無機(jī)化學(xué)案例法和課程思政教學(xué)模式的構(gòu)建*

邱江華，陳 陽(yáng)，余高奇

(武漢科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，湖北 武漢 430081)

當(dāng)前，在信息時(shí)代的大背景下，傳統(tǒng)的課堂教學(xué)受到了挑戰(zhàn)，特別是較為枯燥的基礎(chǔ)化學(xué)基本原理、基礎(chǔ)知識(shí)和有關(guān)計(jì)算難以吸引他們的注意力。同時(shí)，隨著科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展，基礎(chǔ)化學(xué)理論的應(yīng)用領(lǐng)域在不斷發(fā)展和升級(jí)，《無機(jī)化學(xué)》教材每隔數(shù)年更新一次的步伐，已跟不上全球科技競(jìng)爭(zhēng)的步伐，導(dǎo)致知識(shí)體系難以滿足社會(huì)和企業(yè)的需要。因此，在《無機(jī)化學(xué)》教學(xué)中，如何通過教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容的改革讓枯燥無味的無機(jī)化學(xué)理論和知識(shí)激發(fā)學(xué)生們的強(qiáng)烈求知欲，讓更多熱門的化學(xué)前沿知識(shí)武裝我們的學(xué)生，已成為當(dāng)前課程與教學(xué)改革要解決的重點(diǎn)問題。

在基礎(chǔ)化學(xué)教學(xué)中，如何提高同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新能力，已引起廣大教師的廣泛關(guān)注。陸家政等[1]嘗試和探索了在藥學(xué)院無機(jī)化學(xué)教學(xué)中引入案例教學(xué)，胡鍇等[2]探討了問題式教學(xué)和案例教學(xué)在普通化學(xué)教學(xué)中的綜合應(yīng)用，吳義平等[3]探討了普通化學(xué)案例教學(xué)與學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，康曉紅等[4]探討了案例教學(xué)模式在工科化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用。雖然案例教學(xué)法在基礎(chǔ)化學(xué)類課程教學(xué)中得到了一定的應(yīng)用，但是，目前都只是“點(diǎn)”上的試驗(yàn)，還沒有形成“面”上的應(yīng)用。就無機(jī)化學(xué)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(jī)化學(xué)課程案例教學(xué)模式。另外，如何將各個(gè)零散的知識(shí)點(diǎn)有機(jī)地串聯(lián)到一起，同時(shí)發(fā)揮好課程思政對(duì)教學(xué)的促進(jìn)作用，既提高學(xué)生們學(xué)習(xí)的興趣，又實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)育才和育人的有機(jī)統(tǒng)一，也是當(dāng)前課堂教育所要解決的問題。本文根據(jù)工科無機(jī)化學(xué)各章知識(shí)的特點(diǎn)，將其教學(xué)內(nèi)容劃分為化學(xué)反應(yīng)的基本原理、溶液中的化學(xué)平衡、氧化還原反應(yīng)與原電池、物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、配位化合物、元素化學(xué)等六個(gè)“專題塊”。在學(xué)習(xí)每個(gè)“專題塊”時(shí)，首先引入一個(gè)與所學(xué)知識(shí)密切相關(guān)的熱點(diǎn)話題，同時(shí)提出幾個(gè)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(shí)？通過一系列問題的巧妙引入、分析和總結(jié)，學(xué)習(xí)和掌握各“專題塊”的知識(shí)點(diǎn)，同時(shí)在其中穿插一些與知識(shí)點(diǎn)密切相關(guān)的哲學(xué)思想、科學(xué)家勵(lì)志故事、工匠精神和道德教育等，激發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的社會(huì)責(zé)任感和求知欲；最后，根據(jù)所學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)，組織學(xué)生討論解決案例的問題。以知識(shí)點(diǎn)的“問題”為目，以“專題塊”的案例為綱，構(gòu)建完整的無機(jī)化學(xué)案例法、問題法和課程思政綜合教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生的求知欲，實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)育才和育人的有機(jī)統(tǒng)一。

