“課程思政”背景下的分析化學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)探究與實踐
——以色譜教學(xué)為例

孫寅璐，姜宏月，熊英

遼寧大學(xué)化學(xué)院，沈陽 110036

1 引言

課程思政是近兩三年來國家倡導(dǎo)的一種新穎的教學(xué)理念，其倡導(dǎo)在專業(yè)課程教學(xué)過程中，充分發(fā)揮所有課程的育人功能，發(fā)掘各門專業(yè)課程和教學(xué)方式所蘊含的思想政治教育資源，融入課堂教學(xué)的各個環(huán)節(jié)，實現(xiàn)思想政治教育與知識體系教育的有機統(tǒng)一，使各類課程與思政課形成協(xié)同效應(yīng)，構(gòu)建全面覆蓋、類型豐富、層次遞進、相互支撐的課程體系[1-5]。

分析化學(xué)是我國高?；瘜W(xué)、生物、醫(yī)藥等本科專業(yè)的必修基礎(chǔ)課。該課程具有完備的知識體系，蘊含豐富的哲學(xué)思想和政治元素[6,7]。比如，基于化學(xué)平衡理論的各種滴定分析方法的基本問題、重量分析法和吸光光度法的基本原理和應(yīng)用、分析化學(xué)中的數(shù)據(jù)處理和質(zhì)量保證等內(nèi)容都表達了嚴格的量的概念，是哲學(xué)原理的鮮活例證。又如，了解常見的分離和富集方法，可以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思維方法和嚴謹求實的科學(xué)態(tài)度；正確掌握有關(guān)科學(xué)實驗技能，可以提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力，這些都是政治教育的典型素材。本科階段是學(xué)生人生觀、世界觀、價值觀形成的關(guān)鍵階段，因此，在本科人才培養(yǎng)過程中應(yīng)將課程思政建設(shè)作為首要內(nèi)容，在理論教學(xué)和實驗教學(xué)等教學(xué)活動中充分挖掘分析化學(xué)課程中的思政資源，在傳授專業(yè)知識的同時，培養(yǎng)學(xué)生正確的人生觀、世界觀和價值觀，實現(xiàn)知識傳授與思想價值引領(lǐng)的同向同行[8]。

在我校（遼寧大學(xué)）“分析化學(xué)”課程教學(xué)團隊承擔(dān)“分析化學(xué)”課程思政建設(shè)過程中，我們結(jié)合自身的教學(xué)實踐，首先在色譜教學(xué)中嵌入思政元素，在理論教學(xué)、實驗教學(xué)和學(xué)生課外實踐活動等多種教學(xué)活動形式中進行了課程思政教學(xué)改革的試點工作。實踐表明，“分析化學(xué)”課程思政對學(xué)生的德育素養(yǎng)和專業(yè)技能的提升都有顯著的促進作用。

2 色譜法的課程思政教學(xué)探索與實踐

2.1 理論教學(xué)

我國著名教育家、化學(xué)家傅鷹教授曾指出：“一門科學(xué)的歷史是那門科學(xué)中最寶貴的一部分，因為科學(xué)只能給我們知識，而歷史卻能給我們智慧?！鄙V理論教學(xué)內(nèi)容蘊含著豐富的化學(xué)史實，化學(xué)史的學(xué)習(xí)有助于對學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的情感、態(tài)度、價值觀施加積極影響，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究精神和科學(xué)態(tài)度。比如，在色譜法一章概述部分，我們向?qū)W生引入了色譜技術(shù)創(chuàng)始人茨維特的案例[9]。茨維特是俄國植物生理學(xué)家和化學(xué)家，他最重大的貢獻是發(fā)明分析化學(xué)中極重要的實驗方法——色譜法。他在西方很多重要刊物上都發(fā)表了論文成果，詳細敘述了利用自己設(shè)計的色譜分析儀器分離出胡蘿卜素、葉綠素和葉黃素的方法。然而在接下來的20年里，茨維特的色譜新方法并沒有得到科學(xué)界的重視，這是由于德國著名化學(xué)家維爾斯泰特（1905年獲諾貝爾化學(xué)獎）對色譜法的排斥和不信任——他曾指出葉黃素在色譜分離過程中會發(fā)生氧化作用。這其實是維爾斯泰特在實驗過程中使用不合適的吸附劑造成的。茨維特建議使用菊粉或蔗粉作為吸附劑，但是維爾斯泰特并未理會。直到1931年（茨維特已去世12年），R.庫恩利用這個被埋沒多年的方法，用氧化鋁和碳酸鈣粉末的色譜柱成功地將胡蘿卜素分離成α和β兩個同分異構(gòu)體，色譜法才得到普遍的推廣和應(yīng)用。這一案例讓學(xué)生意識到，學(xué)術(shù)權(quán)威的一句錯話，往往就可能釀成一個重大失誤。學(xué)術(shù)權(quán)威的自以為是，扼殺的不僅是科學(xué)家的科研成果，更重要的是阻礙了科學(xué)的發(fā)展和人類的進步。這個案例能夠警醒學(xué)生，告誡他們在今后從事科研工作中，面對學(xué)術(shù)問題時務(wù)必要保持不驕不躁、謙虛謹慎的科學(xué)態(tài)度。

