新时代背景下的化学实验教学示范中心建设

化学国家级实验教学示范中心(南开大学)是2006年首批入选的国家级示范中心。十几年来,在“强化基础、注重综合、突出创新、培养能力、提高素质”的方针指导下,坚持以学生发展为中心,致力于培养具有扎实化学基础知识、精通化学实验技能、勤于思考善于创新的高水平化学人才。本文介绍该中心近五年来在实验教学体系建设、师资队伍教学能力提升及开放交流方面的改革举措,为高等院校实验教学提供参考。

“双减”政策下针对不同学龄中小学生的化学科普课程设计——以南开大学化学科普基地科普实践为例

从2021年“双减”政策出台开始,南开大学化学科普基地为充分发挥高校的育人功能,提高中小学课后服务质量,结合高校资源和专业知识,充分优化团队设计,高层次人才、实验中心教师和学院本科生积极参与课后课程建设,以“请进来,走出去”的方式,结合讲座、讲授、实验、探究多种形式分层次针对不同学龄的中小学生开展化学科普课程,探索出一套针对性强、内容丰富、具有南开化学特色的化学科普课程。

动力学反应瓶的研制及其在物理化学实验教学中的应用

化学反应速率常数受温度影响很大,动力学实验教学中常先预热后取液,溶液转移过程中的室温暴露使体系温度失衡,易导致初始数据误差大,动力学曲线变形;定量移液、启动计时、混合溶液等需同步操作,学生不熟练易忙乱出错;溶液预热时试剂过量,易造成浪费等。针对上述问题,本实验室自制了“裤型”动力学反应瓶及其配套装置,使溶液的移取、预热和混合逐步进行,实验步骤更加合理,减少了温度失衡引起的实验误差及学生的操作失误,并可节约试剂。该瓶已实际应用于本校的物理化学实验教学中,改进和丰富了实验内容,更好地锻炼了学生的操作能力,并对培养学生综合分析与解决问题的能力、提高学生科研素养、提升实验教学效果起到了一定作用。

创新化学实验教学平台的建设及拔尖人才培养实践

实验教学不仅有利于提高学生的学习兴趣,而且能培养学生严谨求实的科学态度,更能培养学生的动手能力和创新能力,是培养拔尖人才不可替代的重要环节。化学国家级实验教学示范中心(南开大学)通过建设创新实验教学平台,开展化学实验竞赛,建设高水平的实验教学团队等措施在培养拔尖学生创新意识和解决问题的能力等方面进行了有益的尝试。

多元混合式教学在仪器分析实验课程中的实践

仪器分析实验课程是化学相关专业实践性与应用性极强的核心实验课程之一。在“双一流”建设的大背景下,针对目前仪器分析实验教学存在的问题,从教学模式、教学内容和教学方法三方面进行改革,打造了线上线下相结合,常规实验、虚拟仿真实验和自主创新设计实验相结合,翻转课堂和问题导向学习法相结合的多元混合式教学课程体系。教学实践证明,这种新型的教学课程体系有利于激发学生的学习兴趣与主动性,引导学生内化知识,培养分析和解决问题的高阶思维与综合能力,提高教学效率,优化教学效果。

化学“101计划”基础化学实验课程建设的思考与实践

化学“101计划”基础化学实验课程适用于拔尖学生培养计划2.0基地学校化学类专业低年级学生,是培养化学基础研究创新人才的高阶基础入门实验课程。本课程可以激发学生化学实验的兴趣,具备继续从事化学后续课程学习和化学研究的基本实验素养。通过以合成和测量为载体的单元实验或小综合实验,服务于基础单元操作学习、基础技能训练,或成为合成化学实验和化学测量学实验等课程学习必要的先导内容,为后续实验课程学习打基础。

新模式下的核磁共振实验教学探索和提升

核磁共振在化合物结构鉴定、动力学研究等方面具有重要的作用,是一种非常重要的仪器分析手段,也是大学仪器分析实验课程的重要内容。借助于现代化教育手段,可以拓展课前课后学习时间,对核磁共振实验项目课堂教学进行有效教学设计,构建互联网时代的新型教学模式。

大类招生背景下无机化学实验室管理的探索与实践

过硬的实验室条件、高效的管理对于实验课教学至关重要。为了能够更科学有效地使用实验室,为教师和学生提供更加良好的教学平台,实验室技术人员需要进行更加高效的实验室管理。在大类招生的背景下,无机化学实验室作为大学生进入实验室的第一站,以服务师生为宗旨,以课程需求为导向,实验室技术人员从实验室布局、实验室管理制度的执行等管理方面进行了探索和实践。

