第三届大学化学化工基础课程论坛报告

1、第三届大学化学化工基础课程论坛报告从题目说起课程教学 创新思维意在： 以创新思维提升课程教学的质量 以高质量的课程教学促进学生的创新思维 教学内容的整合与更新，是一项系统的、深入的、同时也是需要挣脱固有课程框架束缚的、艰苦的教学研究，需要创新思维。案例调研近五年顶级国际学术期刊基本概念分类、出现的频率、重要性排序未来人才知识结构的核心概念（core concept）计算机学科化学: 长期的学术积淀 、现实与未来社会需求、未来学科发展需求2008-11-222从题目说起 传统的课程教学，其基本功能是传授知识，是向学生传授昨天的、已知的、稳定的东西，因而具有保守性。但社会发展到今天，课程教学的功能

2、除了传授知识外，更重要的还在于培养学生获取知识、创造知识的能力，让学生在接受新知识的过程中体验创新思维，积累可供日后职业发展所需的知识、能力、素质储备。 ABCDEFGHIJKABCDEF线性模式 螺旋模式 网络节点模式案例丰富多彩立体多维网络2008-11-223从题目说起 HABCDGFE?？网络节点模式现代的学科专业知识是一个由一些重要的核心知识节点和框架主线构建起的复杂的网络结构。（在这个网络中或许还有一些节点、一些连线、一些空间是未知的。） 让学生获得对构建专业知识体系具有重要价值的核心知识。专业课程教学的任务 帮助学生构建一个包含核心知识节点与框架主线的个性化的专业知识网络。徐光宪

3、院士：向学生展示“生龙活虎， 立体多维”的形象。2008-11-224从题目说起 最主要、最核心、最具有迁移价值的主节点知识？教学的两个重要问题 如何引导学生从主节点核心知识发散出去，通过开放性、反常性、辩证性创新思维，构建起属于自己的专业知识网络，并从中发现知识盲点，建立起探索未知节点、未知连线、未知空间的专业发展兴趣？CAB？2008-11-225关于课程核心知识点的思考 2008-11-226分析化学教学内容的演变无机离子定性分析容量分析重量分析电化学分析光度分析原子光谱分析质量控制与质量保证化学分析方法现代分离方法仪器分析技术联用技术过程分析GC CE HPLC HPTCL CGC A

4、AS AES AFS AFM UV-Vis FTIR MS NMR EPR XAS XPS XRF XRD ESM ETMGC-MS ICP-MS MS-MS 早期的分析化学教学内容现代分析化学教学内容2008-11-227分析化学课程教学面临的实际问题 方法堆砌式教学，见点不见面，缺乏对专业知识内外部网络结构的整体认识 教学内容快速扩充与课时减少的矛盾实质：一个核心知识的把握的问题。如何从快速积累起来的理论与实践成果中，总结提炼出那些发展成熟的、能作为检测新原理新技术发展原动力的基础理论与技术原理，那些能作为学生今后职业发展必备的知识点，那些能让学生从容面对新方法新技术挑战的知识积累？实质：

5、一个知识网络构建的问题。如何引导认识课程知识体系在大学科专业知识结构中的定位？如何引导学生构建专业知识网络？2008-11-228分析化学获取物质信息的基本模式物质的内在属性作用力识别信号传导/检测化学识别物理识别生物识别过程识别光电声磁热重量体积选择性灵敏度灵敏准确快速高通量自动化分析化学研究激励元专一特效核心知识？激励模式、识别模式、信号传导模式、信号检测模式2008-11-229核心知识俞汝勤院士第一层次的基础理论是分析化学作为化学的二级学科，与化学其他各二级学科共有的基础理论，包括理论化学、化学热力学、化学动力学、光化学、电化学、晶体化学等；第二层次的基础理论是分析化学作为二级学科独有

