化學分析課程思政具體案例設計及思考

宦雙燕，王玉枝，蔡熾，陳增萍，唐麗娟，雷春陽，劉劍波，李永軍

湖南大學化學化工學院，長沙 410082

教育是國之大計，習近平總書記在2016年12月的全國高校思政工作會議中提出[1]，要用好課堂教學這個主渠道，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協同育人效應。

分析化學課程是湖南大學化學、應用化學專業的學類核心課，也是化學工程與工藝、生物和醫學等專業的必修課，以無機化學為先導課程，為獲取物質的化學信息（物質的組成、含量、結構和狀態等信息）提供原理和手段。為實現分析化學課程的協同育人功能，教學團隊經過“研討-教學-再研討”反復實踐，構建了系統的課程思政教學案例庫，融知識于案例之中，同時實現知識傳授和思政教育的雙重功能，創新了分析化學課程課堂教學模式，激發了學生的學習興趣和愛國熱情。本文將以分析化學中的“化學分析”部分教學為例，介紹本教學團隊在課程教學中的一些方法和舉措，以促進交流，逐步提高課程思政的教學效果。

1 緒論部分的課程思政設計

緒論部分是整個分析化學課程的開篇，涉及到的宏觀性問題較多，也是最容易融入思政元素的部分。課程思政的案例設計應建立在學情分析的基礎上。本校學習化學分析課程的學生處于大二下學期，對于大學課程和專業知識有一定的了解，課堂積極性不如大一時高。化學分析課程專業性強，學生雖然學過無機化學和有機化學，但并不明白它們和分析化學的具體關系，對分析化學的特點和重要性不了解，對身邊的分析化學相關案例知其然，不知其所以然，因此，需要培養其理論分析、批判性思考和開拓創新思維。

1.1 緒論部分課程思政設計思路與關注點

就課程而言，學習一門新課的意義和重要性是學生關注的問題，也直接決定了學生后續學習的積極性和主動性。分析化學是一門與人們衣食住行緊密相關的學科，如何體現分析化學在人們生活、工農業生產和現代科技發展中的重要作用？如何引發學生對課程的學習積極性？在分析化學學科發展歷程中，有沒有中國的學者給我們關鍵啟示？如何在教學中引入大家廣泛關注的社會問題，從分析化學的專業角度去深入思考這些問題，加強學生將所學知識與社會實際問題相結合，形成自己的科學觀，也是學習中需要培養的能力。本課程的緒論部分，結合學情分析和上述這些問題來進行課程思政案例設計，將其融入到緒論的知識點內容中，該思路對于其他課程的緒論部分思政元素融入具有通用性。

1.2 緒論部分具體案例教學設計

案例一：以“蔬菜農藥殘留檢測”為切入點，說明分析化學在衣食住行、工農業生產和科技強國中的作用，體現課程學習的意義和重要性，弘揚科學觀，總體設計思路如圖1所示。

圖1 緒論部分思政案例一的設計思路示意圖

在分析化學課程導入部分，以“鼻子聞到花香”這一化學信息的直接獲取為切入點，拓展到“衣食住行”密切相關的問題，如海關、安檢危險品檢查，住房甲醛超標，化妝品鉛汞超標，以及酒駕、糖尿病、農藥殘留等化學信息的獲取。設計互動問答，引入分析化學的定義，同時為后文的案例融入做鋪墊。

切入：以“蔬菜農藥殘留”為例[2]，蔬菜從生產到走上我們的餐桌，中間經歷了多級安全檢測，蔬菜生產基地是重點監測的地方，各地都設有流動檢測車，農產品有質檢中心，各級蔬菜市場、超市，包括食堂都設有農殘檢測室，層層把關。分析化學就是檢測農藥殘留的“眼睛”，有了分析化學的“火眼金睛”，我們的食品安全才有保障。

拓展：分析化學其實滲透到了我們衣食住行的方方面面，水質監測、空氣質量監測、工農業生產過程和產品質量檢測、個人健康生化指標檢測、醫藥生產、出行安全、國防安全等等。可以列舉一兩個實例，如鋼鐵冶煉中通過爐前分析控制鋼鐵質量，工業生產中在線監測控制產品質量。

升華：共和國成立70年來，我國的科技發展取得輝煌成績，大家熟知的如“兩彈一星”“人工合成結晶牛胰島素”，這些成就跟分析化學有沒有關系？分析化學家陳國珍就參與了核燃料產品的質量控制分析[3]，因為涉及國家機密，他沒有因此發表一篇相關學術論文，但他是真正的幕后英雄。51個氨基酸經歷200多步化學合成牛胰島素[4]，每一步都要結構鑒定嚴格把關，當年沒有核磁、質譜，只有元素分析、氨基酸定量分析、紙層析等手段分析，分析化學家是在怎樣艱苦的條件下完成了結構分析的。目前人類社會已進入以“智能制造”為代表的第四次工業革命，智能制造必須要和各種各樣的傳感器結合才能實現智能化，所以傳感器的研究是基礎和核心，而化學生物傳感正是分析化學的前沿研究領域，如智能可穿戴裝備、智能疾病診斷系統、虹膜芯片等等。

