工科化學(xué)課程思政元素的挖掘
——以“緩沖溶液及pH控制”為例

王亞亞，梁耀東，申麗華，劉 靜

（西安科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，陜西 西安 710054）

習(xí)近平在全國大學(xué)生思政工作座談會上強調(diào)，要堅持立德樹人，始終把思想政治工作貫穿于教育教學(xué)全過程，達(dá)到全面育人的目標(biāo)。課程思政主要指通過構(gòu)建全員、全過程、全課程的教學(xué)模式，使各種課程與思想政治理論課并駕齊驅(qū)，進而產(chǎn)生協(xié)同作用。將“立德樹人”融入高等教育各個學(xué)科中，旨在傳播知識的過程中發(fā)揮價值引領(lǐng)的作用，達(dá)到既立德又樹人、既育人又育才，實現(xiàn)立德與樹人的最終目的。推進課程思政與不同學(xué)科專業(yè)科學(xué)理論知識相結(jié)合，將引導(dǎo)學(xué)生學(xué)好專業(yè)知識、掌握專業(yè)本領(lǐng)，同時引導(dǎo)學(xué)生塑造堅定明確的理想信念，形成正確的世界觀、人生觀和價值觀。在培育高素質(zhì)、能力強、具有健康心智的時代新人方面具有重要作用[1-2]。

工科化學(xué)是我校土木工程、車輛工程、應(yīng)急技術(shù)與管理、安全工程、消防工程、新能源科學(xué)與工程、地質(zhì)工程、機械電子工程等非化工類本科生開設(shè)的一門重要的必修基礎(chǔ)課。該課程主要面向大一學(xué)生，包括理論部分和實驗部分。課程內(nèi)容主要包括化學(xué)熱力學(xué)與能源、化學(xué)動力學(xué)、化學(xué)反應(yīng)的基本原理、水溶液化學(xué)、電化學(xué)與金屬腐蝕和物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)等。課程內(nèi)容豐富，與日常生活中一些現(xiàn)象及現(xiàn)代工業(yè)緊密相關(guān)，具有較好的訓(xùn)練學(xué)生科學(xué)思維和科學(xué)方法，提高大學(xué)生化學(xué)素養(yǎng)和培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)精神和創(chuàng)新精神的重要作用[3]。工科化學(xué)這門課程具有涉及學(xué)生多、專業(yè)廣，與社會各行業(yè)密切相關(guān)等特點。其次，大一新生正是三觀塑造的關(guān)鍵階段。因此，作為高校的專任教師，要發(fā)揮好課程的作用，發(fā)掘其內(nèi)在的思想政治內(nèi)涵。在工科化學(xué)課程中注重設(shè)置課程思政內(nèi)容，并且與相關(guān)專業(yè)知識有機融合，在教學(xué)過程中潛移默化地進行德育滲透，進而提高學(xué)生的職業(yè)素質(zhì)、職業(yè)認(rèn)同感、社會責(zé)任感以及服務(wù)國家的使命擔(dān)當(dāng)。為國家、為社會培育全面發(fā)展的高質(zhì)量、高水平的專業(yè)化人才作出貢獻[4]。

緩沖溶液和pH控制屬于工科化學(xué)第三章水溶液化學(xué)部分的基礎(chǔ)知識，是這門課的一個重點。本文以此節(jié)內(nèi)容為例，結(jié)合相關(guān)知識，深入挖掘和設(shè)計思政要素，使學(xué)生在學(xué)習(xí)“緩沖溶液和pH控制”知識過程中，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際能力，批判性思考能力和科學(xué)創(chuàng)造力，從而增強學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性。為國家培養(yǎng)全面發(fā)展的社會主義建設(shè)者和可靠的接班人。

1 “緩沖溶液和pH控制”一節(jié)中思政元素的挖掘

1.1 緩沖溶液的概念與批判性思維

知識點：緩沖溶液主要指酸及其對應(yīng)的共軛堿或者堿及其對應(yīng)的共軛酸組成的溶液，該溶液的pH值不易隨少量酸或者堿的加入而發(fā)生明顯變化。即共軛酸堿對組成的溶液具有一定的緩沖能力。

