-
-
大学化学
University Chemistry
主管 : 教育部
刊期 : 月刊主编 : 王颖霞
语种 : 中文主办 : 北京大学、中国化学会
ISSN : 1000-8438 CN : 11-1815/O6展开 >《大学化学》是教育部主管、北京大学和中国化学会共同主办的教育研究性学术刊物，本刊以深化大学化学教育改革为宗旨，为促进教师知识更新、扩大学生知识面、提高化学教学水平服务。读者对象为高等学校化学教师、研究生、本科生、中学化学教师和对化学有浓厚兴趣的中学生，以及化学教育领域的各级管理人员和其他岗位上的化学工作者。现已被中国期刊网全文数据库、万方数据库、台湾华艺数据库、中文科技期刊数据库（全文版）、美国化学文摘等多家数据库收录。
主要栏目内容和要求包括：
（1）今日化学――介绍化学各学科前沿领域及与化学相关交叉学科的发展动向、前景；在国民经济中的应用和展望。要求文章内容新颖，有学术见解，文字表述深入浅出，有启发性。
（2）教学研究与改革――研究高校化学教育改革中的重大问题，对化学教学中具有普遍性的问题发表创见；交流化学教学改革的经验，讨论教学中的难点和重点；介绍新的教学内容和方法等。要求观点有新意，经验有实践基础，避免空泛议论和设想；文字精练，图表清晰准确。
（3）知识介绍――介绍化学学科领域在理论、实践、应用方面的新知识与新发展。要求概念准确，避免重复书刊的内容；文字简练，内容具有启发性。
（4）计算机与化学――介绍计算机化学的最新进展；开展计算机化学应用软件和辅助化学教学软件的交流。
（5）化学实验――实验教学的目标研究；新实验的设计和现有实验的改进；现代化仪器设备在实验中的应用；实验室管理的新经验等。要求内容翔实，数据可靠，方法具有推广使用价值。
（6）师生笔谈－－交流学习心得；探讨能启发创造性思维的问题；介绍具有启发性的解题方法等。要求文章内容生动，主题突出。
（7）自学之友――刊登疑难解释，专题辅导，点滴经验，一事一议。要求文章观点明确，短小精悍。
本刊还设有化学史、国外化学教育、书刊评介、科技书讯、动态与信息等栏目。
欢迎高校师生及其他部门的化学教学、科研人员为本刊撰写稿件。
期刊内检索
期刊内热点文章
期刊内下载排行
2025, 40(4): 1-9
doi: 10.3866/PKU.DXHX202401007
摘要:
复合固体推进剂是一种固体颗粒(氧化剂及金属燃料)填充高分子聚合物(粘合剂)的复合材料，是导弹、空间飞行器的各类固体发动机的动力源。本实验教学针对固体推进剂在载荷下容易发生“脱湿”，即粘合剂与填料表面之间分离，界面作用受到破坏的情况，通过可控自由基聚合设计了结构规整、分子量及组成可控的新型中性大分子键合剂，通过核磁氢谱及凝胶渗透色谱系统表征了其分子结构。本综合实验教学不仅加深了学生对固体推进剂领域的理解，提升了学生对于前沿高分子化学的基本原理及方法的认知，而且训练了学生的实验操作技能、大型仪器使用能力和结果分析能力，实现了前沿科学研究与国家重大需求在人才培养的结合。
复合固体推进剂是一种固体颗粒(氧化剂及金属燃料)填充高分子聚合物(粘合剂)的复合材料，是导弹、空间飞行器的各类固体发动机的动力源。本实验教学针对固体推进剂在载荷下容易发生“脱湿”，即粘合剂与填料表面之间分离，界面作用受到破坏的情况，通过可控自由基聚合设计了结构规整、分子量及组成可控的新型中性大分子键合剂，通过核磁氢谱及凝胶渗透色谱系统表征了其分子结构。本综合实验教学不仅加深了学生对固体推进剂领域的理解，提升了学生对于前沿高分子化学的基本原理及方法的认知，而且训练了学生的实验操作技能、大型仪器使用能力和结果分析能力，实现了前沿科学研究与国家重大需求在人才培养的结合。
2025, 40(4): 10-14
doi: 10.3866/PKU.DXHX202401010
摘要:
全球化工新材料产业的高速发展驱动了材料与化工专业硕士工程应用能力的培养。高分子化学作为材料与化工专业硕士必修的基础理论课，存在实践性弱，探索性低，学生积极性不佳等问题。在高分子化学课程教学中增加并强化实验内容，创新实验教学方法和教学模式，并建立工程化的实验教学评价制度，对提升研究生科研创新能力，实践应用能力和解决复杂工程问题的能力具有重要的意义。
全球化工新材料产业的高速发展驱动了材料与化工专业硕士工程应用能力的培养。高分子化学作为材料与化工专业硕士必修的基础理论课，存在实践性弱，探索性低，学生积极性不佳等问题。在高分子化学课程教学中增加并强化实验内容，创新实验教学方法和教学模式，并建立工程化的实验教学评价制度，对提升研究生科研创新能力，实践应用能力和解决复杂工程问题的能力具有重要的意义。
2025, 40(4): 15-19
doi: 10.3866/PKU.DXHX202401014
摘要:
高分子链结构是衔接高分子化学和高分子物理的关键基础知识点。本文探讨了一种系统讲解高分子链结构的教学思路，从局部到整体依次介绍重复单元结构、键接序列结构、分子量及其分布、链拓扑构筑。这样的系统讲解将有助于学生把握高分子链结构的基本要素及其相应物理意义，从而更好地理解高分子化学结构与其物理性能之间的内在关系。
高分子链结构是衔接高分子化学和高分子物理的关键基础知识点。本文探讨了一种系统讲解高分子链结构的教学思路，从局部到整体依次介绍重复单元结构、键接序列结构、分子量及其分布、链拓扑构筑。这样的系统讲解将有助于学生把握高分子链结构的基本要素及其相应物理意义，从而更好地理解高分子化学结构与其物理性能之间的内在关系。
2025, 40(4): 20-26
doi: 10.12461/PKU.DXHX202402031
摘要:
美学和思政理念的有效融入是提升高分子科学教学质量，培养新时代高素质人才的关键。本工作中以通识课《高分子世界美学赏鉴》的思政教学实践为例，探索了以思政主题为主线编纂教材，以美学体验为主导开展自然科学教学的新模式，在帮助学生们掌握高分子科学知识的同时，提升了他们的人文素养，激发了他们的爱国情怀和社会责任感。
美学和思政理念的有效融入是提升高分子科学教学质量，培养新时代高素质人才的关键。本工作中以通识课《高分子世界美学赏鉴》的思政教学实践为例，探索了以思政主题为主线编纂教材，以美学体验为主导开展自然科学教学的新模式，在帮助学生们掌握高分子科学知识的同时，提升了他们的人文素养，激发了他们的爱国情怀和社会责任感。
2025, 40(4): 27-32
doi: 10.3866/PKU.DXHX202403029
摘要:
高分子物理课程中的哲学内容非常丰富，本文着重介绍课程中有关逆向思维的问题。例如，将高分子链的凝聚过程看成为溶解过程的反过程；为了制备出高聚物的宏观单晶体，先让单体结晶再引发单体聚合，而不是直接由高聚物来结晶；从黏度出发转向从自由体积出发来理解高聚物的玻璃化转变等三个实例。本文分享作者在教学中，助力学生运用逆向思维深刻理解高分子凝聚态和分子运动的几个基本问题。
高分子物理课程中的哲学内容非常丰富，本文着重介绍课程中有关逆向思维的问题。例如，将高分子链的凝聚过程看成为溶解过程的反过程；为了制备出高聚物的宏观单晶体，先让单体结晶再引发单体聚合，而不是直接由高聚物来结晶；从黏度出发转向从自由体积出发来理解高聚物的玻璃化转变等三个实例。本文分享作者在教学中，助力学生运用逆向思维深刻理解高分子凝聚态和分子运动的几个基本问题。
2025, 40(4): 33-45
doi: 10.12461/PKU.DXHX202403069
摘要:
自由体积概念起源于液体黏度研究，后由Fox和Flory应用于高分子材料玻璃化转变，成为解析高分子物理现象的关键工具。当前教学中对自由体积探讨不足，本文概述了自由体积的起源、定义和应用，探讨了测试方法，并深入研究了自由体积与高分子物理性能的联系。本研究旨在深化学生对自由体积概念的理解，促进对高分子物理过程的全面把握，激发学习兴趣和科研热情。
自由体积概念起源于液体黏度研究，后由Fox和Flory应用于高分子材料玻璃化转变，成为解析高分子物理现象的关键工具。当前教学中对自由体积探讨不足，本文概述了自由体积的起源、定义和应用，探讨了测试方法，并深入研究了自由体积与高分子物理性能的联系。本研究旨在深化学生对自由体积概念的理解，促进对高分子物理过程的全面把握，激发学习兴趣和科研热情。
2025, 40(4): 46-53
doi: 10.12461/PKU.DXHX202403083
摘要:
吉林大学化学学院高分子材料与工程专业经过70余年的发展，已建设成国内颇具特色的本科专业，2020年入选“国家级一流本科专业建设点”。本文主要介绍了近几年我校高分子材料与工程专业在学院“厚基础、强能力、会创新”的人才培养目标和“三范式、四融合”的人才培养模式下进行的课程体系建设、教学团队建设、专业特色建设等。
吉林大学化学学院高分子材料与工程专业经过70余年的发展，已建设成国内颇具特色的本科专业，2020年入选“国家级一流本科专业建设点”。本文主要介绍了近几年我校高分子材料与工程专业在学院“厚基础、强能力、会创新”的人才培养目标和“三范式、四融合”的人才培养模式下进行的课程体系建设、教学团队建设、专业特色建设等。
2025, 40(4): 54-58
doi: 10.12461/PKU.DXHX202404081
摘要:
“化工原理”是高分子材料与工程专业的重要专业基础课，该课程注重工程观点，实践性强。本文结合高分子材料与工程专业的特点，从优化理论课教学内容、加强实践教学环节、完善考核制度等方面进行了探讨，以此来提高该门课程的教学质量，提升学生的工程意识和解决工业生产实际问题的能力。
“化工原理”是高分子材料与工程专业的重要专业基础课，该课程注重工程观点，实践性强。本文结合高分子材料与工程专业的特点，从优化理论课教学内容、加强实践教学环节、完善考核制度等方面进行了探讨，以此来提高该门课程的教学质量，提升学生的工程意识和解决工业生产实际问题的能力。
2025, 40(4): 59-65
doi: 10.12461/PKU.DXHX202405087
摘要:
在“双碳”政策的大背景下，热固性高分子材料的降解回收是当今高分子科学领域热点话题之一。开展可解聚的热固性高分子材料制备的综合实验非常符合当今社会发展，有利于促进学生对一线科研的了解。本实验利用迈克尔(Michael)加成反应制备可解聚的热固性高分子材料。迈克尔加成反应生成的β-氨基酯结构可在酸性条件下解离，从而使得所制备的热固性聚合物可以快速地解聚合。通过本实验的实践，学生可以掌握当前制备可解聚热固性高分子材料的最新方法，了解当前高分子材料的发展方向。本综合实验将先进的科研成果与一线课堂教学结合，为学生的创新能力和综合运用专业知识能力的培养奠定基础。
在“双碳”政策的大背景下，热固性高分子材料的降解回收是当今高分子科学领域热点话题之一。开展可解聚的热固性高分子材料制备的综合实验非常符合当今社会发展，有利于促进学生对一线科研的了解。本实验利用迈克尔(Michael)加成反应制备可解聚的热固性高分子材料。迈克尔加成反应生成的β-氨基酯结构可在酸性条件下解离，从而使得所制备的热固性聚合物可以快速地解聚合。通过本实验的实践，学生可以掌握当前制备可解聚热固性高分子材料的最新方法，了解当前高分子材料的发展方向。本综合实验将先进的科研成果与一线课堂教学结合，为学生的创新能力和综合运用专业知识能力的培养奠定基础。
2025, 40(4): 66-71
doi: 10.12461/PKU.DXHX202405105
摘要:
为响应“新工科”改革的时代发展要求，针对当前高分子工程教育存在的问题，本论文以“聚合物工程综合训练”课程的教改为例，开展了“产学研”深度结合教育模式在实践课程教学中的实践与评价。围绕高分子材料与工程一流本科专业建设及人才的培养要求，将“产”和“研”的需求与资源，有机融合至“学”中。本文探索了具有自身特色的工程教育人才培养模式，并且取得了良好的教学效果，对培养高分子工程人才、深化工程教育改革具有借鉴意义。
为响应“新工科”改革的时代发展要求，针对当前高分子工程教育存在的问题，本论文以“聚合物工程综合训练”课程的教改为例，开展了“产学研”深度结合教育模式在实践课程教学中的实践与评价。围绕高分子材料与工程一流本科专业建设及人才的培养要求，将“产”和“研”的需求与资源，有机融合至“学”中。本文探索了具有自身特色的工程教育人才培养模式，并且取得了良好的教学效果，对培养高分子工程人才、深化工程教育改革具有借鉴意义。
2025, 40(4): 72-79
doi: 10.12461/PKU.DXHX202405110
摘要:
有机-无机铅卤钙钛矿由于具有许多优异的光电特性而备受科研人员的关注，在先进光电子器件的多个领域中具有广阔的应用前景。但钙钛矿稳定性较差，对外界环境中的光照、湿度、极性溶剂等十分敏感，因此如何有效提高其荧光稳定性是目前研究的热点问题。本文在本科生高分子化学实验悬浮聚合的基础上，设计本科生自主高分子科学实验——“钙钛矿量子点聚苯乙烯微珠的制备及其荧光稳定性能探究”，将聚合物和钙钛矿材料相结合，通过溶胀-收缩策略将有机-无机钙钛矿材料包封在聚苯乙烯微珠中，制备杂化荧光微珠材料。此策略不仅提高了有机-无机钙钛矿材料的稳定性，又拓展了高分子科学实验产物的应用。同时，以溶胀-收缩策略作为研究领域前沿问题的切入点便于本科生理解实验原理，更能激发本科生对科学研究的兴趣。通过把前沿性研究转化为本科教学的实验教学改革模式，使学生的实验设计能力、创新能力和综合素质都得到了有效训练。
有机-无机铅卤钙钛矿由于具有许多优异的光电特性而备受科研人员的关注，在先进光电子器件的多个领域中具有广阔的应用前景。但钙钛矿稳定性较差，对外界环境中的光照、湿度、极性溶剂等十分敏感，因此如何有效提高其荧光稳定性是目前研究的热点问题。本文在本科生高分子化学实验悬浮聚合的基础上，设计本科生自主高分子科学实验——“钙钛矿量子点聚苯乙烯微珠的制备及其荧光稳定性能探究”，将聚合物和钙钛矿材料相结合，通过溶胀-收缩策略将有机-无机钙钛矿材料包封在聚苯乙烯微珠中，制备杂化荧光微珠材料。此策略不仅提高了有机-无机钙钛矿材料的稳定性，又拓展了高分子科学实验产物的应用。同时，以溶胀-收缩策略作为研究领域前沿问题的切入点便于本科生理解实验原理，更能激发本科生对科学研究的兴趣。通过把前沿性研究转化为本科教学的实验教学改革模式，使学生的实验设计能力、创新能力和综合素质都得到了有效训练。
2025, 40(4): 80-86
doi: 10.12461/PKU.DXHX202405113
摘要:
本文以环境保护为背景，设计了一套高分子化学课程中“降解与老化”主题的思政示范课，结合案例教学与翻转课堂，拓宽学生视野，增强政治教育感悟。调查问卷显示，该教学案例显著提升了学生的学习兴趣，促进理论与实践结合，提高了科研素养、环保意识和社会责任感，取得了预期效果。
本文以环境保护为背景，设计了一套高分子化学课程中“降解与老化”主题的思政示范课，结合案例教学与翻转课堂，拓宽学生视野，增强政治教育感悟。调查问卷显示，该教学案例显著提升了学生的学习兴趣，促进理论与实践结合，提高了科研素养、环保意识和社会责任感，取得了预期效果。
2025, 40(4): 87-93
doi: 10.12461/PKU.DXHX202405143
摘要:
硫醇与乙烯基醚的加成反应为自由基机理的反马氏加成反应，该反应可在光引发剂或光敏剂存在下，经紫外辐照高效进行。本实验选择三乙二醇二乙烯基醚和3,6-二氧杂-1,8-辛烷二硫醇为单体，经由巯-烯点击逐步聚合合成聚(醚-硫醚)高分子，并使用核磁共振仪(NMR)确定聚合物分子结构，凝胶渗透色谱仪(GPC)测定所得聚合物的分子量。通过调控单体的摩尔配比和聚合时间，探索获得高分子量聚加成产物的方法；通过加入自由基捕捉剂，验证该聚合反应的机理。本实验是一种简单高效、绿色环保的综合性高分子化学实验。
硫醇与乙烯基醚的加成反应为自由基机理的反马氏加成反应，该反应可在光引发剂或光敏剂存在下，经紫外辐照高效进行。本实验选择三乙二醇二乙烯基醚和3,6-二氧杂-1,8-辛烷二硫醇为单体，经由巯-烯点击逐步聚合合成聚(醚-硫醚)高分子，并使用核磁共振仪(NMR)确定聚合物分子结构，凝胶渗透色谱仪(GPC)测定所得聚合物的分子量。通过调控单体的摩尔配比和聚合时间，探索获得高分子量聚加成产物的方法；通过加入自由基捕捉剂，验证该聚合反应的机理。本实验是一种简单高效、绿色环保的综合性高分子化学实验。
