纳米化学论文范例

摘要:教学是大学办学的基础，而科研对大学的提升发展十分重要。科教融合，相互促进是提高大学教学质量的有效途径。无机化学实验是我校应用化学专业的基础实践课程，文章结合现阶段无机化学实验教学现状，课程的教学模式改革说明科研与教学相结合的重要性。对课程的教学内容、教学方法、多元化考核方式等进行了探讨，以期培养学生的实验能力和创新能力，培养科学素质更高、实践动手能力更强的专业型人才。

关键词:科教融合;无机化学实验;教学研究

众所周知，化学是以实验为基础的学科，化学的相关理论和规律是对大量实验结果进行归纳、分析、处理、概括和总结形成的〔1〕。其中无机化学实验在化学学科中十分重要，是高等学校多个专业开设的学科基础课程，包括应用化学、化工、生物制药、环保等专业。它的实验内容广泛，包括基本操作、元素性质、化合物制备、综合设计性实验等传统无机化学实验。实验课程本身就涉及实验设计、实验操作、数据处理等环节，而科研工作也需要创新意识和实验设计也操作，在无机化学实验课程授课中结合科研，能够更好的实现科教融合〔2－3〕。无机化学实验是学生在进入本学院本专业学习的第一门专业实验课程，很多同学可能是在中学时期就对化学产生较大兴趣，同学们在选择专业上大部分是按照自己的意愿，表明他们在进入大学后是不讨厌本专业的，因此无机化学实验课程肩负着让学生掌握坚实的实验技能以及对化学实验保持浓厚的兴趣的重任，这才能让学生在今后的3－4年始终对这个专业保持热爱，甚至将这个专业当做人生的一个选择，运用本专业成就一生的事业。身为一名高校无机化学实验课程的教师，需要引导学生热爱这门课程，热爱化学实验，向学生积极普及科研知识，将实验教学与科研工作有机结合起来〔4－6〕。高校教师积极从事科学研究一方面可以拓展教学广度、增强教学深度;另一方面可以促使教师持续掌握学科相关科技动态，更新教师知识结构，完善教师的知识体系，提高实践课堂教学效果，带动学生参与到科研实验中。高校教师将教学和科研机结合，以科研促进教学，以教学带动科研。

1科研成果体现在无机化学教学内容中

正视科研与教学的相互关系，将科研的成果与实验的教学内容合理关联起来。本人在化学相关SCI期刊发表学术论文数篇，学院教师也在纳米材料领域取得较好的研究成果，把科研成果运用在课堂教学中，将最新的学科领域的科技前沿和信息传递给学生，促进教学效果不断提高。将教师的科研项目相关成果带入教学中，如在开展《无机化学实验》、《材料化学实验》等课程的教学实践中，将承担的省级重点科研项目“磁性纳米材料作为SERS基底在环境检测中的应用”的内容引入教学，如在教授碱式碳酸铜的制备实验时，将此科研项目中的实验设计成果作为教学案例，向同学们输送在实验设计中控制变量的实验方法，使学生通过教师的在研项目、研究方案、研究内容加深对实验的原理认知和实验操作等方面。将与教学课程内容相关的科研学术论文与教学相联合，在进行无机化学实验等课程的教学实践中，当讲述纳米材料的制备及催化性能时，本人引入学院教师已发表在相关期刊上的学术论文，使学生理论联系实际，理解了纳米材料的制备方法，表征手段，催化性质及在实际应用中的前景，开阔了学生的知识视野，让学生更好的理解学习实验技能的意义。将教学改革的成果及时应用于教学中，将本人主持的教学研究课题“互联网+无机化学实验的绿色化的探索与实践”的成果应用于课堂教学中，无机化学实验如卤族元素、p族非金属元素等实验课程会使用较多的有毒有害化学物质，这类实验课程可以通过制作微视频记录实验过程，借助化学实验类APP软件(如烧杯软件)及虚拟仿真软件等模拟实验操作，推动无机化学绿色化教学模式，增加了实验教学的形象性、直观性，提高了课堂教学效果，使学生感受到实验课程的乐趣。