思政引入：首先，教師把美國羅伯特·歐陽提出的人體酸堿體質(zhì)理論“人的體質(zhì)分為酸性和堿性，偏酸性的體質(zhì)容易引發(fā)各種疾病如癌癥，糖尿病和肥胖。為了維持健康，需使身體維持在一個堿性的環(huán)境[5]”作為課程的導(dǎo)入部分，引導(dǎo)學(xué)生進行獨立思考與討論，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和好奇心，并讓學(xué)生根據(jù)高中已有的化學(xué)知識判斷這種說法是否具有科學(xué)依據(jù)。然后引入緩沖溶液的概念，并通過介紹人體血液由于存在大量的共軛酸堿緩沖對（如碳酸-碳酸氫根、磷酸二氫根-磷酸氫根、血漿蛋白-血漿蛋白共軛堿、血紅蛋白-血紅蛋白共軛堿等），因此其pH值會恒定維持在7.35～7.45之間。通過該內(nèi)容的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生意識到通過食物或者飲食調(diào)節(jié)人體的酸堿性，以及酸性體質(zhì)會導(dǎo)致癌癥和肥胖等的說法，都是不合理、不科學(xué)的。在這個知識點上，引導(dǎo)學(xué)生遇到問題以后一定要進行批判性思考，即在遇到任何問題時，學(xué)生需要通過理解、質(zhì)疑、辨析、推演的思辨過程，把客觀事實和準(zhǔn)則作為依據(jù)進行嚴(yán)密的思考，以達(dá)到超越現(xiàn)象，探求本質(zhì)、追求真理的目的[6]。批判性思考是培養(yǎng)高素質(zhì)人才的關(guān)鍵因素，對高校創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)具有重要促進作用。引導(dǎo)學(xué)生在遇到不同的觀念或者見解時，要理性面對，不要輕易地贊成或反對，而是保持中性、健康的懷疑態(tài)度，在學(xué)習(xí)過程中注意養(yǎng)成批判性思考的習(xí)慣。

1.2 緩沖溶液的選擇與人生觀

知識點：緩沖溶液的pH值主要由共軛酸堿對的濃度之比及共軛酸堿對中的值所決定。共軛酸堿對中任何一種物質(zhì)濃度過低都會導(dǎo)致緩沖溶液失去緩沖能力。當(dāng)共軛酸與共軛堿的濃度為一比一時，緩沖溶液的緩沖能力最大。因此，為了配制特定pH值的緩沖溶液，需要選擇值與pH值接近或者相等的共軛酸堿對。如配置pH=7左右的緩沖溶液，應(yīng)當(dāng)選用H2PO4-—HPO42-作為緩沖對的混合液比較合適，因為。

思政引入：基于如何選擇合適的緩沖溶液這個知識點，教師可以引導(dǎo)學(xué)生與人生選擇的重要性聯(lián)系起來。人的這一生，需要做出很多選擇，這些眾多的選擇決定了我們的一生。無數(shù)次的成功經(jīng)驗告訴我們，選擇苦難，就意味著收獲;選擇付出，就意味著高尚。少年時多經(jīng)歷些挫折與失敗，對人生道路更有益[7]。比如霍去病，他曾多次立下汗馬功勞，得到了豐厚的賞賜，卻舍棄了獨自享樂的生活方式，一心只想著國家大事。堅決地謝絕了漢武帝為他修建的奢華府邸，慷慨激昂地說“匈奴未滅，何以家為”。在享受優(yōu)越的生活條件和肩負(fù)的國家職責(zé)中，霍去病做出了自己的選擇。以歷史名人為例，鼓勵年輕人要選擇那條艱難的路，艱難的路雖然難走，但是這條道路上人少，會越走越好。相反那條簡單的路很多人都可以走，卻擁擠異常，會越走越艱難。人生是要有意義的一生還是碌碌無為的人生，都要看我們自己的選擇，做出正確地選擇能夠更好地實現(xiàn)自我價值。通過緩沖溶液選擇的內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生以更宏觀的視野面對人生選擇。

1.3 緩沖溶液應(yīng)用與理論聯(lián)系實際

知識點：緩沖溶液在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科學(xué)研究和生命活動中均發(fā)揮著舉足輕重的作用。在工業(yè)方面，制造硅半導(dǎo)體器材時，需使用HF和NH4F的混合液來進行化學(xué)侵蝕，以去除硅板上未涂上膠層的氧化物薄膜。在科研方面，緩沖溶液在細(xì)胞和微生物培養(yǎng)方面也發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，可以防止細(xì)胞或微生物在培養(yǎng)過程中的培養(yǎng)液pH發(fā)生較大改變，進而為細(xì)胞和微生物的生長提供一個相對穩(wěn)定的環(huán)境。在人體健康方面，如果pH值偏離正常范圍就會對各個器官造成損害，嚴(yán)重時甚至?xí){到人的生命。臨床上常用弱酸強堿鹽如乳酸鈉或碳酸氫鈉水解后顯堿性的特征來糾正酸中毒，用弱堿強酸鹽氯化銨水解后顯酸性的特征來緩解堿中毒[8]。隨著科學(xué)技術(shù)的進步，緩沖溶液已被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)實踐和分析化驗中。

