無機(jī)及分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程改革研究

劉智敏，成會(huì)玲，許志剛(昆明理工大學(xué)理學(xué)院，云南 昆明 650500)

1 背景介紹

課程思政教育是近幾年新提出的概念，但在專業(yè)課程教育中滲透德育教育的研究卻由來已久。課程思政有別于思政課程，更加強(qiáng)調(diào)專業(yè)課程教學(xué)中，將與隱含的思想政治教育元素和賦存的思想政治教育功能，融入到專業(yè)教學(xué)中，實(shí)現(xiàn)思想教育和專業(yè)教育的統(tǒng)一[1-2]。課程思政自2016 年正式提出以來，各大高校開始了廣泛的課程思政教育研究[3-4]，并逐年擴(kuò)大了專業(yè)課程中實(shí)施思政教育的規(guī)模。目前的高校課程教育中，理論課程的思政教育相對(duì)更加廣泛、深入[5]，并有一部分在線開放資源可共享、借鑒，而實(shí)驗(yàn)課程方面的思政教育相對(duì)滯后。

目前，有關(guān)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的課程思政成果較少，繼續(xù)在化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中加強(qiáng)課程思政教育十分必要。在化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中強(qiáng)化課程思政教育，不僅有利于化學(xué)實(shí)驗(yàn)的安全教育，還有利于挖掘化學(xué)方面的愛國(guó)教育、創(chuàng)新精神教育。除此之外，化學(xué)實(shí)驗(yàn)有比較大的受眾面，除化學(xué)專業(yè)的學(xué)生外，在很多的理工科院校，化學(xué)及相關(guān)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，涉及到的專業(yè)包括冶金專業(yè)、材料專業(yè)、食品專業(yè)、生物專業(yè)、環(huán)境專業(yè)、醫(yī)學(xué)專業(yè)、礦物加工專業(yè)等。因此，在化學(xué)實(shí)驗(yàn)類課程中加強(qiáng)課程思政教育意義重大。

無機(jī)及分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程是非化學(xué)專業(yè)學(xué)生開設(shè)化學(xué)類實(shí)驗(yàn)課程受眾面最廣的一門基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課，也是這些學(xué)生在大學(xué)期間接觸的第一門化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程。在無機(jī)及分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中探索課程思政的實(shí)施，具有非常強(qiáng)的應(yīng)用性、適用性、參考性，對(duì)后續(xù)實(shí)驗(yàn)課程持續(xù)開設(shè)課程思政，具有很好的示范性和啟發(fā)性。以昆明理工大學(xué)理學(xué)院開設(shè)的無機(jī)及分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程為例，在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中植入課程思政要素，詳細(xì)探討了在這門課程中貫徹實(shí)施課程思政的可行性和執(zhí)行效果，為在化學(xué)類實(shí)驗(yàn)課程中實(shí)施課程思政積累經(jīng)驗(yàn)。

2 無機(jī)及分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程改革實(shí)施

無機(jī)及分析化學(xué)分為理論課和實(shí)驗(yàn)課，兩門課程一般是獨(dú)立開設(shè)的，分別設(shè)置學(xué)分。無機(jī)及分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程在我校的基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，一般是在大一學(xué)生中開設(shè)，設(shè)置48 學(xué)時(shí)3 學(xué)分，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涵蓋了無機(jī)化學(xué)部分和分析化學(xué)部分，而這兩個(gè)部分在實(shí)驗(yàn)開設(shè)中分別占24 學(xué)時(shí)，實(shí)行20 人左右的小班制實(shí)驗(yàn)教學(xué)，并由一名專職教師授課。上述無機(jī)及分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本授課情況，有利于教師開展課程思政教育。