2科研促进无机化学实验教学的形式

高校教师的首要工作是教书育人，教师要着重围绕教学开展科研，教学和科研相辅相成，相互促进。教师要及时了解和把握本学科的科技动态，并能较好的将信息应用在实际教学工作中，增强教学的深度和广度，有效提高实践教学质量。同时教师将科研成果转化为教学内容带入课堂教学，将最新科技前沿传递给学生，使科研很好地推动教学。近年来，高校教师可以申报各种科研项目，得到科研项目的资助，可以将科研项目相关的课题结合教授的课程运用在实际教学中。(1)更新教学内容。教师重视科研工作会对学科前沿动态保持敏感，及时洞悉学科的最新动态。基于此，在教学工作中融入教师科研成果，是对教学内容的补充和更新。在利用专业教材开展教学的基础上，采用课堂讲授和附加讲义的方式对教材内容进行完善和补充，如在讲授新型纳米材料的制备过程中，及时向学生讲授书本上没有的最新纳米材料，比如石墨烯掺杂材料，MOF材料等，增加具有学术性和前沿性的相关内容，提升教学的学术氛围，培养学生的科研兴趣。(2)促进教学方法改革。近年来，学校鼓励教师探索教学方法和手段改革，针对无机化学实验课程的特殊性，指导学生课上分组进行创新实验设计，围绕某一实验充分准备，分小组演示实验过程，对所得实验数据进行分析、处理、总结，并对结果进行分组汇报，由教师点评;积极采用互联网+实验教学的形式，在课后向学生分享最新学科相关文献、前沿科技，供学生课下学习，并在互联网平台上与学生沟通探讨一些学术热点问题，大家畅所欲言，发表观点。通过这些教学形式，很好培养了学生的合作意识，提升了学生的思考问题、解决问题的能力，使学生的实验操作能力和表达能力得到锻炼，同时也增强了学生的自信心。为学生今后走向工作岗位打下坚实有力的基础。

［摘要］通过举例说明物理化学基础理论在科研实践中的应用，研究了科研实践对学生物理化学学习的促进作用以及教师从事科研实践对物理化学教学的重要性。

［关键词］科研实践；物理化学；教学

物理化学是一门借助物理的基本原理，揭示化学基本规律的学科，也是一门理论性、系统性、逻辑性很强的学科，具有理论公式多，推导复杂的学科特点。初学者往往感到抽象难懂，对数学知识要求高，容易产生畏难情绪，也往往认为理论知识学了没有用途，导致失去学习的兴趣。为了解决物理化学中抽象难懂的问题，通常采用的方法是在教师授课时列举一些与生活实践相关的现象，借助物理化学知识加以解决，但是这只是一些简单的应用，并且借助于互联网络都能得到容易理解的结果，但是对于有一定知识水平的大学生似乎显得过于简单，并不能激发他们对物理化学学习兴趣，解决他们对物理化学理论学习的困惑，展示理论知识与科学实践和生产实践的紧密联系，从而体现物理化学作为基础学科的价值。另外，物理化学中化学规律和数学公式都是从科学实践总结出来的，能指导科学实践活动。因而，在物理化学实际教学中，除了要结合生活实践之外，教师应该适当阐述理论公式的实际科研来源以及这些理论知识在科学前沿研究和生产实践的应用价值，才能引导学生逐渐认识到物理化学知识理论学习的重要性，同时也可以通过科研实例刺激学生的好奇心和求知欲，从而激发学生对物理化学学习的兴趣。因此，教师科研能促进物理化学理论教学，也能促进学生对当前科研前沿的了解，激发学生的求知欲，培养学生的科学素养，为今后的发展奠定基础。

1科研实践对物理化学教学的促进作用

1．1物理化学理论在科研实践中的应用

尽管物理化学科研实践的实验方法和手段比较复杂，但是常常使用了大学物理化学书本上的基本原理和基础知识，因而，我们可以选择一些合适的科研实践活动将其应用到物理化学教学中，以提高学生对物理化学基础理论重要性的认识，帮助他们更好地理解这些基础知识，激发他们对物理化学学习的兴趣。这里我们以原电池的基本原理在科研中的应用来阐述物理化学基础理论知识学习的重要性。已有文献报道具有缺陷的碳纳米管浸入到一定浓度的氯铂酸或者氯金酸溶液中，通过原子力显微镜能够观察到在碳纳米管的边壁缺陷上快速形成金属铂纳米粒子或者金纳米粒子［1］。这金属离子自发还原沉积碳纳米管上的现象归因于金属离子与碳纳米管之间的原电池效应，电极反应分别是PtCl42－＋2e－＝Pt＋4Cl－，AuCl4－＋3e－＝Au＋4Cl－。根据电极电势的数学公式计算出PtCl42－和AuCl4－的还原电势以及碳纳米管的氧化电势，并比较它们的大小，从而能判断出金属铂或者金粒子是否能沉积在碳纳米管的边壁上。更进一步地研究表明利用原电池效应可以在碳纳米管的表面边壁上沉积四氧化三铁、氧化亚铜、二氧化钒等中间价态的金属氧化物，计算这些金属离子与碳纳米管之间的电极电势ΔE＝φ（Fe3＋／Fe2＋）－φ（R－CNTs／O－CNTs）、ΔE＝φ（［Cu（NH3）4］2＋／［Cu（NH3）2］＋）－φ（R－CNTs／O－CNTs）和ΔE＝φ（V5＋／V4＋）－φ（R－CNTs／O－CNTs），通过控制溶液的pH值和碳纳米管的结构等反应条件实现中间价态的金属氧化物沉积在碳纳米管的表面，关键是通过原电池效应合成的碳纳米管－金属氧化物复合材料在催化加氢反应、苯酚羟基化反应等催化反应中展示了比其他方法合成的该种复合材料更加优异的性能，体现了合理的使用电化学方法合成材料具有重要的应用价值［2－4］。尽管这些科研工作涉及的内容比较广泛，考虑的因素复杂，但是在材料合成方面的基本原理仍然是物理化学中原电池电极电势的相关基础知识。实际上，物理化学中热力学、溶液中的化学势、物质的相图、吸附脱附、动力学研究等基本知识在当前的科研都有广泛的应用，利用这些基本知识来验证过程的可行性或者借助它们推断出物理化学及其相关学科中更深层次的机理或者原理［5－7］。因此，物理化学的基础知识在当前的科学研究工作中仍然具有重要的价值，是学生为今后工作和学习所必须要掌握的。

