無機與分析化學實驗課程思政案例設計與探討*

張麗影，那立艷，王 茹，華瑞年

(大連民族大學生命科學學院，遼寧 大連 116600)

2016年12月，習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上指出，高校教育“要堅持把立德樹人作為中心環(huán)節(jié)，把思想政治工作貫穿教育教學全過程，實現(xiàn)全程育人、全方位育人”[1]。無機與分析化學實驗作為化學相關專業(yè)學生接觸到的第一門基礎實驗課，其教學目標是使學生熟悉并掌握無機與分析化學實驗的基本知識和基本操作技能，學會正確觀察反應現(xiàn)象及數(shù)據(jù)處理方法，培養(yǎng)學生實事求是的科學態(tài)度，良好的實驗素養(yǎng)，以及對問題的觀察、分析、判斷和解決的能力。教學內(nèi)容上既包括基本技能訓練，又適度增加綜合性、設計性實驗。如何找準課程思政點，通過何種途徑加以實施，如何對思政教學效果進行評價，都需要在教學過程中不斷思考并嘗試。

HCl溶液的配制與標定是《無機與分析化學實驗》中的必做實驗，屬于驗證型實驗[2]。實驗內(nèi)容上，利用基準物質(zhì)Na2CO3對配置的HCl溶液進行濃度標定。實驗操作上，主要為移液管和容量瓶的使用以及酸堿滴定。如何在這樣一個原理清晰、操作相對簡單的基礎性實驗中，挖掘課程思政點并通過行之有效的手段融入教學過程，筆者對這一案例進行了詳細分析。

1 思政教學目標

1.1 知識素養(yǎng)

(1)掌握酸堿滴定的基本原理；(2)掌握酸堿指示劑的變色原理。

1.2 能力素養(yǎng)

(1)學習溶液的配制方法；(2)學習酸堿滴定基本操作；(3)掌握酸堿滴定的基本要點。

1.3 科學素養(yǎng)

(1)能夠從物質(zhì)結(jié)構(gòu)變化的角度理解酸堿指示劑變色的本質(zhì)。

(2)能夠從化學計量點和滴定終點的差異出發(fā)，理解誤差及科學的嚴謹性。

1.4 人文素養(yǎng)

理解和體會安全意識和規(guī)范操作在化學行業(yè)中的重要性，學會利用辯證唯物論的觀點認識世界，透過現(xiàn)象看到本質(zhì)。

2 思政融入點

根據(jù)設定的思政教學目標，將教學內(nèi)容分解為四個部分，并在其中引入相應的思政點，具體如表1所示。

表1 《HCl溶液的配制與標定》課程思政融入點

3 教學過程及實施途徑

3.1 HCl溶液的配制

(1)課前

圖1 課前發(fā)送給學生的預習視頻資料

利用雨課堂向?qū)W生推送預習視頻，同時標注重點：濃鹽酸(質(zhì)量分數(shù)約為37%)具有極強的揮發(fā)性，打開盛有濃鹽酸的容器后，HCl氣體揮發(fā)與空氣中的水蒸氣結(jié)合產(chǎn)生鹽酸小液滴，使瓶口上方出現(xiàn)酸霧。學生通過觀看視頻，初步了解鹽酸的基本特性，主要用途，同時明確鹽酸具有強烈的刺鼻氣味，具有較高腐蝕性等特點。同時，以2017年6月深圳龍崗HCl泄露事故為例，使學生理解化學工業(yè)中，安全意識和規(guī)范操作的重要性。

(2)課堂

課堂上，首先與同學交流對HCl泄露事故的觀后感，引出近年來國內(nèi)高校化學實驗室危險事故頻發(fā)，如南京大學發(fā)生的甲醛泄露事故、北京交通大學發(fā)生的實驗室爆炸等，指出實驗室安全狀況不容忽視，任何一個小小的疏忽，都是有可能釀成嚴重事故的隱患。在示范鹽酸配制的過程中，指出每一步驟的注意事項及防護重點，強調(diào)必須嚴格遵守實驗流程規(guī)定(如遇誤將鹽酸撒到身上并造成腐蝕時，除用大量水沖洗外，要涂抹硼堿或稀氨水中和)[3]。隨后，通過介紹實驗室及工業(yè)上常用的廢棄HCl處理方法，引出環(huán)境保護問題。最后，回顧課前推送的預習視頻，總結(jié)HCl雖危險，但其用途極為廣泛，與人們的生產(chǎn)生活密切相關。不能因HCl的危害而拒絕使用，害怕使用，不能因噎廢食，嚴格遵守操作規(guī)范，提高安全意識，即可有效避免危害。

3.2 HCl溶液的標定

HCl具有揮發(fā)性，因此配制的HCl溶液需要利用基準物質(zhì)NaCO3標定方能確定其準確濃度。碳酸鈉標定鹽酸的化學反應方程式是：2HCl+Na2CO3=2NaCl+H2O+CO2

將本部分教學內(nèi)容細化為三個方面，并逐一引入相應的思政點。

(1)化學計量點和滴定終點

圖2 雨課堂發(fā)送給學生的習題

雨課堂發(fā)送選擇題，了解學生對化學計量點和滴定重點概念的認知程度，明確化學計量點和滴定重點的差值即為滴定誤差。誤差與錯誤不同，錯誤是應該而且可以避免的，而誤差是不可能絕對避免的。由洛倫茲提出的“蝴蝶效應”入手，引導學生認識到事物發(fā)展的結(jié)果，對初始條件具有極為敏感的依賴性。滴定過程中，藥品稱量的準確性、指示劑的匹配性、操作的規(guī)范性等，均對最終的誤差產(chǎn)生影響。通過對不同指示劑變色范圍的對比，計算終點誤差值，進而引導學生對科學的嚴謹性進行討論。

