化学是一门蕴藏着无数创新机会的学科。它和社会生活及生命科学有着密切的联系。在知识经济占主导地位的信息社会要培养创新型人才,必须对课程结构、教学内容和教学方法实施变革,注意知识、能力、素质综合型人才的培养,以培养学生创新能力为主导方向。我们结合化学专业的特点和学院的办学定位,从改革课程体系、优化教学内容着手,对无机化学教学内容及教学方法进行了一系列的改革探索,在课堂教学中引入新思维、新方法和新手段,突出教学主体,加强学生能力培养,提升教学效率。逐步实现了从”应试型”向”素质型”、从”知识灌输性”向”知识创造性”等教学模式的转变。 一、教学方法论 无机化学是四大基础化学之首,是化学专业学生进入大学后所学的第一门专业基础课,也是后续专业基础课程的基础,它的教学内容和教学效果直接影响到其他专业基础课的学习。如何搞好无机化学教学工作,使无机化学的教与学变得轻松有趣,提高教学效果,积极有效地利用课堂教学对提高教学质量和效果以及激发学生的自主学习兴趣和提高学生的学习实践能力是至关重要的。教育工作者们已提出了诸多的教学方法,如启发式、诱导式、互动式、提问式等等,鼓励学生参与课堂教学,培养学生的自学能力。然而,实际工作中如何有效地运用这些方法则需要长期的实践积累。借鉴他人的教学经验并根据授课内容和学生特点,将适合于自己课堂的教学方法结合起来灵活运用。 同时,充分利用各种资源、从网络中搜寻各种资料,将一些抽象内容以直观、简单、丰富多彩的画面通过多媒体教学手段展示出来,改变了单调、枯燥的学习内容和方式,使学生容易理解,激发学生学习兴趣。 (一)重视绪论:绪论是开宗明义的第一篇,是一门课的导语。绪论教学将会给学生带来先入为主的影响,使学生了解该门课的教学目的、教学内容和应有的学习方法,可以直接调动学生对课程的学习动机,激发学生的学习兴趣。将绪论内容整理后,分为三个部分来讲授:一是无机化学的发展史:二是无机化学研究目的及著名化学家:三是无机化学之魅力所在。每个部分都配以丰富多彩的图画,并融合科技和生活实例,使学生对无机化学的知识及应用有一个显著的了解和清晰的认知。同时,结合某些章节的授课内容提出一些问题,激发学习兴趣,为后续的授课奠定良好的开端。无机化学是研究无机物质的组成、性质、结构和反应的科学,它是化学中最古老的分支学科。对于矿物资源的综合利用,近代技术中无机原材料及功能材料的生产和研究等都具有重大的现实意义。同学们在高中学习了部分基础理论知识,相对简单,还不能真正体会化学对我们的生产车活的重要性,以及学好化学基础知识对专业课学习的重要性。在这种情况下,如何揭开《无机化学>课程的序幕,激发学生的求知欲,领引学生步入无机化学知识的海洋,绪论部分的讲授就显得突出的重要。 (二)突出重点,化解难点:重要知识点的讲解注重大学教材与高中化学内容的衔接,注意吸取中学教学的特点,确定无机化学教学的最佳起点。简化高中化学中已经涉及的知识点,重点讲解高中化学未涉及的宏观化学原理和微观结构构成在基础化学中的应用,加强基本化学能力的训练,提高基础化学的理论层次,将理论知识溶于社会生产生活中,培养学生的兴趣。 此外,无机化学内容多、学时少,因此在教学过程中要尽量突出重点,强调最基本的原理和内容,特别是对无机化学基本概念的理解,不要求学生记住过多的知识和反应原理,侧重于理解化学的基本思路和研究方法。要做到这一点,首先要求老师课堂讲课要少而精,精而深,戒多戒杂,在重点、难点和关键之处多花时间。比如在讲解”分子的结构和性质”一章,要求学生重点掌握价键理论、杂化轨道理论和分子轨道理论的基本概念、原理及分析实例。在讲解过程中,本人通过概念的分割细化、对比、总结等将价键理论、杂化轨道理论和分子轨道理论所包括的重点和难点内容详细讲解,并例举典型实例,让同学们自己分析、讨论。通过知识点的反复练习帮助同学们理解和记忆知识。每章结束后,上一次习题讨论课,将本章的知识要点,难点融入到试题中讲解。将前面各章的知识串联对比、前后联系、融会贯通、理清脉络,指出难点和重点。 (三)鼓励学生,主动探求:中学化学以计算,推断和反应方程式为主,基本概念、原理简单;但大学化学注重实验,注重使用学过的理论解决实践问题,概念、原理抽象,要求培养理论思维。大学化学是”不理想的”,很多理论是远远不能认为是完善的。因此,在教学中要引导学生渐进地深入思考、鼓励学生提出质疑。鼓励学生质疑可以集中学生注意力,提高学习兴趣;可以拓展思维、提高实践能力;可以反馈评价,调控教师的教学:也可以引导学生的思考方向,扩大思维广度,提高思维层次。同时也要引导学生善于发现问题、提出问题和解决问题。通过这种方法,不但能增强学生学习的目的性和自觉性,同时还可帮助教师认真学习和掌握各种教学方法和理论,在处理各种教学问题上做到游刃有余,从而有效提高教学质量,促进教与学的有机结合。 (四)运用多媒体:在课堂教学中使用多媒体课件,结合网络资源和教材,利用现代化教学手段,使形、声、色、光、电多媒体教学融为一体,冲破时间、空间、微观和宏观的条件限制,将教学中的抽象内容具体化、形象化。遵循重点突出、层次分明、条理清楚、有的放矢的基本原则,使学生轻松把握课程的重点和难点。同时,电化教学用形声并茂来代替抽象冗长的讲述和繁琐忙碌的板书,节约教学时间,增加单位课时的教学内容和容量。由于多媒体教学信息量大、速度快,往往会出现学生跟不上教师讲课速度的现象。教师在使用多媒体教学的过程中一定要适当控制授课速度以给学生足够的缓冲时间。 二、培养兴趣,提高学生自主学习的能力 在无机化学的教学过程中,不仅要讲清楚基本概念与原理的内涵,还需要介绍它们的实际应用情况。理论和实践相结合有利于学生明确学习目的,激发学生的学习兴趣与积极性。同时,无机化学内容广泛,包括理论部分和元素部分,理论部分涉及到化学热力学和动力学的内容,学生难以理解;元素部分内容多而杂,系统性差,学生难以掌握,这些因素都导致学生学习无机化学的困难加大。因此,在无机化学教学中引导学生自主学习,提高学生自学能力是非常重要的。指导学生自学不仅是《无机化学》教学活动的必然手段,而且对学生在大学阶段甚至以后的整个的学习过程中都有着积极的作用。让学生掌握自学的方法,使他们体会到”发现”的快乐,体会到自己比中学时期在学习上质的飞跃。 化学是一门与人们日常生活紧密联系的科学,当代人们面临许多问题,如:材料、能源、生物和环境等等都需要用化学知识来解决。在《无机化学》教学过程中适当介绍一些材料生产、生活消费和环境保护等领域中的化学问题和研究状况,可以激发学生对学习化学的认知性。如在讲述离子极化对物质性质影响时,让学生讨论几种离子化合物的热稳定性?几种离子化合物颜色深浅?分析是什么原因引起化合物这些性质差异?通过课堂讨论引发学生好奇心,增加了学习乐趣。 三、注重现场实验教学 无机化学实验是化学、材料和环境专业的基础实验课,其目的是培养学生掌握无机化学的实验方法和基本操作技能,养成严谨的科学态度和良好的习惯,加深对无机化学基本概念、基本理论、元素及化合物性质的理解,逐步掌握准确地观察和分析化学反应现象及数据处理方法。实验以其真实性、直观性,给学生第一手感性材料,任何模拟、说明、比喻、描述都必须基于实验基础上,帮助学生理解教材内容。因此,必须重视实验教学实验课与理论课应该是相辅相成的。教师应该首先让学生从思想上明确实验课的重要性,其次可以通过加大实验考核力度引起学生对实验课的重视。为了培养学生的仪器使用技能、实验室工作技能,实验操作技能,独立工作能力,针对当前化学实验教学内容上,验证性实验多,研究性实验偏少,单元性操作多综合性实验少,对教学内容和教学方法进行了改革,有计划有步骤地为学生成才创造成才的氛围,让学生在实验室中受到科学熏陶。为此在实验教学中进行了以下的改革尝试:1、学生做实验助理,参与课前实验准备工作和课后的整理工作。学习实验试剂的配制、实验仪器的安装和调试等,培养他们动手能力;2、增加综合性实验,提高学生运用理论知识的能力;3、实验操作竞赛,增强学生的参与和竞争意识:4、开放性实验,给学生提供实验操作条件,鼓励学生提高操作技能和独立工作能力培养。 综上所述,当前无机化学正处在蓬勃发展的新时期,许多边缘领域迅速崛起,研究范围不断扩充。无机化学教学改革是一项复杂的系统工程,在实践中需要不断探索、提高和完善,这还有待于我们积极学习成功的经验,逐步提高教学质量。
化学实验是实施素质教育的重要组成部分对其功能要充分挖掘尤其是它的育人潜能如何通过教学实验体现出来仍需研究从化学教育现代化来看化学实验是个突破口和生长点现代化的新方法、新手段、新教材……可以在实验中体现和应用这同样需要不断地进行引进和研究从对化学教育工作者来说从事实验研究应该是基本功只有亲自从事研究才能更好地培养学生具有科研能力并养成科研习惯在中学基础课中的化学实验一般具有较强的典型性、直观性和可靠性多年来经过无数次重复人们积累了大量成功与失败的经验按说应该达到“炉火纯青”了但事实并非如此很多实验仍然在不断被完善、改进、改造、取代、补充其变化动向至少有以下五个方面:--安全、微型这是普及化的动向可以把一些演示实验转化为学生实验随堂实验或家庭实验由于其安全、用药量小很适合目前我国的国情同时这一变化在防治污染方面也具有教育作用与现实意义--可靠性强这是作为演示实验非常重要的要求在课堂上演示的失败再加上教师不善于科学地说明实验不成功的原因给教育教学带来严重的消极影响因此实验改进中提高成功率是教师非常关心的事?