2025, 40(4): 94-99
doi: 10.12461/PKU.DXHX202405170
摘要:
“稀溶液黏度法测定高分子的分子量”是“高分子物理实验”、“物理化学实验”课程的经典实验项目。本项目在教学内容建设中，深挖课程思政元素，有机融入课程教学。如引入诺贝尔奖得主H. Staudinger对高分子概念的定义、助力学生从高分子学科的发展认识测定高分子分子量的意义；基于哲学思考加深对高分子分子量多分散性和高聚物溶解特点的认识、强化科学思维的训练与运用等。
“稀溶液黏度法测定高分子的分子量”是“高分子物理实验”、“物理化学实验”课程的经典实验项目。本项目在教学内容建设中，深挖课程思政元素，有机融入课程教学。如引入诺贝尔奖得主H. Staudinger对高分子概念的定义、助力学生从高分子学科的发展认识测定高分子分子量的意义；基于哲学思考加深对高分子分子量多分散性和高聚物溶解特点的认识、强化科学思维的训练与运用等。
2025, 40(4): 100-107
doi: 10.12461/PKU.DXHX202406012
摘要:
聚合动力学是高分子化学课程中的重点，因其高度依赖理论推导，也是教学的难点。理想的活性可控均聚合应符合一级动力学特征，而当体系推广至二元共聚合时，聚合物组成空间的复杂性急剧扩大，难以直接将均聚反应的动力学特征进行知识迁移。本文针对二元无规活性共聚合的单体消耗动力学这一问题，从理论推导和蒙特卡洛模拟两个角度做出解答，验证了活性共聚合动力学的复杂性，证明了只有在两种特定条件下二元无规活性共聚合的单体消耗才会遵守一级动力学，为高分子化学课程教学提供新的教学思路。
聚合动力学是高分子化学课程中的重点，因其高度依赖理论推导，也是教学的难点。理想的活性可控均聚合应符合一级动力学特征，而当体系推广至二元共聚合时，聚合物组成空间的复杂性急剧扩大，难以直接将均聚反应的动力学特征进行知识迁移。本文针对二元无规活性共聚合的单体消耗动力学这一问题，从理论推导和蒙特卡洛模拟两个角度做出解答，验证了活性共聚合动力学的复杂性，证明了只有在两种特定条件下二元无规活性共聚合的单体消耗才会遵守一级动力学，为高分子化学课程教学提供新的教学思路。
2025, 40(4): 108-112
doi: 10.12461/PKU.DXHX202406099
摘要:
研究生若想在科学研究上取得突破，就不能在学习过程中盲目的迷信权威；要勇于打破常规，培养批判性的分析思维，这其中的关键是跟着逻辑走。为此笔者在高分子材料的教学过程中，基于可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合诱导自组装，引入一些打破常规理论的经典案例，引导学生跟着逻辑走、树立质疑权威理论的勇气、坚持实事求是的科研态度，有效激发了学生主动学习、思考、分析问题和解决问题的积极性和主动性，促进其创新能力的培养。
研究生若想在科学研究上取得突破，就不能在学习过程中盲目的迷信权威；要勇于打破常规，培养批判性的分析思维，这其中的关键是跟着逻辑走。为此笔者在高分子材料的教学过程中，基于可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合诱导自组装，引入一些打破常规理论的经典案例，引导学生跟着逻辑走、树立质疑权威理论的勇气、坚持实事求是的科研态度，有效激发了学生主动学习、思考、分析问题和解决问题的积极性和主动性，促进其创新能力的培养。
2025, 40(4): 113-118
doi: 10.12461/PKU.DXHX202406102
摘要:
在高分子化学的本科教学中，几乎都使用缩聚作为逐步聚合的教学案例，虽然这基于缩聚与逐步聚合二者之间密切的联系，但容易让学生混淆这两个聚合概念，不利于二者的区分。为此本文提出了一个可以作为逐步聚合教学的新案例——巴比耶聚合。有别于本科教学中基于缩合反应的逐步聚合，巴比耶聚合是一种基于加成反应的聚合方法，具有逐步特征。通过引入巴比耶聚合作为逐步聚合的教学新案例，可以加深学生对逐步聚合的理解，避免将逐步聚合等同于缩聚，有助于学生更好地对缩聚和逐步聚合概念进行区分。
在高分子化学的本科教学中，几乎都使用缩聚作为逐步聚合的教学案例，虽然这基于缩聚与逐步聚合二者之间密切的联系，但容易让学生混淆这两个聚合概念，不利于二者的区分。为此本文提出了一个可以作为逐步聚合教学的新案例——巴比耶聚合。有别于本科教学中基于缩合反应的逐步聚合，巴比耶聚合是一种基于加成反应的聚合方法，具有逐步特征。通过引入巴比耶聚合作为逐步聚合的教学新案例，可以加深学生对逐步聚合的理解，避免将逐步聚合等同于缩聚，有助于学生更好地对缩聚和逐步聚合概念进行区分。
2025, 40(4): 119-125
doi: 10.12461/PKU.DXHX202407012
摘要:
当前高分子材料与工程专业本科生存在基础不扎实、创新能力不足、发展潜力未得到充分挖掘的问题。华南理工大学在高分子材料与工程专业2017版本科培养方案修订中，大幅提高“物理化学”“有机化学”等基础课程课时，优化实践环节和增加特色课程，构建了具有“厚基础、强能力、深潜质”特色的一流本科人才培养方案。结合工程教育认证要求及七年来的实践经验，我们还对培养方案进行了持续改进，在人才培养和专业建设方面取得显著成效。本文简要介绍该方案的修订和实践成效。
当前高分子材料与工程专业本科生存在基础不扎实、创新能力不足、发展潜力未得到充分挖掘的问题。华南理工大学在高分子材料与工程专业2017版本科培养方案修订中，大幅提高“物理化学”“有机化学”等基础课程课时，优化实践环节和增加特色课程，构建了具有“厚基础、强能力、深潜质”特色的一流本科人才培养方案。结合工程教育认证要求及七年来的实践经验，我们还对培养方案进行了持续改进，在人才培养和专业建设方面取得显著成效。本文简要介绍该方案的修订和实践成效。
2025, 40(4): 126-130
doi: 10.12461/PKU.DXHX202408056
摘要:
高分子表面与界面物理化学是高分子科学重要分支，是支撑高性能高分子材料设计和制备的科学基础。考虑到高分子表面与界面在材料设计与应用中的重要性，我们探索将其纳入高分子物理课程教学中，创新课程内容。我们对高分子表界面知识体系进行了梳理和总结，构建了界面高分子热力学及分子运动性质，界面物理现象和界面改性技术三个知识模块，建立了三个维度逐级递进的知识构架，帮助学生形成对高分子表界面结构、界面分子运动与物理性能的全面理解，完善和丰富高分子物理课程体系。
高分子表面与界面物理化学是高分子科学重要分支，是支撑高性能高分子材料设计和制备的科学基础。考虑到高分子表面与界面在材料设计与应用中的重要性，我们探索将其纳入高分子物理课程教学中，创新课程内容。我们对高分子表界面知识体系进行了梳理和总结，构建了界面高分子热力学及分子运动性质，界面物理现象和界面改性技术三个知识模块，建立了三个维度逐级递进的知识构架，帮助学生形成对高分子表界面结构、界面分子运动与物理性能的全面理解，完善和丰富高分子物理课程体系。
2025, 40(4): 131-137
doi: 10.12461/PKU.DXHX202408125
摘要:
“高聚物结构与性能”课程中的共混物分相是聚合物改性的一种重要方法，不同的分相机理得到不同的相分离结构，进而得到聚合物材料不同的性能。掌握和理解聚合物共混物的分相机理至关重要，共混物的分相机理十分抽象，也是本课程理论教学的难点和重点。针对此问题，根据多年的教学经验，融入科研成果，设计了过程再现教学方案，即将如何得到共混物相图的科研过程再现出来。讲解共混物的分相机理的思路为：从最简单的二元混合物热力学讲起，进而讲解二元吸热、放热体系分别在低温和高温情况下的热力学行为，最后到复杂情况下的二元共混物的热力学行为及如何得到该相图，从相图上对应讲解不同组分和不同温度时聚合物共混物的两种分相机理。通过上述讲解可以使学生理解分相机理，部分同学还能够将分相机理运用于离子液体凝胶的增强改性，取得了很好的改性效果。
“高聚物结构与性能”课程中的共混物分相是聚合物改性的一种重要方法，不同的分相机理得到不同的相分离结构，进而得到聚合物材料不同的性能。掌握和理解聚合物共混物的分相机理至关重要，共混物的分相机理十分抽象，也是本课程理论教学的难点和重点。针对此问题，根据多年的教学经验，融入科研成果，设计了过程再现教学方案，即将如何得到共混物相图的科研过程再现出来。讲解共混物的分相机理的思路为：从最简单的二元混合物热力学讲起，进而讲解二元吸热、放热体系分别在低温和高温情况下的热力学行为，最后到复杂情况下的二元共混物的热力学行为及如何得到该相图，从相图上对应讲解不同组分和不同温度时聚合物共混物的两种分相机理。通过上述讲解可以使学生理解分相机理，部分同学还能够将分相机理运用于离子液体凝胶的增强改性，取得了很好的改性效果。
2025, 40(4): 138-146
doi: 10.12461/PKU.DXHX202408138
摘要:
为应对传统教学模式在快速发展的高科技领域中日益显现的局限性，以“高聚物成型工艺”课程为例，提出并实践了“项目-专利-论文”一体化教学模式，将科研问题凝练、专利申请、产权保护和论文撰写和投稿融入教学活动中。对该模式的实施过程、优势及推广适用性进行探讨，此模式在高等教育化学教学中具有普适性和推广潜力。
为应对传统教学模式在快速发展的高科技领域中日益显现的局限性，以“高聚物成型工艺”课程为例，提出并实践了“项目-专利-论文”一体化教学模式，将科研问题凝练、专利申请、产权保护和论文撰写和投稿融入教学活动中。对该模式的实施过程、优势及推广适用性进行探讨，此模式在高等教育化学教学中具有普适性和推广潜力。
2025, 40(4): 147-153
doi: 10.12461/PKU.DXHX202409009
摘要:
在针对化学学科本科生的教学中，高分子物理因公式多而著称。如何提升学生对重要物理概念的理解并培养学生的理论解析能力是该课程的一项重要任务。笔者结合实际教学经验，设计开发了高分子物理虚拟仿真教学软件，充分发挥了虚拟仿真技术在交互性和可视化方面的优势。本文将介绍该软件的基本功能及笔者的教学实践经验。
在针对化学学科本科生的教学中，高分子物理因公式多而著称。如何提升学生对重要物理概念的理解并培养学生的理论解析能力是该课程的一项重要任务。笔者结合实际教学经验，设计开发了高分子物理虚拟仿真教学软件，充分发挥了虚拟仿真技术在交互性和可视化方面的优势。本文将介绍该软件的基本功能及笔者的教学实践经验。
2025, 40(4): 154-159
doi: 10.12461/PKU.DXHX202409010
摘要:
超支化聚硅氧烷作为一类特殊的非传统聚集诱导发光聚合物，以其独特结构、卓越性质及广泛应用在发光材料领域备受关注。本文从以Si―O―C为骨架结构的超支化聚硅氧烷发光性能的偶然发现出发，在经典的酯化反应原理启发下，创新性地发展了“酯交换缩聚法”。通过分子设计和结构调控，实现了超支化聚硅氧烷从蓝色到红色的多色荧光发射、高量子产率和长荧光寿命，并指出了其在离子检测、信息加密和活性氧清除等方面的应用。在一系列突破性进展的基础上，提出“经典孕育创新”的思想，激发学生的辩证思维和创新能力，以期为化学学科的教学提供“课程思政”参考。
超支化聚硅氧烷作为一类特殊的非传统聚集诱导发光聚合物，以其独特结构、卓越性质及广泛应用在发光材料领域备受关注。本文从以Si―O―C为骨架结构的超支化聚硅氧烷发光性能的偶然发现出发，在经典的酯化反应原理启发下，创新性地发展了“酯交换缩聚法”。通过分子设计和结构调控，实现了超支化聚硅氧烷从蓝色到红色的多色荧光发射、高量子产率和长荧光寿命，并指出了其在离子检测、信息加密和活性氧清除等方面的应用。在一系列突破性进展的基础上，提出“经典孕育创新”的思想，激发学生的辩证思维和创新能力，以期为化学学科的教学提供“课程思政”参考。
2025, 40(4): 160-165
doi: 10.12461/PKU.DXHX202412106
摘要:
介绍在“高分子物理”课堂上开展的一次关于“‘白色污染’是不是塑料的错？”的科学辩论赛。通过研讨式教学，引导学生深度参与课堂教学和教研活动，有效实现教学相长。
介绍在“高分子物理”课堂上开展的一次关于“‘白色污染’是不是塑料的错？”的科学辩论赛。通过研讨式教学，引导学生深度参与课堂教学和教研活动，有效实现教学相长。
2025, 40(4): 166-173
doi: 10.12461/PKU.DXHX202406101
摘要:
物理化学是药学专业的必修课程，在药物研发、生产、检验和贮存等方面发挥着重要的理论和实践指导作用。作为广东省一流线下课程，在物理化学课程教学中，贯彻以学生为本，实践“一核心、三融合、三提升”的教学理念。课程与思政、专业知识、科学前沿进行深度融合，激发学生的学习兴趣，培养学生解决实际问题的能力和创新性科学思维，同时课程有丰富的思政教育元素，培养学生正确的世界观和价值观。通过课程学习，全面提升学生的知识水平、能力水平和素质水平，培养学生成为德才兼备的创新型人才。
物理化学是药学专业的必修课程，在药物研发、生产、检验和贮存等方面发挥着重要的理论和实践指导作用。作为广东省一流线下课程，在物理化学课程教学中，贯彻以学生为本，实践“一核心、三融合、三提升”的教学理念。课程与思政、专业知识、科学前沿进行深度融合，激发学生的学习兴趣，培养学生解决实际问题的能力和创新性科学思维，同时课程有丰富的思政教育元素，培养学生正确的世界观和价值观。通过课程学习，全面提升学生的知识水平、能力水平和素质水平，培养学生成为德才兼备的创新型人才。
2025, 40(4): 174-180
doi: 10.12461/PKU.DXHX202406116
摘要:
电化学在分析化学和物理化学中被广大学生学习以及应用，但是在有机化学中却鲜有提及。电化学在有机化学中也有重要的用途，本文目的在于普及电化学在有机化学理论和实验教学中的运用，让学生建立“绿色化学”的理念，了解有机电化学合成技术对服务人类生态文明、国家需求和维护人民生命健康的重要意义，从而提高学生的专业认同感和社会责任感。将电化学在有机化学中的运用实践起来，提高有机化学的教学质量，推动有机化学研究的深入发展。
电化学在分析化学和物理化学中被广大学生学习以及应用，但是在有机化学中却鲜有提及。电化学在有机化学中也有重要的用途，本文目的在于普及电化学在有机化学理论和实验教学中的运用，让学生建立“绿色化学”的理念，了解有机电化学合成技术对服务人类生态文明、国家需求和维护人民生命健康的重要意义，从而提高学生的专业认同感和社会责任感。将电化学在有机化学中的运用实践起来，提高有机化学的教学质量，推动有机化学研究的深入发展。
2025, 40(4): 181-188
doi: 10.12461/PKU.DXHX202405211
摘要:
当前课程思政的重要任务之一是批判性思维能力的培养。批判性思维能力可以激发学生不盲从，主动、独立地思考问题，通过问题辨析知道相信什么、不相信什么，它也是创新的基础。化学谣言与人们的日常生活息息相关，本文采用“三段式”混合教学模式，将化学谣言作为思政案例，引入到有机化学教学实践中，既培养了学生的批判性思维能力，又提升了学生的综合素质。
当前课程思政的重要任务之一是批判性思维能力的培养。批判性思维能力可以激发学生不盲从，主动、独立地思考问题，通过问题辨析知道相信什么、不相信什么，它也是创新的基础。化学谣言与人们的日常生活息息相关，本文采用“三段式”混合教学模式，将化学谣言作为思政案例，引入到有机化学教学实践中，既培养了学生的批判性思维能力，又提升了学生的综合素质。
2025, 40(4): 189-194
doi: 10.12461/PKU.DXHX202407053
摘要:
通过对物理化学理论与实验课程的思考，将教学实验引入理论教学中，在强化巩固学生基础知识及实验技能的同时，启发学生进行研究性、探索性学习，使学生能更积极主动地参与到自主实验设计过程中，并利用理论模拟手段揭示实验过程中分子层面变化。通过独立的文献调研、实验设计与实施、实验现象分析与理论验证等，促进学生更好地理解化学理论和实验原理，提升课堂教学质量。