授人以鱼和渔:仪器分析实验自主设计实验及思政元素融入

为适应现代教育理念及国家对创新型人才的需求,改革传统实验教学模式并激发学生的自主创新意识,在传统仪器分析实验教学基础上探索和构建以学生为主体、以创新能力培养为中心的自主设计实验教学模式。课程在夯实基础和拔高创新方面取得了平衡,同时拓展了课程思政的范畴,如以学生为中心的自主设计实验模式提升了学生学习主动性,课程高阶性、创新性显著提高,授课教师在更多方面以身作则,示范了严谨的科学态度,并倡导了积极的科学探索态度。通过自主设计实验的开展,学生的基础知识、学习兴趣、实验技能、创新能力等都得到了显著提升,建立了有效的仪器分析学习模式。

仪器分析化学实验拓展与应用——离子色谱法测定生活饮用水中的阴离子

饮用水作为人类生存的基本需求之一,其安全性问题一直是影响民众生命健康的重要一环,对水质的检测也是国家指导工作的重点。基于南开大学化学学院仪器分析课程,综合文献资料,形成实验方案,在教师辅助指导下,结合实际问题深化和拓展了实验学习的理论和应用价值——利用离子色谱分析方法对日常生活饮用水中的阴离子种类及其含量进行了检测,确定各种生活饮用水的质量和差异性,同时鉴定其是否符合国家标准要求。该实验结果为人们选取安全饮用水提供了理论依据和指导建议。另外,本实验在激发学生学习兴趣的同时进一步巩固和加深了学生对离子色谱分析技术的理解与应用。该实验充分体现了理论联系实际,将仪器分析课程中学到的知识应用于生活,让学生能够从感性上更加深刻地领会和理解化学与日常生活的紧密联系。

“自主设计实验”教学模式在仪器分析实验中的应用——ICP-OES检测茶水中的金属含量

仪器分析实验是重要的实践课程,是培养学生创新意识和提高学生综合素质的关键基础课程之一。“自主设计实验”坚持学生主体地位,引导学生查阅文献、拟定实验方案,在教师辅助指导下,将知识要点有效融入实验过程,深化理论学习和实践应用。本实验利用电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-OES)测定不同种类茶水中的金属元素含量,并且考察了浸泡时间和浸泡次数对金属元素溶出量的影响,鉴定其是否符合国家标准要求,对比现有的文献数据作出补充和改善,为人们选取泡茶方式提供理论依据和指导建议。“自主设计实验”将化学和日常生活紧密联系在一起,激发学生的学习热情和探索精神,强化实验操作能力及自主学习能力,提升学生的创新意识和实践精神。

高校化学科普教育探索——以南开大学化学科普基地建设为例

化学对人类的生活、生产、社会发展有着密切的联系,但社会上对化学科学认识不充分,甚至有很多误解。高校作为传播知识、培养人才的主阵地,也承担着科普教育宣传的责任。南开大学化学科普基地依托南开化学优质的教育资源和师资力量,建设了具有南开化学特色的化学科普基地,为普及化学知识、提升青少年化学素养做出了积极探索。

氮氟双掺杂TiO_2纳米管的制备、表征和光催化性能研究——暑期科研训练实验实例

在南开大学化学学院本科生的暑期科研训练中,开展"氮氟双掺杂TiO_2纳米管的制备、表征和光催化性能研究"综合实验,以水热法制备的钛酸纳米管为前驱体,通过含氟化铵的钛溶胶对纳米管进行浸渍修饰,制备氮氟双掺杂的TiO_2纳米管,采用透射电镜、X射线衍射、TG-DTA、XPS、紫外漫反射等手段表征所得材料,以甲基橙溶液模拟有机废水,研究催化剂在紫外及模拟日光下的催化降解性能。通过贴近科研前沿的实验内容,对学生进行系统的初步科研培训,培养学生的综合科研能力。

pH响应纳米粒子的制备及应用综合实验

为了使学生更深入、直观地了解高分子材料在纳米领域的发展与应用前沿,设计了pH响应性纳米粒子的制备及应用综合实验。该综合实验包括开环聚合合成pH响应性嵌段聚合物、pH响应纳米粒子的制备、pH响应性表征及分析以及细胞摄取及细胞转染等实验内容,能够使学生充分了解高分子纳米药物的设计理论及其制备与表征相关的基本流程和操作方法。本实验涉及高分子学科在纳米医药领域的应用前沿,有利于培养学生的综合实验能力和问题分析能力,激发学生探索科研前沿的兴趣。