因此便于操作直观性强、适应性强、合理节约时间等都是研究的方向--新材料、新方法、新手段、新设计、新组合的引进和研究随着塑料、有机玻璃等材料的应用以及燃气、电热、光波、电弧、电火花、电磁等能量传递手段的应用化学实验在直观、安全、快速等方面有明显的改进电脑与化学实验结合的研究也是热点--可以用作补充内容的实验开发如高温、低温、高压、减压、显微反应……又如在社会、生产、生活上有实际应用的实验开发像洗涤剂、水质净化、粘合剂、烹饪、饮料、保健用品、废品回收、化学游戏等等这一变化能体现化学日常生活生产的密切关系使学生对化学能创造财富的巨大潜力产生实感--改进完善目前教材中一些难度较大、设计欠佳或易引起错觉的内容补充一些对概念理论的理解有促进作用的实验重视化学实验和对其进行研究既是必要的也是可能的教育行政部门要从经费上想方设法给予保证要重视教师、实验员提高实验能力的培训工作要把实验教学的优劣纳入对学校教师的评估让化学实验在育人方面的切能更好地发挥出来
超分子化学,一个学科高度交叉的领域,是化学、物理、生命、材料、信息等领域交叉研究的热点,由佩德森、克莱姆和莱恩共同创立,是最近几十年来兴起的一门边缘学科。超分子化学可以定义为分子间弱相互作用和分子组装的化学,其核心内容就是分子识别和分子自组装。超分子化学的奠基人,法国化学家莱恩称超分子化学为“超越分子的化学”,是“分子的社会学”。超分子化学是基于冠醚与穴状配体等大环配体的发展及分子自组装的研究而迅速发展起来的,所以常见的超分子主体有冠醚、环糊精、穴醚、杯芳烃等。其中,杯芳烃由于分子的独特结构及其多种可行的衍生化,可以使人们根据不同的目的来设计具有特殊结构和高度选择性的主体分子,以用于贵金属的富集和分离、分子识别、模拟生物系统内光电转换、分子开关、超分子建筑等方面。超分子的基本功能包括识别、输送、催化等。利用分子间氢键相互作用组装的超分子液晶材料在功能材料、非线性光学、生物医学等领域都具有潜在的应用价值。生命体中执行生命功能的是无数个超分子系统,如DNA的合成、RNA的转录、蛋白质的合成等,也就是说生命的奥秘主要在于超分子层次,所以超分子的研究是理解生命现象、探索生命起源的一个重要领域。与共价键作用的传统高聚物相比,超分子聚合物的形成是基于分子间的弱相互作用。通过分子间的弱相互作用,超分子化学可以在温和的条件下构筑复杂和多维的超分子组装材料,而这些材料用传统的共价键有机合成法是很难实现的。
化学实验,我们普通人经常看到华丽的实验现象。但是有一种说法是越漂亮的东西越危险,化学也不例外。据说每一波化学生都会有一两个个的人被死神选中。在众多的化学元素中,还有一种元素叫做“化学中的死亡”,研究它是需要付出代价的。氟F是卤素家族中最轻的因子。氟是标准状态下的淡黄色剧毒气体。第一个被氟杀死的科学家是瑞典化学家舍勒,他发现了氧气(空气中的氧气)。1774年,舍勒在研究硫酸与萤石的反应时发现了HF。不幸的是,舍勒的玻璃容器在实验中被腐蚀了,导致他吸入了过多的氢氟酸。不久,年仅44岁的舍勒死于氟中毒,舍勒成为氟研究的第一个受害者。1836年,苏格兰化学家诺克斯兄弟开始尝试提取元素氟。他们用金箔在氢氟酸中反应。虽然他们成功提取了低纯度的氟,但兄弟俩有一个个差点中毒身亡,一个个住院三年。直到1886年氟才被成功分离。氟的发现者是法国化学家莫瓦桑,他也成了最后一个个氟的“受害者”。1906年,莫瓦桑获得了诺贝尔化学奖,但化学工业的死亡并没有放过这个幸运儿。1907年,他死于心脏病。临行前,莫瓦桑承认,“研究氟让我失去了宝贵的十年!”氟化物听起来大家都很熟悉。是的,我们的牙膏含有氟,可以预防龋齿。但是市面上有很多不含氟的牙膏作为卖点。他们认为,如果人体摄入过多的氟,会导致骨骼脆弱,牙齿容易骨折。
“碳基能源转化利用的催化科学”重大研究计划2020年项目指南碳基能源转化利用的催化科学重大研究计划面向碳基能源高效利用的国家重大战略需求,针对催化表界面化学所涉及的关键科学问题开展系统深入的研究。本重大研究计划注重催化剂结构、表界面特性,以及外场环境对催化剂表界面电子态的影响和调控,重点关注能源小分子高效转化相关的C-H键和C-O键的催化活化及C-C偶联等反应;创新碳基能源利用的化工过程,优化反应历程,以达到高效、环保和CO2低排放的目标;建立和发展高分辨表征手段,实现在实际催化反应条件下对反应过程进行精准表征;发展新的理论方法,实现在接近真实催化反应条件下的理论模拟和预见,为未来在分子、原子水平上对催化剂活性中心进行理性设计提供指导。一、科学目标本重大研究计划拟通过化学、化工、数理、材料等多学科交叉融合,针对碳基能源分子的高效转化,在催化相关的理论和实验的创新上取得突破,充分发挥和放大我国在微纳米和表界面研究领域的优势,力争在催化表界面理论研究方面形成特色;着重解决涉碳化学键催化活化、合成气高效转化和碳基小分子电催化转化等过程的关键科学问题,推动碳基能源的产业革命;造就高水平、结构合理的研究队伍,培养精于理论和实验科学研究的优秀青年学者,大力提升我国在这一领域的竞争力和国际地位。 