(2) 酸堿指示劑

像科學上的許多其它發(fā)現(xiàn)一樣，酸堿指示劑的發(fā)現(xiàn)是化學家善于觀察、勤于思考。勇于探索的結(jié)果。以玻義耳發(fā)現(xiàn)指示劑的過程為例，通過對科學家們嚴謹?shù)闹螌W精神、嚴密的科學方法、崇高的科學品質(zhì)以及對真理的不懈追求的認識，培養(yǎng)學生的科學方法、科學精神與科學態(tài)度。

圖3 甲基橙酸式結(jié)構(gòu)和堿式結(jié)構(gòu)

酸堿指示劑一般是某些有機弱酸或弱堿，或是有機酸堿兩性物質(zhì)，它們在酸堿滴定過程中參與質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應，因分子結(jié)構(gòu)的改變而引起自身顏色的變化，并且這種顏色伴隨結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變是可逆的。例如酚酞，甲基橙等。酸堿指示劑的變色原理蘊含著深刻的哲學原理，即唯物辯證法的核心—矛盾的對立統(tǒng)一規(guī)律。指示劑的酸式結(jié)構(gòu)和堿式結(jié)構(gòu)就是對立的矛盾雙方，它們之間具有相互排斥、相互分離的屬性，在溶液中互相競爭者存在。另一方面，二者有具有相互吸引、相互聯(lián)結(jié)的統(tǒng)一屬性，它們共同存在于溶液之中，根據(jù)溶液中H+濃度的改變而相互轉(zhuǎn)化，酸式結(jié)構(gòu)失去一個H+離子后轉(zhuǎn)變?yōu)閴A式結(jié)構(gòu)，反之堿式結(jié)構(gòu)得到一個H+離子轉(zhuǎn)化為酸式結(jié)構(gòu)。二者之間存在相互影響、相互制約的關系。將唯物辯證法等基本哲學原理與科學認識論滲透到教學中，從辯證的視角看待無機與分系化學的概念、原理與方法，促進對化學理論的深入理解[4]。

(3)滴定突躍

Na2CO3標定HCl的過程是體系由堿性逐漸過渡到酸性的過程，隨著溶液中H+濃度逐漸的積累，體系的pH值逐漸降低，緩慢發(fā)生變化。在化學計量點前后0.1%時，體系pH發(fā)生急劇下降，完成了由堿性到酸性的質(zhì)變，完成了突躍。突躍的本質(zhì)正是符合辯證唯物主義中的質(zhì)量互變規(guī)律，即處于不斷變化之中的事物，在其每次由一種性質(zhì)變化到另一種性質(zhì)的過程中，總是由微小的變化(即量變)慢慢積累開始，當這種積累達到一定程度就會導致事物由一個性質(zhì)變化到另一個性質(zhì)(即質(zhì)變)[5]。

在標定過程中，如果消耗的HCl為20 mL，那么真正使溶液的pH發(fā)生急劇變化的，僅是19.98～20.02 mL之間的0.04 mL，這一小小的體積使體系的H+濃度近乎變化了10000倍。這正如人生的道路一樣，如果把人生比作100步，99步是一半，1步是一半，最后一步的心理難度其實遠遠超過之前的99步，但這一步，卻最為關鍵的，再多付出千分之二的努力，我們就可以實現(xiàn)人生的突躍。

4 教學效果評價

(1) 知識層面

掌握強酸溶液的配制及標定方法，理解誤差的含義及酸堿滴定的本質(zhì)。

評價方式：預習視頻觀看時間，課堂答題，彈幕、投稿發(fā)言情況。

(2)能力層面

掌握酸堿滴定的基本操作要點，并能夠從微觀物質(zhì)結(jié)構(gòu)變化的角度理解化學反應變化過程。

評價方式：自制指示劑并錄制視頻提交。

(3)素質(zhì)層面

理解和體會安全意識和規(guī)范操作在化學行業(yè)中的重要性，學會利用辯證唯物主義思想認識世界。

評價方式：實驗報告中增設實驗體會一項。

5 結(jié) 語

本案例的思想政治素材主要以講授和討論為主。課前，利用雨課堂向?qū)W生推送HCl的性質(zhì)及發(fā)生泄露事故的視頻，引導學生認識到安全生產(chǎn)和規(guī)范操作的重要性。課上，示范HCl溶液的配制以及滴定過程，通過師生互動，教師向?qū)W生提問，引導學生認識HCl的重要作用，規(guī)范操作并合理處理廢棄酸液，我們就能用好這把雙刃劍。通過雨課堂發(fā)送習題，了解學生對誤差的認識，通過引入“蝴蝶效應”的發(fā)現(xiàn)，引導學生認識到科學的嚴謹性。通過指示劑的發(fā)現(xiàn)過程，培養(yǎng)學生尊重科學史實，樹立探究精神。通過酸堿指示劑的變色原理，滴定突躍的本質(zhì)，使學生了解唯物辯證法中的矛盾對立統(tǒng)一規(guī)律和質(zhì)量互變規(guī)律。最后，通過觀察指示劑的變色，確定滴定終點，通過滴定的最后兩滴液體，0.04 mL，啟發(fā)學生對人生的思考，把握正確的人生態(tài)度和價值取向。

學生通過本實驗的學習，即掌握了化學分析中酸堿滴定的基本技能，又從安全規(guī)范、科學素養(yǎng)、人生態(tài)度以及唯物辯證法的角度對這一化學過程有了更為深入的理解。