通过对物理化学理论与实验课程的思考，将教学实验引入理论教学中，在强化巩固学生基础知识及实验技能的同时，启发学生进行研究性、探索性学习，使学生能更积极主动地参与到自主实验设计过程中，并利用理论模拟手段揭示实验过程中分子层面变化。通过独立的文献调研、实验设计与实施、实验现象分析与理论验证等，促进学生更好地理解化学理论和实验原理，提升课堂教学质量。
2025, 40(4): 195-199
doi: 10.12461/PKU.DXHX202405194
摘要:
针对在公共基础课大学化学在课程思政建设与实践过程中脱离教师、课程、专业和学生的“四脱离”问题，提出增强教师主责意识、以科学史研究融合课程、以工程伦理案例契合专业、以学生主动澄清提升共情层次等贴近教师、课程、专业和学生的“四贴近”解决方案，并以重庆市课程思政示范课大学化学的典型案例展示了在课程思政融合贯通方面的探索实践。
针对在公共基础课大学化学在课程思政建设与实践过程中脱离教师、课程、专业和学生的“四脱离”问题，提出增强教师主责意识、以科学史研究融合课程、以工程伦理案例契合专业、以学生主动澄清提升共情层次等贴近教师、课程、专业和学生的“四贴近”解决方案，并以重庆市课程思政示范课大学化学的典型案例展示了在课程思政融合贯通方面的探索实践。
2025, 40(4): 200-207
doi: 10.12461/PKU.DXHX202407016
摘要:
在新工科背景下，华南师范大学结构化学教学团队在新能源材料与器件(工科)专业中开展了结构化学教学的创新探索。课程的教学创新聚焦于如何将结构化学这门传统化学理科课程改造成符合“新工科”教育内涵的专业课，其目标是构建新的教学模式。该模式以结构化学知识为载体，旨在培养学生面向未来的科学思维、推理论证和工程实践创新能力。课程考试成绩以及学生对本课程的课堂质量评价均表明本课程得到学生一致认可，达到令人满意教学效果。
在新工科背景下，华南师范大学结构化学教学团队在新能源材料与器件(工科)专业中开展了结构化学教学的创新探索。课程的教学创新聚焦于如何将结构化学这门传统化学理科课程改造成符合“新工科”教育内涵的专业课，其目标是构建新的教学模式。该模式以结构化学知识为载体，旨在培养学生面向未来的科学思维、推理论证和工程实践创新能力。课程考试成绩以及学生对本课程的课堂质量评价均表明本课程得到学生一致认可，达到令人满意教学效果。
2025, 40(4): 208-214
doi: 10.12461/PKU.DXHX202406006
摘要:
为了提高无机化学实验课程的教学效果，更有效地为国家和社会提供综合性创新人才，本文提出“两个目标、五个模块”的新型多元化教学模式。借助目标问题导向线上预习、案例教学引导课堂实验、学生讲解实验视频录制、自主选择兴趣拓展课堂及多元综合评价机制等教学方法，丰富课程内容，提高课程趣味性，为学生创新能力和解决问题能力提供了良好的培养环境，显著提高了教学效果。
为了提高无机化学实验课程的教学效果，更有效地为国家和社会提供综合性创新人才，本文提出“两个目标、五个模块”的新型多元化教学模式。借助目标问题导向线上预习、案例教学引导课堂实验、学生讲解实验视频录制、自主选择兴趣拓展课堂及多元综合评价机制等教学方法，丰富课程内容，提高课程趣味性，为学生创新能力和解决问题能力提供了良好的培养环境，显著提高了教学效果。
2025, 40(4): 215-223
doi: 10.12461/PKU.DXHX202406036
摘要:
科学素质课程对培养学生科学思维能力、提升大众科学素质有重要意义；但此类课程往往存在学生学习动力不足、教学效果不佳等一系列问题。本文结合游戏化的教学理念，参照“两性一度”的一流课程基本原则，进行科学素质课程“名侦探柯南与化学探秘”的游戏化教学设计，并在湖南师范大学和中南大学本科生选修课的教学活动中开展实践，以期探索出一条符合“两性一度”一流课程要求的途径，达到普遍提升学生科学素质的教学目的。在课程教学的实施过程中，学生作为主要“游戏玩家”，以学习知识、提升技能为目标；教师及助理担任NPC (非玩家角色)，主要起到引导作用；教学过程中，采取了组队制、关卡制、实时反馈、积分兑换等游戏元素，让学生在沉浸式学习之中不断产生游戏升级的获得感，激发学生学习兴趣和课堂活力，大大提升了教学效果。
科学素质课程对培养学生科学思维能力、提升大众科学素质有重要意义；但此类课程往往存在学生学习动力不足、教学效果不佳等一系列问题。本文结合游戏化的教学理念，参照“两性一度”的一流课程基本原则，进行科学素质课程“名侦探柯南与化学探秘”的游戏化教学设计，并在湖南师范大学和中南大学本科生选修课的教学活动中开展实践，以期探索出一条符合“两性一度”一流课程要求的途径，达到普遍提升学生科学素质的教学目的。在课程教学的实施过程中，学生作为主要“游戏玩家”，以学习知识、提升技能为目标；教师及助理担任NPC (非玩家角色)，主要起到引导作用；教学过程中，采取了组队制、关卡制、实时反馈、积分兑换等游戏元素，让学生在沉浸式学习之中不断产生游戏升级的获得感，激发学生学习兴趣和课堂活力，大大提升了教学效果。
2025, 40(4): 224-231
doi: 10.12461/PKU.DXHX202405138
摘要:
概念图作为组织和表征知识的工具，因能促进有意义的学习，减少无关认知负荷，成为科学课程教学的有效策略，尤其对语言能力不够的学生特别有益。为帮助学生在全英语课程学习中获得成功，本研究将概念图策略运用在基础化学全英语课程教学中，围绕概念图作业的实施，对学生的学业成绩、概念图的评估和学生对实施概念图作业的看法进行统计分析，考察在基础化学全英语课程中使用概念图作业的有效性。
概念图作为组织和表征知识的工具，因能促进有意义的学习，减少无关认知负荷，成为科学课程教学的有效策略，尤其对语言能力不够的学生特别有益。为帮助学生在全英语课程学习中获得成功，本研究将概念图策略运用在基础化学全英语课程教学中，围绕概念图作业的实施，对学生的学业成绩、概念图的评估和学生对实施概念图作业的看法进行统计分析，考察在基础化学全英语课程中使用概念图作业的有效性。
2025, 40(4): 232-238
doi: 10.12461/PKU.DXHX202405179
摘要:
传统仪器分析实验教学体系偏重经典案例，缺乏对前沿领域和新兴技术的深入探索，同时未能与企业需求紧密结合，导致学生所学与工程实际脱节，不利于学生的全面发展和企业创新需求，亟需更新和拓展以适应时代和产业人才培养要求。为了满足社会对高素质复合型产业人才的需求，课程组遵循国家现代产业学院建设的指导思想，紧密结合区域产业特色，以“一个基础核心”和“三个能力培养”为指引，对原有的实验教学体系进行了重构和序列化，形成了具有可操作性的“四融四阶”分层递进式实验教学体系，以期实现课程与产业的深度融合，助力培育出能够适应现代产业进步并引领其发展的应用型创新人才。
传统仪器分析实验教学体系偏重经典案例，缺乏对前沿领域和新兴技术的深入探索，同时未能与企业需求紧密结合，导致学生所学与工程实际脱节，不利于学生的全面发展和企业创新需求，亟需更新和拓展以适应时代和产业人才培养要求。为了满足社会对高素质复合型产业人才的需求，课程组遵循国家现代产业学院建设的指导思想，紧密结合区域产业特色，以“一个基础核心”和“三个能力培养”为指引，对原有的实验教学体系进行了重构和序列化，形成了具有可操作性的“四融四阶”分层递进式实验教学体系，以期实现课程与产业的深度融合，助力培育出能够适应现代产业进步并引领其发展的应用型创新人才。
2025, 40(4): 239-244
doi: 10.12461/PKU.DXHX202406090
摘要:
过渡金属催化的碳-杂原子偶联反应是有机合成化学中一个重要的研究方向。Kharasch-Sosnovsky反应利用过氧苯甲酸叔丁酯作为氧化剂，在金属铜催化的条件下，将烯烃转化为烯丙酯类化合物，完成碳氧键构筑。响应国家“双碳”战略，开发新的催化体系，实现含碳物质的绿色高效转化已经成为有机化学家们追求的重要目标。基于此，Kharasch-Sosnovsky反应在不对称反应、配体设计、底物范围扩展以及环境友好性方面取得了显著的改进。本文简要介绍了Kharasch-Sosnovsky反应的发现与新的研究进展，结合前沿科研成果，不仅有助于加深学生对基础有机化学中相关内容的理解，同时可以有效补充现有教材中的知识空缺，实现基础化学知识与学科前沿研究的深度融合。
过渡金属催化的碳-杂原子偶联反应是有机合成化学中一个重要的研究方向。Kharasch-Sosnovsky反应利用过氧苯甲酸叔丁酯作为氧化剂，在金属铜催化的条件下，将烯烃转化为烯丙酯类化合物，完成碳氧键构筑。响应国家“双碳”战略，开发新的催化体系，实现含碳物质的绿色高效转化已经成为有机化学家们追求的重要目标。基于此，Kharasch-Sosnovsky反应在不对称反应、配体设计、底物范围扩展以及环境友好性方面取得了显著的改进。本文简要介绍了Kharasch-Sosnovsky反应的发现与新的研究进展，结合前沿科研成果，不仅有助于加深学生对基础有机化学中相关内容的理解，同时可以有效补充现有教材中的知识空缺，实现基础化学知识与学科前沿研究的深度融合。
2025, 40(4): 245-252
doi: 10.12461/PKU.DXHX202405186
摘要:
酚是年产超千万吨的廉价化工原料，广泛应用于有机合成中的各类重要转化。大学基础化学中关于酚类化合物反应类型的介绍主要是富电子芳环和酚羟基氧上的取代反应，两类产物中均保留了酚的惰性C―O键。为进一步拓展酚类化合物的应用价值，人们通过在酚氧原子上引入不同活化基，借助金属催化打断C―O键，实现了各类高效的脱氧偶联反应。然而，该策略的反应条件通常较为苛刻，并且可能导致产物中有金属残留，限制了其在制药等领域的广泛应用。为挑战上述难题，化学家们发现利用光、电等手段，在温和条件下可将酚的一些简单衍生物通过C―O键的选择性断裂产生芳基自由基。借助芳基自由基的高反应活性和选择性，实现一些新颖和高效的化学转化，为酚的合成应用提供新的策略和方法。本文介绍了利用酚的三氟甲基磺酸酯、磷酸酯和碳酸酯等作为芳基自由基前体的挑战和难点，以及如何实现一些精细化学品精准构建的最新研究进展，期望可以为学有余力的同学们拓宽知识面。
酚是年产超千万吨的廉价化工原料，广泛应用于有机合成中的各类重要转化。大学基础化学中关于酚类化合物反应类型的介绍主要是富电子芳环和酚羟基氧上的取代反应，两类产物中均保留了酚的惰性C―O键。为进一步拓展酚类化合物的应用价值，人们通过在酚氧原子上引入不同活化基，借助金属催化打断C―O键，实现了各类高效的脱氧偶联反应。然而，该策略的反应条件通常较为苛刻，并且可能导致产物中有金属残留，限制了其在制药等领域的广泛应用。为挑战上述难题，化学家们发现利用光、电等手段，在温和条件下可将酚的一些简单衍生物通过C―O键的选择性断裂产生芳基自由基。借助芳基自由基的高反应活性和选择性，实现一些新颖和高效的化学转化，为酚的合成应用提供新的策略和方法。本文介绍了利用酚的三氟甲基磺酸酯、磷酸酯和碳酸酯等作为芳基自由基前体的挑战和难点，以及如何实现一些精细化学品精准构建的最新研究进展，期望可以为学有余力的同学们拓宽知识面。
2025, 40(4): 253-260
doi: 10.12461/PKU.DXHX202405171
摘要:
将科学前沿案例引入课堂教学，不仅有助于阐明基础研究的实际应用价值，同时也能激发学生的好奇心，培养他们对前沿知识的探索热情。自由基化学作为有机化学的重要组成部分，因其本身具有高反应活性、反应机理复杂、产物多样等特点，一直被认为是有机化学学习中的重点与难点。近年来，有机自由基凭借其独特的窄带隙结构特征，在生物医学诊疗领域取得了一系列突破性进展，并成为国内外研究的热点。然而，自由基作为一类含有未成对电子的特殊化学物种，通常表现出动力学和热力学的不稳定性，这在很大程度上限制了其实际应用。鉴于此，本文探讨了稳定有机自由基的结构类型与合成策略，并进一步阐述了自由基材料在生物医学精准诊断和光诱导治疗领域的潜在应用前景。通过将最新的自由基研究成果融入课堂教学，有助于增强学生对该领域的理解和掌握。
将科学前沿案例引入课堂教学，不仅有助于阐明基础研究的实际应用价值，同时也能激发学生的好奇心，培养他们对前沿知识的探索热情。自由基化学作为有机化学的重要组成部分，因其本身具有高反应活性、反应机理复杂、产物多样等特点，一直被认为是有机化学学习中的重点与难点。近年来，有机自由基凭借其独特的窄带隙结构特征，在生物医学诊疗领域取得了一系列突破性进展，并成为国内外研究的热点。然而，自由基作为一类含有未成对电子的特殊化学物种，通常表现出动力学和热力学的不稳定性，这在很大程度上限制了其实际应用。鉴于此，本文探讨了稳定有机自由基的结构类型与合成策略，并进一步阐述了自由基材料在生物医学精准诊断和光诱导治疗领域的潜在应用前景。通过将最新的自由基研究成果融入课堂教学，有助于增强学生对该领域的理解和掌握。
2025, 40(4): 261-276
doi: 10.12461/PKU.DXHX202406117
摘要:
近年来电催化有机合成愈发受到人们的关注，其低污染、高原子效率等优点使其较传统有机合成方法具有巨大优势，符合绿色化学的社会要求。从分子水平去检测电极界面上的反应过程和关键中间体，对理解反应机理和设计更高效催化剂有着重要的指导意义。拉曼光谱是一种无损、不受水干扰的振动光谱，特别是表面增强拉曼光谱具有超高表界面灵敏度，它可以提供关于催化剂表面结构、吸附物种以及反应过程中表面中间体等关键信息，为探索反应机制提供可靠平台。本文综述了近年来利用原位拉曼光谱探究电催化有机反应过程和机理的研究进展，具体阐述了电催化加氢、C―O键活化、C―X (X = F, Cl, Br, I)键活化、C―H键活化、C―C键活化等几类有机化学反应中，拉曼光谱揭示的重要中间体、活性物质及其反应途径。通过分析具体案例，旨在帮助学生了解有机电合成的研究前沿，激发探究2023年度IUPAC“化学领域十大新兴技术”之一的合成电化学兴趣。
近年来电催化有机合成愈发受到人们的关注，其低污染、高原子效率等优点使其较传统有机合成方法具有巨大优势，符合绿色化学的社会要求。从分子水平去检测电极界面上的反应过程和关键中间体，对理解反应机理和设计更高效催化剂有着重要的指导意义。拉曼光谱是一种无损、不受水干扰的振动光谱，特别是表面增强拉曼光谱具有超高表界面灵敏度，它可以提供关于催化剂表面结构、吸附物种以及反应过程中表面中间体等关键信息，为探索反应机制提供可靠平台。本文综述了近年来利用原位拉曼光谱探究电催化有机反应过程和机理的研究进展，具体阐述了电催化加氢、C―O键活化、C―X (X = F, Cl, Br, I)键活化、C―H键活化、C―C键活化等几类有机化学反应中，拉曼光谱揭示的重要中间体、活性物质及其反应途径。通过分析具体案例，旨在帮助学生了解有机电合成的研究前沿，激发探究2023年度IUPAC“化学领域十大新兴技术”之一的合成电化学兴趣。
2025, 40(4): 277-281
doi: 10.12461/PKU.DXHX202407017
摘要:
硝基芳烃广泛应用于有机合成中，是本科有机化学教学内容的重点之一。温和条件下脱硝基转化的高效方法十分有限。近年来，绿色电合成技术为硝基芳烃C―N键的选择性转化提供了新思路。本文结合学科前沿，选取本科生易于理解的反应实例介绍硝基芳烃脱硝基转化的最新进展，以开阔学生视野、激发学习兴趣、丰富知识储备。
硝基芳烃广泛应用于有机合成中，是本科有机化学教学内容的重点之一。温和条件下脱硝基转化的高效方法十分有限。近年来，绿色电合成技术为硝基芳烃C―N键的选择性转化提供了新思路。本文结合学科前沿，选取本科生易于理解的反应实例介绍硝基芳烃脱硝基转化的最新进展，以开阔学生视野、激发学习兴趣、丰富知识储备。
2025, 40(4): 282-290
doi: 10.12461/PKU.DXHX202407058
摘要:
