無機化學案例法和課程思政教學模式的構建*

2021-04-09 09:53:43邱江華余高奇

廣州化工 2021年21期

邱江華，陳陽，余高奇

(武漢科技大學化學與化工學院，湖北武漢 430081)

當前，在信息時代的大背景下，傳統的課堂教學受到了挑戰，特別是較為枯燥的基礎化學基本原理、基礎知識和有關計算難以吸引他們的注意力。同時，隨著科學技術日新月異的發展，基礎化學理論的應用領域在不斷發展和升級，《無機化學》教材每隔數年更新一次的步伐，已跟不上全球科技競爭的步伐，導致知識體系難以滿足社會和企業的需要。因此，在《無機化學》教學中，如何通過教學方法和教學內容的改革讓枯燥無味的無機化學理論和知識激發學生們的強烈求知欲，讓更多熱門的化學前沿知識武裝我們的學生，已成為當前課程與教學改革要解決的重點問題。

在基礎化學教學中，如何提高同學們的學習興趣和創新能力，已引起廣大教師的廣泛關注。陸家政等[1]嘗試和探索了在藥學院無機化學教學中引入案例教學，胡鍇等[2]探討了問題式教學和案例教學在普通化學教學中的綜合應用，吳義平等[3]探討了普通化學案例教學與學生自主學習能力的培養，康曉紅等[4]探討了案例教學模式在工科化學教學中的應用。雖然案例教學法在基礎化學類課程教學中得到了一定的應用，但是，目前都只是“點”上的試驗，還沒有形成“面”上的應用。就無機化學來說，目前也只是在課程中穿插一些案例，還沒有建立完整的無機化學課程案例教學模式。另外，如何將各個零散的知識點有機地串聯到一起，同時發揮好課程思政對教學的促進作用，既提高學生們學習的興趣，又實現課堂教學育才和育人的有機統一，也是當前課堂教育所要解決的問題。本文根據工科無機化學各章知識的特點，將其教學內容劃分為化學反應的基本原理、溶液中的化學平衡、氧化還原反應與原電池、物質結構基礎、配位化合物、元素化學等六個“專題塊”。在學習每個“專題塊”時，首先引入一個與所學知識密切相關的熱點話題，同時提出幾個問題，作為案例；接下來，為解答以上問題，需要掌握哪些方面的知識？通過一系列問題的巧妙引入、分析和總結，學習和掌握各“專題塊”的知識點，同時在其中穿插一些與知識點密切相關的哲學思想、科學家勵志故事、工匠精神和道德教育等，激發學生強烈的社會責任感和求知欲；最后，根據所學習的知識點，組織學生討論解決案例的問題。以知識點的“問題”為目，以“專題塊”的案例為綱，構建完整的無機化學案例法、問題法和課程思政綜合教學模式，激發學生的求知欲，實現課堂教學育才和育人的有機統一。

1 案例法

在學習每個“專題塊”時，首先引入一個與所學知識密切相關的熱點話題，同時提出幾個問題，作為案例。由于知識相關的案例涉及到社會熱點問題，學生會比較感興趣，然后所提出的問題就會讓學生產生好奇和疑惑，這樣就可以大大提高學生學習的動力和興趣。比如在學習“化學反應的基本原理”專題塊時，首先引入案例：作為空氣污染的主要來源之一，機動車尾氣含有大量的有害物質，包括一氧化碳、氮氧化物、碳氫化合物和固體懸浮顆粒等。為減輕汽車尾氣對空氣的污染，你們課題組計劃開發汽車尾氣凈化裝置，它能將CO氧化成為CO2，將碳氫化合物氧化成H2O和CO2，將NOx還原成N2和O2。通過將三種有害氣體轉化為無害物質，使汽車尾氣得以凈化。現在由你負責探討反應 2CO+2NO=2CO2+N2的可行性及最優的反應條件。那么，需要考慮哪些方面的問題？請查閱汽車尾氣的相關資料(如溫度范圍)，然后對該反應在標態下的熱效應、方向、速率、平衡轉化率等進行計算，并論證該反應的可行性。以上和大家生活密切相關的案例和問題，可以激發起學生學習的興趣和求知欲，同時可以促進學生對無機化學理論知識重要性產生認同感。

再如在學習“物質結構基礎”專題塊時，首先引入案例：2017年5月18日，國土資源部部長姜大明在南海神狐海域的“藍鯨一號”鉆井平臺上宣布：我國首次海域可燃冰試采成功，其資源儲存量相當于千億噸石油。可燃冰，又稱天然氣水合物，是分布于深海沉積物或陸域的永久凍土中，由天然氣與水在高壓低溫條件下形成的類冰狀的結晶物質。但是，從可燃冰的開采到應用在人們的生活中，還有很多問題需要解決。因此，可燃冰已成為當前能源研究的熱點之一。試問：1、甲烷分子和水分子內各形成什么類型的化學鍵？結構各是怎樣的？如何解釋？2、為什么可燃冰里CH4是氣態，而H2O是固態？二者誰更容易被液化？3、幾百年來，無數船只和飛機在百慕大三角海區沉沒、消失，成為大西洋上聞名遐邇的肇事區。什么原因？和可燃冰有關么？4、開采可燃冰有哪些方法？能源涉及到經濟、國防和民用等各個領域，是大家所熟知的熱點領域，而可燃冰作為未來的新能源，一下子就可以吸引同學們的興趣，特別是在案例中所提出的幾個問題，涉及到無機化學的知識和拓展，能夠激起同學們的好奇感，對后面各個知識點的學習具有重要的推動作用。

