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化学结构方面的相关OO

融入改变的重要性

武汉大学OOO重点实验室

化学结构方面的相关OO

1、结构化学为化学各学科提供理论指导，是联系基础化学与高等化学的阶梯。结构化学已经渗透到现代化学的各个领域。以学生学习过的课程为例，无机化学中涉及了原子结构、分子结构、晶体结构和配合物结构等方面的内容;有机化学中运用杂化轨道理论和分子轨道理论说明有机物的结构，使用分子对称性理论描述分子空间结构，利用前线轨道理论解释化学反应机理等;仪器分析中紫外光谱中的电子跃迁、红外光谱中的简正振动、X射线衍射等，都与结构化学知识紧密相关。从这些学生熟悉的课程入手，可使他们很快体会到结构化学的重要基础地位。

2、“结构决定性能，性能反映结构”。如果找到某类具有特殊性质的物质的规律性，就能设计出性能更好的分子。结构化学及在其基础上发展起来的计算化学、分子模拟等对分子设计起理论指导作用。为了让学生了解这方面的内容，可用如下实例进行说明。以石墨烯为例。碳元素是自然界中分布广泛并且与人类社会发展关系密切的重要元素。碳单质有多种存在形式，主要有石墨、金刚石、富勒烯、碳纳米管等，其中石墨烯由于其优良的结构性质而成为材料科学领域的研究热点。在教学中可先向学生提出问题:石墨烯的结构是怎样的呢?这就要从石墨的结构谈起。石墨为层状结构，同层的碳原子间以sp2杂化形成平面共价键，每个碳原子剩余一个p轨道未参与杂化，上面各有一个电子，这些p轨道互相平行且与sp2杂化轨道所在平面垂直，相互重叠形成离域大π键。π电子在整个碳原子平面方向运动，所以石墨可以导电和导热，可以用来制作电极和坩埚。而石墨的层与层之间以微弱的范德华力相结合，容易断开而滑动，所以石墨具有润滑性，可以用来制作润滑剂。石墨烯可以看做是只有一个原子层厚度的单层石墨片。2004年，石墨烯由英国曼彻斯特大学的海姆和诺沃肖洛夫通过微机械力剥离法制得，二人因在二维空间材料石墨烯方面的开创性实验而获得2010年诺贝尔物理学奖。

3、从结构上来看，石墨烯可以看做是构成富勒烯、碳纳米管和石墨的基本组成单元。将其包裹成球得到富勒烯，沿着固定轴卷曲得到碳纳米管，多层堆叠在一起就形成了石墨。由于石墨烯独特的结构，决定了其具有多种优异特性，如低密度、OO度、良好的导热性、室温下较高的电子迁移率等，这些特性决定了它在半导体工业、材料、力学和光学领域拥有巨大的应用潜力。例如，石墨烯被分割时其基本物理性能并不改变，而硅不能分割成小于10nm的小片，否则将失去其电子性能。因此，石墨烯极有可能成为硅的替代品推动电子信息产业的发展。研究者正在不断对石墨烯的结构进行修饰和改造，以挖掘和发挥其优良性质，优化使用效果，扩大应用范围。通过这个例子，可以让学生深刻感受到结构化学与科技前沿领域的联系，意识到结构、性能、用途三者间的辩证关系。以计算机辅助药物设计为例进行讲解。作为在结构化学基础上发展起来的新兴交叉学科，计算化学正在科学领域内逐渐崭露头角。计算化学基于三维分子结构，以量子力学或经典力学原理为指导，确定算法并实现程序，再通过计算机运算来模拟和预测分子体系的性质;计算化学在实际生产中的一个重要应用就是计算机辅助药物设计。例如研究者通过生物学方面的研究，发现了与某类疾病相关的大分子如蛋白质，将其作为靶标(受体)，并且通过X射线晶体衍射或核磁共振等方法测定了其三维结构，尤其是得到其作用(活性)位点的结构。这时就可以通过计算机模拟的方式，在数据库里寻找分子形状和理化性质与受体作用位点相匹配的小分子(配体)，研究受体与配体的详细相互作用信息(包括结构信息和能量信息)，合成并测试这些分子的生物活性，这样就有可能发现新的先导化合物，开发出治愈疾病的药物分子［。这就是基于受体结构的药物设计方法，可为药物开发节省大量时间和资金，已在药物设计方面取得了巨大成功。如HIV-1蛋白酶OOO的设计就是一个典型的成功案例，标志着计算机辅助药物设计从方法研究过渡到实际应用阶段。