另外，在化學(xué)史中我們還注重挖掘我國色譜領(lǐng)域的代表性科學(xué)家及其成就，以他們的優(yōu)良品德作為價值引導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生的愛國主義精神與文化自信。比如，在色譜概述部分我們列舉了我國著名化學(xué)家、中國色譜理論奠基人盧佩章院士的光輝事跡[10]，向?qū)W生講述他為開創(chuàng)和發(fā)展中國色譜學(xué)科做出的重要貢獻。建國初期，盧佩章帶領(lǐng)的研究小組設(shè)計出我國第一臺體積色譜儀，使石油樣品的分析速度由原來30多小時縮短至不到1小時，且樣品用量僅為原來的千分之一。這項技術(shù)迅速在全國石油化工企業(yè)普及應(yīng)用。20世紀(jì)60年代，他發(fā)展的腐蝕性氣體色譜等一系列國防分析技術(shù)和儀器，解決了國防工業(yè)的急需，填補了國內(nèi)空白。到了70年代，盧佩章及其團隊成功研究K-1型細內(nèi)徑高效液相色譜柱，達到世界領(lǐng)先水平，連美國著名色譜專家埃特伍德也承認，美國 PE公司要一年以后才能達到中國的水平。盧佩章曾說道：“一個科學(xué)家最大的幸福是能對社會、人類做出些貢獻?？茖W(xué)家要有創(chuàng)新，必須有堅實的理論和技術(shù)基礎(chǔ)。有一顆熱愛科學(xué)的心，才能選準(zhǔn)方向，堅持下去”。在盧佩章院士身上，不僅能讓學(xué)生看到老一輩化學(xué)家腳踏實地、埋頭苦干、開拓進取、無私奉獻的精神，還能培養(yǎng)他們的愛國熱情，激發(fā)他們強烈的民族自信心和自豪感，幫助他們樹立努力學(xué)習(xí)實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的理想信念。

2.2 實驗教學(xué)

色譜理論蘊含著大量深刻的哲學(xué)原理，教師可通過巧妙設(shè)計，將哲學(xué)素材自然地融入色譜理論和實驗的課堂教學(xué)中，幫助學(xué)生學(xué)會全面、深刻、科學(xué)地考慮問題[11]。相比于理論課，實驗課更能讓學(xué)生的辯證思維在實踐中得到培養(yǎng)和鍛煉，更能直接、高效地激發(fā)他們的創(chuàng)新意識。比如，基于普遍性和特殊性的關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生掌握科學(xué)的邏輯思維方法，即演繹法和歸納法。在學(xué)生理解了色譜分離的本質(zhì)特征的基礎(chǔ)上，我們把不同的色譜分離實驗包括薄層色譜、柱色譜、氣相色譜和液相色譜集中進行橫向比較，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)它們之間的共性問題，將復(fù)雜的問題簡單化。再比如，內(nèi)因和外因?qū)κ挛锏陌l(fā)展起到重要作用。在液相色譜實驗中，色譜柱的性質(zhì)和流動相的極性均屬于內(nèi)因，對物質(zhì)能否分離起到?jīng)Q定作用，而柱溫和柱壓屬于外因，能影響分離效果的好壞。學(xué)生在實驗中體會并總結(jié)建立色譜的分離分析方法，即先通過待測物的物質(zhì)結(jié)構(gòu)篩選出合適的固定相和流動相，在實現(xiàn)初步分離后再去優(yōu)化溫度和壓力等操作條件。以上實驗教學(xué)可有效訓(xùn)練學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的思維方法和研究技能。