1．2科研实践对学生物理化学学习的促进作用

摘要：专业选修课是对必修课的补充和提升，有利于构建本科教育的完善专业知识体系。以辩证唯物主义哲学理论为导引，探索高校教学原则在本科教学实践中贯彻的科学路径，其宗旨是实现高校教学实践科学性和思想性的统一，使本科生在构建完善的专业知识体系的同时，树立辩证唯物主义的世界观。

关键词：高等教育；选修课；纳米材料导论；科学世界观

高等教育突出专业教育，高等学校根据自身的性质和社会需求设置专业，各个专业设置相应课程来完成专门人才定向培养。高校课程根据对专业的适用性可分为必修课程和选修课程。前者是重点讲授本专业必须掌握的基础知识和技能，教学内容具有系统性、完整性和相对稳定性，后者则是作为必修的一种补充，有利于培养学生专业特长，系统构建专业知识和专业技能。在高校教育目标实现过程中，高等学校教学原则始终处于指导地位。教学规则是根据教学目的和教学规律制定出来的对教学的基本要求，对教学过程实施起到约束和规范作用，是成功进行教学活动必须贯彻的准则。如何在教学实践环节中，灵活运用、落实高等学校教学原则，是高校教师必须直面的重要课题。纳米材料导论是苏州大学材料专业开设的选修课，重点介绍纳米材料的基本概念和基本性质，着重介绍纳米粒子、纳米薄膜、纳米固体等材料的制备方法和基本性能。该课作为材料学专业重要选修课之一，如何在教学过程中，深入践行高等学校教学原则是本文探究的重点。

一、教学实践中选修课教学的科学性与思想性统一

本科教育过程是专业科学知识体系构建过程，同时也是本科生世界观逐步确立的过程。高等学校教学的首要原则是科学性和思想性统一。科学性要求教学要客观传授专业科学理论，而思想性则要求教学要体现社会主义教育的政治方向，培养学生树立正确的世界观和人生观。在纳米材料导论课程教学过程中，针对纳米材料特性这一章节中，重点揭示材料构效关系中所蕴含的哲学原理，即利用唯物辩证法的量变质变关系原理引导学生认知纳米材料特性。材料是人类赖以生产和生活的物质基础。材料是客观的物质，纷繁的材料构成了多彩的物质世界，层次的划分使复杂的物质世界变得清晰而富于条理。物质可分为若干层次，每个层次又可分为若干个亚层次。目前，三层次理论为人们所共识，即以典型尺度划分，物质可分为微观、宏观、宇观三个层次，不同层次的物质服从不同的运动规律。微观世界到宏观世界尺寸的划分不应当是截然的，具有一定的模糊性，即它们之间必然存在一个介观，处于介观领域的物质其典型尺寸为1～100nm（小于1nm为微观世界；大于100nm为宏观世界），该范围也称为纳米尺寸范围。这一过渡区域的特点表现为宏观规律和微观规律的互相交叠。一方面，牛顿经典力学的规律尚起重要作用；另一方面，量子力学的各种效应已十分显著，其结果是出现了新的尺寸效应。其中，既有本构特性变化的尺寸效应，又有新的物理和化学机制出现的尺寸效应。具体表现为宏观块状物质的本构特性与特征尺寸无关，而当物质的特征尺寸减小到某一临界值时，其本构特性变成与特征尺寸相关，或者出现新的物理和化学机制，即纳米尺寸效应，其包括小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等。团聚是纳米材料制备过程中材料尺寸控制的关键。纳米材料在制备过程中容易发生团聚，造成团聚发生的内因是由于纳米材料尺寸极小，比表面过大，比表面能过高，使材料体系处于不稳定状态，有自发通过接触团聚增大颗粒尺寸，降低比表面能使体系趋于稳定的趋势。造成团聚的外因是材料制备或煅烧过程中存在着范德华力、氢键和毛细管效应。这里小尺寸，高比表面能是团聚发生的根据，是第一位的，它决定着纳米材料团聚发生的基本趋势；而范德华力、氢键和毛细管效应是团聚发生的外部条件，它是第二位的，对事物的发展起着加速或促进作用，外因必须通过内因而起作用。学生通过辩证分析，在掌握教学知识点的同时，确立辩证唯物主义科学世界观，实现了纳米材料教学实践中科学性和思想性的统一。