二、核心科学问题本计划针对碳基能源转化利用的催化科学,围绕以下三个核心科学问题展开研究:(一)催化剂固体表界面局域原子和电子结构的精准设计与构建。(二)碳基载能分子在表界面的选择活化和定向转化。(三)催化剂固体表界面特性与环境和外场的相互作用机制及调控规律。 三、2020年度重点资助研究方向进一步聚焦碳基能源转化利用的关键催化科学问题,针对合成气直接转化、CO2和甲烷催化转化等过程,加强理论研究并与实验相结合,注重发展和利用原位表征新技术和新方法。2020年拟在前5年资助项目的基础上,对以下方向进行集成:(一)研究电催化剂和电解质的构效关系,认识相关表界面电催化反应机理,揭示电催化过程中多相多尺度作用机制和调控规律,实现CO2和CH4活化和定向转化为烯烃或其它高值化学品的高效电催化过程,并达到工业级电流密度(不小于0.5 A/cm2)。(二)针对甲烷活化反应,发展催化剂表界面结构调控催化特性的新方法,认识C-H高效活化、C-C可控偶联的新机制,创制新催化剂和新反应过程,实现甲烷直接转化,高效制取高值化学品和液体燃料。(三)发展理论和实验研究方法,在原子尺度上研究氧化物催化剂表界面缺陷结构的调控规律和碳基小分子的活化机理,揭示C-O和C-H等化学键活化、以及中间体形成和转化的热力学和动力学规律,系统探索和深入认识纳米限域催化和单原子催化的本质,形成化学键精准构建的催化新概念和新理论。四、2020年度资助计划2020年度拟资助集成项目3-4项,直接费用的平均资助强度约为1000-1500万元/项(由指导专家和评审专家组根据评议情况确定资助额度),资助期限为3年,申请书中研究期限应填写“2021年1月1日-2023年12月31日”。“多相反应过程中的介尺度机制及调控”重大研究计划2020年度项目指南过程工业涵盖能源和资源转化利用等重要基础产业,但效率低、污染重、资源浪费严重,多数过程的工艺技术开发周期长、风险和费用高,这些问题已成为可持续发展的瓶颈。多相反应是其中最普遍与最核心的过程,探索这些过程中介尺度结构的形成机理、实现其科学定量描述与定向调控已成为过程工业发展的前沿。多相反应过程中的介尺度机制是指由大量单元组成的系统在个体单元与整体系统之间的尺度范围内复杂时空结构的形成与演化规律。主要包括两个层次的介尺度问题,其一,分子尺度到颗粒(包括气泡、液滴等离散单元)尺度间的材料结构或表界面时空尺度;其二,颗粒尺度到反应器尺度间形成的非均匀结构的时空尺度。本重大研究计划将阐明其机理,发展模拟计算与实验表征方法,进而建立相关模型与理论,重点揭示介尺度结构对流动-传递-反应行为的影响及其耦合规律,建立多相反应过程定量设计、优化和调控的方法,形成以介尺度科学为基础的过程工程学科新方向,服务于相关工艺和过程的开发。一、科学目标针对多相反应过程中的材料和反应器两个层次中普遍存在的介尺度问题,明确不同系统中介尺度结构的定义和特征,阐明多尺度过程的介尺度作用机制,寻找量化规律,建立共性理论;鼓励学科交叉,突破传统方法的局限性,解决重大工程应用中的关键问题。二、核心科学问题本重大研究计划将重点针对多相反应过程中介尺度行为和效应显著的气固、气液、气液固和复杂流体等系统,瞄准相关应用过程中的共性基础问题,在深入剖析现有典型工艺的基础上,对材料表界面和颗粒聚团两个介尺度问题以及它们在颗粒尺度进行流动-传递-反应耦合的规律进行研究,解决以下三个关键科学问题:(一)材料及表界面介尺度结构的形成机理与反应的定向调控。(二)反应器中介尺度流动-传递过程的多机制耦合与调控。(三)上述两个层次间关联的理论与方法。 三、2020年度重点资助研究方向为进一步聚焦介尺度核心科学问题,在原资助项目的基础上,本重大研究计划2020年继续进行项目集成,主要针对重大应用过程中材料/表界面层次和反应器层次的具体介尺度问题实例,发展和验证介尺度机制的基本原理,建立基于介科学原理的计算方法,解决重大应用中的瓶颈科学问题。所有集成项目须包含以下四项研究内容:(一)典型过程中介尺度结构对传递和反应的影响。(二)介尺度机制的形成原理、耦合效应和运行规律。(三)基于介科学的模型化和计算方法。(四)重大工业应用范例。四、2020年度资助计划2020年度拟资助集成项目1项,直接费用资助强度约为1000-1500万元/项,资助期限为1年,集成项目申请书中研究期限应填写“2021年1月1日-2021年12月31日”。资助项目数和资助经费将根据申请情况和申请项目研究工作的实际需要而定。