思政引入：在化學(xué)教學(xué)過程中，堅持理論與實踐相結(jié)合對提高教學(xué)質(zhì)量具有重要意義。通過將緩沖溶液性質(zhì)，與緩沖溶液（檸檬酸-檸檬酸鈉）在含二氧化硫尾氣處理中的應(yīng)用[9]，以及緩沖溶液在微生物培養(yǎng)、細(xì)胞培養(yǎng)中的重要作用相結(jié)合。緩沖溶液在細(xì)菌的染色方面也起著重要作用，如在細(xì)菌染色上為增加著色效果，要選擇合適pH值的染色液。此外，在電鍍過程中，通常使用緩沖溶液來控制電鍍液的pH。通過上述例子的講述，鼓勵學(xué)生通過理論聯(lián)系實際，鞏固所學(xué)的知識，并且增強了課堂的趣味性。此外，在教學(xué)過程中，注重引導(dǎo)學(xué)生做到學(xué)思用貫通、知信行統(tǒng)一、深入思考學(xué)、聯(lián)系實際學(xué)，能夠利用所學(xué)的理論知識指導(dǎo)實踐生產(chǎn)活動，達(dá)到學(xué)以致用的目的。理論與實踐相結(jié)合，使學(xué)生能夠運用所學(xué)知識解決實際問題，進而增強學(xué)生的學(xué)習(xí)遷移能力。

1.4 Henderson-Hasselbalch公式與科學(xué)創(chuàng)新精神

知識點：緩沖溶液pH值的計算是本節(jié)內(nèi)容的重點和難點之一，它的計算主要依靠亨德森-哈塞爾巴爾赫方程（He-nderson-Hasselbalch equation）。這個公式由美國化學(xué)家勞倫斯·約瑟夫·亨德森和丹麥科學(xué)家卡爾·阿爾伯特·哈塞爾巴爾赫研究發(fā)現(xiàn)的。

思政引入：勞倫斯·約瑟夫·亨德森是20世紀(jì)初生物化學(xué)領(lǐng)域著名科學(xué)家之一，一生致力于科學(xué)研究。他深入研究了人體的酸堿平衡機制，提出人體的酸堿平衡是通過血液中的緩沖系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、肺臟、紅細(xì)胞、腎等系統(tǒng)的協(xié)同作用而實現(xiàn)的。不久之后，發(fā)現(xiàn)了亨德森方程，科學(xué)家卡爾·阿爾伯特·哈塞爾巴爾赫將其寫成對數(shù)形式，并將其應(yīng)用于血液中碳酸引起的代謝性酸中毒的研究。一方面通過將科學(xué)家如何取得重大科研突破的故事融入課程當(dāng)中，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識到科學(xué)研究是個漫長的過程，需要經(jīng)過長年累月地不斷積累和堅持，才能取得重大的突破。另外一方面在科學(xué)研究中，要擅長利用已有的研究成果，進行再創(chuàng)新、再突破。正如牛頓所說“如果我比其他人看得遠(yuǎn)些，那是因為我站在巨人的肩膀上”。利用已有的研究成果，吸收前人的經(jīng)驗和知識并運用到自己身上，在自身所處領(lǐng)域作出杰出貢獻，進而推動社會的進步。最后激勵同學(xué)們不斷攀登高峰，勇于創(chuàng)新，追求真理，嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的科學(xué)精神和潛心研究的奉獻精神。

1.5 土壤緩沖性與服務(wù)社會的家國情懷

知識點：土壤中由于共軛酸堿對的存在（如碳酸-碳酸氫鈉、磷酸二氫鈉-磷酸氫二鈉），因此可以將土壤的pH維持在一定的范圍，不易隨外界氫離子或氫氧根離子的加入而導(dǎo)致pH發(fā)生太大改變。如土壤的pH值一般不會因施肥、根的呼吸、微生物生長、有機物分解和濕度變化而發(fā)生較大改變，從而為植物的生長提供一個良好的環(huán)境。這種性能也被稱作土壤的緩沖性。

