CO2超临界状态解析与课程思政设计

以CO₂超临界状态及制冷应用为例,展示如何以解析关键概念/技术背后的物理化学原理为纽带,在课堂教学中有机融入思政案例(如北京冬奥会制冰造雪)和开展课程思政“翻转课堂”教学;籍此使学生体会到物理化学原理在解决国家重大需求中发挥的关键作用,在强化学科自信的同时,增强学生学以致用、服务国家、绿色发展的意识和开拓创新的精神。CO₂超临界状态及应用是“物理化学”单组分相图中的知识难点和应用热点,在教材中常以知识拓展的形式出现,不仅与专业知识结合不紧密,学生对此也缺乏深刻理解。有鉴于此,我们以“讲透”CO₂超临界状态和制冷技术背后的物理化学原理为抓手,依据知识间内在关联,环环相扣、水到渠成地开展课程思政教学。为了提升思政教学效果,还综合采用了任务驱动的自主学习、翻转课堂及课后拓展相结合的多元思政教学手段,引导学生自主发掘思政素材,实现自我思政教育,从而达到了价值塑造、知识传授和能力培养三位一体的教学效果。     

信息化时代物理化学课程的教学改革与实践

互联网的发展加速了信息和知识的传播,在为大学课程教学提供更多资源的同时也给传统的课堂教学方法带来很大挑战。介绍了北京师范大学物理化学教学团队在线上线下混合教学方法的创立、大规模在线开放课程(MOOC)建设、思政元素引入教学等方面利用互联网资源所实施的教学改革和实践,为探究和建立信息时代大学化学课程教学方法的新模式提供参考。     

斜入射离子束辅助沉积对类金刚石薄膜结构影响的分子动力学模拟

采用分子动力学（MD）模拟方法,从原子尺度上研究了离子束辅助沉积（IBAD）类金刚石（DLC）薄膜过程中离子束入射角对薄膜结构的影响.重点讨论了不同的离子束入射角所对应的薄膜表面模型,平均密度和sp³键含量.结果表明,离子束斜入射加强了入射原子的水平动能,从而加强了原子水平迁移;Ar离子斜入射时C原子迁移率均比垂直入射大,薄膜密度和sp³键含量都比垂直入射小.不同的离子束入射角随着到达比和入射能的变化,对薄膜结构的影响不同.离子束斜入射时可以得到不同结构的膜. 关键词： 类金刚石薄膜 入射角 离子束辅助沉积 分子动力学模拟     

Ar离子辅助沉积对含氢类金刚石薄膜结构影响的计算机模拟

选C₂分子和一定量的H原子作为沉积源,Ar离子作为辅助沉积粒子,采用分子动力学(MD)方法模拟研究离子束辅助沉积(IBAD)生长类金刚石(DLC)膜的物理过程.给定Ar的入射能量并改变Ar的到达比(Ar/C),研究辅助沉积对DLC膜结构的影响;重点讨论Ar辅助沉积引起表面原子的瞬间活性变化对薄膜结构产生的影响.结果表明,由于Ar离子轰击引起的能量和动量的传递,增加了合成薄膜的SP³键含量,增大了合成薄膜的密度,加宽了沉积粒子和衬底的结合宽度,研究结果和实验观察一致,并从合成机理上给出一些定量解释.     

硫黄素T与侧翼连接双链DNA的G-四链体高特异性作用

富G碱基的DNA序列在离子诱导下可形成G-四链体(G4),基于这一构型转化设计了大量的传感检测平台。其中的荧光检测平台是基于G4与荧光小分子的相互作用。但是,G4与荧光小分子的有效结合依赖于G4构型和体系中存在的离子种类和离子浓度,尤其是高Na⁺浓度(140 mmol·L^-1)。那么如何实现G4与荧光小分子普适性地有效结合,并不依赖于体系中的Na⁺和Na⁺浓度,是一个难题。在本研究中,以最简单的富G DNA序列凝血酶适体链TBA (thrombin binding aptamer)为例,在3’端和5’端分别增加10个碱基(TBA-10 bp),K⁺诱导TBA-10 bp形成K⁺稳定TBA (K⁺-TBA,G4)并衔接含有10个互补碱基对的双链DNA (K⁺-TBA-10 bp)。相较于K⁺-TBA,硫磺素T与K⁺-TBA-10 bp结合后的荧光强度增加了100倍,相互作用强度增加了1000倍,而且与体系中的Na⁺ (5-140 mmol·L^-1)无关。结合荧光光谱,紫外吸收光谱和圆二色光谱发现硫磺素T特异性的嵌合于K⁺-TBA和双链DNA衔接处的空腔内。有趣的是,这一结合模式不受G4构型的影响。该研究结果为研究G4与荧光小分子的有效结合提供了新视角,也为拓展G4在生物功能和生化检测领域的应用提供了实验依据。     

钾离子浓度依赖的铅离子稳定G-四链体构型转化

已有研究普遍认为铅离子(Pb²⁺)诱导富G适体链形成的G-四链体(Pb²⁺-G4)比钾离子(K⁺)诱导富G适体链形成的G-四链体(K⁺-G4)更为稳定,因而Pb²⁺可以置换K⁺-G4中的K⁺,而且K⁺的存在不影响Pb²⁺-G4的稳定性。有趣的是本研究发现K⁺ (20 μmol∙L⁻¹–1 mmol∙L⁻¹)不仅可以诱导10 µmol∙L⁻¹ Pb²⁺稳定的T2TT(Pb²⁺-T2TT,杂合G4结构)发生构型转换,甚至还可取代Pb²⁺-T2TT中的Pb²⁺,形成K⁺稳定的T2TT (K⁺-T2TT,平行G4结构),最终转化形成的K⁺-G4结构与单独K⁺诱导富G适体链形成K⁺-G4的构型基本一致。随后,进一步考察了另外7条富G适体链,发现这一转化过程具有一定的普适性。该研究结果为理解G4构型转化以及内嵌离子交换提供了新的视角,也为拓展G4在生化分析和生物领域的应用提供了新的理论基础。     

半导体纳晶能级结构与电子性质的电化学研究

了解半导体纳晶能级结构特征和电子特性是其在光电子器件中应用的基础,电化学循环伏安技术提供了一种获取上述关键信息的有效途径。本文系统介绍了利用循环伏安技术探测纳晶能级结构与电子性质的原理、方法以及局限;在此基础上,着重从纳晶能级结构与电子性质的影响因素及规律、纳晶电荷输运性质、纳晶电化学反应机理等方面,综述了该方向近年来取得的研究进展;最后指出了目前研究中存在的问题,并预测了今后的发展方向。     

研究生电化学课程改革助力新时代创新人才培养

北京师范大学电化学课程教学团队主动对标新时代创新人才的培养要求,深入分析原有课程体系和教学方式的局限,开展了涉及课程内容、教学模式、考核方式、课程思政等多方面的综合教学改革,实现了课程内涵式发展,取得了积极的教学成效,推动了本校电化学方向创新人才的培养。期望通过总结研究生课程改革经验,找出共性问题及教学发展规律,为提升硕士研究生专业课程质量和助力创新人才的培养提供有益参考。     

"化学专业拔尖人才"国际化培养模式的探索

扼要介绍了北京师范大学化学学院在加强化学专业拔尖人才培养方面所开展的一系列国际化培养模式的探索,包括借鉴国际一流大学的先进培养模式(例如加入美国大学生科研训练计划),推行连贯式分层次的国际化课程学习、科学训练、综合实践项目,以及开创基于慕课平台的中外合作混合教学等。期望通过总结与反思探索出一种化学专业拔尖人才培养的有效模式。