2 問題法

為解答以上案例所提出的問題，需要掌握哪些方面的知識？通過一系列問題的巧妙引入、分析和總結，達到了解和掌握各“專題塊”知識點的目的。這種采用先提出問題，然后分析，最后總結的啟發式教學方式，相比較于傳統的一個個分散知識點的灌輸式介紹，更容易被學生所接受。并且，所引入的系列問題之間不是相互獨立的，而是相互關聯的，是為解決案例問題所產生的一系列“多米諾骨牌”。

以化學反應的基本原理“知識塊”為例，在引出了案例后，需要對案例的問題進行解答，就需要掌握化學反應的熱效應、方向、速率、平衡轉化率等方面的問題，可以采取如下的一系列問題的串聯將各個分散的知識點連接到一起。化學反應涉及到具體物質，那么物質的聚集狀態有哪幾種？→化學反應會涉及到溶液，那么物質的濃度是什么形式？→化學反應還會涉及到氣體，那么氣體符合什么樣的方程？→混合氣體的壓力如何計算？→反應進度如何表達？→化學反應的能量如何定性分析？→體系能量變化計算的依據是什么？→體系的反應熱如何計算？→化學反應自發進行的判據是什么?→化學反應是如何進行的？→反應速率的方程式又是怎樣的？→影響反應速率還有哪些因素？→化學反應平衡態如何描述？通過一系列的關聯問題的分析和總結，就把各分散的知識點有機地結合到一起了，也突出了這些知識點學習的目的性。

對于元素化學“知識塊”，基本上都是些經驗的化學知識，沒有太多復雜的理論，可以組織學生以小組匯報的形式進行。比如，在匯報錳族元素時，可以按照錳族元素家庭成員有哪些？錳族元素有哪些重要的應用？錳族元素主要的化合物有哪些？錳族主要化合物的物理和化學性質如何？通過組織學生上講臺匯報，可以提高學生學習的積極性，鍛煉學生的表達能力，培養學生的團隊協作意識，促進學生的全面發展。

3 課程思政

在2016年12月7-8日召開的全國高校思想政治工作會議上，習近平總書記系統回答了高校要把握“培養什么樣的人”、“如何培養人”以及“為誰培養人”這一系列高等教育的根本問題。立德樹人是教育的根本任務，教書育人是教師的基本職責。在無機化學課堂教學中，我們巧妙地穿插一些與無機化學理論和知識密切相關的哲學思想、科學家勵志故事、工匠精神和道德教育等，積極引導當代大學生樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀，實現課堂教學育才和育人的有機統一。比如學習“物質結構基礎”專題塊時，在分析甲烷結構時，發現價鍵理論無法解釋甲烷分子的實際構型，于是引出“實踐是檢驗真理的唯一標準”的哲學思想，讓辯證唯物主義思想指導自然科學的學習，同時也加強了哲學方法論在實踐中的運用；在講解雜化軌道理論時，借鑒科學家鮑林的小故事：萊納斯·卡爾·鮑林(1901-1994)，美國著名化學家，量子化學和結構生物學的先驅者之一，1954年因在化學鍵方面的工作取得諾貝爾化學獎，1962年因反對核彈在地面測試的行動獲得諾貝爾和平獎。鮑林在讀大學時，由于家庭經濟困難，曾停學一年去掙學費。它展現了化學的重要和偉大，又對學生進行勵志教育；在學習硅元素的化合物碳化硅時，借鑒山西煤化所郭向云研究員的小故事：經過十年的不懈努力，2010年終于制備出了比表面積大于50 m2/g的碳化硅材料，一舉躍為世界第一。它體現了工匠精神，展現無機材料的魅力，激發學生的專業榮譽感；在學習“緩沖溶液“時，將其拓展到人的脾氣的解釋，人的脾氣有好有壞，其實是每個人對環境緩沖能力的不同，所以脾氣好的人緩沖能力強，但是一旦超過緩沖能力時，其破壞性更大，這也是為什么有些人平時看起來很溫和，脾氣突然爆發時會一鳴驚人的原因。因此，人都有脾氣，需要相互理解，和諧相處。

課程思政教育不僅能夠激發學生強烈的社會責任感和道德感，實現課堂教學育人于無形的目標，還能夠反哺于教學，讓學生用心學習，提高學習的效率。

4 案例問題的討論

最后，根據以上所學習的知識點，組織學生討論解決案例的問題。在進行這個環節之前，老師需要提前做一些準備工作，比如組織學生報名參加討論、指導學生查閱相關的資料和制作PPT、制定問題的參考答案等等。在談論進行的過程中，老師要扮演好主持人的角色，控制好討論課的進度，同時對學生講解過程中出現的錯誤和不足之處進行及時的更正和補充等等。以化學反應的基本原理“知識塊”為例，要解決前面提到的幾個問題，學生需要查閱資料，了解到汽車尾氣凈化裝置溫度通常為600～700 ℃，才能夠對反應2CO+2NO=2CO2+N2在標態下的熱效應、方向、速率、平衡常數進行計算，然后再分析數據，對該反應的可能性進行論證。該討論環節涉及到文獻查閱，PPT的制作，化學分子式的準確輸入，化學反應等壓熱效應、方向、速率和標準平衡常數的計算，數據的分析等，對培養學生嚴謹的作風、創新的思維和能力[5]具有重要推動作用。

5 結語