由此可見，分析化學是現代科技和工農業生產的“眼睛”，一個國家的分析化學水平，從某種程度上反映出這個國家的科技水平。依此闡明了學習分析化學課程的意義和重要性。

案例二：以我國分析化學家高鴻院士的生平事跡，詮釋分析化學工作者應有的特質，弘揚核心價值觀和科學家精神[5]。

通過對我國著名分析化學家高鴻院士生平事跡的深入挖掘，發現在他身上具有老一輩科學家共有的一些特質：

（1）報國熱忱：1948年他放棄美國伊利諾大學的優厚條件，毅然回國，在寫給未婚妻的信上說：“我知道國內硝煙彌漫，生活艱苦，工作條件差，但我寧愿回國后英雄無用武之地，也不愿有國不能回”。他說：“梁園雖好，并非久留之地”，“我應該為我的祖國和同胞服務，我的事業在祖國。”回國后他編寫了中國第一部《儀器分析》教科書（1956年），開創了我國儀器分析的先河。他一生為中國的科學事業而奮斗，匯編出版了《分析化學前沿》。

（2）嚴謹求實：在編寫《儀器分析》時，書中收錄的每一個實驗，他都親自動手做過，即使條件非常艱苦，他也要經過實踐驗證才編入教材。

（3）開拓創新：極譜分析研究理論一直被看作是“高深莫測”的，如“球形電極擴散電流公式”，極譜學權威學者曾斷言這個公式是無法驗證的。高鴻經過系列深入的研究，創造性地提出了19個電化學理論公式，圓滿通過實驗驗證了“球形電極擴散電流公式”的理論，首創了電滴定分析領域新技術——示波滴定分析。

案例三：以“鎘大米”為代表的公共安全事件為切入點，提出研究任務進行互動討論，說明分析化學不僅是數據的提供者，更是問題的解決者，加強思辨能力和社會責任感，總體設計思路如圖2所示。

圖2 “鎘大米”事件思政案例設計思路

分析化學與其他學科相比的一個顯著不同之處在于，它提供的產品是數據。這就延伸出一個問題：分析化學工作者是否僅僅是數據的提供者？這里可以結合公共安全事件等社會廣泛關注的問題，通過具體研究任務和解決方案的互動討論，引導學生從分析化學專業的角度去理解，為什么不僅僅要提供完善數據，更要考慮如何解決實際問題。

“鎘大米”事件概要[6]：2013年2-5月廣東省官方抽檢大米及米制品4600多批次，截至5月24日，總計公布155批次鎘含量超標大米的名單。超過半數批次產地為湖南省，鎘含量最高超過國標3倍，高達0.6 mg·kg-1。

提出思考問題：如何對株洲地區大米中鎘超標問題進行研究？

引導學生分別發表觀點，教師進行總結，由定量分析知識點直接推導出初步研究方案：1）采集不同地區稻米樣品（有代表性）；2）選擇合適方法測量稻米樣品鎘的含量；3）對含量分布做分析，得到數據結果。

引導學生拓展思考：得到數據結果后，分析化學的工作是否就完成了？沒有，還有哪些可以做的？進行生生互動討論，在最后提出解決方案：

（1）采集稻米、稻米生長土壤、稻田水、空氣等樣品。

（2）測量稻米、土壤、水、空氣中鎘含量和其他理化性質。還應測定不同深度土壤、空氣中鎘含量，測定稻田水、土壤、空氣顆粒物中不同形態的鎘含量。

（3）綜合分析：稻米鎘含量與土壤、稻田水、空氣中總鎘含量的相關性，與土壤、空氣顆粒物中不同形態鎘的相關性，與其他理化性質的相關性。

（4）確定鎘的來源，危害程度，遷移、轉化狀態。

為了有效的避免安全隱患，需要安排專業的檢查人員定期 進行安全工作檢查，避免安全檢查流于形式化，將責任具體落 實到每個工作人員當中，實行獎懲制度，對于無視企業規定的 員工要進行嚴厲的懲罰，對于認真工作的員工要進行獎勵并宣 傳其優秀事跡，形成榜樣帶頭作用，對每天的工作情況都要進 行登記，并將其錄入到數據庫當中，注重安全措施的實施和安 全目標的完成，在電氣工程施工設備的管理上，需要根據相關 管理規定進行審查，保證工程施工設備的安全性，此外要對用 電系統進行詳細的規定，對漏電現象進行有效的防護，從設備 的開發安裝到使用，都需要根據規范進行設置，必須保證安全 措施的落實，以此來創建安全的工作環境。