儀器分析實驗是分析化學(xué)實驗教學(xué)的重要組成部分，除了向?qū)W生傳授基本的儀器分析的方法和技能外，還應(yīng)重視和強化德育教育。在十二屆全國人大四次會議所作政府工作報告上，李克強總理就曾指出：要鼓勵企業(yè)開展個性化定制、柔性化生產(chǎn)，培育精益求精的工匠精神。在課堂上我們也會向?qū)W生傳播精雕細琢、追求卓越的精神理念。比如，在液相色譜測定苯甲酸含量的實驗課程中，我們在介紹日本島津公司生產(chǎn)的液相色譜儀的同時，也會給學(xué)生介紹我國精密儀器的整體現(xiàn)狀。教師可向?qū)W生提問：全球壽命超過200年的企業(yè)有上百家，而我國企業(yè)僅有五家，日本島津公司是其中一個很著名的企業(yè)，為何它能在激烈的競爭中一直立于不敗之地？為何我國企業(yè)在大型精密分析儀器的生產(chǎn)上沒有國際競爭力？該問題可作為課堂討論，學(xué)生通過討論得出其原因，包括中國科技基礎(chǔ)薄弱、應(yīng)用基礎(chǔ)性科技投入不足、科技成果評價體系不完善等等。教師繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生，中國的科技水平要想保持領(lǐng)先，必須要有理論創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新，而這些創(chuàng)新都離不開對細節(jié)的精雕細琢和對卓越品質(zhì)的極致追求。以上授課環(huán)節(jié)不僅讓學(xué)生對我國分析儀器的現(xiàn)狀有了整體認識，還鼓勵他們在學(xué)習(xí)和生活方面要更加嚴格要求自己，做到精益求精，領(lǐng)悟工匠精神的內(nèi)涵。

2.3 指導(dǎo)學(xué)生科研創(chuàng)新實踐活動

近年來，全國各大高校都非常重視大學(xué)生科技創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，提供了很多諸如“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃”“挑戰(zhàn)杯”“互聯(lián)網(wǎng)+”等平臺和途徑，為教師把教學(xué)活動延續(xù)到第二課堂提供機遇。在這些活動中指導(dǎo)教師可提供一定的課題選材，引導(dǎo)學(xué)生從實際問題出發(fā)，自主探究，實現(xiàn)知識傳授、技能培養(yǎng)、價值引領(lǐng)的多重功能。比如，課題選題為探索檢測水環(huán)境中有毒有害物質(zhì)的色譜方法。學(xué)生先從文獻調(diào)研入手找出現(xiàn)有實驗方法的不足，重新設(shè)計可行的實驗方案，通過反復(fù)實驗驗證，最終確立出合適的分離分析方法。這種實踐活動帶給學(xué)生的益處很多：第一，問題導(dǎo)向型的教學(xué)策略促使學(xué)生為了解決問題去尋找解決方案和途徑，從“要我學(xué)”變成了“我要學(xué)”，調(diào)動了學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性；第二，學(xué)生將書本上的理論知識應(yīng)用到實際生活中，體會到學(xué)以致用的樂趣和解決真實問題帶來的成就感，這將激勵他們繼續(xù)奮勇前行，不斷攀登；第三，這些實踐活動對激發(fā)學(xué)生科學(xué)思維方式、培養(yǎng)創(chuàng)新能力和嚴謹求實的科研精神具有啟蒙和鍛煉的積極影響；第四，分析污染產(chǎn)生的原因及治理策略，啟發(fā)學(xué)生具有大局觀，培養(yǎng)學(xué)生尊重生命、熱愛自然、秉承發(fā)展綠色化學(xué)化工的環(huán)保理念。另外，色譜法還可用于其他研究和應(yīng)用，比如農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全問題包括抗生素、農(nóng)藥殘留檢測，以及食品安全問題包括塑化劑、防腐劑、色素的檢測等關(guān)注民生的社會熱點問題也是重要素材。