羰基氧鎓作为活泼中间体，很容易发生多种反应。本文介绍了大学有机化学教学中涉及到的羰基氧鎓的五类反应，即加成、取代、分解、异构和周环，讨论了羰基氧鎓作为关键中间体在各种复杂有机反应机理中扮演着重要角色。需要注意的是，羰基氧鎓的反应复杂多变，多类反应存在竞争与共存。深入学习羰基氧鎓的五类反应，有助于有机化学科学思维和科学素养的养成，践行“有机化学是科学也是艺术”的教学理念。
羰基氧鎓作为活泼中间体，很容易发生多种反应。本文介绍了大学有机化学教学中涉及到的羰基氧鎓的五类反应，即加成、取代、分解、异构和周环，讨论了羰基氧鎓作为关键中间体在各种复杂有机反应机理中扮演着重要角色。需要注意的是，羰基氧鎓的反应复杂多变，多类反应存在竞争与共存。深入学习羰基氧鎓的五类反应，有助于有机化学科学思维和科学素养的养成，践行“有机化学是科学也是艺术”的教学理念。
2025, 40(4): 291-298
doi: 10.12461/PKU.DXHX202405174
摘要:
手性物质在生物学、药理学和化学反应等领域都扮演着重要角色。手性材料在应用时一般只有一种构型可表现出正面效果，因此手性分离十分重要。框架材料结构多样，易于修饰，用作色谱固定相时可实现手性物质的高效分离。本文综述了框架材料固定相用于手性分离的最新研究进展，并提出了框架材料固定相存在的问题和应用前景。
手性物质在生物学、药理学和化学反应等领域都扮演着重要角色。手性材料在应用时一般只有一种构型可表现出正面效果，因此手性分离十分重要。框架材料结构多样，易于修饰，用作色谱固定相时可实现手性物质的高效分离。本文综述了框架材料固定相用于手性分离的最新研究进展，并提出了框架材料固定相存在的问题和应用前景。
2025, 40(4): 299-306
doi: 10.12461/PKU.DXHX202405205
摘要:
作为有机化合物的重要分支，有机磷化合物在农业生产、医药化工和环境保护等诸多领域发挥着重要作用。然而，社会上大多数人对有机磷化合物的了解局限于有机磷农药，并因其毒性而“谈磷色变”。本文运用拟人化手法，生动形象地介绍有机磷化合物中有机磷农药的中毒机制、解毒措施和安全使用的方法，同时也介绍了有机磷化合物的其他的广泛用途，旨在让读者在趣味阅读中对有机磷化合物和有机磷农药有更加充分的认识。
作为有机化合物的重要分支，有机磷化合物在农业生产、医药化工和环境保护等诸多领域发挥着重要作用。然而，社会上大多数人对有机磷化合物的了解局限于有机磷农药，并因其毒性而“谈磷色变”。本文运用拟人化手法，生动形象地介绍有机磷化合物中有机磷农药的中毒机制、解毒措施和安全使用的方法，同时也介绍了有机磷化合物的其他的广泛用途，旨在让读者在趣味阅读中对有机磷化合物和有机磷农药有更加充分的认识。
2025, 40(4): 307-321
doi: 10.12461/PKU.DXHX202405206
摘要:
运用拟人化手法，生动形象地介绍抗生素的发现史、分类、作用机制、对人体的不良反应及使用抗生素的注意事项，旨在让读者在趣味阅读中了解有关抗生素的基础知识。
运用拟人化手法，生动形象地介绍抗生素的发现史、分类、作用机制、对人体的不良反应及使用抗生素的注意事项，旨在让读者在趣味阅读中了解有关抗生素的基础知识。
2025, 40(4): 322-325
doi: 10.12461/PKU.DXHX202406016
摘要:
在“人体”工厂中，肝细胞车间主任“小灯”负责代谢乙醇、维护稳定。然而，随着糖尿病、失眠等疾病侵袭，中枢引入了安眠药、降压药等外援。小灯对药物与乙醛脱氢酶可能产生的双硫仑样反应缺乏警惕。一次意外中，头孢药物与乙醇代谢冲突，抑制了乙醛脱氢酶，导致乙醛肆虐，引发混乱。小灯意识到疏忽，加强安保，并向工人传达了领导指示，提醒大家在使用药物时需谨慎。此次危机虽得到控制，但肝细胞们更加明白责任与使命。我们也应从中汲取教训，珍惜生命，避免将生命安全置于危险之中。在表达感情时，有众多选择，完全不必过量饮酒。让我们共同守护这座神奇的工厂，确保它的安全与繁荣。
在“人体”工厂中，肝细胞车间主任“小灯”负责代谢乙醇、维护稳定。然而，随着糖尿病、失眠等疾病侵袭，中枢引入了安眠药、降压药等外援。小灯对药物与乙醛脱氢酶可能产生的双硫仑样反应缺乏警惕。一次意外中，头孢药物与乙醇代谢冲突，抑制了乙醛脱氢酶，导致乙醛肆虐，引发混乱。小灯意识到疏忽，加强安保，并向工人传达了领导指示，提醒大家在使用药物时需谨慎。此次危机虽得到控制，但肝细胞们更加明白责任与使命。我们也应从中汲取教训，珍惜生命，避免将生命安全置于危险之中。在表达感情时，有众多选择，完全不必过量饮酒。让我们共同守护这座神奇的工厂，确保它的安全与繁荣。
2025, 40(4): 326-330
doi: 10.12461/PKU.DXHX202406038
摘要:
源起于发霉甜苜蓿，脱胎于生化实验室，华法林先生起初作为一种强力灭鼠毒药大杀四方。然而，在进入医药领域的道路上，他却因毒药的身份标签和种种流言而饱受质疑和反对。科学家们揭示了华法林抗凝血的机制，并证明了华法林抗凝治疗对患者的益处。从此，华法林先生以及他的衍生物们成为了抗凝治疗和防治鼠害的前线战士。
源起于发霉甜苜蓿，脱胎于生化实验室，华法林先生起初作为一种强力灭鼠毒药大杀四方。然而，在进入医药领域的道路上，他却因毒药的身份标签和种种流言而饱受质疑和反对。科学家们揭示了华法林抗凝血的机制，并证明了华法林抗凝治疗对患者的益处。从此，华法林先生以及他的衍生物们成为了抗凝治疗和防治鼠害的前线战士。
2025, 40(4): 331-339
doi: 10.12461/PKU.DXHX202406082
摘要:
通过拟人化的方式，描绘了一个关于热力学定律的故事。主角“电子姐姐”在微观世界中翩翩起舞，她的舞蹈象征着化学反应。她的老师们——克劳修斯和玻尔兹曼，向她传授了熵和热力学定律的知识，这些定律塑造了她的舞蹈规则。虽然“电子姐姐”遵循这些定律，却在梦中体验到电催化过程的“逆热力学”之舞。最终，她在现实中与“电池哥哥”相遇，开启了对电催化领域的探寻，象征着科学探索中传统与创新的冲突与调和，以及追梦少年在成长中的机遇与挑战。本文通过曲折的情节，生动地介绍了计算化学反应中吉布斯自由能变的方法，探讨了电催化反应如何通过电功对系统进行能量输入，从而实现系统的吉布斯自由能变为正的化学反应，即最近文献中所谓的“逆热力学”反应。文章通过两个例子，即电解水反应和电催化循环去消旋化反应，阐述了逆热力学反应在化学研究中的重要作用。同时，本文也描述了青少年在追求自我认同的过程中面临的困惑与挑战，展现了勇于创新、大胆突破的重要性：真正的创新并非抛弃定律，而是在约束中创造新的可能性。
通过拟人化的方式，描绘了一个关于热力学定律的故事。主角“电子姐姐”在微观世界中翩翩起舞，她的舞蹈象征着化学反应。她的老师们——克劳修斯和玻尔兹曼，向她传授了熵和热力学定律的知识，这些定律塑造了她的舞蹈规则。虽然“电子姐姐”遵循这些定律，却在梦中体验到电催化过程的“逆热力学”之舞。最终，她在现实中与“电池哥哥”相遇，开启了对电催化领域的探寻，象征着科学探索中传统与创新的冲突与调和，以及追梦少年在成长中的机遇与挑战。本文通过曲折的情节，生动地介绍了计算化学反应中吉布斯自由能变的方法，探讨了电催化反应如何通过电功对系统进行能量输入，从而实现系统的吉布斯自由能变为正的化学反应，即最近文献中所谓的“逆热力学”反应。文章通过两个例子，即电解水反应和电催化循环去消旋化反应，阐述了逆热力学反应在化学研究中的重要作用。同时，本文也描述了青少年在追求自我认同的过程中面临的困惑与挑战，展现了勇于创新、大胆突破的重要性：真正的创新并非抛弃定律，而是在约束中创造新的可能性。
2025, 40(4): 340-345
doi: 10.12461/PKU.DXHX202406111
摘要:
数字PCR (聚合酶链式反应))能够带来高灵敏度水平的核酸检测，甚至实现单分子分析。由于其独特的绝对定量能力和高灵敏度，数字PCR成为了一种强大的生物分子学工具。本文将从第一人称视角带入数字PCR，共同体验数字PCR的生活，以便于读者理解数字PCR的发展背景、技术原理和疫情中的应用。
数字PCR (聚合酶链式反应))能够带来高灵敏度水平的核酸检测，甚至实现单分子分析。由于其独特的绝对定量能力和高灵敏度，数字PCR成为了一种强大的生物分子学工具。本文将从第一人称视角带入数字PCR，共同体验数字PCR的生活，以便于读者理解数字PCR的发展背景、技术原理和疫情中的应用。
2025, 40(4): 346-352
doi: 10.12461/PKU.DXHX202405146
摘要:
科普教育活动不仅需要传播科学知识，更需要传播科学思想方法。以“银离子回收”科普项目为例，简要介绍蕴含基于控制变量思想的趣味科普实践活动方案的实施，从认识科学变量、认知控制变量方法、体会运用控制变量思想三个层次逐层深入，逐步提升大众对控制变量思想的认识水平，从而提升科学素养水平。同时通过对含银废水的毒性、污染性与银的回收处理方法与价值的讨论，也提升了公众的绿色环保理念和资源循环利用的价值理念。
科普教育活动不仅需要传播科学知识，更需要传播科学思想方法。以“银离子回收”科普项目为例，简要介绍蕴含基于控制变量思想的趣味科普实践活动方案的实施，从认识科学变量、认知控制变量方法、体会运用控制变量思想三个层次逐层深入，逐步提升大众对控制变量思想的认识水平，从而提升科学素养水平。同时通过对含银废水的毒性、污染性与银的回收处理方法与价值的讨论，也提升了公众的绿色环保理念和资源循环利用的价值理念。
2025, 40(4): 353-358
doi: 10.12461/PKU.DXHX202406103
摘要:
基于辐射环境监测的实际工作，我们设计了一个基于α谱仪测定环境水样中铀同位素的本科专业实验。该实验包含铀的分离纯化、电镀制源、谱仪测量及数据分析三个部分。通过该实验，学生亲身体验了实际环境监测工作的流程，加深了对阿尔法谱仪的理解，提升了操作能力，促进了学生理论知识与实践经验的融合。
基于辐射环境监测的实际工作，我们设计了一个基于α谱仪测定环境水样中铀同位素的本科专业实验。该实验包含铀的分离纯化、电镀制源、谱仪测量及数据分析三个部分。通过该实验，学生亲身体验了实际环境监测工作的流程，加深了对阿尔法谱仪的理解，提升了操作能力，促进了学生理论知识与实践经验的融合。
2025, 40(4): 359-366
doi: 10.12461/PKU.DXHX202406107
摘要:
螺环化合物因其独特的三维结构和生物活性而备受关注，广泛应用于药物设计和有机合成中。传统螺环化合物的合成需要采用化学计量的氧化剂，条件苛刻且步骤繁琐。本实验以N-酰基磺酰胺为原料，通过电化学氧化即可合成去芳香化的螺环化合物，反应绿色高效。实验教学中，学生将学习电化学合成的基本原理，掌握电化学合成的操作技巧，并理解电化学脱芳香螺环化的合成原理。通过引导学生探究实验机理，理论与实践相结合提高学生的实验技能和科学探究能力，同时培养学生对绿色化学和可持续合成方法的认识。
螺环化合物因其独特的三维结构和生物活性而备受关注，广泛应用于药物设计和有机合成中。传统螺环化合物的合成需要采用化学计量的氧化剂，条件苛刻且步骤繁琐。本实验以N-酰基磺酰胺为原料，通过电化学氧化即可合成去芳香化的螺环化合物，反应绿色高效。实验教学中，学生将学习电化学合成的基本原理，掌握电化学合成的操作技巧，并理解电化学脱芳香螺环化的合成原理。通过引导学生探究实验机理，理论与实践相结合提高学生的实验技能和科学探究能力，同时培养学生对绿色化学和可持续合成方法的认识。
2025, 40(4): 367-374
doi: 10.12461/PKU.DXHX202406113
摘要:
在化学、材料和生物等领域，溶液是常见的反应环境，探索溶液结构与性质的相互关系有着重要意义，然而在本科生实验中却鲜有涉及溶液结构的化学实验。本文利用腈类化合物作为红外光谱探针，通过衰减全反射-傅里叶红外光谱仪对溶液中分子-离子间相互作用进行测试，通过改变溶质的浓度和调控溶剂的诱导效应、空间位阻效应以及配位效应，进而分析其对溶液结构的影响。本实验涉及仪器分析、物理化学和有机化学相关综合理论知识，同时可拓展红外吸收光谱仪的应用范围，且实验操作便捷、综合性较强，有利于更好地培养学生的探究能力和创造性思维，可以作为大学生创新性实验开展。
在化学、材料和生物等领域，溶液是常见的反应环境，探索溶液结构与性质的相互关系有着重要意义，然而在本科生实验中却鲜有涉及溶液结构的化学实验。本文利用腈类化合物作为红外光谱探针，通过衰减全反射-傅里叶红外光谱仪对溶液中分子-离子间相互作用进行测试，通过改变溶质的浓度和调控溶剂的诱导效应、空间位阻效应以及配位效应，进而分析其对溶液结构的影响。本实验涉及仪器分析、物理化学和有机化学相关综合理论知识，同时可拓展红外吸收光谱仪的应用范围，且实验操作便捷、综合性较强，有利于更好地培养学生的探究能力和创造性思维，可以作为大学生创新性实验开展。
2025, 40(4): 375-381
doi: 10.12461/PKU.DXHX202406005
摘要:
以聚甲基丙烯酸钠为稳定剂，通过加热或光照的方式还原银离子，在水溶液中制备具有荧光性质的银纳米簇，通过乙醇沉淀法获得银纳米簇粉体，并使用紫外-可见分光光度计及荧光光谱仪对其光学性质进行表征。本实验利用银纳米簇形成过程中的颜色变化，使纳米尺度上的反应过程“可视化”，帮助学生更加直观地理解反应过程和光谱数据。本实验立足材料化学基础知识，取材于科学研究前沿，在巩固基础知识的同时开阔了学生的视野，能够激发学生的科研热情，培养学生的实验技能和创新能力。
以聚甲基丙烯酸钠为稳定剂，通过加热或光照的方式还原银离子，在水溶液中制备具有荧光性质的银纳米簇，通过乙醇沉淀法获得银纳米簇粉体，并使用紫外-可见分光光度计及荧光光谱仪对其光学性质进行表征。本实验利用银纳米簇形成过程中的颜色变化，使纳米尺度上的反应过程“可视化”，帮助学生更加直观地理解反应过程和光谱数据。本实验立足材料化学基础知识，取材于科学研究前沿，在巩固基础知识的同时开阔了学生的视野，能够激发学生的科研热情，培养学生的实验技能和创新能力。
2025, 40(4): 382-389
doi: 10.12461/PKU.DXHX202406078
摘要:
以膏霜类化妆品的制备为切入点，针对不同知识背景的受众者，创新开发梯度科普实验。通过原创视频、科普宣传单、PPT讲解和现场指导，向中小学生、高中生、社会大众诠释乳化原理和化妆品相关知识，介绍化妆品制备过程。对于面向大学生的科普方案，则提升了实验的难度和深度；使大学生独立完成化妆品的制备和性能表征。本科普实验在推广实践中获得一致好评，有一定的实用意义和推广价值。
以膏霜类化妆品的制备为切入点，针对不同知识背景的受众者，创新开发梯度科普实验。通过原创视频、科普宣传单、PPT讲解和现场指导，向中小学生、高中生、社会大众诠释乳化原理和化妆品相关知识，介绍化妆品制备过程。对于面向大学生的科普方案，则提升了实验的难度和深度；使大学生独立完成化妆品的制备和性能表征。本科普实验在推广实践中获得一致好评，有一定的实用意义和推广价值。
2025, 40(4): 390-398
doi: 10.12461/PKU.DXHX202405147
摘要:
仪器分析实验“分子荧光法测定罗丹明B的含量”存在实验过于简单、未考虑实际情况等问题。因此，本改进实验在三维荧光扫描模式下获取样本数据，不进行复杂预处理，而是运用化学计量学算法解析出目标分析物的纯信号，进而实现了染色辣椒中罗丹明6G和123的同时测定。本改进实验提高了学生全面考虑问题和创新解决问题的能力。
仪器分析实验“分子荧光法测定罗丹明B的含量”存在实验过于简单、未考虑实际情况等问题。因此，本改进实验在三维荧光扫描模式下获取样本数据，不进行复杂预处理，而是运用化学计量学算法解析出目标分析物的纯信号，进而实现了染色辣椒中罗丹明6G和123的同时测定。本改进实验提高了学生全面考虑问题和创新解决问题的能力。
2025, 40(4): 399-407
doi: 10.12461/PKU.DXHX202407102
摘要:
在热力学可逆循环过程中，用温–熵图(T–S图)表示系统的温度与熵的变化关系，能同时显示出系统所吸的热与所做的功，从而可以方便地计算得到该循环的热功转换效率。本文总结了T–S图在多个经典热功转换循环过程中的应用，还介绍了近期报道的、利用电势的温度效应或浓差效应构建热力学循环，从低品位热能中获取能量的几个新型能量转换过程以及T–S图在其中的指导作用，可加深师生对T–S图的理解和认识，并拓展其应用范围。
在热力学可逆循环过程中，用温–熵图(T–S图)表示系统的温度与熵的变化关系，能同时显示出系统所吸的热与所做的功，从而可以方便地计算得到该循环的热功转换效率。本文总结了T–S图在多个经典热功转换循环过程中的应用，还介绍了近期报道的、利用电势的温度效应或浓差效应构建热力学循环，从低品位热能中获取能量的几个新型能量转换过程以及T–S图在其中的指导作用，可加深师生对T–S图的理解和认识，并拓展其应用范围。
2025, 40(4): 408-414
doi: 10.12461/PKU.DXHX202405200
摘要:
药物化学是药事管理专业的重要课程，本文以“顺铂的抗癌功能发现”为载体，深入挖掘抗肿瘤药物的思政案例，以顺铂为例，延伸至金属类药物，并对其他机制类抗肿瘤药物进行探讨，总结其相关作用靶点及抗肿瘤机制，体现抗肿瘤药物的多样性。本课程通过采用系统讲授和案例教学相结合，翻转课堂等教学方式来调动学生的学习兴趣，并将课程思政理念贯彻教学过程，提高教学效果。本教学模式旨在锻炼学生创新思维、提高学生实践能力、强化学生思政意识。
药物化学是药事管理专业的重要课程，本文以“顺铂的抗癌功能发现”为载体，深入挖掘抗肿瘤药物的思政案例，以顺铂为例，延伸至金属类药物，并对其他机制类抗肿瘤药物进行探讨，总结其相关作用靶点及抗肿瘤机制，体现抗肿瘤药物的多样性。本课程通过采用系统讲授和案例教学相结合，翻转课堂等教学方式来调动学生的学习兴趣，并将课程思政理念贯彻教学过程，提高教学效果。本教学模式旨在锻炼学生创新思维、提高学生实践能力、强化学生思政意识。
2025, 40(3): 1-9
doi: 10.3866/PKU.DXHX202402007
摘要:
理论化学致力于深入探究化学反应的本质，而计算化学则因其方法的广泛适用性得到普遍认可。这两个领域的协同作用在促进学科融合方面起着关键的作用。因此，在理论与计算化学课程中也应该思考如何利用这两个领域在推动学科交叉发展中的重要性和独特贡献进行教学。在“中国教育现代化”理念的指导下，作者在研究生理论与计算化学课程中引入了前沿讲座，以期通过聚焦理论与计算化学又涵盖多个领域的讲座进行授课，帮助学生突破思维局限和信息壁垒，构建从具体知识点到广阔知识网络的完整认知框架，从而认识到理论与计算化学与整个“大化学”学科以及其他自然科学学科的密切联系。本文对吉林大学“理论与计算化学”课程顶层设计思想与具体实施过程进行了阐述，展示了以讲座为核心的“基础理论+专题讲座+实践操作”创新教学模式，力求实现“1+1+1>3”的教学效果。本文希望能为高校理论与计算化学类课程教学提供可借鉴的思路和方案，以更好适应中国教育现代化的发展需求。
理论化学致力于深入探究化学反应的本质，而计算化学则因其方法的广泛适用性得到普遍认可。这两个领域的协同作用在促进学科融合方面起着关键的作用。因此，在理论与计算化学课程中也应该思考如何利用这两个领域在推动学科交叉发展中的重要性和独特贡献进行教学。在“中国教育现代化”理念的指导下，作者在研究生理论与计算化学课程中引入了前沿讲座，以期通过聚焦理论与计算化学又涵盖多个领域的讲座进行授课，帮助学生突破思维局限和信息壁垒，构建从具体知识点到广阔知识网络的完整认知框架，从而认识到理论与计算化学与整个“大化学”学科以及其他自然科学学科的密切联系。本文对吉林大学“理论与计算化学”课程顶层设计思想与具体实施过程进行了阐述，展示了以讲座为核心的“基础理论+专题讲座+实践操作”创新教学模式，力求实现“1+1+1>3”的教学效果。本文希望能为高校理论与计算化学类课程教学提供可借鉴的思路和方案，以更好适应中国教育现代化的发展需求。
2025, 40(3): 10-15
doi: 10.12461/PKU.DXHX202402058
摘要:
常用的密度泛函理论量子化学计算需要为交换相关泛函设置参数。电子间交换作用也就成为计算化学教学中经常提及的重要物理量。为了便于学生理解交换作用，以氦原子和碳原子为例，利用现有结构化学教材中的知识，本文阐释了交换作用与一般库仑作用的区别，为何交换作用源于泡利原理，以及如何通过交换作用理解洪特规则。
常用的密度泛函理论量子化学计算需要为交换相关泛函设置参数。电子间交换作用也就成为计算化学教学中经常提及的重要物理量。为了便于学生理解交换作用，以氦原子和碳原子为例，利用现有结构化学教材中的知识，本文阐释了交换作用与一般库仑作用的区别，为何交换作用源于泡利原理，以及如何通过交换作用理解洪特规则。
2025, 40(3): 16-22
doi: 10.12461/PKU.DXHX202403010
摘要:
本文研究课题“碘催化氯苯的氯代反应”来源于2021年全国统考高考化学试卷(浙江卷)的考题，其试题背后隐含了一系列化学基本概念和基本理论。前期文献对该题目进行了研究，所得结果与高考题目中的描述不一致。本文用密度泛函理论(DFT)方法重新对该反应进行了系统研究，确立了反应的催化活性组分及其形成机理，计算了氯苯氯代反应的分子机制、反应的热力学和动力学性质，比较了邻位、间位及对位取代的反应性能，分析了电子效应和空间效应对反应性能的影响。本文计算结果与高考题目中的描述一致，表明了该题目的严谨性和科学性。本文研究结果有助于学生加深对芳香化合物亲电取代反应的认识和理解。
本文研究课题“碘催化氯苯的氯代反应”来源于2021年全国统考高考化学试卷(浙江卷)的考题，其试题背后隐含了一系列化学基本概念和基本理论。前期文献对该题目进行了研究，所得结果与高考题目中的描述不一致。本文用密度泛函理论(DFT)方法重新对该反应进行了系统研究，确立了反应的催化活性组分及其形成机理，计算了氯苯氯代反应的分子机制、反应的热力学和动力学性质，比较了邻位、间位及对位取代的反应性能，分析了电子效应和空间效应对反应性能的影响。本文计算结果与高考题目中的描述一致，表明了该题目的严谨性和科学性。本文研究结果有助于学生加深对芳香化合物亲电取代反应的认识和理解。
2025, 40(3): 23-29
doi: 10.12461/PKU.DXHX202403023
摘要:
本实验拟训练本科生使用Excel软件通过休克尔分子轨道(HMO)法解得的π分子轨道数据绘制切面等值线图，可以直观地展示出诸如丁二烯和苯等简单共轭体系的π电子分布及性质。通过实验做出的图形能用于解决具体的化学问题和总结规律，如总结π轨道的节面个数与能级关系和判定电环化反应的立体选择性等。该实验将量子化学计算与分子结构性质预测相结合，有助于本科生掌握分子轨道理论的应用，且易于推广。
本实验拟训练本科生使用Excel软件通过休克尔分子轨道(HMO)法解得的π分子轨道数据绘制切面等值线图，可以直观地展示出诸如丁二烯和苯等简单共轭体系的π电子分布及性质。通过实验做出的图形能用于解决具体的化学问题和总结规律，如总结π轨道的节面个数与能级关系和判定电环化反应的立体选择性等。该实验将量子化学计算与分子结构性质预测相结合，有助于本科生掌握分子轨道理论的应用，且易于推广。
2025, 40(3): 30-35
doi: 10.12461/PKU.DXHX202403088
摘要:
针对CO2还原光催化剂合成的传统实验教学尚未能让学生充分理解光催化还原过程，且未能接触到最新的科研前沿。对此，通过高通量筛选及第一性原理方法模拟光催化剂的设计及性质分析，创新建立了CO2还原光催化剂设计及性质分析的虚拟仿真实验教学方法，为学生提供一个全程参与式、及时信息反馈与操作指导的多功能虚拟仿真平台。极大缩短了实验时间成本，大幅度提高了实验效率。此教学方法，不论从科学角度还是新颖角度都引起了学生的兴趣和关注，经过操作实践后取得了优异的成效。
针对CO2还原光催化剂合成的传统实验教学尚未能让学生充分理解光催化还原过程，且未能接触到最新的科研前沿。对此，通过高通量筛选及第一性原理方法模拟光催化剂的设计及性质分析，创新建立了CO2还原光催化剂设计及性质分析的虚拟仿真实验教学方法，为学生提供一个全程参与式、及时信息反馈与操作指导的多功能虚拟仿真平台。极大缩短了实验时间成本，大幅度提高了实验效率。此教学方法，不论从科学角度还是新颖角度都引起了学生的兴趣和关注，经过操作实践后取得了优异的成效。
2025, 40(3): 36-41
doi: 10.12461/PKU.DXHX202403096
摘要:
Bohrium科学计算云平台具有易配置计算环境、易部署安装软件、易成员协作和计算资源充沛等优势，可解决传统计算模拟课程教学中的软件安装、理论和实践割裂等问题，为材料和化学计算模拟课程教学提供极大便利，可显著提高课程教学效率。本文重点介绍Bohrium平台的特色以及教学优势，并展示基于Bohrium平台的分子建模、分子动力学模拟等实验案例设计。
Bohrium科学计算云平台具有易配置计算环境、易部署安装软件、易成员协作和计算资源充沛等优势，可解决传统计算模拟课程教学中的软件安装、理论和实践割裂等问题，为材料和化学计算模拟课程教学提供极大便利，可显著提高课程教学效率。本文重点介绍Bohrium平台的特色以及教学优势，并展示基于Bohrium平台的分子建模、分子动力学模拟等实验案例设计。
2025, 40(3): 42-51
doi: 10.12461/PKU.DXHX202403104
摘要:
“头孢配酒”引发的临床悲剧屡有报道、层出不穷，其原因常被解释为头孢菌素类抗生素药物中含有的甲硫四氮唑或甲硫三嗪侧链抑制了乙醛脱氢酶，从而使得乙醛蓄积中毒(双硫仑样反应)。但最近的多项临床案例显示即便不含甲硫四氮唑或甲硫三嗪的头孢药物，如头孢他啶等也可导致乙醛蓄积中毒，这些现象无法用已有的传统机制合理解释，可能蕴含着新的机制有待阐明。笔者授课时启发同学们将所学计算模拟工具应用于揭示生活化学现象，比如“头孢配酒”现象案例。本文通过分子对接、分子动力学模拟和分子力学泊松-玻尔兹曼表面积(MMPBSA)分别探究头孢哌酮、头孢曲松和头孢他啶与乙醛脱氢酶(ALDH2)的结合模式，进而揭示头孢菌素类抗生素与ALDH2作用新机制。本教学案例不仅为“头孢配酒，说走就走”网络流行语提供更全面更有深度的科学新解释(新科普)，有助于激发大学生关注探寻日常生活中化学现象背后的科学内涵，更重要是的为“头孢配酒”引发临床悲剧案例现象在分子层面的机制创新提供新颖启示和理论依据。
“头孢配酒”引发的临床悲剧屡有报道、层出不穷，其原因常被解释为头孢菌素类抗生素药物中含有的甲硫四氮唑或甲硫三嗪侧链抑制了乙醛脱氢酶，从而使得乙醛蓄积中毒(双硫仑样反应)。但最近的多项临床案例显示即便不含甲硫四氮唑或甲硫三嗪的头孢药物，如头孢他啶等也可导致乙醛蓄积中毒，这些现象无法用已有的传统机制合理解释，可能蕴含着新的机制有待阐明。笔者授课时启发同学们将所学计算模拟工具应用于揭示生活化学现象，比如“头孢配酒”现象案例。本文通过分子对接、分子动力学模拟和分子力学泊松-玻尔兹曼表面积(MMPBSA)分别探究头孢哌酮、头孢曲松和头孢他啶与乙醛脱氢酶(ALDH2)的结合模式，进而揭示头孢菌素类抗生素与ALDH2作用新机制。本教学案例不仅为“头孢配酒，说走就走”网络流行语提供更全面更有深度的科学新解释(新科普)，有助于激发大学生关注探寻日常生活中化学现象背后的科学内涵，更重要是的为“头孢配酒”引发临床悲剧案例现象在分子层面的机制创新提供新颖启示和理论依据。
2025, 40(3): 52-61
doi: 10.3866/PKU.DXHX202403112
摘要:
创新教育是培养高素质创新型人才的内在需要。将前沿的科学研究成果和研究方法纳入到课堂教学中，可为学生提供更为丰富、实践性和前瞻性的教育体验。本实验设计涵盖计算材料学中的晶体结构模型建立、晶体结构优化、能带结构计算、化合物催化分解等操作步骤，帮助学生掌握第一性原理计算的基本原理、流程和分析方法，将理论结合实际的工程问题，培养学生使用现代工程工具和新型技术工具识别、分析、解决复杂工程问题的能力。
创新教育是培养高素质创新型人才的内在需要。将前沿的科学研究成果和研究方法纳入到课堂教学中，可为学生提供更为丰富、实践性和前瞻性的教育体验。本实验设计涵盖计算材料学中的晶体结构模型建立、晶体结构优化、能带结构计算、化合物催化分解等操作步骤，帮助学生掌握第一性原理计算的基本原理、流程和分析方法，将理论结合实际的工程问题，培养学生使用现代工程工具和新型技术工具识别、分析、解决复杂工程问题的能力。
2025, 40(3): 62-67
doi: 10.12461/PKU.DXHX202404045
摘要:
理论计算融合趣味实践的混合教学模式是提高拉曼光谱教学质量的一条重要途径。针对该学科知识点繁杂和教学难度大的痛点，采用密度泛函和时域有限差分理论赋能趣味性的实践教学，不仅可以帮助学生学深、学透、学活拉曼光谱的理论知识，而且能提高学生的动手操作技能，培养科研创新能力，从而为提升教学效果和培养专业人才提供新的思路。
理论计算融合趣味实践的混合教学模式是提高拉曼光谱教学质量的一条重要途径。针对该学科知识点繁杂和教学难度大的痛点，采用密度泛函和时域有限差分理论赋能趣味性的实践教学，不仅可以帮助学生学深、学透、学活拉曼光谱的理论知识，而且能提高学生的动手操作技能，培养科研创新能力，从而为提升教学效果和培养专业人才提供新的思路。
2025, 40(3): 68-75
doi: 10.12461/PKU.DXHX202404057
摘要:
卤代烃E2消除反应是基础有机化学课程中的重要教学内容，由于缺乏直观形象化的描述导致学生理解困难。本文设计了一个面向化学本科专业的计算化学实验，通过量子化学计算阐明卤代烃发生E2消除反应的详细机理及其与SN2亲核取代反应的竞争机制，同时获取反应的热力学和动力学信息，帮助学生理解Zaitsev规则、选择性、反应热力学、反应动力学、过渡态、反应坐标等有机化学及物理化学中的基本概念。本实验旨在训练学生使用计算化学方法解决化学问题的基本思路，提升学生的科研素养。
卤代烃E2消除反应是基础有机化学课程中的重要教学内容，由于缺乏直观形象化的描述导致学生理解困难。本文设计了一个面向化学本科专业的计算化学实验，通过量子化学计算阐明卤代烃发生E2消除反应的详细机理及其与SN2亲核取代反应的竞争机制，同时获取反应的热力学和动力学信息，帮助学生理解Zaitsev规则、选择性、反应热力学、反应动力学、过渡态、反应坐标等有机化学及物理化学中的基本概念。本实验旨在训练学生使用计算化学方法解决化学问题的基本思路，提升学生的科研素养。
2025, 40(3): 76-82
doi: 10.12461/PKU.DXHX202404119
摘要:
本文采用计算量子化学方法在B3LYP/6-311+g(d,p)水平上比较了气态二嗪三种异构体的碱性强度和稳定性。计算结果表明，三种异构体的碱性强度顺序为哒嗪 > 嘧啶 > 吡嗪。同时，通过优化结构单点能的计算，判断三种异构体的稳定性顺序为嘧啶 > 吡嗪 > 哒嗪，且其共轭酸的稳定性顺序亦呈现相似趋势，即嘧啶-H > 吡嗪-H > 哒嗪-H。此外，本文采用前线轨道理论定性解释了哒嗪明显异于嘧啶和吡嗪的特殊热力学性质(燃烧热和标准生成焓)。将计算化学引入到有机物酸碱性和稳定性的教学中，有助于学生深入理解Lewis酸碱性、等键反应、最高已占据分子轨道(HOMO)，最低未占据分子轨道(LUMO)、前线轨道能隙值等核心概念和杂化轨道理论，教学效果显著提高，成为提升有机化学教学质量的有效辅助工具。
本文采用计算量子化学方法在B3LYP/6-311+g(d,p)水平上比较了气态二嗪三种异构体的碱性强度和稳定性。计算结果表明，三种异构体的碱性强度顺序为哒嗪 > 嘧啶 > 吡嗪。同时，通过优化结构单点能的计算，判断三种异构体的稳定性顺序为嘧啶 > 吡嗪 > 哒嗪，且其共轭酸的稳定性顺序亦呈现相似趋势，即嘧啶-H > 吡嗪-H > 哒嗪-H。此外，本文采用前线轨道理论定性解释了哒嗪明显异于嘧啶和吡嗪的特殊热力学性质(燃烧热和标准生成焓)。将计算化学引入到有机物酸碱性和稳定性的教学中，有助于学生深入理解Lewis酸碱性、等键反应、最高已占据分子轨道(HOMO)，最低未占据分子轨道(LUMO)、前线轨道能隙值等核心概念和杂化轨道理论，教学效果显著提高，成为提升有机化学教学质量的有效辅助工具。
