外显学科核心素养促进知识向能力和素养的转化——北京师范大学“新世纪”鲁科版高中化学新教材的特点

简要介绍了北京师范大学“新世纪”山东科技版高中化学新教材的总体特点,从教材结构体系和内容的组织编排、学科认识模型和方法的外显、问题任务和系列微项目的设置、学生必做实验及化学科学实践活动的编排、核心素养学科能力表现评价的设计、学科育人素材的选取等方面,具体阐释教材落实课程标准、诠释学科核心素养和体现立德树人的编写策略。     

反思与重构——关于结构化学教学内容的改革

主要阐述了改革结构化学教学内容的必要性和迫切性以及我们的一些具体的做法。同时，从教学论方法论角度讨论了重构教学内容所应遵循的具有一定参考意义的基本原则。     

两种昆虫抗冻蛋白抗冻活性差异的分子基础

云杉蚜虫(Choristoneura fumiferana)体内可产生一种抗冻蛋白(AFP), 能够保护其在寒冷的冬季安全越冬, 这类昆虫抗冻蛋白(简称 CfAFP)存在多种异构体, 其中CfAFP-501和CfAFP-337均呈现相似的左手β-螺旋结构. 实验测定, 相比CfAFP-337仅多出两个插入螺旋环的CfAFP-501的抗冻活性竟然是CfAFP-337的3倍左右. 蛋白异构体CfAFP-501显著增强的抗冻活性和它的插入环数不成比例, 当然也不能简单归因于两个插入环所导致的与冰晶作用部位及接触面积的增加. 为了探讨两种昆虫抗冻蛋白异构体抗冻活性差异的分子基础, 深入了解抗冻蛋白作用特点的普遍规律, 分别使用分子力学、分子动力学模拟和量子力学方法来系统研究蛋白及其切割体与冰晶结合的结构特征及相互作用. 结果表明, CfAFP-501中多数螺旋环比CfAFP-337具有更强的冰晶相互作用和破坏冰晶中水分子的成键的能力, 由于螺旋长度增加导致CfAFP-501中各b-螺旋环之间协同效应的增强, 是其具有显著增强的抗冻活性的主要来源. 这种协同作用对具有b-螺旋结构的抗冻蛋白起十分关键的作用和重要贡献.     

环[(-L-Phe^1-D-Ala^2)~n-]自装配的结构特征

运用分子力学和半经验分子转产AM1方法研究了环[(-L-Phe^1-D-Ala^2)~n-]和环[(-L-Phe^1-D-^M^eN-Ala^2)~n-](n=3～6)的结构,揭示了这类分子能够进行自装配过程的结构特征,详细讨论了取代基和环的大小对结构和自装配过程的影响。     

硫杂环丁烷热解机理的理论研究

利用从头算取极小基STO-3G*和扩展基3-21G*分别研究了硫杂环丁烷热分解反应的机理。对某些驻点进行了MP2/3-21G*的计算。结果表明该反应能以两种可能的分步过程发生,其中首先断裂碳硫键的分步过程比首先断裂成碳键的过程容易进行,而且这两种分步过程均以产生双自由基中间体为基本特征。     

金属核酸酶及寡聚酰胺与双链DNA分子对接模式的理论研究

采用分子对接软件AutoDock分别研究了金属核酸酶、寡聚酰胺与DNA对接模式. 研究结果表明, 金属核酸酶、寡聚酰胺与DNA对接结果与实验数据吻合得较好. 在金属核酸酶与DNA的对接中, 最优构型都是金属核酸酶对接在DNA的小沟内. 随着中心金属上电荷的增加, 最大对接能呈现上升趋势. 尤其是配体体积较小的金属核酸酶, 最佳对接位点受中心金属上电荷影响较大, 即随着中心金属上电荷的从少到多, 最佳对接位点呈现多样化的趋势. 在柔性分子寡聚酰胺与双链DNA分子的对接中, 分子随DNA小沟的柔性变形是对接结合的关键. 其最佳的结合物位点也都是在DNA的小沟内, 其对接结果与晶体结构一致.     

抗癌药物cis-[Pt(NH3)(2-picoline)]2+与DNA加合物的结构和成键特征

利用分子力学、分子动力学、分子力学与量子化学相结合(Oniom)以及量子化学等多种方法研究了抗癌药物cis-[Pt(NH₃)(2-picoline)]²⁺与DNA片段d(ATACATG^*-G^*TACATA)·d(TATGTACCATGTAT)的加合物的几何构型和电子结构. 结果表明Oniom方法优化得到的构型与NMR实验测定的结构最为接近, Pt配合物与DNA中相邻的两个鸟嘌呤的N7原子形成较强化学键, 从而导致DNA的构型发生较大的变化. 同时, 配合物中NH₃的一个H与其邻近的鸟嘌呤的O6间形成的氢键也是影响Pt配合物与DNA加合物几何构型的重要因素. 上述化学键、氢键以及药物与碱基的甲基间的相互作用是药物分子能够对DNA进行识别的重要基础.     

“原子结构与元素性质”主题模型建构教学的探索

从2003年起至今,北京师范大学化学教育研究团队围绕“原子结构与元素性质”主题开展了跨越初中、高中必修、高中选择性必修的模型建构教学探索,涉及原子的构成微粒及空间分布、核外电子的运动状态、核外电子的排布规律以及元素性质等不同子主题。在这些教学探索中,梳理和还原了科学家解决问题的过程,对科学家所做实验进行再现、模拟,依据科学家在基于实验证据建构原子结构模型时的推理论证过程设计并指导学生开展模型建构活动,使学生理解、评价或参与模型建构的过程,促进学生建模能力和科学本质观的形成与发展。     

乙烯基炔与一氧化氮反应机理的理论探讨

利用半经验AM1方法，研究了乙烯基乙炔与一氧化氮反应生成丙炔腈（反应1）和丙烯腈（反应2）的两条竞争反应途径．采用Berny梯度法优化得到了反应势能面上的所有驻点，并逐一进行了振动分析确认．结果表明，反应互较反应Ⅱ易引发（即；NO比较容易与乙烯基乙炔进行分步的1，4-加成，形成六元环过渡态及中间体，最终消除CH2O和H自由基后生成丙炔腈），而反应Ⅱ较难引发（NO与乙烯基乙炔较难进行1，2-加成，形成四元环过渡态及中间体），但一经引发，就能较容易地进行分步裂解，生成丙烯腈和CHO自由基．     

环[(-L-Phe~1-D-Ala~2)_n-]自装配的结构特征

运用分子力学和半经验分子轨道AM1方法研究了环 [( -L -Phe1-D -Ala2 ) n- ]和环 [( -L -Phe1-D -MeN -Ala2 ) n- ](n =3～ 6)的结构 ,揭示了这类分子能够进行自装配过程的结构特征 ,详细讨论了取代基和环的大小对结构和自装配过程的影响