二、纳米材料导论教学中实践教学与科学研究相结合

本科教育过程是知识的传承，更是科学研究方法的领略，通过个性的抽象思考，领悟共性的哲学精髓，将会开启本科生的创新之路。高教理论研究表明，探索、研究的本质是对未知领域的求索，而教学是已知的传承，二者的区别在于认识的客观对象不同，任务也不一样。但是两种认识过程又是互相依存和互相转化的。在专业选修课教学过程中，高校教师在传授系统知识的同时，有必要向学生传授一些科学研究的思维方法，在学生的兴趣中埋下探索的火种，实现科学思维的启迪。尖晶石型氮氧化物是一种新型的陶瓷材料，具有出色的光学性能、力学性能、热学性能、介电性能等，但氮氧铝制备相当复杂。尖晶石型氮氧化铝合成有三种方法，最普遍的方法是碳热还原氮化氧化铝法；第二种方法以金属铝为原料，借助燃烧反应来氧化氮化制备氮氧化铝；第三种方法是用气相反应合成氮氧化铝。这些方法的共同的特点是制备过程必须在高温下进行，高温、氮气、金属铝是合成不可缺少的条件；碳热还原氮化氧化法中，高温、氮、碳是必备的条件，因此，只要具备上述两种条件，就能够合成氮氧铝。经典爆轰理论表明，含能材料TNT爆轰，瞬间可释放出很高的能量，形成高温、高压、强冲击波能量场，高温、氮、碳均已具备的条件下，适当引入铝粉，就可以实现氮氧铝的制备。通过对自己课题组已有科研成果的介绍，将具体的思考方法传授给学生，经过综述、归纳分析，让学生感受到创新不光是靠偶然的灵感和顿悟，是有章法可循的。这种将研究方法和教学方法相互渗透的方式，能有效启迪学生们的创造性思维。

一、建立创新中心

2012年8月，美国经济发展局奖给布法罗大学349，565美元（约2，171，672元），用于在纽约西部10个县扶植培养创新精神，创造工作岗位和鼓励私人投资。联邦基金将用于创造一个创新中心，这是一个为期两年的项目，推动从纽约大学各个分校产生的发明和创新。目的是加速创新和发明商业化的渠道，把企业家和大学及社区的资源紧密联系起来。这一创新中心将会为企业家、商业和经济开发商提供一个合作和信息交流的平台，为企业提供新的商业信息，提供开发技术公司在早期阶段的领导能力训练，提供新产品开发的工艺流程，帮助解决中小企业的技术难题。

二、建立大量的多学科研究中心

UB建立有大量的研究中心和研究所，共有158个。这些研究中心主要侧重于协作、多学科的工作，覆盖了从建筑和新生媒介到国家安全和妇女的健康等广泛的研究领域。例如布法罗大学的多学科地震工程研究中心（MCEER）是由来自整个美国许多学科和研究机构的多名研究人员和工业界的合作伙伴组成的科研团队。MCEER最初由美国自然科学基金委于1986年建立，作为第一个国家地震工程研究中心。1998年，更名为多学科地震工程研究中心。MCEER的使命已经从最初侧重于研究地震工程到研究各种各样的自然或人为的灾害对于关键的基础设施、结构和社会的技术和社会经济等方面的影响。MCEER通过一个多学科的、多种自然灾害研究，同教育和外界紧密联系的系统来完成研究工作。

三、制订长远和前瞻性的学校发展计划，强化优势学科

为了确保布法罗大学持续的繁荣和发展，保持长期的创新活力和世界一流研究型大学的地位，学校董事会制订了UB2020计划。UB2020计划旨在提供学生最好的大学教育，提供社会（社区）最前沿的科研和医疗。其中计划的主要内容之一是培养战略优势学科。其战略优势主要分布在如下的八个方面：（1）艺术和表演艺术；（2）公民参与公共政策；（3）文化和文本；（4）极端事件的减缓和应对；（5）整个生命周期的健康问题；（6）信息与计算技术；（7）集成纳米结构系统（INS）；（8）生物系统和生物分子识别。每一个方面都设定达到世界一流的目标。如在集成纳米结构系统方面，倡导纳米科学和纳米技术的合作研究，做出能改变世界的发明和创新成果。集成纳米结构系统的研究人员们主要集中在下面六个主要的研究区域：（1）自旋电子学。用电子的自旋来储存、处理和传播信息，从而开发出一些以前不可能实现的电子仪器设备，使未来计算机的体积更小效率更高。（2）纳米电子技术。纳米电子技术侧重在创造纳米尺度的仪器和电路元件，克服现在微电子电路的不足，并实现这些仪器的包装。UB的研究人员正在设计和制造纳米尺度的电路、芯片和包装技术，未来的电器元件能够承受很高的电流密度和温度梯度，从而能够提供更快、更小、功能更加强大的计算机。（3）纳米医学。纳米医学的进展在UB包括新的微创诊断方法，药物和基因的目标（靶向）递送系统，促进光动力癌症治疗的方法，新的医学成像模式和实时药物疗效监测方法。这些研究向着临床实践的方向发展，最终能够提高病人的生命周期和生活质量。（4）传感器和纳米技术在生物医学中的应用。UB在传感器领域的工作包括神经元网络、模式分析、低功率光探测器和光源、新的分析物的识别技术。确定复杂化学模式作为各种疾病的标志，例如糖尿病和各种不同类型的癌症，最终能够实现这些疾病的早期诊断和治疗。（5）太阳能。UB研究人员正在开发一种新的科技用于制造和组装无机纳米材料，用于创造造价低、更加经济有效的太能电池。研究活动包括在一个导电聚合物母体上基于无机纳米晶体组装纳米材料用于制造和测试完全混合无机/有机太阳能电池的工艺过程中所发生的光诱导表面电子转移反应的基本表征。（6）能量储存和转换。改进的能量储存对于许多新兴的技术从电动和混合动力汽车到植入式医疗设备是非常关键的。UB的研究人员正在开发（研发）纳米材料并将它们应用到电池中，与现在的技术相比，新材料的应用能产生更高的功率体积比、更高的电流密度和更长的工作时间。这些微型电源对于许多传感器技术来说是必不可少的。

