基于工程實際的無機化學課程思政教學案例設計

摘要：本研究深入剖析無機化學課程思政教學，選取溶度積規則在環境領域的應用作為典型案例，詳細闡述如何巧妙融合思政元素于教學全程，達成知識傳授與價值塑造的協同共進目標。經由對學情及痛點的全面分析，精心規劃教學內容與方法，切實推進教學實施并深入開展課后反思，旨在全方位提升學生的專業素養、環保意識以及社會責任感，進而為無機化學課程思政教學改革貢獻具有參考價值的范例。

關鍵詞：無機化學；課程思政；溶度積規則；教學案例

中圖分類號：TB"""""" 文獻標識碼：A""""" doi：10.19311/j.cnki.16723198.2025.13.083

0 引言

在高等教育的宏大框架中，課程思政已然成為落實“立德樹人”根本任務的核心戰略舉措[1]。無機化學是面向環境工程專業學生進入大學的第一門化學基礎課，是培養環境工程專業人才整體知識結構和能力結構的重要組成部分，作為環境工程專業的基礎性課程，蘊含著豐富且多元的思政教育資源[2]。然而，如何巧妙且自然地將思政教育融入教學進程，實現學生專業技能與綜合素質的協同培養，仍是當前教學改革面臨的關鍵課題。本研究聚焦于溶度積規則在環境領域的應用這一具體實例，深入探討無機化學課程思政教學的設計思路與實踐路徑。

1 課程概況

1.1 課程概述

無機化學有效地連接了中學化學知識與大學專業課程，為學生后續深入學習環境工程領域的各類專業課程筑牢了堅實的基礎。該課程系統地闡述了化學熱力學、動力學、反應平衡、氧化還原反應以及電化學等化學反應的基本原理，并著重培養學生運用這些原理去解析和解決一般環境化學問題的能力。通過無機化學的學習，學生將逐步構建起理解和處理環境工程問題所需的化學知識框架，為其在該領域的深入探索和實踐奠定不可或缺的理論基石[3]。

1.2 課程目標

知識目標：學生應全面且深入地理解化學動力學、熱力學、氧化還原反應以及電化學等化學反應基本原理的內涵。

能力目標：能夠精準地運用化學熱力學知識，針對四大平衡開展焓變、熵變和吉布斯能變的相關計算，并依據計算結果對化學反應的方向、速率及限度進行科學合理的分析；熟練應用化學基本原理，對環境工程領域的復雜問題進行剖析，從化學視角提出切實可行的解決策略。

素質目標：培育嚴謹的科學態度，在化學計算、問題分析過程中，注重細節，追求準確性和邏輯性；大力增強創新意識和實踐能力，勇于嘗試新的方法和思路，牢固樹立批判質疑精神，敢于對既有理論和結論進行深入思考和探究，培養獨立思考和判斷的能力。

思政目標：通過深入探討環境污染的產生根源和危害，激發學生的責任意識和使命感，使其充分意識到自身的努力對于守護環境、推動可持續發展的關鍵意義；借助無機化學課程的學習，培養學生的系統思維能力，使其能夠從整體和全局的視角看待環境問題，并運用創造性思維提出創新性的解決方案；引導學生密切關注環境保護領域的前沿動態和熱點問題，樹立終身學習的理念，不斷更新知識體系，適應時代發展需求。

2 學情與痛點分析

2.1 學情分析

大一新生在化學知識儲備和學習能力方面呈現出顯著地個體差異。部分學生在高中階段接受了較為系統和扎實的化學教育，對化學基本概念、原理和計算方法有較好的掌握，能夠較為輕松地理解和跟進大學化學課程的學習進度[4]。然而，另一部分學生可能由于高中階段化學課程學習深度不足或興趣欠缺，對化學知識的理解相對薄弱，尤其是在面對復雜的化學反應和抽象的理論概念時，往往感到困惑和吃力。盡管如此，環境工程專業與環境保護的緊密關聯性能夠激發學生對專業相關知識的學習興趣，他們對環境保護問題的關注和熱情可以轉化為積極的學習動力，為無機化學課程思政教學提供了有力的情感基礎。