（5）根據分析結果提出降低稻米中鎘含量的措施。

從該實際問題的討論可以得出結論：分析化學工作者不僅是數據的提供者，更要做問題的解決者。

2 分析質量保證部分課程思政案例設計

通過分析質量保證部分的學習，需要學生掌握誤差的基本概念、有效數字及運算規則，初步學會實驗數據的統計處理方法和提高分析結果準確度的方法，培養學生正確評價和表達分析結果的能力。該章節的內容偏數理統計，在思政融入上可以從馬克思主義哲學基本原理和方法論考慮[7]。

例如：在誤差概念部分，系統誤差與必然性因素、測量準確度之間的關系，隨機誤差與偶然性因素、測量精密度之間的關系，以及系統誤差和隨機誤差的客觀性，過失誤差的主觀性等內容的講解能夠潤物無聲地融入馬克思主義哲學基本原理與方法論。另外，在分析結果的統計處理部分，隨機誤差分布的概率分布表現出單峰性、對稱性、有界性和抵償性，也體現了偶然性和必然性的辯證統一，正如恩格斯所說，“在表面上是偶然性在起作用的地方，這種偶然性始終是受內部的隱蔽的規律支配的，而問題只是在于發現這些規律”。

在講授有效數字及運算規則部分內容時，可以進一步延伸講解什么是分析化學中“量”的概念[8]：（1）取樣、讀數、用量上的精確；（2）對成分的準確定量（與廚師炒菜的最大區別）；（3）準確報結果（保留幾位有效數字？方法的誤差多大，偏差多大？）。通過討論讓學生建立對“量”的概念的理解。

在分析數據的可靠性檢驗部分，學生很難對常規分析數據做可靠性檢驗的必要性有所理解，這里可以將需要分析的數據置換為飛機部件數據，那么對數據的可靠性分析就變得尤為重要了。案例設計時，可以結合近期熱播的電影“中國機長”，從擋風玻璃出現裂紋引發的一場空中浩劫展開。

根據漢莎技術公司的數據統計，85%以上的飛機故障是部件可靠性低造成的。什么是部件可靠性分析[9]？簡單地說就是運用適當的數理統計方法對飛機部件數據進行分析，參照維修標準手冊和世界機群使用數據等標準，來確定其性能狀況和故障趨勢，分析該部件的穩定度和可靠度。從而預測和判斷飛機部件在特定環境及時間內的可靠性狀況，減少空中故障發生率，為出行安全作保障。

由此可見科學客觀地進行數據可靠性檢驗的重要性。由飛機部件可靠性檢驗拓展到其他分析數據的可靠性檢驗，如環境污染物的數據、工農業生產中原料和產品的質量數據、食品中的化學添加成分數據等等，進一步體現對實際數據進行可靠性檢驗的重要性和分析中涉及到的社會責任感。

3 滴定分析和重量分析章節課程思政案例設計及其推廣的普適性

3.1 與歷史人物相關的思政案例設計

在化學分析法導論教學內容中可引入我國近代分析化學家王琎先生提出的科學研究方法[10]。王琎先生在研究中國化學史時發現，很多化學史料夾雜著政治、迷信等思想，因此，他提出以現代科學手段測定大量數據的基礎上，與歷史文獻考證相結合的方法來開展化學史的研究。例如：在《五銖錢化學成分及古代應用鉛、錫、鋅、銅考》一文中，他通過對不同朝代錢幣的分析、化驗，并結合史料，提出判斷錢幣年代的科學方法。王琎先生還提倡分析工作要為生產、生活服務，他撰寫的《南京飲水問題》《江蘇鳳凰山鐵礦的化學分析》《關于浙江黃鐵礦的主要成分及含量與其系統分析方法》等論文都體現了這一點。王琎先生的研究推動了我國化學史的研究和化學分析的發展。

在氧化還原滴定章節中會涉及到能斯特方程，由這個以人名命名的方程可以延伸到能斯特與哈伯的歷史抉擇對比。能斯特不僅提出了能斯特方程，還建立了熱力學第三定律[11]，發明了能斯特燈、電鋼琴，和他的導師奧斯特瓦爾德共同提出溶度積等重要概念，來解釋沉淀平衡，師徒五代相傳獲得諾貝爾獎，也是史上空前的。20世紀初的柏林大學是科學天才的聚集地，世界學術中心，如普朗克、愛因斯坦、海森堡、霍夫曼、德拜；哲學家黑格爾、叔本華；社會學家馬克思、恩格斯等等，但德國也誕生了像希特勒這樣的法西斯。1930年之后納粹黨上臺，很多正義的科學家像能斯特、愛因斯坦等拒絕為納粹服務，抗議希特勒暴政而受到納粹迫害。也有些科學家選擇了為納粹服務，像獲得1918年諾貝爾化學獎的哈伯（猶太裔），替納粹研制毒氣彈，成為罪惡的化學武器之父[12]。由此可見，一個科研工作者也要樹立正確的價值觀和人生觀，否則學問可能成為破害人類的武器。