6、的区别于化学其他各二级学科的基础理论，如分析信息理论、分析采样理论、分析检测理论、分析校正理论、分析误差理论等；第三层次的基础理论是分析化学下属各分支领域的基础理论，如色谱理论、Raman光谱学理论、缪斯堡尔谱学理论等俞汝勤，漫谈分析化学教学改革与课程建设，大学化学，23（5）1-6，2008.2008-11-2210核心知识 QAQC统计学基础质量评价质量控制方法认证方法与技术原理Royce W. Murray： 基于压电效应的测量 基于能斯特方程的测量 基于振动、电子、核自旋及其他能级跃迁的测量 基于化学平衡（包括相间分配平衡）的测量 基于时间标度、物理尺度与传质或其他 化学过程间的相互关

7、系的测量 基于电子或离子空间电荷的测量 基于电场或磁场方向力的测量 分析化学赖以创新发展的核心知识点欧洲化学会(FECS) 将分析化学课程所进行的有关分析质量保证的教育作为在经济统一体欧洲建立起一个好的质量保证体系的基础。Murray, R.W., Educational budgets (i.e., time), ., 78 (21), 7353, 2006. 2008-11-2211基于化学平衡的侧量的现代分析化学意义经典滴定分析概念?NMR滴定自动滴定电位滴定光度滴定微量滴定型体分布分数概念？电泳萃取2008-11-2212核心知识 课程教材编写可更多强调知识体系内在的逻辑关系，由核心知

8、识点出发，可沿着不同方向发散出去。可不受课时的限制，可有足够的细节与案例，为学生自主学习、创新思维提供足够的空间。选择最具迁移价值的核心知识点以典型的方法、典型的传感器、典型的分离器、典型的检测器为载体，讨论基本现象与原理 根据授课对象的培养目标定位灵活选择教学内容组织2008-11-2213关于构建课程知识网络的思考 2008-11-2214外部知识网络的构建 ？有机化学无机化学结构化学物理化学物理学数学生物学电子学？分析化学？就一门课程而言，学生所获的也许就只是几个关键的核心知识节点和框架主线。课程知识模块在专业知识网络中的位置？课程知识如何融入学科专业知识网络？其间还有哪些知识盲点？未知

9、节点？未知连线？未知空间？问题的提出2008-11-2215外部知识网络的构建 Analytical Chemistry is a scientific discipline that develops and applies methods, instruments and strategies to obtain information on the composition and nature of matter in space and time.分析化学是一门发展并运用各种方法、仪器及策略以在时空的维度里获得有关物质组成及性质的信息的一门科学。Definition of AC （FE

10、CS, Kellner）分析化学研究的全部内容就是吸取当代科学技术的最新成就（包括化学、物理、数学、电子学、生物学等），利用物质的一切可以利用的性质，基于物质识别与信号传导原理，提出新的检测原理，开发新的仪器设备，建立表征测量的新方法和新技术，最大限度地获取物质的信息。2008-11-2216外部知识网络的构建 物理 电子学 生物数学 计算机科学等共享原理电子结构分子结构功能结构过程结构物质与过程属性分析化学信息论学科交叉作用集成创新发展原理 方法 仪器 技术平台工业分析食品分析生化分析 临床检验环境分析 药物分析外 延内涵认证与质量保证非化学学科知识大化学学科知识2008-11-2217外部

11、知识网络的构建 引导学生理解分析化学内涵发展的思想方法与思维方式； 引导学生了解分析化学知识在大学科专业知识结构的定位与联系，认识到外部知识的发展，将推动分析化学的发展，分析化学也应主动地将其他学科的最新研究成果引入，促进自身的发展；外部知识网路构建的意义：2008-11-2218外部知识网络的构建 引导学生认识分析化学的魅力不仅在于她能获得多少信息，更在于她能不断创新获取信息的原理与技术，提升其他学科研究物质世界的能力（分析化学对人类基因组计划的贡献）； 引导学生认识到分析方法的原理与技术是发展的、变化的，同时明白还有许多未知的空间等待未来的分析工作者去探索。2008-11-2219分析化学