1 案例法

在學(xué)習(xí)每個(gè)“專題塊”時(shí)，首先引入一個(gè)與所學(xué)知識(shí)密切相關(guān)的熱點(diǎn)話題，同時(shí)提出幾個(gè)問題，作為案例。由于知識(shí)相關(guān)的案例涉及到社會(huì)熱點(diǎn)問題，學(xué)生會(huì)比較感興趣，然后所提出的問題就會(huì)讓學(xué)生產(chǎn)生好奇和疑惑，這樣就可以大大提高學(xué)生學(xué)習(xí)的動(dòng)力和興趣。比如在學(xué)習(xí)“化學(xué)反應(yīng)的基本原理”專題塊時(shí)，首先引入案例：作為空氣污染的主要來源之一，機(jī)動(dòng)車尾氣含有大量的有害物質(zhì)，包括一氧化碳、氮氧化物、碳?xì)浠衔锖凸腆w懸浮顆粒等。為減輕汽車尾氣對(duì)空氣的污染，你們課題組計(jì)劃開發(fā)汽車尾氣凈化裝置，它能將CO氧化成為CO2，將碳?xì)浠衔镅趸蒆2O和CO2，將NOx還原成N2和O2。通過將三種有害氣體轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)，使汽車尾氣得以凈化?，F(xiàn)在由你負(fù)責(zé)探討反應(yīng) 2CO+2NO=2CO2+N2的可行性及最優(yōu)的反應(yīng)條件。那么，需要考慮哪些方面的問題？請(qǐng)查閱汽車尾氣的相關(guān)資料(如溫度范圍)，然后對(duì)該反應(yīng)在標(biāo)態(tài)下的熱效應(yīng)、方向、速率、平衡轉(zhuǎn)化率等進(jìn)行計(jì)算，并論證該反應(yīng)的可行性。以上和大家生活密切相關(guān)的案例和問題，可以激發(fā)起學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和求知欲，同時(shí)可以促進(jìn)學(xué)生對(duì)無機(jī)化學(xué)理論知識(shí)重要性產(chǎn)生認(rèn)同感。

再如在學(xué)習(xí)“物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)”專題塊時(shí)，首先引入案例：2017年5月18日，國(guó)土資源部部長(zhǎng)姜大明在南海神狐海域的“藍(lán)鯨一號(hào)”鉆井平臺(tái)上宣布：我國(guó)首次海域可燃冰試采成功，其資源儲(chǔ)存量相當(dāng)于千億噸石油?？扇急?，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(jié)晶物質(zhì)。但是，從可燃冰的開采到應(yīng)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(dāng)前能源研究的熱點(diǎn)之一。試問：1、甲烷分子和水分子內(nèi)各形成什么類型的化學(xué)鍵？結(jié)構(gòu)各是怎樣的？如何解釋？2、為什么可燃冰里CH4是氣態(tài)，而H2O是固態(tài)？二者誰(shuí)更容易被液化？3、幾百年來，無數(shù)船只和飛機(jī)在百慕大三角海區(qū)沉沒、消失，成為大西洋上聞名遐邇的肇事區(qū)。什么原因？和可燃冰有關(guān)么？4、開采可燃冰有哪些方法？能源涉及到經(jīng)濟(jì)、國(guó)防和民用等各個(gè)領(lǐng)域，是大家所熟知的熱點(diǎn)領(lǐng)域，而可燃冰作為未來的新能源，一下子就可以吸引同學(xué)們的興趣，特別是在案例中所提出的幾個(gè)問題，涉及到無機(jī)化學(xué)的知識(shí)和拓展，能夠激起同學(xué)們的好奇感，對(duì)后面各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)具有重要的推動(dòng)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(shí)？通過一系列問題的巧妙引入、分析和總結(jié)，達(dá)到了解和掌握各“專題塊”知識(shí)點(diǎn)的目的。這種采用先提出問題，然后分析，最后總結(jié)的啟發(fā)式教學(xué)方式，相比較于傳統(tǒng)的一個(gè)個(gè)分散知識(shí)點(diǎn)的灌輸式介紹，更容易被學(xué)生所接受。并且，所引入的系列問題之間不是相互獨(dú)立的，而是相互關(guān)聯(lián)的，是為解決案例問題所產(chǎn)生的一系列“多米諾骨牌”。