2.2 學習痛點

大一學生在經歷高考后進入大學，學習環境和方式發生巨大轉變，部分學生尚未適應自主學習模式，缺乏明確的學習目標和強大的自主學習能力。在失去家長和教師的緊密監督后，容易出現學習動力不足、自律性差等問題，表現為上課注意力不集中、缺乏預習和復習習慣等，導致學習效果不理想[5]。

本課程理論課課時相對有限，僅為24學時，然而隨著學科的不斷發展，知識點日益增多，教師在有限地時間內完成教學任務，面臨著巨大壓力，部分學生難以跟上教師的授課步伐，進而影響對后續知識點的理解和掌握，形成知識漏洞的累積，加劇了學習困難。當前無機化學教材普遍存在與環境工程專業的融合不夠緊密，教材內容的理論性過強，缺乏生動的實際案例和與專業實踐的有效銜接，難以激發學生的學習興趣和積極性，不利于學生將所學知識與專業實際相結合，影響了學生對知識的理解和應用能力的培養。

2.3 課程思政教學難點與重點

如何在教學過程中實現理論知識與實際應用的深度融合，使學生不僅能夠理解抽象的化學原理，更能夠在實際操作和解決環境問題中靈活運用這些知識，是當前教學面臨的首要挑戰。鑒于學生學習基礎的顯著差異，如何合理規劃課程內容和選擇恰當的教學方法，以滿足不同層次學生的學習需求，確保每個學生都能在課程學習中獲得足夠的支持和適度的挑戰，是教學過程中的又一難點。在無機化學課程中有效融入國家意識、職業道德和科學精神的培養，引導學生樹立正確的價值觀和職業觀，使其在掌握專業知識的同時，具備高度的社會責任感和科學素養，是課程思政教學的重要任務，這要求教師深入挖掘思政元素，將其有機融入教學內容，借助豐富多樣的實際工程案例分析，強化學生對無機化學知識的理解和應用能力，引導學生從環保角度思考化學問題，培養學生對環境保護的責任感，使其在學習過程中形成環保意識和行動自覺，讓學生了解化學學科在國家建設和社會發展中的重要作用，鼓勵學生關注學科前沿，積極參與科研創新，為國家發展貢獻力量。

3 課程思政教學設計

3.1 教學案例選擇

選取鋼鐵污水處理廠含鋅廢水處理這一典型工程案例，以溶度積規則為核心知識，構建教學情境。通過該案例，學生能夠深入了解溶度積規則在環境工程領域的實際應用，掌握如何運用化學原理解決重金屬廢水處理中的沉淀問題，同時培養環保意識和專業素養。

3.2 學情分析

知識基礎：學生在高中化學學習中已接觸化學基本概念和計算方法，對沉淀溶解平衡有初步了解，為溶度積規則的學習奠定了一定基礎。但對于溶度積規則在復雜環境問題中的應用，仍需要進一步深入學習和拓展。

學習態度：大一新生對新知識充滿好奇，具有較強的求知欲，且環境工程專業與環保密切相關，容易引起學生的興趣和關注。在教學中突出環保主題，能夠激發學生的學習積極性和主動性，使其更愿意投入課程學習中。

學習能力：大學一年級學生的學習能力和計算能力尚處于發展階段，需要通過具體實例演示和詳細講解來幫助他們理解抽象的化學原理。

學習需求：環境工程專業學生需要扎實掌握無機化學基本原理，尤其是在溶度積規則應用方面，他們對于化學計算方法的準確性和實際問題解決的有效性有較高需求。

3.3 教學目標設定

知識目標：學生能夠深入理解溶度積規則的內涵，包括溶度積常數的定義、表達式及其與沉淀溶解平衡的關系；熟練掌握運用溶度積規則判斷沉淀生成和溶解的條件，能夠準確計算在不同條件下沉淀是否會發生以及沉淀的程度。

能力目標：以含鋅廢水處理工程案例為切入點，將溶度積規則的理論教學與實際應用緊密結合，培養學生分析問題、解決問題的能力；學生能夠根據給定的廢水成分和排放標準，運用溶度積規則計算沉淀劑的合理用量，預測沉淀反應的結果，并對處理過程中可能出現的問題進行分析和解決；鼓勵學生提出不同的解決方案，優化沉淀劑添加方案，提高廢水處理效果。