INS的研究人员来自整个的UB校园，并且和许多系（共约18个系）和研究中心（4个研究中心）一起工作，INS是纳米科学的焦点。并且INS拥有一套集中调配的仪器支持（支撑）纳米科学和相关的物理、工程和材料的研究工作，所有的仪器对于UB的工作人员和外部的用户是开放的，收取适度的成本回收费用。其中的设备有高分辨率投射电子显微镜装置、聚焦离子束扫描电镜设施、洁净室设施、电子束普光设备和原子力显微镜设备等。这些高精的尖端科研设备有力地推动了研究工作的进展。通过合作基金、研讨会和学术会议，INS形成了一个良好的研究环境，已经获得了很多突破性的研究成果。比如化学系教授SarbajitBanerjee被麻省理工技术评论（MITTechnologyRe-view）评为世界上35岁以下最优秀的发明家之一。他最有名的发明之一即是“智能玻璃”。这种玻璃具有夏天隔热，冬天透热的温度调节功能。

[摘要]为发展中国家和发达国家提供安全饮用水是一个巨大的挑战。日益增长的需求和水源水质恶化导致探索新的技术创新，以更好地管理水。纳米技术通过设计创新的集中和分散(家庭一级)水处理系统，在确保安全饮用水方面有着巨大的前景。本文概述了(家庭一级)水处理工艺的纳米技术的最新进展，其工作原理为，纳米吸附剂、光催化剂、微生物消毒剂和膜。广泛实施纳米技术用于水处理将需要克服纳米材料的高成本，使其能够再利用和再生。这也将确保尽量减少潜在的环境暴露。纳米技术的潜在进步必须与环境健康齐头并进，以减轻对人类的任何不良后果。

[关键词]纳米粒子；吸附；膜处理

安全饮用水被认为是一个国家发展的重要指标，根据最近的报告，世界各地约有6.63亿人无法获得安全饮用水[1]。多年来，污染和滥用地表水导致全球50%以上人口依赖地下水作为饮用水。然而，地下水是氟化物、砷、铅、铬、硝酸盐、硒、氯化物、重金属以及放射性物质的避风港，这些离子极大地损害了地下水的质量，导致了健康问题[2]。此外，腺病毒、甲型肝炎、轮状病毒等病原体通常存在于地表水和地下水中，必须有效地灭活才能提供安全的水。饮用水安全是根据国家标准或国际准则来判断的，卫生组织的饮用水质量准则是最重要的准则之一，并由许多发展中国家实施。报告表明，在依赖改良水源的估计62亿人中，超过10亿人继续使用不安全的水。联合国可持续发展目标(SDG6)之一是到2030年实现人人享有安全和负担得起的饮用水水处理技术的进步可以在实现这一目标方面发挥作用。在传统上用于饮用水处理的各种技术中，砂(颗粒介质)过滤是最古老的处理技术之一。砂过滤最初被认为是通过粒子间间隙的尺寸排除工作的。然而，后来的研究表明，慢沙过滤器(SSF)在富含细菌种群的沙粒周围形成一种活性生物膜(称为Schmutzdecke)，从而提高了介质的过滤能力。颗粒介质过滤的应用面临的挑战之一是，除了易受事故和流量变化的影响外，它无法有效地去除化学污染物。其他一些常规使用的技术包括化学氧化、吸附、化学沉淀/凝固、离子交换等等。最常见的化学氧化剂是氯，它为去除病原体提供了有效和坚固的屏障。另一方面，化学沉淀通过添加反离子来降低离子污染物的溶解度。这通常是絮凝和沉淀或过滤。近年来，人们对纳米粒子作为吸附剂在水处理中的应用越来越感兴趣。纳米技术显示出巨大的前景，作为处理持久性和新兴污染物的最佳可行方法[3]。纳米材料吸附与传统吸附剂相比，具有吸引力的替代品，因为它们具有较高的长径比，增强了反应活性，进而转化为较高的吸附容量。此外，纳米吸附剂还提供了额外的可能性，如在家庭一级以不同形式使用的可能性，例如，以粉末形式使用，涂覆在衬底上或在过滤器中使用等。颗粒的较小尺寸也提供了构建紧凑处理系统的可能性。最近的研究还表明，纳米粒子可以被工程化，同时针对多种污染物，从而可能降低处理成本。然而，人们对纳米材料的安全处置及其对公共健康和生态系统的潜在风险还表示担忧。因此，本综述详细介绍了在水处理中使用纳米粒子的现有技术。虽然对纳米粒子在水处理中的应用进行了大量的研究，但几乎没有任何全面的评论对这一主题进行批判性分析，本文试图填补这一空白。