以化學(xué)反應(yīng)的基本原理“知識(shí)塊”為例，在引出了案例后，需要對(duì)案例的問題進(jìn)行解答，就需要掌握化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)、方向、速率、平衡轉(zhuǎn)化率等方面的問題，可以采取如下的一系列問題的串聯(lián)將各個(gè)分散的知識(shí)點(diǎn)連接到一起?；瘜W(xué)反應(yīng)涉及到具體物質(zhì)，那么物質(zhì)的聚集狀態(tài)有哪幾種？→化學(xué)反應(yīng)會(huì)涉及到溶液，那么物質(zhì)的濃度是什么形式？→化學(xué)反應(yīng)還會(huì)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(jì)算？→反應(yīng)進(jìn)度如何表達(dá)？→化學(xué)反應(yīng)的能量如何定性分析？→體系能量變化計(jì)算的依據(jù)是什么？→體系的反應(yīng)熱如何計(jì)算？→化學(xué)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的判據(jù)是什么?→化學(xué)反應(yīng)是如何進(jìn)行的？→反應(yīng)速率的方程式又是怎樣的？→影響反應(yīng)速率還有哪些因素？→化學(xué)反應(yīng)平衡態(tài)如何描述？通過一系列的關(guān)聯(lián)問題的分析和總結(jié)，就把各分散的知識(shí)點(diǎn)有機(jī)地結(jié)合到一起了，也突出了這些知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)的目的性。

對(duì)于元素化學(xué)“知識(shí)塊”，基本上都是些經(jīng)驗(yàn)的化學(xué)知識(shí)，沒有太多復(fù)雜的理論，可以組織學(xué)生以小組匯報(bào)的形式進(jìn)行。比如，在匯報(bào)錳族元素時(shí)，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(yīng)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(xué)性質(zhì)如何？通過組織學(xué)生上講臺(tái)匯報(bào)，可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，鍛煉學(xué)生的表達(dá)能力，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。

3 課程思政

在2016年12月7-8日召開的全國(guó)高校思想政治工作會(huì)議上，習(xí)近平總書記系統(tǒng)回答了高校要把握“培養(yǎng)什么樣的人”、“如何培養(yǎng)人”以及“為誰(shuí)培養(yǎng)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(wù)，教書育人是教師的基本職責(zé)。在無機(jī)化學(xué)課堂教學(xué)中，我們巧妙地穿插一些與無機(jī)化學(xué)理論和知識(shí)密切相關(guān)的哲學(xué)思想、科學(xué)家勵(lì)志故事、工匠精神和道德教育等，積極引導(dǎo)當(dāng)代大學(xué)生樹立正確的世界觀、人生觀和價(jià)值觀，實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)育才和育人的有機(jī)統(tǒng)一。比如學(xué)習(xí)“物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)”專題塊時(shí)，在分析甲烷結(jié)構(gòu)時(shí)，發(fā)現(xiàn)價(jià)鍵理論無法解釋甲烷分子的實(shí)際構(gòu)型，于是引出“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”的哲學(xué)思想，讓辯證唯物主義思想指導(dǎo)自然科學(xué)的學(xué)習(xí)，同時(shí)也加強(qiáng)了哲學(xué)方法論在實(shí)踐中的運(yùn)用；在講解雜化軌道理論時(shí)，借鑒科學(xué)家鮑林的小故事：萊納斯·卡爾·鮑林(1901-1994)，美國(guó)著名化學(xué)家，量子化學(xué)和結(jié)構(gòu)生物學(xué)的先驅(qū)者之一，1954年因在化學(xué)鍵方面的工作取得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，1962年因反對(duì)核彈在地面測(cè)試的行動(dòng)獲得諾貝爾和平獎(jiǎng)。鮑林在讀大學(xué)時(shí)，由于家庭經(jīng)濟(jì)困難，曾停學(xué)一年去掙學(xué)費(fèi)。它展現(xiàn)了化學(xué)的重要和偉大，又對(duì)學(xué)生進(jìn)行勵(lì)志教育；在學(xué)習(xí)硅元素的化合物碳化硅時(shí)，借鑒山西煤化所郭向云研究員的小故事：經(jīng)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(xiàn)了工匠精神，展現(xiàn)無機(jī)材料的魅力，激發(fā)學(xué)生的專業(yè)榮譽(yù)感；在學(xué)習(xí)“緩沖溶液“時(shí)，將其拓展到人的脾氣的解釋，人的脾氣有好有壞，其實(shí)是每個(gè)人對(duì)環(huán)境緩沖能力的不同，所以脾氣好的人緩沖能力強(qiáng)，但是一旦超過緩沖能力時(shí)，其破壞性更大，這也是為什么有些人平時(shí)看起來很溫和，脾氣突然爆發(fā)時(shí)會(huì)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(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的社會(huì)責(zé)任感和道德感，實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)育人于無形的目標(biāo)，還能夠反哺于教學(xué)，讓學(xué)生用心學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)的效率。