12、内部知识网络的构建光谱分析知识网络徐光宪院士示范教学案例物质激励元吸收发射吸收-发射核心知识点基尔霍夫-本生第一台光谱分析分光镜应用对象激发光源分光系统检测系统光谱模式光谱学与量子力学的互动发展电弧电火花激光高能电子束原子紫外可见光谱高分辨原子紫外可见光谱X光谱徐光宪，“对分析化学教学的两点初浅看法”，大学化学，23（2），1-10，2008。 2008-11-2220分析化学内部知识网络的构建 教学案例1 识别模式知识网络抗原-抗体识别酶-底物识别适配子识别DNA碱基对识别?识别模式物理识别化学识别结构识别过程识别生物识别酸碱识别官能团识别配体识别氧-还识别？开放体系，学生可以根据知识的积累

13、不断扩充，为学生创新思维留下空间。？氨基识别羧基识别羰基识别2008-11-2221分析化学内部知识网络的构建 教学案例2 QAQC知识网络 置信区间置信水平U-检验t-检验F-检验双联t-检验检测限分析数据质量评价一类错误二类错误U分布t 分布F分布对照样品设计采样数设计.分析方法认证方案设计X-控制图双样品-控制图R-控制图s-控制图质量控制2008-11-2222教学案例-3 酸碱识别-信号传导知识网络在现行的方法罗列的教学体系中，酸碱滴定就只是酸碱滴定，不是别的。但如果以识别与信号传导基本模式发散出去构建知识网络，酸碱识别的信号传导可以是物理的、可以是化学的，也可以是化学结构的，也可以

14、化学物理的。目测指示剂法酸碱滴定B-H+HB吸收测量-光度滴定发光测量-发光滴定指示剂变色（目测）HBA-HA微溶物质沉淀分离 重量分析非极性物质萃取分离 比色分析中性物质光激励元HBH+/E电泳分离电子跃迁场/ 酸激励元分子作用构象变化分子作用电性质变化电位测量-电位滴定酸激励元磁场中的光激励NMR滴定分析化学内部知识网络的构建 2008-11-2223教学案例-3 酸碱识别-信号传导知识网络 这是一个开放的体系，1）学生可以根据已积累的无机的、有机的、生化的知识，构建新的识别模式，2）也可以根据已积累的物理的、电子学的知识，构建新的信号传导模式；3）这个开放体系为学生留下广阔的创新思维的空

15、间，随着知识的积累，这个知识网络可以构建的更丰富。4）这是一个引导学生将已学过的知识进行提升的体系。分析化学内部知识网络的构建 这是一个启迪创新思维的过程，当学生掌握了创新的思维方法后，可以从任何一个核心知识节点发散出去，构建属于自己的知识网络。2008-11-2224教学案例-4 化学识别之沉淀识别知识网络提出问题：络合滴定和氧化还原滴定基于的识别与信号传导模型？沉淀激励元吸收测量-光度滴定微溶物质表面等离子体吸收非极性物质萃取分离 比色分析中性物质光激励元电子跃迁分子作用构象变化分子作用电性质变化电位测量-电位滴定分析化学内部知识网络的构建 2008-11-2225教学案例-5 物理识别之

16、光/能谱分析知识网络物质h识别信号传导分子识别（电子跃迁、不对称振动跃迁、对称振动跃迁、转动跃迁）原子识别（价电子跃迁、内层电子跃迁）结构识别（电子受迫振动表面识别（电子受激发射)UV/vis吸收/发射IR吸收散射频移/消偏UV/vis吸收/发射X射线发射衍射方向光电子能量分子识别( 核自旋跃迁、电子自旋跃迁)光激励元光识别子h/H无线电波吸收微波吸收h/E分析化学内部知识网络的构建 2008-11-2226知识网络的应用思维的发散与收敛HAc99.9% = 0.001pKaHAcHClNaOH对滴定曲线的分析可以通过指标参量在滴定过程中的动态变化，了解动态属性，为选择指示剂，将分析误差控制在期望的置信区间内提供依据。 Harris: 三段式；Skoog：四段式；Harvey：采用特征点作图；Murray：型体分布曲线。引导学生从不同角度分析问题。教学案例62008-11-2227知识网络的应