2025, 40(3): 83-91
doi: 10.12461/PKU.DXHX202405018
摘要:
本文介绍了一个面向高年级本科生和研究生开设的探究性计算化学实验。本实验使用常见的量子化学软件Gaussian和GaussView，利用密度泛函和含时密度泛函理论，对具备圆偏振发光(CPL)的分子(联萘)进行结构优化和性质分析，计算得到发光不对称因子(glum)。本实验可以帮助学生熟悉CPL和glum的概念和应用，学会激发态的计算方式，并应用于科研工作当中。
本文介绍了一个面向高年级本科生和研究生开设的探究性计算化学实验。本实验使用常见的量子化学软件Gaussian和GaussView，利用密度泛函和含时密度泛函理论，对具备圆偏振发光(CPL)的分子(联萘)进行结构优化和性质分析，计算得到发光不对称因子(glum)。本实验可以帮助学生熟悉CPL和glum的概念和应用，学会激发态的计算方式，并应用于科研工作当中。
2025, 40(3): 92-99
doi: 10.12461/PKU.DXHX202405072
摘要:
酯化反应是一类重要的化学反应类型，通常指醇与羧酸在酸催化下脱水生成酯的反应。本文以几个典型的酯化反应为例，通过量子化学计算，在分子层次上深入探讨了加成-消除、碳正离子和酰基正离子等三种常见的酯化反应机理，分析了反应的热力学和动力学性质。计算结果为理解有机化学教材中关于酯化反应的定性描述，如“酯化反应机理与羧酸和醇的类型有关”“酯化反应中酸脱羟基醇脱氢”“酯化反应速度较慢且为可逆反应”等，提供了直观物理图像和定量支持，有助于学生更深入全面地理解酯化反应。本文可作为引导本科生学习计算化学的教学案例，突出计算化学在解析物质结构与性能关系方面的重要作用。
酯化反应是一类重要的化学反应类型，通常指醇与羧酸在酸催化下脱水生成酯的反应。本文以几个典型的酯化反应为例，通过量子化学计算，在分子层次上深入探讨了加成-消除、碳正离子和酰基正离子等三种常见的酯化反应机理，分析了反应的热力学和动力学性质。计算结果为理解有机化学教材中关于酯化反应的定性描述，如“酯化反应机理与羧酸和醇的类型有关”“酯化反应中酸脱羟基醇脱氢”“酯化反应速度较慢且为可逆反应”等，提供了直观物理图像和定量支持，有助于学生更深入全面地理解酯化反应。本文可作为引导本科生学习计算化学的教学案例，突出计算化学在解析物质结构与性能关系方面的重要作用。
2025, 40(3): 100-107
doi: 10.12461/PKU.DXHX202405074
摘要:
能量分解分析方法是一种研究分子相互作用的定量分析理论方法，在分子自组装、药物设计、化学反应机理、力场发展等各个领域得到广泛应用。现有化学本科教材对分子相互作用的讲授过于浅显，逐渐不适应现在化学系本科的培养要求。为深化大学本科学生对分子相互作用的认知，本文简述了能量分解分析方法的基本概念，介绍了具有代表性的广义Kohn-Sham能量分解分析(GKS-EDA)方法及其在六聚水多体效应中的应用。
能量分解分析方法是一种研究分子相互作用的定量分析理论方法，在分子自组装、药物设计、化学反应机理、力场发展等各个领域得到广泛应用。现有化学本科教材对分子相互作用的讲授过于浅显，逐渐不适应现在化学系本科的培养要求。为深化大学本科学生对分子相互作用的认知，本文简述了能量分解分析方法的基本概念，介绍了具有代表性的广义Kohn-Sham能量分解分析(GKS-EDA)方法及其在六聚水多体效应中的应用。
2025, 40(3): 108-115
doi: 10.12461/PKU.DXHX202405098
摘要:
结合本科计算化学课程的重要教学内容，本文设计了一个量子化学计算的教学案例，通过使用密度泛函理论计算方法，对含金属硒键的金属配合物分子的电子结构和前线轨道分析，提出这类配合物与烯烃反应的可能活性位点，设计反应路径，计算反应能垒，预测能高效分离提纯乙烯的金属硒配合物。定量、直观地描述反应的立体选择性，旨在使学生理解化学反应与前线轨道对称性之间的关系，了解影响反应规律的因素，强化对电子效应、前线轨道对称性、物质分子轨道相互作用原理等基本理论知识的理解和应用。
结合本科计算化学课程的重要教学内容，本文设计了一个量子化学计算的教学案例，通过使用密度泛函理论计算方法，对含金属硒键的金属配合物分子的电子结构和前线轨道分析，提出这类配合物与烯烃反应的可能活性位点，设计反应路径，计算反应能垒，预测能高效分离提纯乙烯的金属硒配合物。定量、直观地描述反应的立体选择性，旨在使学生理解化学反应与前线轨道对称性之间的关系，了解影响反应规律的因素，强化对电子效应、前线轨道对称性、物质分子轨道相互作用原理等基本理论知识的理解和应用。
2025, 40(3): 116-123
doi: 10.12461/PKU.DXHX202405141
摘要:
金属配合物磁化率测定是经典的大学物理化学实验，一般通过古埃磁天平测定配合物磁化率，进而确定配合物中心离子的电子结构，与晶体场理论知识紧密联系。为让学生直观理解电子结构对配合物微观结构和结构稳定性的影响，深入理解实验内容，在传统磁化率测定实验基础上引入计算化学方法，采用Gaussian计算软件分别对FeSO4·7H2O和K4Fe(CN)6·3H2O的中心离子的高、低自旋电子结构进行计算，将抽象、复杂的电子排布的影响具象化到能量和键长的比较，能量低的对应为有利的自旋状态，并将计算优化得到的几何结构与单晶X射线衍射结构数据进行比较，进一步确定有利的自旋状态。本实验以计算为桥梁，将实验测定结果、计算结果与理论知识有机结合起来，有助于培养学生实验结合理论、宏观联系微观的思维方式。同时利于激发高年级本科生的实验兴趣，提高综合实验技能。
金属配合物磁化率测定是经典的大学物理化学实验，一般通过古埃磁天平测定配合物磁化率，进而确定配合物中心离子的电子结构，与晶体场理论知识紧密联系。为让学生直观理解电子结构对配合物微观结构和结构稳定性的影响，深入理解实验内容，在传统磁化率测定实验基础上引入计算化学方法，采用Gaussian计算软件分别对FeSO4·7H2O和K4Fe(CN)6·3H2O的中心离子的高、低自旋电子结构进行计算，将抽象、复杂的电子排布的影响具象化到能量和键长的比较，能量低的对应为有利的自旋状态，并将计算优化得到的几何结构与单晶X射线衍射结构数据进行比较，进一步确定有利的自旋状态。本实验以计算为桥梁，将实验测定结果、计算结果与理论知识有机结合起来，有助于培养学生实验结合理论、宏观联系微观的思维方式。同时利于激发高年级本科生的实验兴趣，提高综合实验技能。
2025, 40(3): 124-131
doi: 10.12461/PKU.DXHX202405145
摘要:
基于Python语言实现了教学代码，通过数值计算验证了正交归一性、本征能谱、不确定关系等量子力学基本概念，可用于化学、材料等专业结构化学相关课程的教学或数值实验。本文介绍的方法可扩展至更复杂的一维体系，如简谐或非谐振动、类氢原子径向波函数求解、双势阱、多势阱等常见的化学问题。近年来在我校材料化学专业的教学实践表明，多数同学可接受所授内容并独立实现计算代码，加深了对课程内容的理解。
基于Python语言实现了教学代码，通过数值计算验证了正交归一性、本征能谱、不确定关系等量子力学基本概念，可用于化学、材料等专业结构化学相关课程的教学或数值实验。本文介绍的方法可扩展至更复杂的一维体系，如简谐或非谐振动、类氢原子径向波函数求解、双势阱、多势阱等常见的化学问题。近年来在我校材料化学专业的教学实践表明，多数同学可接受所授内容并独立实现计算代码，加深了对课程内容的理解。
2025, 40(3): 132-139
doi: 10.12461/PKU.DXHX202405154
摘要:
铬黑T是一种常见的金属离子指示剂，其颜色随溶液pH值不同而变化，且与其金属离子络合物颜色有明显差异，可有效指示反应终点，在分析化学领域有广泛应用。本文用计算化学方法研究了铬黑T及其典型金属离子(Mg2+、Ca2+)络合物的分子结构，计算了它们的紫外可见光谱，分析了其分子结构与电子光谱之间的内在关联，并使用紫外-可见吸收光谱法测定了不同pH值的铬黑T溶液及其钙、镁络合物的吸收光谱。理论与实验研究相结合阐释了铬黑T指示剂的显色和变色原理，研究结果有助于加深对铬黑T结构-性能关系的理解。
铬黑T是一种常见的金属离子指示剂，其颜色随溶液pH值不同而变化，且与其金属离子络合物颜色有明显差异，可有效指示反应终点，在分析化学领域有广泛应用。本文用计算化学方法研究了铬黑T及其典型金属离子(Mg2+、Ca2+)络合物的分子结构，计算了它们的紫外可见光谱，分析了其分子结构与电子光谱之间的内在关联，并使用紫外-可见吸收光谱法测定了不同pH值的铬黑T溶液及其钙、镁络合物的吸收光谱。理论与实验研究相结合阐释了铬黑T指示剂的显色和变色原理，研究结果有助于加深对铬黑T结构-性能关系的理解。
2025, 40(3): 140-147
doi: 10.12461/PKU.DXHX202405164
摘要:
为了更好地培养新时代化学人才，在本科生教育体系中设置相关模拟上机课程具有重要意义。本文以本课题组开发的模拟方法和软件为例，设计了两个模拟实验，即“H2在Cu(111)表面解离反应势能面的构建”和“沸石分子筛表面酸性表征及模拟”,旨在加深化学与材料学科本科生对理论模拟的理解，感受人工智能技术带来的巨大进步。
为了更好地培养新时代化学人才，在本科生教育体系中设置相关模拟上机课程具有重要意义。本文以本课题组开发的模拟方法和软件为例，设计了两个模拟实验，即“H2在Cu(111)表面解离反应势能面的构建”和“沸石分子筛表面酸性表征及模拟”,旨在加深化学与材料学科本科生对理论模拟的理解，感受人工智能技术带来的巨大进步。
2025, 40(3): 148-152
doi: 10.12461/PKU.DXHX202405166
摘要:
电化学教学的重难点之一，是使学生理解抽象的电化学界面现象。通过经典密度泛函理论(CDFT)计算，可以得到电化学界面上的离子密度分布。课堂上借助CDFT，将电化学界面快速、直观地展示出来，可以帮助学生理解电化学过程机理，并探索其在化学电源、增强采油等前沿领域的应用，有助于大幅度提高教学质量和激发学生的学习兴趣。
电化学教学的重难点之一，是使学生理解抽象的电化学界面现象。通过经典密度泛函理论(CDFT)计算，可以得到电化学界面上的离子密度分布。课堂上借助CDFT，将电化学界面快速、直观地展示出来，可以帮助学生理解电化学过程机理，并探索其在化学电源、增强采油等前沿领域的应用，有助于大幅度提高教学质量和激发学生的学习兴趣。
2025, 40(3): 153-159
doi: 10.12461/PKU.DXHX202405172
摘要:
Beckmann重排反应是有机化学教学课程中的经典重排反应，但目前主流教材中对该重排反应的反应机理阐述不够具体，学生在学习过程中缺乏对反应更深刻的理解和认知。本案例以三类酮肟结构在两种不同的质子源环境下为例，通过量子化学计算对Beckmann重排反应的反应机理进行对比研究，阐明其重排反应机制，并利用前线分子轨道分析σ-型和π-型腈鎓离子中间体的电子结构。本文旨在帮助学生加深对Beckmann重排反应的认知，并学习使用理论计算化学方法研究化学反应及其内在机制。
Beckmann重排反应是有机化学教学课程中的经典重排反应，但目前主流教材中对该重排反应的反应机理阐述不够具体，学生在学习过程中缺乏对反应更深刻的理解和认知。本案例以三类酮肟结构在两种不同的质子源环境下为例，通过量子化学计算对Beckmann重排反应的反应机理进行对比研究，阐明其重排反应机制，并利用前线分子轨道分析σ-型和π-型腈鎓离子中间体的电子结构。本文旨在帮助学生加深对Beckmann重排反应的认知，并学习使用理论计算化学方法研究化学反应及其内在机制。
2025, 40(3): 160-170
doi: 10.12461/PKU.DXHX202405185
摘要:
在结构化学课程教学中，由于一些概念的抽象性常常让学生们感到难以理解。因此，本文构建NiFe层状双氢氧化物(NiFe-LDH)电催化析氧反应(OER)第一性原理计算实验，采用Materials Studio (MS)软件构建NiFe-LDH(100)晶面和(110)晶面的结构模型，使用第一性原理计算软件VASP对其电催化析氧反应(OER)性能进行理论研究，通过VESTA软件显示差分电荷密度，并分析计算结果。设计实验采用“理论知识讲解+软件操作演示+科研案例分析”相结合的模式，不仅有利于学生加强对晶体结构、空间点群等抽象概念的理解，而且使课程教学内容变得形象具体，激发学生学习结构化学课程的兴趣。这既提升学生采用分子模拟软件解决化学中科学问题的研究水平，同时培养学生剖析化学中结构与性质关系的创新思维。
在结构化学课程教学中，由于一些概念的抽象性常常让学生们感到难以理解。因此，本文构建NiFe层状双氢氧化物(NiFe-LDH)电催化析氧反应(OER)第一性原理计算实验，采用Materials Studio (MS)软件构建NiFe-LDH(100)晶面和(110)晶面的结构模型，使用第一性原理计算软件VASP对其电催化析氧反应(OER)性能进行理论研究，通过VESTA软件显示差分电荷密度，并分析计算结果。设计实验采用“理论知识讲解+软件操作演示+科研案例分析”相结合的模式，不仅有利于学生加强对晶体结构、空间点群等抽象概念的理解，而且使课程教学内容变得形象具体，激发学生学习结构化学课程的兴趣。这既提升学生采用分子模拟软件解决化学中科学问题的研究水平，同时培养学生剖析化学中结构与性质关系的创新思维。
2025, 40(3): 171-177
doi: 10.12461/PKU.DXHX202406004
摘要:
设计了一个面向高年级本科生或者研究生的综合材料计算模拟实验。通过材料计算模拟和机器学习手段研究二维材料的禁带宽度。通过本实验，学生可以初步掌握机器学习的基本原理和操作流程，同时培养学生应用第一性原理和机器学习解决材料问题的能力。
设计了一个面向高年级本科生或者研究生的综合材料计算模拟实验。通过材料计算模拟和机器学习手段研究二维材料的禁带宽度。通过本实验，学生可以初步掌握机器学习的基本原理和操作流程，同时培养学生应用第一性原理和机器学习解决材料问题的能力。
2025, 40(3): 178-185
doi: 10.12461/PKU.DXHX202406024
摘要:
振动斯塔克效应(vibrational Stark effect)是指振动光谱在外加电场作用下发生移动的现象，该效应在现代化学中有广泛的应用。为了增进对振动斯达克效应的理解，本文选择了水的单分子H2O和二聚体分子(H2O)2，通过密度泛函理论计算展示了外加定向电场对这两个分子的振动频率的影响。计算显示，外加定向电场直接影响分子的几何结构、电荷密度、偶极矩、能量，以及振动频率。随着电场强度的增大，H2O和(H2O)2分子的红外振动光谱都出现了收缩现象，即高频的O―H伸缩振动红移，而低频的H―O―H弯曲振动蓝移，这与文献中模拟结果一致。本文为理解振动斯塔克效应提供了一个简单清晰的理论计算案例。
振动斯塔克效应(vibrational Stark effect)是指振动光谱在外加电场作用下发生移动的现象，该效应在现代化学中有广泛的应用。为了增进对振动斯达克效应的理解，本文选择了水的单分子H2O和二聚体分子(H2O)2，通过密度泛函理论计算展示了外加定向电场对这两个分子的振动频率的影响。计算显示，外加定向电场直接影响分子的几何结构、电荷密度、偶极矩、能量，以及振动频率。随着电场强度的增大，H2O和(H2O)2分子的红外振动光谱都出现了收缩现象，即高频的O―H伸缩振动红移，而低频的H―O―H弯曲振动蓝移，这与文献中模拟结果一致。本文为理解振动斯塔克效应提供了一个简单清晰的理论计算案例。
2025, 40(3): 186-192