3.2 公共安全事件與社會責任感相關思政案例設計

在講授溶液pH控制的重要性時，引入“金龍魚食用油事件”、“磷化工藝”、日常飲用水的酸堿性等與生產生活密切相關的問題，讓學生意識到控制溶液酸堿性的重要意義。還可進一步結合實驗室“三廢”處理問題，加強環保意識。

在講授酸堿滴定法定量分析的氨含量測定時，可介紹凱氏定氮法，結合2008年席卷全國的三聚氰胺“毒奶粉事件”[13]，通過直觀的案件回放視覺“沖擊”，讓學生認識到“蛋白質定量分析方法”本身的缺陷，以及熟悉該方法的相關人員的職業道德的缺失所產生的嚴重后果。進一步體現分析化學必須發展精準的檢測技術，為食品安全保駕護航。而作為未來的化學或分析化學工作者的學生們，更是要遵守職業道德，肩負起社會責任感。

3.3 倡導健康生活方式思政案例設計

在講授氧化還原反應的方向和程度時，聯系到氧化還原反應也是人體內最基本的化學反應，人體在氧化-抗氧化之間維持一個機體的平衡。眾所周知，通過濃度、酸度、產生沉淀等外因可以改變一個氧化還原反應的方向。同樣的，人體遭受有害刺激的時候，也會產生大量活性氧、活性氮自由基，氧化-抗氧化失去平衡，就會產生氧化應激，嚴重的導致衰老、疾病等。哪些因素會打破平衡？熬夜、抽煙、酗酒、暴飲暴食、過度勞累等等不健康的生活方式，就會讓平衡向氧化方向移動，加大疾病風險，因此需要提倡健康的生活方式，讓機體維持一個穩定的氧化-還原平衡狀態。

3.4 理論聯系實際相關案例設計

化學分析部分的講授側重基本方法、原理和計算，可以針對性地設計相關方法的實際應用案例[14,15]，如飲用水中所含離子的定量分析，具體包括總硬度、總堿量、溶解性總固體、化學需氧量的分析，以及水中鈣、鎂、鐵、氯、氟等離子的定量分析。將所學滴定分析和重量分析的方法原理應用于實際問題的解決。

其次，在化學分析的方法原理中較少涉及到實際樣品的預處理和國家標準方法的介紹，可有針對性地設計食品樣品、環境樣品、生物樣品、材料樣品的預處理和國家標準分析方法介紹，拓展學生對實際樣品分析的理解和綜合應用能力。

另外，沉淀的溶解度相關原理與工業中的污水處理密切相關，如含氟工業廢水處理、氫氧化物沉淀處理工業廢水中的Fe3+和Al3+的酸度控制、以鋇鹽為沉淀劑處理含鉻污水中的碳酸根等等。可設計相關案例加強學生運用所學知識分析解決實際問題的能力。

3.5 倡導綠色化學相關案例設計

在配位滴定法用于重金屬離子檢測的應用中，以“鉛中毒”“鋁中毒”等食品和環境安全問題作為切入點，引導學生思考汽車尾氣排放、易拉罐包裝等個人日常生活小問題與人類健康大問題之間的聯系，啟發思考降低重金屬污染，倡導綠色化學的意識。

在沉淀滴定法中介紹采用微量滴定管進行摩爾法的滴定分析實驗，微量滴定的滴定體積可控制在3毫升以內，大大減少污染物排放，體現了綠色化學理念。

4 教師在開展課程思政教育中的幾點思考

教師為人師表，在課程思政教學中，更需要以身作則，不斷提高自身師德修養，以德立身、以德立學、以德施教、以德育德，通過言傳身教進行隱性滲透式課程思政教育。

一門課程的思政建設需要教學團隊成員的共同參與，首先在思想意識上形成專業培養與立德樹人并重的共識，其次在思政元素和思政案例設計上的共同參與，然后是課程教學中的主動實施。只有教學團隊的教師們共同參與課程思政建設，才能對更多的學生產生積極影響。

而在課程思政案例融入時，也需要把握一個度的問題，專業課程畢竟不是思政課，思政元素不能全盤灌溉式進行，避免長篇大論的宣講，引起學生的反感與抵觸。本文中雖然介紹了較為詳細的化學分析課程思政案例設計，但只是作為一個參考性案例庫，具體的實施還需要教師結合實際教學情況進行選擇和取舍，執行中要注意思政案例與專業知識的融合度，把握好思政融入的分寸和比例，做到恰到好處，才能起到同向同行的育人效果。