2.4 計算機模擬與教學(xué)實踐相結(jié)合

近年來，隨著計算機技術(shù)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，基于計算機和信息技術(shù)的多學(xué)科交叉融合已成為高校學(xué)科發(fā)展的必然趨勢。為了滿足新時期前沿學(xué)科的發(fā)展需求，培養(yǎng)“互聯(lián)網(wǎng)+”“人工智能+”背景下的綜合性化學(xué)人才，我們利用大學(xué)生各種創(chuàng)新實踐活動平臺組織了化學(xué)專業(yè)學(xué)生中的計算機愛好者，將色譜分離模型的建立和計算數(shù)學(xué)的最優(yōu)化處理與計算程序的編制融為一體，嘗試設(shè)計了一套色譜模擬方法，并開發(fā)了相應(yīng)的模擬軟件Stochastic Diffusion-Chroma[12]（該研究成果獲得大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃遼寧省省級立項和遼寧省挑戰(zhàn)杯二等獎）。我們以色譜模擬實踐為例，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會應(yīng)用計算機解決化學(xué)、化工相關(guān)問題的基本概念、基本原理、基本方法和基本技能，學(xué)會綜合各學(xué)科知識解決實際問題，鍛煉自身的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。此外，學(xué)生的情緒智力也能得到培養(yǎng)和提升。比如，在應(yīng)對如何設(shè)計友好型界面的問題時，學(xué)生需要借鑒和比對大量的真實案例，去粗取精，這一過程培養(yǎng)了他們的觀察能力和審美能力。通過界面的反復(fù)修正和完善，學(xué)生逐步體會到什么叫做“友好型界面”和良好的客戶體驗，學(xué)會換位思考，提高共情能力。

此外，我們還將自主開發(fā)的計算機模擬方法與色譜理論和實驗教學(xué)實踐進行了有機結(jié)合。在色譜理論中，組分擴散、傳質(zhì)等概念的理解是色譜教學(xué)的難點。盡管教師在課堂上結(jié)合大量板書和多媒體課件進行教學(xué)，然而學(xué)生理解起來仍很困難，學(xué)生學(xué)習(xí)效果并不理想。我們所建立的模擬方法能將宏觀的色譜過程抽象成粒子在色譜柱中的微觀運動，能直觀形象地表達待分離粒子在色譜柱內(nèi)的擴散和傳質(zhì)行為，做到深入淺出，幫助學(xué)生更好地理解色譜分離過程的動力學(xué)本質(zhì)[13,14]。該軟件界面友好，模擬參數(shù)和實驗參數(shù)基本一致，操作簡單易學(xué)，可視化效果逼真，模擬和分析合理，特別適合教師課堂教學(xué)演示和學(xué)生自主操作練習(xí)。引入計算機模擬教學(xué)可顯著提高分析化學(xué)課程思政的教學(xué)效果：首先，它有效激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高本科分析化學(xué)課程的教學(xué)質(zhì)量，這一點已在我們前期的教學(xué)研究中得到證實[15]；第二，學(xué)生看到自主開發(fā)的模擬軟件被應(yīng)用于教學(xué)實踐會獲得學(xué)以致用的成就感，這將激發(fā)他們發(fā)展多學(xué)科交叉融合技能的積極性、主動性和創(chuàng)新性；第三，其他同學(xué)也會受到鼓舞，學(xué)習(xí)熱情被激發(fā)，從而形成學(xué)生之間互相激勵，相互比拼，力爭上游的新風(fēng)尚，促進了校園的學(xué)風(fēng)建設(shè)。

3 結(jié)語

習(xí)近平同志指出，將立德樹人貫徹到高校課堂教學(xué)全過程、全方位、全員之中，推動思政課程與課程思政協(xié)同前行、相得益彰，構(gòu)筑育人大格局，是新時代中國高校面臨的重要任務(wù)之一。為此，本文以分析化學(xué)課程中的色譜教學(xué)為例，在理論教學(xué)、實驗教學(xué)、學(xué)生課外實踐等多種形式的教學(xué)活動中實施了“課程思政”的探究和實踐，教學(xué)過程中充分挖掘課程中所蘊含的思政教育元素，注重實施專業(yè)知識與價值引領(lǐng)同向同行。課程思政教學(xué)效果表明，學(xué)生的綜合素質(zhì)和能力得到進一步培養(yǎng)，專業(yè)素養(yǎng)和道德修養(yǎng)得到進一步提升。所述教學(xué)經(jīng)驗和策略為今后進一步開展分析化學(xué)“課程思政”建設(shè)奠定了良好基礎(chǔ)，同時也為“課程思政”在理工科專業(yè)中的推廣提供了有價值的參考和借鑒。