知识直播在化学科普中的应用及发展探讨

当前化学科普的首要任务是借助各种手段加强全民化的科普。知识直播具有全民参与、内容展示形式多样和强大的交互性等特点,有望成为化学科普全民化的重要手段。我们以知识直播的形式进行了十多期的化学科普,取得了良好的化学知识普及效果和积极的社会反响。本文系统总结知识直播用于化学科普的方式、优点及发展。

仪器分析课程有效教学之有效测评及反馈

仪器分析是所有化学研究的眼睛,仪器分析课程教学在大学化学教育教学中占有非常重要的地位,其教学效果关乎所有化学学科体系的最终产出。教学效果测评与反馈是有效教学的重要环节,不仅能测评教学成效,还对如何改进教学活动具有重要的指导作用。目前,仪器分析课程教学效果主要是通过作业、课堂小测验和期中、期末考试成绩来测评,测评方式存在形式比较单一、反馈不及时、不能做到有效"教""学"互动等问题。本文简单介绍南开大学伯苓班仪器分析课程教学中关于有效测评及反馈方面的改革探索与实践,主要包括三种方式:加强教学过程反馈,让学生自己总结规律;让学生成为有效测评的主导者;开展文献阅读项目式测评。

疫情下的仪器分析课程在线教学设计与探索——以绪论为例

疫情当前,如何应用信息技术手段进行有效的在线教学是教师和学生关注的重要问题。仪器分析课程是大学化学专业的一门重要基础课,在师生和生生都只能“云听见”或“云见面”的情况下,设计多种师生交互互动的教学环节有助于保证在线教学效果。作者以绪论课为例,介绍了教师按照O-AMAS理念“目标O+激活A+多元学习M+有效测评A+简要总结S”精心设计,充分调动学生学习积极性的做法,以及授课班级学生的反馈。

强化基础引导创新——核磁共振实验教学体系建设

面对不同年级本科生和研究生设计了由浅入深、梯度渐进的核磁共振实验教学体系,利用实验教学全面介绍了核磁共振这一重要的分析手段,结合线上教学、课堂互动等新颖的教学模式,加深对重要知识点的认识和了解,与理论教学有机结合,取得了良好的教学效果。

荧光共振能量转移上转换适配体探针法检测牛奶中的痕量氯霉素

本研究合成了亲水性稀土掺杂的上转换荧光纳米颗粒(UCNPs)作为荧光能量的供体,金纳米颗粒(AuNPs)作为荧光能量的受体,基于荧光共振能量转移(FRET)体系,建立了检测痕量氯霉素(CAP)的适配体探针方法。UCNPs在波长980 nm激发下,在波长547 nm处有特征发射光。柠檬酸钠还原法制备的AuNPs在波长519 nm处有吸收峰。UCNPs通过链霉亲和素-生物素放大系统连接CAP适配体,形成荧光供体探针(UCNPs-apt),AuNPs与修饰巯基的CAP互补链连接,形成荧光受体探针(AuNPs-cDNA)。由于适配体和cDNA的碱基互补配对,发生FRET导致UCNPs荧光猝灭,加入CAP后部分荧光恢复。在最优的检测条件下,CAP浓度与荧光恢复值具有良好的线性关系,线性范围为0.01~10 ng/mL,检测限为5 pg/mL。采用本方法对牛奶样品进行加标回收实验,回收率在93.5%~99.4%之间,相对标准偏差为1.18%~2.84%。该方法具有简单、特异性强、灵敏度高、抗荧光背景干扰能力强等特点。

联二炔囊泡的光致聚合、热致变色及应用

物理化学实验为各大高校本科化学教学的主干实验课程之一。虽然各高校的物理化学实验内容已十分丰富,但仍然缺乏将不同章节知识点融会贯通以及与学科前沿密切联系的综合型实验内容。我们根据南开大学郭东升教授课题组发表的一篇有关联二炔程序性响应检测胆碱酯酶的工作设计了“联二炔囊泡的光致聚合、热致变色及应用”的物理化学实验,涉及到联二炔缔合胶体的制备、联二炔的紫外光致聚合反应和聚联二炔的热致变色,进而显示其在防伪领域的潜在应用价值。希望通过此实验,使学生对物理化学中的缔合胶体、光化学、热力学、动力学等章节有更深一步的贯通性掌握,并了解自组装、光聚合、变色材料和防伪等相关研究领域的前沿动态。