“团簇构造、功能及多级演化”重大研究计划2020年度项目指南团簇是介于原子/分子与宏观物质之间的多核聚集体,具有确定的原子组成和化学结构,代表了凝聚态物质的初生态,是关联宏观性质和物质微观结构的理想模型,对深刻认识和理解物质转化的规律具有重大意义。一、科学目标通过化学、物理、生命、材料、环境、信息等多学科交叉,发展新型团簇及其多级结构构筑的新概念、新策略、新方法和新反应,建立团簇高精度和高分辨表征的新技术,在原子水平上揭示团簇特殊性质的结构基础与演变规律,理解团簇结构与功能的关联,制备功能团簇基材料与器件,解决基于团簇的变革性技术中的关键科学问题,促进相关学科的发展。二、核心科学问题本重大研究计划将聚焦团簇构效关系,探索物质结构与性能随团簇尺寸变化的规律,揭示团簇稳定性机制,理解多级团簇体系中主体与环境的作用机制,实现功能导向的多级团簇结构的精准构筑和宏量制备。 (一)团簇的稳定性机制。具有特殊结构与独特性能的新型团簇的发现、团簇形成机理和稳定化机制的理解、各种化学键及弱相互作用的认知。(二)团簇电子结构的规律。团簇结构及稳定性随团簇尺寸的演变规律、团簇的“幻数”特性、团簇的构效关系。(三)多级团簇功能的调控原理。多级团簇功能与团簇内聚集态、簇际相互作用、团簇与环境耦合的关系。 三、2020年度重点资助研究方向针对原子团簇、分子团簇及其多级体系(特别是生物体系)中的重要科学问题,发展团簇研究的新方法和新理论,揭示团簇的形成机制、稳定性规律和构效关系,构造具有独特功能的团簇材料与器件。本重大研究计划2020年度重点资助以下研究方向: (一)团簇多级结构的精准构筑。建立团簇的定向设计、高效合成策略和宏量制备方法,认识和理解团簇稳定性机制,揭示团簇制备的调控规律。理解团簇内聚集态、簇际相互作用、团簇与环境及外场间相互作用的规律,揭示团簇基功能材料的构效关系,进而实现功能复合。重点支持新型团簇体系的合成方法和多级组装结构的研究,特别注重主族元素团簇、f区元素团簇、模拟酶团簇、中性团簇及团簇组装的功能材料体系。 (二)团簇的电子结构及演化规律。发展团簇的电子结构和稳定性理论,开发团簇体系的计算方法和软件,理解大尺寸团簇的化学成键和电子结构。建立团簇结构数据库,发展人工智能方法,指导团簇实验研究。发展先进的团簇束源技术,建立团簇表征新方法,揭示团簇热力学性质、成核机制和生长演化规律。重点支持高核团簇和复杂团簇的电子结构理论和高效计算方法、高时空分辨的谱学方法与成像技术、团簇结构和动力学的原位研究方法。 (三)团簇的功能与应用。设计团簇基能源与信息材料,揭示团簇内核结构、配位结构、簇际相互作用、环境和外场等因素对材料性能的调控规律,实现团簇功能的理性设计,开展高性能原型器件的探索研究。重点支持团簇在量子计算、分子电子学、人工光合作用、温和固氮、能量转换、原子制造、量子精密测量与传感、生物医药等领域的应用,特别注重具有重大应用前景的团簇组装材料如量子材料、信息材料和催化材料等研究。四、2020年度资助计划2020年度拟资助培育项目25-35项,直接费用资助强度约为80万元/项,资助期限为3年,申请书中研究期限应填写“2021年1月1日-2023年12月31日”;拟资助重点支持项目5-7项,直接费用资助强度约为300-400万元/项,资助期限为4年,申请书中研究期限应填写“2021年1月1日-2024年12月31日”。“大气细颗粒物的毒理与健康效应”重大研究计划2020年度项目指南本重大研究计划自立项以来,在PM2.5毒性组分辨识与溯源、PM2.5环境流行病学证据与特征、PM2.5污染的典型健康危害等三方面取得重要突破。随着大气污染防治策略的实施,全国范围PM2.5控制效果显著。然而,PM2.5质量浓度的下降并不意味着健康危害的同等程度减少,组分差异决定了PM2.5健康风险的差异,PM2.5多种复杂组分的联合毒性作用研究从方法到机制都不清楚。已资助的环境流行病学研究揭示了PM2.5是我国慢阻肺和哮喘高发的主要因素之一,建立了全球范围PM2.5污染与城市居民死亡率暴露-反应关系,提出了我国阶梯性控制PM2.5带来的心血管健康获益,且在相应的PM2.5健康危害机制方面有所建树;但是仍亟待建立PM2.5污染对重大疾病发生发展影响的暴露-效应-健康危害全链条证据。本重大研究计划拟进一步组织多学科领域专家合作攻关,开展全链条分析,通过理论与方法学创新,回答大气细颗粒物组分与其毒性间的因果关系,揭示典型地区大气细颗粒物污染的机体损伤机制。 