1纳米粒子在水处理中的应用

用于环境保护和水处理的新型纳米材料的开发和使用近年来受到了广泛的关注，因为它们的表面积与体积比更大，粒径更小[4]。纳米材料在水处理中的四个主要应用领域是(A)吸附去除，(B)催化降解，(C)消毒和(D)膜过滤。其中，吸附去除污染物和使用纳米材料消毒是主要内容。纳米技术使水处理做法有望克服现有技术目前面临的主要挑战，并为水的经济利用提供新的处理方法。

2吸附去除

不同种类的纳米粒子被用于吸附去除研究，即用于去除砷的铁基纳米粒子、用于去除氟化物的碳和铝基纳米材料等[2]。本文综述了在各种使用点(POU)饮用水处理系统中常用的纳米吸附剂。

[摘要]本文以长江大学石油工程专业大二某班为试点，以胶体系统为例针对应用导向的石油工程物理化学课程改革进行了初步探索与实践。笔者通过启发式教学方法引导学生思考、探索和自主学的方式开展了“教师引导，学生主体”的教学模式，努力做到让学生想“动”、会“动”，能“动”，培养学生自主发现规律，自主寻找方法，自主探索思路、自主解决问题的能力。同时基于此次实践存在的问题提出了优化时间安排、优化督促机制和及时更新教学理论等改进方法。

[关键词]胶体化学；物理化学；课程改革；启发式方法；自主学习

社会工业化及信息化的不断发展使对应用型人才的需求不断增加，应用型人才培养模式逐渐成为了大众化高等教育的重点发展方向。工科类高校以解决生产和工程需求为本，以应用和实践为重，承载着为社会主义建设培养和输送应用型工程技术人才的重要职责，在社会发展及经济建设中发挥着关键的作用，是“工程师的摇篮”。人才的培养离不开专业的教育。2020年9月，总书记在科学家座谈会上提到：“要坚持把创新作为引领发展的第一动力，加强创新人才教育培养。要加强数学、物理、化学、生物等基础学科建设……”。物理化学是四大基础化学之一，涉及热力学、电化学、胶体化学和动力学四大方面，主要是以物理学的理论成就为基础、实验技术为手段探索和归纳化学的一般规律及理论并应用于求解复杂工程问题，属于数学、物理和化学相交叉的边缘学科。该课程具有系统理论性强、逻辑变换复杂、抽象严谨、公式繁多等特点，但兼具启发后续课程学和培养化学理论素养两大功能[1]，在促进产教融合中发挥着举足轻重的作用。

1物理化学课程定位

工科类专业以工程需求为本，以应用和实践为重。工科物理化学课程的层次介于基础课程和专业课程之间，在多数工科类高校属于专业基础课程，主要起服务专业的作用。物理化学课程具有完整的体系化特点，包含知识源头的基本问题、概念、定律以及实际应用，主要是用数学和物理学的相关方法探究化学中最具有普遍性的一般规律的学科，涉及宏观、微观不同尺度，动、静不同状态，固、液、气不同相态，要求学生具备必要的高等数学、大学物理、普通化学等方面的基础知识。该课程的教学目标主要是让学生建立完整系统的物理化学基本理论和方法的框架，使其掌握热力学、动力学、电化学及胶体化学中涉及的实验及普遍规律，并养成求真、求实的优良品德，培养工程意识、科学思维和创新能力，为从事与化学有关的工作打下坚实的理论基础[2]。对于此类“绿叶型”课程，教学重点应放在基础知识学和基础技能培养等方面。实际课程内容的取舍不应以是否新颖前沿为依据作取舍，当以在工程实践中是否实际可用为标准进行优化和筛选。工科类物理化学课程教学现状主要呈现出以下几个问题：(1)教学模式单一：教学以基础知识灌输为主，多采用教师为主体、学科知识为导向、灌输式的程序化教学模式。讲课ppt以文字居多，以理论居上，课堂氛围过于死板，师生互动少；(2)学生重视程度不够：由于缺乏理论与生活化物理化学案例的结合，无法有效体现物理化学的重要性和实用价值，吸引力不够，易给学生造成“用处不大、多学无益”的错觉；(3)授课周期短：授课周期受限，课程连贯性变差，课上思考、消化时间严重受限，学难度增大；(4)考核方式有待创新：学生自我约束力不够，教师对学生又缺乏监督，课后作业存在明显抄袭、雷同和“作业帮”现象，不能做到举一反三，导致了“课后都会，考试都不会”的巨大落差。美国能源情报署(EIA))最新报告显示，2015年至2040年，石油和天然气等化石能源继续主导的全球能源消费预计将持续增长28%。石油工程是根据油气和储层特性建立适宜的流动通道并优选举升方法，经济有效地将深埋于地下油气从油气藏中开采到地面所实施的一系列工程和工艺技术的总称，其直接目标是以最小代价最大限度地开采地下油气资源，服务于国民经济。我国是油气进口第一大国，2020年对外依存度分别为73%和43%，而且一些关键核心技术和装备仍存在“卡脖子”的风险。国内高校石油工程专业的开设主要是为了培养能适应石油战略快速发展需要，专业理论基础扎实，实践能力强，能在石油工程领域从事工程设计、生产施工、技术创新与应用研究等方面的高级应用型技术人才。油气采收率是衡量油气开采技术高低的重要指标，提高采收率技术的发展与创新也是石油与天然气领域永不褪色的话题。以长江大学石油工程专业为例，作为该校的老牌专业，物理化学课程的开设主要是为了服务于等油田化学原理、提高采收率原理等专业核心课程，不仅为体系和技术的创新提供了重要的基础理论支持，也为油田化学用剂的研发和优化指明了方向。然而受传统教学模式及教学方法的限制，使物理化学这类“绿叶型”课程的教学目的无法很好达成，其服务性的作用无法得到充分体现，因此推行物理化学教学改革具有现实必要性。本文结合长江大学石油工程专业的专业目标、学生素质和教师水平，以胶体化学部分为例，“因地制宜”、“因材施教”地开展了物理化学改革探索与实践，取得了一定的效果也发现了一些问题。