思政引入：通過對土壤緩沖性能的講述，使學(xué)生們意識到農(nóng)業(yè)的重要性，農(nóng)業(yè)是國民經(jīng)濟的根本，是人類賴以生存的根本，是國家經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的保證。農(nóng)業(yè)不僅關(guān)乎社會穩(wěn)定、人民利益，更關(guān)乎我們能否在國際競爭中維持獨立自主的地位。目前，我國的農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)條件還很薄弱，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)裝備水平和勞動生產(chǎn)率水平都偏低。只有知農(nóng)愛農(nóng)才能真正強農(nóng)興農(nóng)，結(jié)合土壤具有緩沖性能知識點，指引學(xué)生以強農(nóng)興農(nóng)為己任，“懂農(nóng)業(yè)、愛農(nóng)村、愛農(nóng)民”，培養(yǎng)大學(xué)生服務(wù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化、服務(wù)鄉(xiāng)村現(xiàn)代化新形勢的使命感和責(zé)任感。為培養(yǎng)知農(nóng)愛農(nóng)、服務(wù)國家的新型人才作出貢獻。

1.6 緩沖溶液在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用與生產(chǎn)安全

知識點：在配制滴眼液的過程中，常根據(jù)滴眼液的性質(zhì)加入緩沖溶液，確保滴眼液的pH值在滴眼液最穩(wěn)定的pH值和淚眼生理pH值之間，以保證藥物有足夠的有效期，同時減少藥物對眼粘膜的刺激，進而防止其對人體造成傷害[10]。其次，藥物的穩(wěn)定性不僅與自身的理化性質(zhì)相關(guān)，通常容易受到環(huán)境因素的影響，如光線、溫度、濕度、氧氣、環(huán)境酸堿度、微生物等。緩沖溶液能夠使藥物維持在特定的pH，從而避免外界環(huán)境的干擾，進而增強藥物的穩(wěn)定性和延長藥物的有效期。

思政引入：硼酸緩沖溶液是滴眼液的重要組成部分，具有防腐作用?？梢詫⒌窝蹌┑膒H值穩(wěn)定在5.8-6.4，減少了氯霉素滴眼劑對眼睛的刺激。此外，緩沖溶液在增強藥物的藥效，減少或避免藥物不良反應(yīng)方面也發(fā)揮了重要作用。工科化學(xué)這門課程涉及專業(yè)較多，與社會各行各業(yè)密切相關(guān)，將來有學(xué)生可能從事與各種物品生產(chǎn)和檢測相關(guān)的工作。通過上述例子的講述，讓學(xué)生樹立安全生產(chǎn)、誠信生產(chǎn)的理念，切實增強安全意識，筑牢責(zé)任擔(dān)當(dāng)思想防線，嚴(yán)格執(zhí)行安全生產(chǎn)的各項規(guī)章制度和操作流程，進而從源頭上減少安全事故的發(fā)生。為社會經(jīng)濟創(chuàng)造一個安全穩(wěn)定的發(fā)展環(huán)境和培養(yǎng)具備安全生產(chǎn)意識人才作出貢獻。

2 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的進步和人工智能的發(fā)展，人才要求會越來越高。大學(xué)的目的不僅僅局限于培養(yǎng)一技之長的工程師，而是培養(yǎng)有思想，有領(lǐng)導(dǎo)能力、創(chuàng)新能力、獨立思考和有教養(yǎng)的全方面發(fā)展人才。作為高校教師，要充分發(fā)揮課堂教學(xué)的作用，提高思想政治工作的親和力、針對性，以適應(yīng)大學(xué)生的成長與發(fā)展需要，促進專業(yè)教學(xué)與思想政治隱性教育同向同行，實現(xiàn)教書與育人相統(tǒng)一。工科化學(xué)作為高校的一門重要公共基礎(chǔ)課，在培養(yǎng)大學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新思維方面發(fā)揮著十分重要的作用。在工科化學(xué)課程中融入思政元素，可推動大學(xué)生高質(zhì)量發(fā)展。為落實課程思政改革，本文以工科化學(xué)課程中“緩沖溶液和pH控制”這節(jié)內(nèi)容為例，深入挖掘了相關(guān)課程思政元素以及與相關(guān)知識點的有機結(jié)合，旨在實現(xiàn)知識傳授、能力培養(yǎng)、價值塑造三位一體的教學(xué)目標(biāo)。