一、科学目标本重大研究计划拟围绕大气细颗粒物毒理机制与健康危害重大科学问题,解析雾霾关键毒性成分及其来源和暴露途径;提出并建立个体水平和人群水平暴露评估的方法,阐明我国雾霾高发地区大气细颗粒物污染的暴露特征;寻找并利用代谢组、遗传和表观遗传生物标志物,解析细颗粒物对关键信号路径的扰动作用,诠释我国特征大气细颗粒物毒性组分的生物学效应和毒理学机制;揭示大气细颗粒物可能诱发的机体应答与机体损伤作用机理,阐明大气细颗粒物污染与相关疾病的联系及其可能的影响机制。二、核心科学问题核心科学问题是“大气细颗粒物的毒性组分、毒理机制与健康危害”。(一)典型区域大气细颗粒物毒性组分及暴露研究方法学。(二)大气细颗粒物毒性组分的生物学效应与毒理学机制。(三)大气细颗粒物的健康危害效应。三、2020年度重点资助研究方向(一)集成项目。2020年本重大研究计划拟在前5年资助项目的基础上,对以下方向集成:1.我国典型地区大气细颗粒物的机体损伤机制。立足我国区域大气细颗粒污染实际,结合典型地区大气污染情况,开展“大气细颗粒物污染-外暴露-内暴露-效应标志物-机体损伤”的全链条研究,发现高灵敏度和高特异性的暴露、效应和易感生物标志物,建立环境暴露剂量与机体损伤的关系并诠释其特征,阐明细颗粒物诱发机体功能异常和相关疾病的生物学基础,继而揭示典型地区大气细颗粒物污染对重大疾病发生、发展、恶化等典型有害健康结局的影响机制。2.大气细颗粒物及其活性组分的毒理学机制。大气细颗粒物质量浓度的下降并不等同于其健康风险的同等程度降低,低质量浓度PM2.5暴露下,其毒性组分的决定作用更趋显著。利用效应导向的大气细颗粒物毒性组分解析技术,结合机器学习等先进方法,阐明实际PM2.5典型活性组分的联合毒性作用机理。结合典型地区环境细颗粒物组成,揭示污染组分类型与比例的变化及共存大气污染物对细颗粒物毒性效应和单位质量浓度PM2.5下降所致毒性消减的影响机制,回答大气细颗粒物组分与其毒性间的因果关系。(二)重点支持项目。根据前5年项目资助与完成情况,结合最新出现的环境问题,2020年本重大研究计划拟在以下方向资助重点支持项目:1.大气细颗粒物的体内存在识别和分布规律;2.室内细颗粒物污染及其健康危害特征;3.空气细颗粒物对SARS-CoV-2等典型冠状病毒环境传输的影响。 四、2020年度资助计划2020年度拟资助重点支持项目2-3项,直接费用平均资助强度200-300万元/项,资助期限2年,申请书的研究期限应填写“2021年1月1日-2022年12月31日”;拟资助集成项目2项,直接费用资助强度为1200-1500万元/项,资助期限为2年,集成项目申请书研究期限应填写“2021年1月1日-2022年12月31日”。资助项目数和资助经费将根据申请情况和申请项目研究工作的实际需要而定。
根据我国义务教育化学课程标准(2011年版)界定了初中化学教学中应建构的“物质观(微粒观和元素观)、结构观、转化观、能量观、分类观、实验观、守恒观、定量观、辩证观和STSE观”等十大初中化学基本观念,为了便于大家理解,特在本文中将这十大初中化学基本观念的主要观点及其渗透的思想方法、解题方法和核心素养做如下总体介绍。1.物质观物质观包括微粒观和元素观。其基本思想——世界是由物质组成的,物质是由不同层次的微粒构成的;世间万物都是由元素组成的。微粒观的主要观点。①构成物质的微粒种类(分子、原子、离子等)、基本特征(很小、运动的.有间隙)及联系。②物质变化的微观本质。③构成物质的微粒数及其变化的计量。其主要方法:物质构成描述法、物质变化的微粒解释法、微粒图示法。元素观的主要观点。①物质与元素的关系:元素在自然界中以游离态或化合态存在,因此物质有单质与化合物之分。②元素与原子的关系:元素是同一类原子的总称。③根据元素的性质,可分为金属元素和非金属元素,元素具有-定的化合价。④建立以某元素为核心的物质家族。看到某一种元素,能够想到含有该元素的一系列物质.该元素在各物质中存在时的形态,包括它的化合价、所处的微观环境等。其主要方法:物质组成描述法、化合价及化学式推断法.元素系列物质推断法。2.结构观结构观的基本思想一物 质的组成结构与性质、用途.存在之间存在相关性。其有以下主要观点。①物质的组成和结构决定物质的性质,物质的性质反映物质的结构。②物质的性质决定它在自然界的存在和用途。③物质结构的变化必然引起化学性质的变化。④通过物质所反映出的化学反应和性质,可认识和确定物质的结构。其主要方法:结构性质推断法、性质用途推断法。3.转化观转化观的基本思想-物质转化遵循强制弱的规律。其有以下主要观点。①化学变化就是原子的重新组合,遵循质量守恒定律。②化学变化是在一-定条件下发生的。③化学变化都伴随着能量变化。④化学变化普遍存在“强制弱”的规律,例如:复分解反应发生的条件是生成沉淀(溶解度大的制溶解度小的)、气体(沸点高的制沸点低的)或水(电离程度大的制电离程度小的);置换反应中金属活动性强的制活动性弱的。