4、2013年的诺贝尔化学奖授予美国科学家卡普拉斯，莱维特和瓦谢尔，以表彰他们“为复杂化学体系发展多尺度模型”。这个奖项是对计算化学进步的认可，强调了计算化学在科学领域内越来越大的作用。在计算化学领域有两种主要的计算方法，一种是基于量子力学原理的量子力学计算方法，另一种是基于牛顿力学的分子力学/分子动力学模拟方法。将这两种方法有机结合、取长补短而建立起来的量子力学/分子力学方法已获得巨大成功。例如在研究药物分子与蛋白质结合时，对药物及与药物相作用的蛋白部分采取精确的量子力学计算，对蛋白的剩余部分采取快速的分子力学计算，这样就兼顾了准确性和计算量，取得了很好的结果。计算机作为当今化学家的工具就像试管一样重要，模拟是如此真实以至于传统实验的结果也能被计算机预测出来。莱维特曾经这样描述他的一个梦想:利用计算机处理复杂化学过程的能力，实现在分子水平上模拟一个完整生物，构建“数字生命”。通过这个例子，使学生认识到结构化学并非只是“纸上谈兵”，而是具有重要的实际应用，可以激发他们的学习兴趣。最后，向学生介绍结构化学的发展历史，将其发展史与OOOO紧密联系在一起，进一步突出其重要性。在结构化学中的一些重大科学发现和理论突破基本上都获得了OOOO。例如在开创量子力学的过程中，普朗克、爱因斯坦、玻尔、德布罗意、海森堡、薛定谔、狄拉克、泡利、波恩等都获得了诺贝尔物理学奖。另外，在研究物质结构的.实验方法方面，如在X射线衍射法、核磁技术和应用、质谱技术、电子显微镜技术等领域，都有很多科学家获得OOOO。而且还有很多科学家因在结构方面的研究而获奖，如克里克、沃森和威尔金斯发现DNA双螺旋结构，科尔、克罗托和斯莫利发现富勒烯，谢克特曼发现准晶体等。将结构化学的发展史与化学史尤其是OOOO联系起来，能够培养学生的科学精神和素养，促使他们树立远大的科学理想，使他们获得强大的学习动力。

融入改变的重要性

1、【摘要】随着我国对思政教育与课程教学融合理念的提出，当今大部分学校及教师也越来越认识到课程思政教育工作的重要价值。本文主要分析的是将课程思政融入到高中化学教学中的重要性意义以及如何有效实施的相关策略。

2、在真正实施思政教育融入课程教学这一举措的过程中，使得现阶段的课堂教学不再沿用传统的知识灌溉模式，而是相较于以前，更具有生动性与丰富性，学生的主观能动性也能得到大力发挥，让学生在主动汲取知识的同时，又能收获思政教育的内容，从而有助于促进学生的素质化发展。

3、化学学科的特点主要有：科学严谨性、生活相关性和逻辑思维性等方面的特征，因而使得化学学科的教学内容涉及到很多方面的知识，不仅涵盖本学科教学的工具性特征，同时也具有鲜明的人文性作用，两者互为整体，缺一不可，这也为高中化学教师探索教材中的思政素材提供了良好的条件，有利于实现化学课程教育与思政育人功能的良好融合。

4、随着现阶段社会的快速发展，社会上涌现出的OO层出不穷。由于高中生的思想OO发展水平还未成熟，也因长时间处于单纯的校园学习氛围中，难以积累到很多的社会实践经验，从而造成他们在面对是非对错的时候，无法作出正确的判断，进而也容易受到OO思想的影响。所以，高中化学教师在开展学科教学的基础上，也要适当融入思政教育，帮助学生逐渐树立正确的三观，使其养成良好的行為习惯。通过课程思政融入化学学科教学的理念，可实现学生在学习到化学知识的同时，又能自然而然地受到思政教育的熏陶，从而有助于学生的全面发展。

武汉大学OOO重点实验室

1、科学教育学博士，陕西师范大学化学化工学院副教授，陕西师范大学基础教育课程中心化学课程与教学研究中心主任、科学课程与教学研究中心副主任，硕士生导师，陕西师范大学教师专业能力发展中心、中国基础教育质量监测协同创新中心陕西师范大学分中心教师，美国俄亥俄州立大学访问学者。曾任OOO高中教师远程研修课程团队专家成员，现为陕西省中小学幼儿园教师培训首批专家库成员，中国科协科技OO员协会OOO。

2、陕西师范大学2019年度“教师教学模式创新与实践研究”专项基金项目“基于核心素养发展OBE导向的公费师范生《中学化学实验教学》教学模式研究”（项目编号：JSJX2019Z30）（主持）

3、2018年陕西师范大学“教师教学模式创新与实践研究”专项基金项目“思维型教学理论在《化学教学设计与微格训练》教学中的应用研究”（项目编号：JSJX2018L128）（主持）

4、4穆雯星，严文法.基于“模型开发-模型应用”框架的高中化学建模教学探析——以“化学平衡常数”教学为例.化学教与学，2021（4）.（被OO复印资料《中学化学教与学》2021年第9期全文转载）