素質目標：在溶度積規則的學習和應用過程中，培養學生嚴謹的科學態度。注重計算過程的精確性以及理論分析的邏輯性，使學生養成對待科學問題認真負責的習慣；通過案例教學中沉淀劑添加量計算等環節，培養學生細致觀察、深入思考和準確判斷的能力；增強學生的創新意識和實踐能力，鼓勵學生勇于嘗試新的方法和技術，提高解決實際問題的能力，為未來從事環境工程領域的工作奠定堅實的基礎。

3.4 教學重點與難點確定

溶度積規則的計算方法是教學重點之一，包括溶度積常數的計算、離子積的計算以及根據溶度積規則判斷沉淀生成或溶解的計算過程，學生需要熟練掌握這些計算方法，才能準確應用溶度積規則解決實際問題；溶度積在實際環境問題中的應用是另一個重點，學生應理解如何將溶度積規則應用于廢水處理、水質凈化等環境工程領域的實際場景。

將溶度積規則這一抽象的理論知識轉化為學生能夠實際運用的能力是教學難點。理解溶度積規則在復雜環境體系中的作用機制是難點之一。實際環境中存在多種因素的相互作用，如廢水成分復雜、溫度、pH值變化等，這些因素會影響溶度積規則的應用效果。學生需要理解這些復雜因素如何影響沉淀溶解平衡，以及如何在實際操作中考慮和應對這些因素，以確保廢水處理效果的穩定性和可靠性。

4 教學實施實踐

4.1 課前準備

精心設計復習任務，要求學生復習溶度積常數的定義、表達方式以及溶度積和溶解度計算的相關知識，為新課學習做好知識鋪墊。布置預習任務，引導學生預習溶度積規則的基本內容，包括規則的含義、判斷依據等，使學生在課堂學習前對新知識有初步了解，提高課堂學習效率。

4.2 課中教學

案例導入：通過精心制作的PPT展示鋼鐵污水處理廠含鋅廢水處理案例，詳細介紹廢水排放情況，即Zn2+濃度超標問題，以及采用澄清石灰水處理后的異常現象：處理后出口處Zn2+離子濃度達標，但流出5米以外再次超標。以此引發學生的好奇心和探究欲望，順利導入溶度積規則的教學內容。在案例展示過程中，引導學生思考廢水處理與環境的關系，培養學生對學科專業的感情，使學生認識到化學知識在解決實際環境問題中的重要性，激發學生學習的內在動力。

4.3 問題探究

（1）含鋅廢水處理原因與標準。

首先，詳細闡述鋅在鋼鐵、冶金、機械、化工等領域的廣泛應用，如在鋼鐵生產中用于防止金屬腐蝕，展示鋅在現代工業中的重要地位。

接著，深入分析鋅過量對環境和人體健康的危害。從攝入過量會導致中毒并影響癌癥治療（引用權威期刊《Nature Medicine》的研究結論），參與土壤代謝破壞土體結構引發地基沉降，降低土壤中酶活性影響農作物生長并通過食物鏈富集危害人體健康等多個方面進行闡述。通過這些危害的講解，引導學生思考含鋅廢水處理的必要性，進而引出環境專業學生應掌握的污染物處理標準，如《鋼鐵工業污染物控制標準》。使學生深刻認識到污染物處理標準對于環境保護事業的重要性，樹立生態環境保護的職業意識，明確自身在未來工作中的責任和使命。

（2）石灰水處理含Zn2+廢水的原理。

提出問題，引導學生回顧高中化學知識，讓學生自主回答石灰水處理含Zn2+廢水的原理。通過學生的回答，鞏固其已有的化學知識，增強學生的自信心。然后，教師詳細講解石灰水中的OH-與Zn2+發生化學反應生成Zn（OH）2沉淀的過程，運用化學方程式和溶度積常數進行解釋，幫助學生深入理解沉淀反應的本質，進一步提升學生的專業素養。

（3）石灰水投加量控制。

在講解完沉淀法處理原理后，教師將教學重點聚焦于沉淀劑用量的計算。首先，帶領學生回憶溶度積規則的內容，并將其與第二章中化學反應方向判斷的化學等溫方程式的應用進行有機結合，使學生明確溶度積規則實際上是化學等溫方程式在沉淀溶解方向判斷中的具體應用。通過這種知識的關聯和遷移，幫助學生建立起系統的化學知識體系，加深對溶度積規則本質的理解。