其主要方法:元索系列物质转化法、置换反应规律应用法、复分解反应规律应用法。4.能量观能量观的基本思想一-自然界的一切物质都具有能量,物质转化过程中能量是守恒的。其有以下主要观点。①构成物质的微粒都在不断地运动,都具有一定的能量,从而使物质具有一定的.性质。②原子核外电子按照能量高低分层运动,电子能量的高低决定原子得失电子的难易。③原子之间的强烈作用使原子处于能量较低的稳定状态,从而使元素表现--定的化合价。④物质转化过程伴随能量转化,而且转化的能量是守恒的,不论是物质的状态变化,还是放热反应或吸热反应。⑤化学反应的发生需要具备-定的能量。其主要方法:能量守恒法。5.分类观分类观的基本思想-对物质 及其变化进行分类研究的思想方法。其有以下主要观点。①根据物质的组成进行分类,分为混合物和纯净物、单质和化合物.氧化物、酸、碱.盐、有机物等。②根据物质的类属研究各类物质的性质。③把物质变化分为物理变化和化学变化,把化学变化分为化合、分解、置换、复分解、氧化还原反应类型等,研究化学反应的规律。④根据分散系的特点分为溶液和浊液、饱和溶液和不饱和溶液,研究其相互转化规律。其主要方法:元素分类法、物质分类法、物质变化分类法、溶液分类法、物质制备分类法。6.实验观实验观的基本思想一“ 以实验为基础”,通过化学实验求证的思想方法。其有以下主要观点。①实事求是的科学态度。②化学结论来自化学实验,实验是检验化学理论的标准。③如实合理分析简单综合的化学实验过程。④运用化学特有的研究方法探究与解决简单的化学问题。其主要方法:科学探究法、变量控制法、对照实验法、方案设计评价法、实验答题三步术。7.守恒观守恒观的基本思想一物质 及其变化过程中元素、质量、能量守恒的思想。其有以下主要观点。①化学反应是原子的重新组合故都存在着物料守恒:从宏观物质看即质量守恒,从微观粒子看即粒子守恒。②氧化还原反应中氧原子的得失总数守恒。③化合物中正负化合价总数守恒;电解质溶液中阴阳离子的电荷守恒。④溶液稀释或混合前后溶质的质量守恒,同温同溶质的饱和溶液的浓度守恒。其主要方法:质量守恒法、粒子守恒法、氧原子得失守恒法、溶质守恒法、浓度守恒法、正负化合价守恒法、离子电荷守恒法。8.定量观定量观的基本思想:在定性分析的基础上对化学事物进行深化的精确的定量表达与推理。其有以下主要观点。①物质及其变化都是以一定“量”的形式存在和发生的。②表达物质的各种物理量往往存在定量相关性。③物质的量变会引起相应的质变规律。④实验操作中关注细微的“量”。⑤化学实验设计要做到定量控制。⑥化学有着专属的定量方法(重量法、气体法、滴定法等)。⑦借助数学思想方法,对化学进行定量的研究。其主要方法:定量实验法、数形结合法转换法、极值法、差值法、均值法、关系式法、十字交叉法、方程组法等。9.辩证观辩证观的基本思想一即辩证唯物主义思想,也是解决化学问题应遵循的思维规则和程序。其有以下主要观点。①对立统一。②量变到质变。③辩证否定。④现象和本质。⑤抽象和具体(内容和形式)。⑥原因和结果。⑦共性和个性。⑧整体和部分(分析和综合)等。其主要方法:类比迁移法、顺逆推理法、归纳演绎法、抽象问题具体法、分析综合法。10. STSE 观STSE观的基本思想一化 学与科学(Science).技术( Technology)、社会(Society)、环境(Environment)密切相关,化学是自然科学中的中心学科。其有以下主要观点。①化学是人类进步的关键。②化学使生活更美好。③环保意识:既要治理环境污染,更要防止环境污染。④绿色化学理念:合理生产、使用和处理化学品;从源头上避免污染,提高原子利用率,力图实现“零排放”;合理利用现有资源,坚持可持续发展。其主要方法:社会化学解读法.综合应用法.信息处理法、绿色化学反思法、化学流程图题解法。内容源自网络整理,版权归原作者所有,如侵权请联系后台删除
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近日,化学领域权威期刊“化学研究评述”(Acc. Chem. Res.)发表了武汉大学化学与分子科学学院李振教授课题组综述文章。文中重点强调了有效的分子排列所带来的新现象和新性质,以多个典型实例强调了该课题组于2018年提出的 “Molecular Uniting Set Identified Characteristic (MUSIC)” 概念,以音乐形象化分子的聚集态行为,指出分子聚集体的核心功能和决定性作用。论文题为《分子排列:影响有机高分子材料光电性能的重要因素》(“Molecular Packing: Another Key Point for the Performance of Organic and Polymeric Optoelectronic Materials”)。