2教学设计(90分钟)

2.1基本概念引入

摘要：翻阅世界顶级科学期刊，每本期刊的封面都如同“工艺品”一般，顶级科学期刊很好地在艺术与科学之间寻到了一个完美的契合点，解析世界科技期刊封面内容与艺术画作之间的内在联系，挖掘科技与艺术间的交融互通，促进艺术于科技发展，推动国内杂志风向。从图像学、符号学出发，对科技研究成果即引用名画间内涵进行探究。

关键词：国际科学期刊；期刊封面；经典艺术；图像学；符号学

如今，国际科学期刊杂志不仅对科学知识有所研究，而且对大众所理解的具有严肃性、认真性、一丝不苟性的“科学”名词给予了另一种解释，科学也可以富有艺术气息。翻阅世界顶级科学期刊，每本期刊的封面都如同“工艺品”一般。赫伯特•斯宾塞曾指出：国际平面有时会被界定为一门研究符号学的学科，所以在理论层面，国际平面也是与符号学相关的一类。符号学当中的“能指”“所指”、信息交流方式及字面、语言和图像，在同样语言和图像的呈现当中不仅仅只代表了一种物体或观念，而是可以有着多种表达方式，此类表达并非消极，更多带有积极意义[1]。顶级科学期刊也以此为基础，通常只有专业人士才能解读的论文，通过图片或图片变形来呈现科学研究成果、传递科学知识使它们变得易于理解。现代图像艺术作为现代科技和艺术的完美结合，分享和传播必将带来更多的趣味性。顶级科学期刊很好地运用了这两大特性，在艺术与科学之间寻到了一个完美的契合点，从图像上的运用延伸至内涵之间的相互影响、借鉴。在探究世界科学期刊封面内容与艺术画作的内在联系时，笔者以封面期刊上所展示的图片、论文及所对比的艺术作品间存在的联系进行分析，品读图像与论文间的相互联系与互通内涵。钱学森先生曾在几十年前便强调过，国民不仅需要科学技术知识，更需要文化艺术修养[2]。回头看国内期刊，生硬的字体、简单的几何图形就是一期科学期刊的封面。

一、科学期刊封面图像示例

（一）悄然融入的浮世绘

1.凯风快晴

《GenestoCells》是一本由日本分子生物学会发行的细胞生物学学术期刊。此期刊是一本独具风格的杂志，能将浮世绘作品与生物学不露声色地融合其中。2014年2月期刊上的画作源自“三十六景”之一的《凯风快晴》。被称为“浮世绘之王”的《凯风快晴》，描绘的是“赤富士”时的景象。在夏日晴朗之时，太阳初升。此期刊封面中的细胞质所含有的器官都包含于改写版的《凯风快晴》之中。期刊中富士山被红日映照，山体通红。“凯风”则是指从南方吹来的风，将云朵的形状自上而下呈现出不同的纹理，鳞片状的云有的似光滑内质网、有的似糙面内质网、有的似运输囊泡。由于《凯风快晴》的作者葛饰北斋受印象派影响较大，而细胞器研究出现重大突破也是出现在这个时期。不论从科学或是艺术的领域都是中西方交流与互通的最好代表。

[摘要]本文以长江大学石油工程专业大二某班为试点，以胶体系统为例针对应用导向的石油工程物理化学课程改革进行了初步探索与实践。笔者通过启发式教学方法引导学生思考、探索和自主学习的方式开展了“教师引导，学生主体”的教学模式，努力做到让学生想“动”、会“动”，能“动”，培养学生自主发现规律，自主寻找方法，自主探索思路、自主解决问题的能力。同时基于此次实践存在的问题提出了优化时间安排、优化督促机制和及时更新教学理论等改进方法。