然后，詳細講解如何利用溶度積規則計算沉淀劑中OH-的濃度。教師通過實際例題演示計算過程，引導學生逐步掌握計算方法。在計算過程中，設置問題，如“OH-的濃度應該如何控制？”引發學生思考，將沉淀劑用量控制問題轉化為控制反應體系pH的問題，培養學生的科學思辨精神。使學生明白在實際廢水處理中，需要根據具體情況合理控制反應條件，以達到最佳處理效果。接著，教師引出沉淀完全的化學定義，即當離子濃度小于10-5mol/L時，認為沉淀基本完全。再次通過計算，讓學生確定當沉淀完全時pH應該控制的范圍。在計算過程中，引導學生思考如何根據實際情況優化pH控制范圍，考慮到鋼鐵企業廢水中其他金屬離子和酸性氣體的影響，培養學生的綜合分析能力和實踐應用能力。

（4）廢水超標原因分析。

針對廢水流出5米后再次超標的問題，教師引導學生思考Zn（OH）2的兩性物質特性。詳細講解在pH范圍為8～10.5時，Zn（OH）2會發生沉淀溶解平衡的移動，導致Zn2+再次溶解到溶液中，從而使廢水超標。通過這個過程，使學生進一步理解溶度積規則在復雜環境條件下的應用，以及環境因素對化學反應的影響。

最后，教師介紹實際工作中pH的幾種測定方式，重點講解工業在線pH計的工作原理和應用優勢，使學生了解在實際工業污水處理中，如何通過精準控制沉淀劑添加量和反應體系pH，實現高效穩定的廢水處理。通過這個過程，培養學生的實踐能力和嚴謹的匠心精神，使學生明白理論知識與實際工程應用之間的緊密聯系，以及在實際工作中注重細節和精確控制的重要性。

4.4 課后思考與學習

布置課后思考問題，如溶度積規則在日常生活中的其他應用場景，引導學生觀察生活中的化學現象，將課堂所學知識與日常生活緊密聯系起來，培養學生運用化學知識解決實際問題的意識和能力；安排學生查找資料，總結溶度積規則在實際生產中的廣泛應用，如礦產資源開發中的金屬離子分離、化工生產中的結晶過程控制等。通過這一任務，拓寬學生的知識面，使學生了解溶度積規則在不同工業領域的重要性，培養學生的綜合歸納能力和對專業知識的系統認知。

5 課程思政教學創新點

5.1 案例教學法的創新應用

本教學案例創新性地選取了具有實際工程背景的含鋅廢水處理案例，將抽象的溶度積規則知識與真實的環境問題緊密結合。通過案例的引入、分析和解決，使學生在實際情境中感受化學知識的實用性和重要性，有效避免了傳統教學中理論與實踐脫節的問題。在案例教學過程中，教師引導學生從實際問題出發，運用所學理論知識進行分析和計算，培養了學生解決實際問題的能力。同時，案例中的環保主題貫穿始終，使學生在學習專業知識的同時，深刻認識到環境保護的緊迫性和自身的社會責任，實現了知識傳授與價值引領的有機融合。

5.2 思政元素的深度融入

在教學內容設計上，巧妙地將思政元素融入各個教學環節。例如，在介紹鋅的用途和危害時，引導學生樹立正確的資源觀和環保意識；在講解污染物處理標準時，培養學生的職業責任感和規范意識；在分析廢水處理工藝時，強調嚴謹的科學態度和創新精神。通過這些思政元素的融入，使學生在學習化學知識的過程中，潛移默化地接受思想政治教育，實現了知識教育與價值塑造的協同發展。

6 結論

通過實際工程案例導入的教學方式自然恰當把學生學習的理論知識融入實際工作需要中，理論聯系實際，發揮實用價值，通過含鋅廢水的工程案例，講解環境問題與溶度積規則的關系，引導學生關注當前環境問題，并培養他們的環保意識和責任感，激發學生的創新思維和探究精神，讓學生能夠運用所學知識解決實際問題。

參考文獻

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