doi: 10.12461/PKU.DXHX202406085
摘要:
苯(C6H6)与二十面体硼烷(B12H122-)是具有π-和σ-芳香性分子的典型代表。本实验采用密度泛函理论(DFT)分别计算二者的分子轨道图及核独立化学位移值，引导学生了解计算化学研究芳香性的一般方法，构建对电子离域结构的直观认知。通过对比分析，帮助学生加深对芳香性的理解，达到巩固基础，拓宽视野，提升创新技能的目的。实验普适性好，易于推广。
苯(C6H6)与二十面体硼烷(B12H122-)是具有π-和σ-芳香性分子的典型代表。本实验采用密度泛函理论(DFT)分别计算二者的分子轨道图及核独立化学位移值，引导学生了解计算化学研究芳香性的一般方法，构建对电子离域结构的直观认知。通过对比分析，帮助学生加深对芳香性的理解，达到巩固基础，拓宽视野，提升创新技能的目的。实验普适性好，易于推广。
2025, 40(3): 193-198
doi: 10.12461/PKU.DXHX202406119
摘要:
苯环上取代基的电子效应是影响其定位效应的主要因素，是基础有机化学的重要教学内容。本文首先总结了文献中关于取代基定位效应的分析与理论预测方法，以此为基础，利用量子化学计算研究了具有复杂电子效应的取代苯环的电荷分布和能量分析，给出了从量子计算化学角度定量理解取代基电子效应的结论。研究过程有助于提高学生对计算化学的兴趣，培养学生多角度分析问题和解决问题的能力，加深对取代基定位效应的理解。
苯环上取代基的电子效应是影响其定位效应的主要因素，是基础有机化学的重要教学内容。本文首先总结了文献中关于取代基定位效应的分析与理论预测方法，以此为基础，利用量子化学计算研究了具有复杂电子效应的取代苯环的电荷分布和能量分析，给出了从量子计算化学角度定量理解取代基电子效应的结论。研究过程有助于提高学生对计算化学的兴趣，培养学生多角度分析问题和解决问题的能力，加深对取代基定位效应的理解。
2025, 40(3): 199-205
doi: 10.12461/PKU.DXHX202407011
摘要:
弱相互作用在化学教学中十分重要，在研究化学分子内部和分子间作用时常常涉及到这一概念，比如氢键对熔沸点、酸碱性和异构现象的影响，共轭作用对稳定性的影响等。本文以一些大学化学教学内容中经常出现的具体例子为研究对象，通过量子化学计算以及波函数分析，做出直观的图像，帮助学生理解一些重要的概念和理论。本文能够为有机化学理论课以及实验课的教学提供素材和案例。
弱相互作用在化学教学中十分重要，在研究化学分子内部和分子间作用时常常涉及到这一概念，比如氢键对熔沸点、酸碱性和异构现象的影响，共轭作用对稳定性的影响等。本文以一些大学化学教学内容中经常出现的具体例子为研究对象，通过量子化学计算以及波函数分析，做出直观的图像，帮助学生理解一些重要的概念和理论。本文能够为有机化学理论课以及实验课的教学提供素材和案例。
2025, 40(3): 206-214
doi: 10.12461/PKU.DXHX202407022
摘要:
将计算化学实验与有机化学课程相结合，既可提升学生软件应用能力和科研创新思维与能力，培养学生通过计算化学手段高效解决化学研究问题的能力，又可加深对反应机理的理解。本文以不对称烯烃CH2 = CHR (R = CH3，Cl，CN)与HCl亲电加成反应为例，通过构建反应路径，获得反应热力学和动力学数据，分析反应路径上驻点自然布居分析(NPA)电荷的变化，探讨取代基对反应机理影响的本质。本计算化学实验旨在加深学生对不对称烯烃亲电加成反应机理的认识和理解，并掌握计算化学研究化学反应机理的基本方法。
将计算化学实验与有机化学课程相结合，既可提升学生软件应用能力和科研创新思维与能力，培养学生通过计算化学手段高效解决化学研究问题的能力，又可加深对反应机理的理解。本文以不对称烯烃CH2 = CHR (R = CH3，Cl，CN)与HCl亲电加成反应为例，通过构建反应路径，获得反应热力学和动力学数据，分析反应路径上驻点自然布居分析(NPA)电荷的变化，探讨取代基对反应机理影响的本质。本计算化学实验旨在加深学生对不对称烯烃亲电加成反应机理的认识和理解，并掌握计算化学研究化学反应机理的基本方法。
2025, 40(3): 215-222
doi: 10.12461/PKU.DXHX202407112
摘要:
本文通过设计计算化学实验，采用量子化学从头算方法，结合热力学循环，计算出标准氢电极的绝对电极电势。具体方案为，通过自洽反应场方法，计算出质子在水中的溶剂化自由能。在此基础上，计算出标准氢电极半反应的吉布斯自由能，并通过能斯特方程计算出其绝对电极电势。通过本实验，可望加深学生对电极电势、氧化还原反应、能斯特方程、热力学循环、吉布斯自由能及量子化学从头算的理解。
本文通过设计计算化学实验，采用量子化学从头算方法，结合热力学循环，计算出标准氢电极的绝对电极电势。具体方案为，通过自洽反应场方法，计算出质子在水中的溶剂化自由能。在此基础上，计算出标准氢电极半反应的吉布斯自由能，并通过能斯特方程计算出其绝对电极电势。通过本实验，可望加深学生对电极电势、氧化还原反应、能斯特方程、热力学循环、吉布斯自由能及量子化学从头算的理解。
2025, 40(3): 223-229
doi: 10.12461/PKU.DXHX202405184
摘要:
以物理化学实验中“Pb-Sn二元金属相图”为例，阐述“认知-学习-实践-反思”过程的课程思政设计，将思政元素有机融入课前预习/感知、课中实践/探究和课后反思/拓展三个环节。通过录制教学视频、搭建在线学习平台、完善评价反馈机制、拓展交流创新空间，开展线上线下混合式教学实践，完成“知识传授-能力培养-价值塑造”的教学目标，学生坚定文化自信、厚植家国情怀、提升科学素养、增强合作和创新意识，实现全方面育人。
以物理化学实验中“Pb-Sn二元金属相图”为例，阐述“认知-学习-实践-反思”过程的课程思政设计，将思政元素有机融入课前预习/感知、课中实践/探究和课后反思/拓展三个环节。通过录制教学视频、搭建在线学习平台、完善评价反馈机制、拓展交流创新空间，开展线上线下混合式教学实践，完成“知识传授-能力培养-价值塑造”的教学目标，学生坚定文化自信、厚植家国情怀、提升科学素养、增强合作和创新意识，实现全方面育人。
2025, 40(3): 230-236
doi: 10.12461/PKU.DXHX202406071
摘要:
阐述了一种符合新工科化工专业课程特色的“价值、知识、能力”三位一体的教学模式。该模式强调“立德树人”在课堂教学中的价值引领作用，通过教学全过程的创新设计和多元化的评价体系改革，促进学生在知识掌握、能力培养和价值观塑造上的全面发展。本文进一步探讨了德育思政教育与化工原理课程的多向融合，以通过教学实践激发学生的创新意识、强化学生的理想信念，达成“立德树人”德育渗透的教学成效，使其与思政课程同频共振形成育人合力。
阐述了一种符合新工科化工专业课程特色的“价值、知识、能力”三位一体的教学模式。该模式强调“立德树人”在课堂教学中的价值引领作用，通过教学全过程的创新设计和多元化的评价体系改革，促进学生在知识掌握、能力培养和价值观塑造上的全面发展。本文进一步探讨了德育思政教育与化工原理课程的多向融合，以通过教学实践激发学生的创新意识、强化学生的理想信念，达成“立德树人”德育渗透的教学成效，使其与思政课程同频共振形成育人合力。
2025, 40(3): 237-244
doi: 10.12461/PKU.DXHX202406040
摘要:
物理化学课程以契合新工科教育理念为改革方向，凝练了“一新、两链、三染、四转”课程改革和实施理念，构建了“解构-探究-建构”式教学模式。教学改革以课程资源建设为保障，以教学模式改革为突破口，以未来新工科工程人才核心素养培养为主要目标，构建高效课堂，培养学生的自学能力、科学思维能力和创新能力。
物理化学课程以契合新工科教育理念为改革方向，凝练了“一新、两链、三染、四转”课程改革和实施理念，构建了“解构-探究-建构”式教学模式。教学改革以课程资源建设为保障，以教学模式改革为突破口，以未来新工科工程人才核心素养培养为主要目标，构建高效课堂，培养学生的自学能力、科学思维能力和创新能力。
2025, 40(3): 245-250
doi: 10.12461/PKU.DXHX202406022
摘要:
将仪器分析实验中的核磁共振波谱实验与有机化学实验课程进行整体设计，提高课程建设规划性和系统性。将核磁共振波谱仪应用于本科生基础实验教学，学生参与整个实验过程，使学生能够更深刻地理解核磁测试和谱图解析相关原理及基本操作方法，充分体现了“以学生为中心”的教学思想，培养了学生的基本科研能力。
将仪器分析实验中的核磁共振波谱实验与有机化学实验课程进行整体设计，提高课程建设规划性和系统性。将核磁共振波谱仪应用于本科生基础实验教学，学生参与整个实验过程，使学生能够更深刻地理解核磁测试和谱图解析相关原理及基本操作方法，充分体现了“以学生为中心”的教学思想，培养了学生的基本科研能力。
2025, 40(3): 251-258
doi: 10.12461/PKU.DXHX202405065
摘要:
科学教育专业是为培养中小学科学课程师资而设立的一门新型本科专业。化学教学是实现科学教育专业培养目标的重要抓手。针对科学教育专业缺乏合适化学教材这一现实问题，本文从最新义务教育课程标准、现有小学科学教材的具体内容、日常生活需要和专业能力发展需求等四个维度提出科学教育专业化学课程内容的取舍必须依据基础性、熟练性、日常性和交叉性四大原则。问题的提出和原则的归纳，对科学教育专业化学课程内容的取舍加工、课堂教学的开展以及适合科学教育专业使用的化学教材的编写提供重要经验参考。
科学教育专业是为培养中小学科学课程师资而设立的一门新型本科专业。化学教学是实现科学教育专业培养目标的重要抓手。针对科学教育专业缺乏合适化学教材这一现实问题，本文从最新义务教育课程标准、现有小学科学教材的具体内容、日常生活需要和专业能力发展需求等四个维度提出科学教育专业化学课程内容的取舍必须依据基础性、熟练性、日常性和交叉性四大原则。问题的提出和原则的归纳，对科学教育专业化学课程内容的取舍加工、课堂教学的开展以及适合科学教育专业使用的化学教材的编写提供重要经验参考。
2025, 40(3): 259-268
doi: 10.12461/PKU.DXHX202405201
摘要:
预科教育是来华留学生中学教育和来华进入高等学校专业学习的桥梁。而化学是科学教育的中心学科，是学生进一步获得科学、技术、工程学位以及更高级别学位的“守门人”，如何在存在语言障碍、中学化学教育基础差异较大的环境下，有效激发学生学习汉语化学的兴趣，并具备能进入我国高等学校学习化学相关专业的基本能力，是预科化学教学的重要任务。笔者通过近年来的教学实践，搭建了“教学评”一体化的教学体系，并将中华文化有机融入到教学体系中，同时也总结了不同场景下多元化教学模式的实践经验，详细阐述了该课程“教什么”及“怎么教”的问题。
预科教育是来华留学生中学教育和来华进入高等学校专业学习的桥梁。而化学是科学教育的中心学科，是学生进一步获得科学、技术、工程学位以及更高级别学位的“守门人”，如何在存在语言障碍、中学化学教育基础差异较大的环境下，有效激发学生学习汉语化学的兴趣，并具备能进入我国高等学校学习化学相关专业的基本能力，是预科化学教学的重要任务。笔者通过近年来的教学实践，搭建了“教学评”一体化的教学体系，并将中华文化有机融入到教学体系中，同时也总结了不同场景下多元化教学模式的实践经验，详细阐述了该课程“教什么”及“怎么教”的问题。
2025, 40(3): 269-276
doi: 10.12461/PKU.DXHX202405131
摘要:
诺贝尔奖是当前国际科技前沿领域的最高奖项，代表科技发展的最高水平。本文总结了诺贝尔奖有关分析技术的主要成果，并与仪器分析课程相关联，分析了这些诺贝尔奖项的类别和特点。在此基础上探讨了将其引入仪器分析课程的方法措施，以充分调动学生学习兴趣和积极性，加深基础知识的学习掌握，并使学生在掌握国际仪器分析领域发展趋势的同时，深刻感悟其中所蕴含的创新思维和科学精神，提升自主创新意识和科学素养，最终达到提升教学效果和培养社会主义高素质全面发展创新人才的成效。
诺贝尔奖是当前国际科技前沿领域的最高奖项，代表科技发展的最高水平。本文总结了诺贝尔奖有关分析技术的主要成果，并与仪器分析课程相关联，分析了这些诺贝尔奖项的类别和特点。在此基础上探讨了将其引入仪器分析课程的方法措施，以充分调动学生学习兴趣和积极性，加深基础知识的学习掌握，并使学生在掌握国际仪器分析领域发展趋势的同时，深刻感悟其中所蕴含的创新思维和科学精神，提升自主创新意识和科学素养，最终达到提升教学效果和培养社会主义高素质全面发展创新人才的成效。
2025, 40(3): 277-284
doi: 10.12461/PKU.DXHX202412104
摘要:
秉持“科教融汇、协同育人”理念，融合人工智能(AI)与生物化学教学研究。本文探讨了AI技术在生物化学教学改革中的应用，构建了与生物医学工程专业教学案例——AI预测基因突变的功能效应，从案例实施背景、教学内容设计、组织实施及效果评价等方面，阐述了该AI赋能教学的典型案例设计与实施，培养学生的多学科交叉融合的学习思维。
秉持“科教融汇、协同育人”理念，融合人工智能(AI)与生物化学教学研究。本文探讨了AI技术在生物化学教学改革中的应用，构建了与生物医学工程专业教学案例——AI预测基因突变的功能效应，从案例实施背景、教学内容设计、组织实施及效果评价等方面，阐述了该AI赋能教学的典型案例设计与实施，培养学生的多学科交叉融合的学习思维。
2025, 40(3): 285-290
doi: 10.12461/PKU.DXHX202408084
摘要:
在高等教育深度产教融合背景下，应用型高校的仪器分析与实验课程如何进行有效的教学改革直接影响人才培养质量。针对该课程教学团队产业背景薄弱、内容偏重理论、方法传统守旧、考核评价改革不足等问题，我们采用融合校内师资和企业师资、重构教学内容、线上线下与校内校外交替教学、完善融合能力与素质的评价机制等手段进行教学改革。以上改革旨在夯实学生的知识基础，提升实践能力，塑造正确价值观，最终培养出符合国家发展要求的应用型人才。
在高等教育深度产教融合背景下，应用型高校的仪器分析与实验课程如何进行有效的教学改革直接影响人才培养质量。针对该课程教学团队产业背景薄弱、内容偏重理论、方法传统守旧、考核评价改革不足等问题，我们采用融合校内师资和企业师资、重构教学内容、线上线下与校内校外交替教学、完善融合能力与素质的评价机制等手段进行教学改革。以上改革旨在夯实学生的知识基础，提升实践能力，塑造正确价值观，最终培养出符合国家发展要求的应用型人才。
2025, 40(3): 291-301
doi: 10.12461/PKU.DXHX202406023
摘要:
单分子电子学作为纳米技术的重要分支，致力于研究单个分子的电学特性，为发展超小型、低功耗电子器件提供理论基础与技术支撑。精确调控单分子结的电子传输性质，是该领域面临的核心技术挑战。电化学调控，凭借其卓越的调控性和可逆性，正成为单分子电子学中一个极具潜力的研究方向。本文综述了近十年电化学调控在单分子电子学中的应用进展，涵盖了电输运能级、分子价态、电极与分子间键合方式以及离子液体双电层栅极的调控策略。通过分析具体案例，旨在帮助学生了解单分子电子学的研究前沿，理解其在现代纳米电子学中的重要性。
单分子电子学作为纳米技术的重要分支，致力于研究单个分子的电学特性，为发展超小型、低功耗电子器件提供理论基础与技术支撑。精确调控单分子结的电子传输性质，是该领域面临的核心技术挑战。电化学调控，凭借其卓越的调控性和可逆性，正成为单分子电子学中一个极具潜力的研究方向。本文综述了近十年电化学调控在单分子电子学中的应用进展，涵盖了电输运能级、分子价态、电极与分子间键合方式以及离子液体双电层栅极的调控策略。通过分析具体案例，旨在帮助学生了解单分子电子学的研究前沿，理解其在现代纳米电子学中的重要性。
2025, 40(3): 302-307
doi: 10.12461/PKU.DXHX202406059
摘要:
近年来，电化学技术不仅推动了能源、环保和材料科学等领域的进步，还为我们的日常生活提供了许多便利和保障。为了让电化学能够更贴近现实生活，让人们透过现象看到本质，本文将通过介绍自热包、体育产业、核酸检测等方面的电化学知识，主要包括电化学腐蚀发热、电化学储能技术以及石墨烯纳米复合材料在核酸传感器中的应用，提高人们对电化学的认识，从而更好地理解生活现象，提高科学素养。
近年来，电化学技术不仅推动了能源、环保和材料科学等领域的进步，还为我们的日常生活提供了许多便利和保障。为了让电化学能够更贴近现实生活，让人们透过现象看到本质，本文将通过介绍自热包、体育产业、核酸检测等方面的电化学知识，主要包括电化学腐蚀发热、电化学储能技术以及石墨烯纳米复合材料在核酸传感器中的应用，提高人们对电化学的认识，从而更好地理解生活现象，提高科学素养。
2025, 40(3): 308-317
doi: 10.12461/PKU.DXHX202406086
摘要:
超分子化学领域的多种常用模块均具有氧化还原活性，它们参与的非共价相互作用对于电子得失较为敏感。电化学技术一方面可以通过电子转移产生活性物种，从而调节非共价相互作用，另一方面也可以提供其他表征手段无法获得的能量和动力学信息，因此成为超分子化学研究领域的主要工具之一。本文通过对典型案例的分析，简要总结了电化学技术在超分子化学研究工作中发挥的具体作用。
超分子化学领域的多种常用模块均具有氧化还原活性，它们参与的非共价相互作用对于电子得失较为敏感。电化学技术一方面可以通过电子转移产生活性物种，从而调节非共价相互作用，另一方面也可以提供其他表征手段无法获得的能量和动力学信息，因此成为超分子化学研究领域的主要工具之一。本文通过对典型案例的分析，简要总结了电化学技术在超分子化学研究工作中发挥的具体作用。
2025, 40(3): 318-327
doi: 10.12461/PKU.DXHX202406089
摘要:
随着新型多肽药物开发领域的迅猛发展，天然多肽的化学修饰技术备受关注。与传统化学方法相比，有机电化学方法具有条件温和、化学选择性高、原子经济性好等诸多优点，符合绿色化学理念，已广泛应用于有机合成。近年来，该方法在复杂多肽修饰中的应用优势逐步显现。本文介绍了天然多肽的电化学修饰领域的最新进展，重点讨论了相关的实验方法、反应机理以及合成应用。
随着新型多肽药物开发领域的迅猛发展，天然多肽的化学修饰技术备受关注。与传统化学方法相比，有机电化学方法具有条件温和、化学选择性高、原子经济性好等诸多优点，符合绿色化学理念，已广泛应用于有机合成。近年来，该方法在复杂多肽修饰中的应用优势逐步显现。本文介绍了天然多肽的电化学修饰领域的最新进展，重点讨论了相关的实验方法、反应机理以及合成应用。
2025, 40(3): 328-332
doi: 10.12461/PKU.DXHX202405039
摘要:
以中医师余一的治病经历，阐述了凉性中药的苦涩味道与其所含活性成分如生物碱、萜类、糖苷类等的关系，并对苦味的作用机理进行了详细剖析。通过深入认识苦味的作用机理，探讨了中药合剂苦味掩蔽剂的作用机理和功效，从而使得苦口的凉药更多地被人们所接受。
以中医师余一的治病经历，阐述了凉性中药的苦涩味道与其所含活性成分如生物碱、萜类、糖苷类等的关系，并对苦味的作用机理进行了详细剖析。通过深入认识苦味的作用机理，探讨了中药合剂苦味掩蔽剂的作用机理和功效，从而使得苦口的凉药更多地被人们所接受。
2025, 40(3): 333-341
doi: 10.12461/PKU.DXHX202405177
摘要:
经典有机合成教学实验中，学生实验的产率通常不高，且结果不稳定。通过实验，学生通常只能了解到实验原理、实验流程和实验注意事项，对如何提高合成产品的产率和纯度缺乏深层次的探讨。为此，我们提出了高效实用的“逆向-逐级优化法”。本文以乙酸乙酯合成实验为例，采用色谱内标法分析产品的纯度和产率，将乙酸乙酯合成实验分解为反应蒸馏、洗涤干燥和产品蒸馏三个实验阶段，并按照从后向前的方式，对各阶段影响纯度和产率的主要因素进行优化。经过优化后，乙酸乙酯合成实验主要的影响因素和最优条件得以确定，不同学生在不同地区进行实验，均能保证产品纯度稳定在96%–99%之间，产率稳定在72%–75%之间。在经典有机实验中融入“逆向-逐级优化法”，不仅能帮助学生夯实基础，增强对基本操作技能的掌握和对理论知识的理解，还能培养学生的科研思维和解决问题的能力，从而让经典实验焕发新的活力。
经典有机合成教学实验中，学生实验的产率通常不高，且结果不稳定。通过实验，学生通常只能了解到实验原理、实验流程和实验注意事项，对如何提高合成产品的产率和纯度缺乏深层次的探讨。为此，我们提出了高效实用的“逆向-逐级优化法”。本文以乙酸乙酯合成实验为例，采用色谱内标法分析产品的纯度和产率，将乙酸乙酯合成实验分解为反应蒸馏、洗涤干燥和产品蒸馏三个实验阶段，并按照从后向前的方式，对各阶段影响纯度和产率的主要因素进行优化。经过优化后，乙酸乙酯合成实验主要的影响因素和最优条件得以确定，不同学生在不同地区进行实验，均能保证产品纯度稳定在96%–99%之间，产率稳定在72%–75%之间。在经典有机实验中融入“逆向-逐级优化法”，不仅能帮助学生夯实基础，增强对基本操作技能的掌握和对理论知识的理解，还能培养学生的科研思维和解决问题的能力，从而让经典实验焕发新的活力。
2025, 40(3): 342-348
doi: 10.12461/PKU.DXHX202405181
摘要:
聚焦学科前沿，结合教师的科研成果，设计了一项综合有机化学实验——磷钨酸催化三苯甲醇的直接转化制备肟醚类化合物。实验以绿色固体酸磷钨酸为催化剂，碳酸二甲酯为绿色溶剂，用三苯甲醇与二苯甲酮肟在室温下反应生成肟醚和水，并考察了催化剂用量对产率的影响。此外，结合催化转化验证实验和紫外光谱分析结果推断了反应机理——亲核取代反应碳正离子历程。该实验具有绿色环保、反应条件温和、前沿新颖等优点，不仅能够提升学生的实验技能、综合能力和环保意识，还可以激发学生的科研兴趣和创新思维，适合作为高校教学实验。
聚焦学科前沿，结合教师的科研成果，设计了一项综合有机化学实验——磷钨酸催化三苯甲醇的直接转化制备肟醚类化合物。实验以绿色固体酸磷钨酸为催化剂，碳酸二甲酯为绿色溶剂，用三苯甲醇与二苯甲酮肟在室温下反应生成肟醚和水，并考察了催化剂用量对产率的影响。此外，结合催化转化验证实验和紫外光谱分析结果推断了反应机理——亲核取代反应碳正离子历程。该实验具有绿色环保、反应条件温和、前沿新颖等优点，不仅能够提升学生的实验技能、综合能力和环保意识，还可以激发学生的科研兴趣和创新思维，适合作为高校教学实验。
2025, 40(3): 349-354
doi: 10.12461/PKU.DXHX202406109
摘要:
介绍了一个普通化学实验“化学能驱动的非平衡态变色”，主要包括基于三溴乙酸引发的pH跳跃导致的甲基红变色反应，并利用pH计对这一过程的机制进行了探究。通过本实验，可以帮助学生理解热力学稳态、动力学控制的非平衡态和能量耗散的非平衡态；掌握缓冲溶液、pH指示剂的基本概念；以及巩固一些常用仪器的使用方法。
介绍了一个普通化学实验“化学能驱动的非平衡态变色”，主要包括基于三溴乙酸引发的pH跳跃导致的甲基红变色反应，并利用pH计对这一过程的机制进行了探究。通过本实验，可以帮助学生理解热力学稳态、动力学控制的非平衡态和能量耗散的非平衡态；掌握缓冲溶液、pH指示剂的基本概念；以及巩固一些常用仪器的使用方法。
2025, 40(3): 355-362
doi: 10.12461/PKU.DXHX202406067
摘要:
该研究探讨化学实验教学改革，结合光能存储技术和信息加密技术，旨在提升学生实践能力、创新精神和问题解决能力。通过制备碳点-无机盐复合材料，使学生理解光能存储原理；设计信息加密实验，强化信息安全意识和环保理念。强调实验教学培养学生素质、团队合作，为化学教育改革提供新思路和实践案例。
该研究探讨化学实验教学改革，结合光能存储技术和信息加密技术，旨在提升学生实践能力、创新精神和问题解决能力。通过制备碳点-无机盐复合材料，使学生理解光能存储原理；设计信息加密实验，强化信息安全意识和环保理念。强调实验教学培养学生素质、团队合作，为化学教育改革提供新思路和实践案例。
2025, 40(3): 363-370
doi: 10.12461/PKU.DXHX202407108
摘要:
结合计算化学，对现有的物理化学实验教材中的“偶极矩测定”实验进行拓展，通过势能曲线探究乙酸乙酯的可能结构，并将偶极矩计算与结构相联系，同时考虑不同条件对偶极矩计算结果的影响。实验能够从微观角度对宏观现象进行辨析，并帮助理解结构与性质之间的关系。整个实验坚持“教-学-评”一体化，实验设计与课程思政有机融合，通过案例分享、知识探究，可有效激发学习兴趣和热情，培养思辨的科学研究能力。
结合计算化学，对现有的物理化学实验教材中的“偶极矩测定”实验进行拓展，通过势能曲线探究乙酸乙酯的可能结构，并将偶极矩计算与结构相联系，同时考虑不同条件对偶极矩计算结果的影响。实验能够从微观角度对宏观现象进行辨析，并帮助理解结构与性质之间的关系。整个实验坚持“教-学-评”一体化，实验设计与课程思政有机融合，通过案例分享、知识探究，可有效激发学习兴趣和热情，培养思辨的科学研究能力。
2025, 40(3): 371-380
doi: 10.12461/PKU.DXHX202405150
摘要:
在追求培养高素质应用型人才的教育目标指引下，本文提出了一个综合性实验模块，该模块融合了高分子化学、生物医学工程和仪器分析等学科领域的基础知识与实验技能。本实验以磷酸钙作为凝胶化的钙源，通过精确调控氯化钙与磷酸钠溶液混合比例及过程，实现了磷酸钙颗粒在天然高分子海藻酸钠溶液中的均匀分散。这些颗粒在搅拌作用下缓慢释放钙离子，与海藻酸钠发生交联反应，从而形成粒径在微米范围内的海藻酸钙凝胶颗粒，并在此过程中实现对药物的高效包载。实验中运用了动态光散射技术来评估颗粒的粒径及分布，通过荧光分光光度法来分析其药物包载效率及释放行为。本实验方案立足于当前科研领域的热点，并采用了经过广泛验证的环保材料与方法，保证了实验的生态友好性。同时，该实验模型具有潜在的拓展性，可适用于其他响应型高分子及药物载体的研究。本实验设计旨在同步促进学生的基础实验技能与高级研究素养，通过在探索性学习环境中对学生进行指导，进一步激发和提升他们的创新思维和自主研究能力，从而培育出能够引领未来科研领域发展的创新型人才。
在追求培养高素质应用型人才的教育目标指引下，本文提出了一个综合性实验模块，该模块融合了高分子化学、生物医学工程和仪器分析等学科领域的基础知识与实验技能。本实验以磷酸钙作为凝胶化的钙源，通过精确调控氯化钙与磷酸钠溶液混合比例及过程，实现了磷酸钙颗粒在天然高分子海藻酸钠溶液中的均匀分散。这些颗粒在搅拌作用下缓慢释放钙离子，与海藻酸钠发生交联反应，从而形成粒径在微米范围内的海藻酸钙凝胶颗粒，并在此过程中实现对药物的高效包载。实验中运用了动态光散射技术来评估颗粒的粒径及分布，通过荧光分光光度法来分析其药物包载效率及释放行为。本实验方案立足于当前科研领域的热点，并采用了经过广泛验证的环保材料与方法，保证了实验的生态友好性。同时，该实验模型具有潜在的拓展性，可适用于其他响应型高分子及药物载体的研究。本实验设计旨在同步促进学生的基础实验技能与高级研究素养，通过在探索性学习环境中对学生进行指导，进一步激发和提升他们的创新思维和自主研究能力，从而培育出能够引领未来科研领域发展的创新型人才。
2025, 40(3): 381-386
doi: 10.12461/PKU.DXHX202406087
摘要:
高效液相色谱(HPLC)是重要的仪器分析方法之一，然而大学仪器分析课程对于其固定相仅是粗略讲解，不能使学生将van Deemter方程理论知识与色谱柱固定相实际结构切实联系起来。本文介绍了一类新型核壳固定相，并从核壳型固定相的发展沿革、分离原理、结构优势几个方面分析了其教学应用。便于学生理解van Deemter方程应用并激发学生的学习兴趣。
高效液相色谱(HPLC)是重要的仪器分析方法之一，然而大学仪器分析课程对于其固定相仅是粗略讲解，不能使学生将van Deemter方程理论知识与色谱柱固定相实际结构切实联系起来。本文介绍了一类新型核壳固定相，并从核壳型固定相的发展沿革、分离原理、结构优势几个方面分析了其教学应用。便于学生理解van Deemter方程应用并激发学生的学习兴趣。
2025, 40(3): 387-389
doi: 10.12461/PKU.DXHX202406032
摘要:
学术界在表述环加成反应时，(m + n + …)和[m + n + …]环加成混用，不利于准确的学术交流。本文介绍了国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)规定的两种环加成反应表述方式，指明了它们的准确含义和使用环境。
学术界在表述环加成反应时，(m + n + …)和[m + n + …]环加成混用，不利于准确的学术交流。本文介绍了国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)规定的两种环加成反应表述方式，指明了它们的准确含义和使用环境。
2025, 40(3): 390-401
doi: 10.12461/PKU.DXHX202409134
摘要:
本文从底层逻辑出发，基于平衡体系中的平衡表达式与基本定量关系式推导了滴定曲线反函数的通式，并基于此对滴定曲线的重要信息(包括化学计量点和滴定突跃范围)进行了简单讨论。
本文从底层逻辑出发，基于平衡体系中的平衡表达式与基本定量关系式推导了滴定曲线反函数的通式，并基于此对滴定曲线的重要信息(包括化学计量点和滴定突跃范围)进行了简单讨论。
2025, 40(3): 402-407
doi: 10.12461/PKU.DXHX202406003
摘要:
碳自由基是有机化学反应中的一类重要活性中间体，研究不同类型碳自由基的结构及稳定性对阐明有机反应机理及反应选择性具有重要意义。本文运用密度泛函理论，探讨了碳自由基的结构及稳定性，旨在帮助学生理解其结构特征及稳定性规律，并为理解相关反应提供坚实的理论基础。此外，我们还深入探讨了烷烃氯代反应的选择性，加强了学生对烷烃自由基取代反应的认识，使他们更全面地掌握这一主题。
碳自由基是有机化学反应中的一类重要活性中间体，研究不同类型碳自由基的结构及稳定性对阐明有机反应机理及反应选择性具有重要意义。本文运用密度泛函理论，探讨了碳自由基的结构及稳定性，旨在帮助学生理解其结构特征及稳定性规律，并为理解相关反应提供坚实的理论基础。此外，我们还深入探讨了烷烃氯代反应的选择性，加强了学生对烷烃自由基取代反应的认识，使他们更全面地掌握这一主题。
2025, 40(3): 408-414
doi: 10.12461/PKU.DXHX202407066
摘要:
有质量微观粒子的“波粒二象性”和“量子化”等是初学量子化学过程中必须理解但又难以理解的基本概念。本文以电子的能量方程和动量算符出发讨论微观粒子的波粒二象性、运动空间的限域化和能量的量子化，推理得出限域导致量子化的结论。
有质量微观粒子的“波粒二象性”和“量子化”等是初学量子化学过程中必须理解但又难以理解的基本概念。本文以电子的能量方程和动量算符出发讨论微观粒子的波粒二象性、运动空间的限域化和能量的量子化，推理得出限域导致量子化的结论。
2025, 40(3): 415-424
doi: 10.12461/PKU.DXHX202408063
摘要:
基于跃迁偶极矩阵元的基本公式，澄清了结构化学教材中关于原子光谱选律的几个疑惑问题，讨论了双原子分子转动和振动光谱、多原子分子红外光谱与拉曼光谱、紫外-可见电子光谱及圆二色谱选律的具体表述形式，并给出了相关等价判据。同时对多种光谱选律的含义与合理性进行了阐释。
基于跃迁偶极矩阵元的基本公式，澄清了结构化学教材中关于原子光谱选律的几个疑惑问题，讨论了双原子分子转动和振动光谱、多原子分子红外光谱与拉曼光谱、紫外-可见电子光谱及圆二色谱选律的具体表述形式，并给出了相关等价判据。同时对多种光谱选律的含义与合理性进行了阐释。