4 案例問題的討論

最后，根據(jù)以上所學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)，組織學(xué)生討論解決案例的問題。在進(jìn)行這個(gè)環(huán)節(jié)之前，老師需要提前做一些準(zhǔn)備工作，比如組織學(xué)生報(bào)名參加討論、指導(dǎo)學(xué)生查閱相關(guān)的資料和制作PPT、制定問題的參考答案等等。在談?wù)撨M(jìn)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(jìn)度，同時(shí)對(duì)學(xué)生講解過程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤和不足之處進(jìn)行及時(shí)的更正和補(bǔ)充等等。以化學(xué)反應(yīng)的基本原理“知識(shí)塊”為例，要解決前面提到的幾個(gè)問題，學(xué)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?qū)Ψ磻?yīng)2CO+2NO=2CO2+N2在標(biāo)態(tài)下的熱效應(yīng)、方向、速率、平衡常數(shù)進(jìn)行計(jì)算，然后再分析數(shù)據(jù)，對(duì)該反應(yīng)的可能性進(jìn)行論證。該討論環(huán)節(jié)涉及到文獻(xiàn)查閱，PPT的制作，化學(xué)分子式的準(zhǔn)確輸入，化學(xué)反應(yīng)等壓熱效應(yīng)、方向、速率和標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的計(jì)算，數(shù)據(jù)的分析等，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)、創(chuàng)新的思維和能力[5]具有重要推動(dòng)作用。

5 結(jié) 語(yǔ)

通過構(gòu)建案例法、問題法和課程思政綜合教學(xué)模式，讓枯燥無味的化學(xué)理論知識(shí)與熱點(diǎn)問題相結(jié)合，讓分散的知識(shí)點(diǎn)與相互關(guān)聯(lián)的問題相串接，有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和解決實(shí)際問題的能力，有利于課堂教學(xué)育才和育人的有機(jī)統(tǒng)一。目前該教學(xué)模式已在我校應(yīng)用化學(xué)和礦物加工等專業(yè)試運(yùn)行了兩年，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性很高，課題氣氛活躍，教學(xué)效果顯著。下一步，將逐漸在化工、材料、環(huán)境等專業(yè)的無機(jī)化學(xué)課程中推廣。同時(shí)，借鑒無機(jī)化學(xué)課程案例和問題引入教學(xué)模式的經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步構(gòu)建物理化學(xué)、分析化學(xué)、有機(jī)化學(xué)等基礎(chǔ)化學(xué)課程完整的案例和問題引入教學(xué)模式，整體提升基礎(chǔ)化學(xué)類課程的教學(xué)水平，加快“一流本科課程”的建設(shè)。