学内容与技术变革脱节等现实困境,潍坊职业学院分析检验技术专业以产业数智化升级为逻辑起点,构建了以职业能力进阶为核心的贯通培养体系。该体系依托“3+2”高本贯通与“三二连读”中高职衔接两大路径,建立中职、高职、本科、企业四方协同育人机制,形成“三段进阶式”培养目标、“一体设计、分段衔接、数智升级”课程体系、“产教融合、学岗融通”教学模式、“过程考核+综合测试”考核评价体系及持续改进反馈机制。

电化学工程类课程作为化学工程学科的重要前沿课程,对于支撑储能、氢能等新兴领域发展以及培养理工融合型创新人才具有关键作用。针对该类课程理论抽象、学科交叉度高以及理论与工程实践脱节等教学难点,围绕“产学研融合驱动的四层次教学体系”,系统开展课程改革与教学实践探索。课程构建了“思政教育—科研引领—产业认知—工程应用”的分层次教学框架,并通过产学研融合培养、案例研讨、实验操作等环节,创新教学模式,实现理论学习与工程实践的深度融合。教学评价结果表明,该体系能够强化课堂上的师生互动,有效培养学生的创新思维,并提升其自主学习能力。本研究为电化学工程类课程体系创新和高层次工程技术人才的培养提供了可推广的教学范式。

将SOLO分类理论引入化工原理课程设计评价,从工艺方案选择、核心工艺计算、设备选型与流体力学验算、图纸设计与说明书撰写等4个维度构建评价量表,实现对学生认知水平、逻辑思维和工程思维的精准评价。研究表明,学生认知呈中间集中、两端低特征,主要存在设计闭环断裂、工业适配性不足、创新迁移能力薄弱等问题。基于评价结果,从教学内容重构、教学资源搭建和学习活动设计等3方面提出了改进策略。该评价体系有效解决了传统评价中思维层级界定模糊的难题,助力提升学生工程高阶思维。

紧扣“两性一度”金课建设标准,构建了药物化学课程“六位一体”研究性教学模式,该模式由教学目标高阶性锚定、教学内容项目化重构、教学过程问题式牵引、学科前沿渗透性融入、教学主题启发式探究、探究结果多元化评价等六大核心模块构成。首先,以培养学生专业核心能力为导向,锚定高阶性课程教学目标;在此基础上,对教学内容进行项目化重构,通过链条式问题设计驱动学生深度参与教学过程;同时,将学科前沿知识有机融入教学案例,围绕教学重点设置具有挑战度的探究主题,促成深层次生生、生师互动;最后,通过多元化评价体系客观衡量探究式教学成效。该模式有效实现了学生专业知识、能力与素养的协同提升,为课程教学质量优化提供了理论支撑与实践范式。

结合本校工程化学课程多年的教学实践,以及教师在电化学能源储存与转换等领域的研究,开展了基于“双碳”背景下的工程化学课程教学改革和探索。将碳达峰碳中和相关的化学基础知识和理论融合到工程化学课程教学实践中,完善和增强与“双碳”目标相关的电池与能源转换的基础知识、新型化学电源和新能源等教学,并开设了相关的探索性实验。在新修订的第4版《工程化学基础》教材中增加了温室效应与“双碳”目标,及CO₂捕集、利用与封存的章节。这样的教学改革和探索有助于碳达峰碳中和高质量综合型人才的培养。

针对当前研究生专业课程存在的高阶性与实用性不足、评价维度单一等核心问题,以材料表面与界面课程为实践载体,提出“2+1”教学模式。该模式将单次课程时长改为3学时,采用“2学时理论讲授+1学时灵活赋能”的组织形式,将理论教学与实践教学、案例教学、项目/问题导向教学及前沿专题研讨等有机整合,同时构建多主体参与、多维度覆盖的多元评价体系,全面培养学生的学术素养、实践能力与创新潜力,为研究生专业课程教学改革提供可复制、可推广的实践范式。

深度融合机器学习算法与SHAP可解释性工具,以铝基锂吸附剂的掺杂元素筛选为例,指导学生完成机器学习全流程,培养其运用数据科学知识解决材料设计问题的能力。以华东理工大学59名学生(拔尖班19人、普通班40人)为样本,拔尖班整体学习表现更优,基础知识点掌握则无显著差异。该模式经简化后亦成功应用于高中生夏令营。该课程设计不仅提升了学生对化学与机器学习交叉领域的理解,还激发了他们对化学研究的兴趣和创新思维,为其未来发展打下了坚实基础。

基于核磁共振波谱(NMR)的结构解析是化学与药学专业需掌握的核心技能之一,但其难度大,需要长期反复练习,在课时有限下学生普遍难以掌握。国外已开发多个成熟的在线练习平台,而国内尚缺乏专门的NMR中文学习网站。本文基于教学实践,系统介绍并评析了WebSpectra、NMRium、Interactive Spectroscopy Problems等代表性平台的特点和不足处,并详细讲解了教师和学生应用这些平台的方式。教育信息化背景下,充分利用这些平台开展解析练习,能弥补课程资源不足问题,有助于提升波谱解析能力,值得向化学和药学专业的教师和学生推广。