该论文第一作者为李倩倩教授,通讯作者为李振。据悉,光电科技的进步改变着我们的日常生活并引领着国计民生的重大革新。有机光电功能材料作为其核心组分,以薄膜或纳米颗粒等分子聚集态的形式应用于各种光电器件和生物体系。光电材料分子结构的不断更新带动着功能的日新月异,体现出微观构筑单元对材料属性的宏观调控作用。但材料的光电性能并不等同于构筑基元--单个功能分子性质的线性叠加,而经常是整体差异性的响应,这一有趣的现象吸引了科学家们对分子聚集态的广泛关注,特别是有机室温磷光、聚集诱导发光、力致发光等聚集模式依赖型发光现象的出现,促进了分子聚集态结构的研究,并推进了介观尺度上构性关系的深入探索,对光电功能的精准调控提供了重要的思路。分子排列作为聚集态规整结构的精细展现,是深度理解宏观光电性能与微观分子聚集状态关联性的核心内容,并对其内在作用机制起着决定性的作用。综述基于课题组前期系统的工作,从有机化合物同质多晶的不同光电功能出发,如:各种发光的强度和颜色、发光机制 (室温磷光和力致发光)、二阶非线性光学效应等,强调了分子排列与宏观功能的紧密联系。进一步通过多类光电功能材料构性关系的详细探讨,总结了各自的优势分子排列方式,以及相应的分子调控策略,并对于外界刺激条件下,动态的分子聚集形式与光电响应的内在机制进行了详细的探讨。针对影响分子排列的内在因素,包括分子自身的空间结构、电子特性以及自组装效应等对分子间相互作用的影响,和外界的光、电、热和机械力等的驱动对微观分子聚集态的调控方式和手段进行了系统的阐述和探讨。重点强调了有效的分子排列所带来的新现象和新性质,以多个典型实例强调了该课题组于2018年提出的 “Molecular Uniting Set Identified Characteristic (MUSIC)” 概念,以音乐形象化分子的聚集态行为,指出分子聚集体的核心功能和决定性作用。图1 影响分子排列的相关因素和“MUSIC”概念的提出受制于分子间相互作用的多样性和外围环境的复杂性,目前,分子聚集态结构的精细调控还处于初级阶段,作者从分子结构的设计、新型聚集态结构的分析方法、精准分子结构-排列-光电性能关系的构筑,内在机制和理论的研究等方面对其发展前景和挑战进行了分析和展望,为高效光电材料的开发提供新思路,并促进其功能的拓展与创新。(来源:武汉大学新闻网 通讯员 何剑超)
在最近几十年中无机化学发展很快,派生出稀有元素化学、络合物化学、同位素化学、金属间化合物化学等新的分支学科。无机化学的发展对解决矿产资源的综合利用,近代技术中所迫切需要的原材料等有重要的作用。无机化学是以元素周期系和物质结构理论为基础来研究一切元素及其化合物(除了碳氢化合物及其衍生物)的化学学科的一个分支,主要研究无机物质的组成、性质、结构和反应。无机化学是元素化学,该学科的性质是叙述性的、各论性的和归纳性的,定性色彩比其他化学学科浓厚。无机化学在整个化学发展过程中一直起着重要作用,200年来无机化学的重要事件摘录见下表。最初化学所研究的多为无机物,18世纪中叶建立了质量守恒定律,批判燃素学说,开始建立近代无机化学体系,成为近代化学的创始。1803年出现了原子学说,1840年发展成原子一分子学说,1869年建立了元素周期律和周期系,这都是近代化学发展史上的里程碑。近代化学的创始人是R.波义耳、A.L.拉瓦锡和J.道尔顿。19世纪末科学上的一系列发现(X射线、电子和放射性等的发现),特别是本世纪30年代末以来古老的无机化学更加蓬勃发展起来,开始了“无机化学复兴”的新时期,由此开创了现代无机化学。这期间配位化学已发展成无机化学的通道,经典无机化学的内容逐步现代化,尤其是大量新型化合物的出现,如夹心化合物、簇状化合物、穴合物、包合物等。正是这些物质显示的无限多样性,构成了现代无机化学的特征。现代无机化学就是应用现代物理技术及物质微观结构的观点来研究和阐述化学元素及其所有无机化合物的组成、性能、结构和反应的科学。价键理论、分子轨道理论和配位场理论,是现代无机化学的结构理论基础。无机化学的发展趋向主要是新型化合物的合成和应用,以及新研究领域的开辟和建立。现在发展最快、最吸引人的新领域是有机过渡金属化学、生物无机化学、无机固体化学等。它们的特点是涉及多种学科,而且都与配位化学密切相关,这些新领域构成现代无机化学的主要部分。此外,簇状和笼状化合物化学、非计量化学、稀有气体化学、稀土化学和磷化学等也都有很多新成果。同时,无机化学正向微观、定量和推理等方面发展,已开始以物质结构、量子化学、热力学和动力学为理论基础来全面归纳和说明大量事实。由于结构研究法和其他物理化学方法的迅速发展和应用,无机化学的研究范围正在不断扩大,实验数据也更加精确和系统化。