[关键词]胶体化学；物理化学；课程改革；启发式方法；自主学习

社会工业化及信息化的不断发展使对应用型人才的需求不断增加，应用型人才培养模式逐渐成为了大众化高等教育的重点发展方向。工科类高校以解决生产和工程需求为本，以应用和实践为重，承载着为社会主义建设培养和输送应用型工程技术人才的重要职责，在社会发展及经济建设中发挥着关键的作用，是“工程师的摇篮”。人才的培养离不开专业的教育。2020年9月，习总书记在科学家座谈会上提到：“要坚持把创新作为引领发展的第一动力，加强创新人才教育培养。要加强数学、物理、化学、生物等基础学科建设……”。物理化学是四大基础化学之一，涉及热力学、电化学、胶体化学和动力学四大方面，主要是以物理学的理论成就为基础、实验技术为手段探索和归纳化学的一般规律及理论并应用于求解复杂工程问题，属于数学、物理和化学相交叉的边缘学科。该课程具有系统理论性强、逻辑变换复杂、抽象严谨、公式繁多等特点，但兼具启发后续课程学习和培养化学理论素养两大功能[1]，在促进产教融合中发挥着举足轻重的作用。

1物理化学课程定位

工科类专业以工程需求为本，以应用和实践为重。工科物理化学课程的层次介于基础课程和专业课程之间，在多数工科类高校属于专业基础课程，主要起服务专业的作用。物理化学课程具有完整的体系化特点，包含知识源头的基本问题、概念、定律以及实际应用，主要是用数学和物理学的相关方法探究化学中最具有普遍性的一般规律的学科，涉及宏观、微观不同尺度，动、静不同状态，固、液、气不同相态，要求学生具备必要的高等数学、大学物理、普通化学等方面的基础知识。该课程的教学目标主要是让学生建立完整系统的物理化学基本理论和方法的框架，使其掌握热力学、动力学、电化学及胶体化学中涉及的实验及普遍规律，并养成求真、求实的优良品德，培养工程意识、科学思维和创新能力，为从事与化学有关的工作打下坚实的理论基础[2]。对于此类“绿叶型”课程，教学重点应放在基础知识学习和基础技能培养等方面。实际课程内容的取舍不应以是否新颖前沿为依据作取舍，当以在工程实践中是否实际可用为标准进行优化和筛选。工科类物理化学课程教学现状主要呈现出以下几个问题：(1)教学模式单一：教学以基础知识灌输为主，多采用教师为主体、学科知识为导向、灌输式的程序化教学模式。讲课ppt以文字居多，以理论居上，课堂氛围过于死板，师生互动少；(2)学生重视程度不够：由于缺乏理论与生活化物理化学案例的结合，无法有效体现物理化学的重要性和实用价值，吸引力不够，易给学生造成“用处不大、多学无益”的错觉；(3)授课周期短：授课周期受限，课程连贯性变差，课上思考、消化时间严重受限，学习难度增大；(4)考核方式有待创新：学生自我约束力不够，教师对学生又缺乏监督，课后作业存在明显抄袭、雷同和“作业帮”现象，不能做到举一反三，导致了“课后都会，考试都不会”的巨大落差。美国能源情报署(EIA))最新报告显示，2015年至2040年，石油和天然气等化石能源继续主导的全球能源消费预计将持续增长28%。石油工程是根据油气和储层特性建立适宜的流动通道并优选举升方法，经济有效地将深埋于地下油气从油气藏中开采到地面所实施的一系列工程和工艺技术的总称，其直接目标是以最小代价最大限度地开采地下油气资源，服务于国民经济。我国是油气进口第一大国，2020年对外依存度分别为73%和43%，而且一些关键核心技术和装备仍存在“卡脖子”的风险。国内高校石油工程专业的开设主要是为了培养能适应石油战略快速发展需要，专业理论基础扎实，实践能力强，能在石油工程领域从事工程设计、生产施工、技术创新与应用研究等方面的高级应用型技术人才。油气采收率是衡量油气开采技术高低的重要指标，提高采收率技术的发展与创新也是石油与天然气领域永不褪色的话题。以长江大学石油工程专业为例，作为该校的老牌专业，物理化学课程的开设主要是为了服务于等油田化学原理、提高采收率原理等专业核心课程，不仅为体系和技术的创新提供了重要的基础理论支持，也为油田化学用剂的研发和优化指明了方向。然而受传统教学模式及教学方法的限制，使物理化学这类“绿叶型”课程的教学目的无法很好达成，其服务性的作用无法得到充分体现，因此推行物理化学教学改革具有现实必要性。本文结合长江大学石油工程专业的专业目标、学生素质和教师水平，以胶体化学部分为例，“因地制宜”、“因材施教”地开展了物理化学改革探索与实践，取得了一定的效果也发现了一些问题。

2教学设计(90分钟)

2.1基本概念引入