我校無機(jī)及分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程分別開設(shè)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有：電導(dǎo)率法測(cè)醋酸解離常數(shù)、解離平衡及水解反應(yīng)、氧化還原與原電池、配合物的生成與性質(zhì)、硫酸銅的制備、溶解平衡、電子天平及滴定分析儀器使用練習(xí)、氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制與標(biāo)定、醋酸含量的測(cè)定、EDTA 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制與標(biāo)定、自來水總硬度的測(cè)定、鄰二氮菲分光光度法測(cè)定水中微量鐵、高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制與標(biāo)定、過氧化氫含量的測(cè)定，以及操作考試。課程思政教育在無機(jī)及分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中有3 種實(shí)施模式，分為課前任務(wù)布置、課中介紹和課后拓展。

2.1 無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)部分教育改革

(1)在氧化還原與原電池的實(shí)驗(yàn)中，有較多的思政教育元素。教師應(yīng)在課前、課中、實(shí)驗(yàn)后分別加以引導(dǎo)。比如：課前要布置文獻(xiàn)檢索任務(wù)：誰最先發(fā)明了原電池？伏特(Volt) 這一電化學(xué)單位是怎么來的？通過課前的準(zhǔn)備，課程中由學(xué)生參與，老師進(jìn)行引導(dǎo)，系統(tǒng)講解意大利物理學(xué)家伏打(Volta) 研究靜電、發(fā)明樹脂起電盤、麥秸驗(yàn)電器和伏打電堆，1776 年還發(fā)現(xiàn)了甲烷，測(cè)定了空氣的膨脹系數(shù)，為了紀(jì)念他在電化學(xué)方面的偉大貢獻(xiàn)，根據(jù)他的姓氏把電動(dòng)勢(shì)、電勢(shì)差、電壓的單位命名為伏特(Volt)。

在實(shí)驗(yàn)開展的過程中，分別要用到能斯特方程計(jì)算濃度、酸度和生成配合物對(duì)氧化還原反應(yīng)的影響，教師要對(duì)能斯特方程及能斯特人物歷史進(jìn)行介紹，能斯特(Nernst)是一位偉大的德國(guó)物理化學(xué)家，他通過能斯特方程將電池的電勢(shì)同電池的各個(gè)性質(zhì)聯(lián)系起來，建立起聯(lián)系化學(xué)能與原電池電視電位的關(guān)系，于1920 年獲得諾貝爾獎(jiǎng)，他還發(fā)明了能斯特?zé)簦岢隽藷崃W(xué)第三定律。實(shí)驗(yàn)課程結(jié)束后，還要給學(xué)生留下問題思考：實(shí)驗(yàn)中計(jì)算得到的原電池的數(shù)據(jù)和書本上查到的是否一致？這些差別說明了什么問題？引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步深入探究影響原電池電勢(shì)能的因素，加深對(duì)能斯特公式的理解。

(2)在硫酸銅的制備實(shí)驗(yàn)中，非常有必要補(bǔ)充一些關(guān)于硫酸銅的工業(yè)和應(yīng)用方面的介紹，比如硫酸銅的用途：既是一種肥料，又是一種普遍實(shí)用的殺菌劑，波爾多液、銅皂液、銅銨制劑等都要大量使用硫酸銅。硫酸銅是一種重要的工業(yè)原料，因而硫酸銅制備具有重要的工業(yè)價(jià)值。硫酸銅的制備方法眾多，有硫酸法、電解液回收法、銅礦制備法、銅污(銅洗塔中)制備法等，實(shí)驗(yàn)室采用的是電解液回收法，但本次實(shí)驗(yàn)中仍有幾處危險(xiǎn)的操作和存在安全風(fēng)險(xiǎn)的步驟(操作流程如圖1 所示)，實(shí)驗(yàn)教師要特別注意強(qiáng)調(diào)安全和規(guī)范。首先，電解液一般呈較強(qiáng)的酸性，使用時(shí)注意安全；加熱置換銅時(shí)，注意防止?fàn)C傷，也要防止溶液濺出或打翻；在馬弗爐中高溫灼燒時(shí)，要特別注意防止?fàn)C傷事件，也要注意桌面等器材防止?fàn)C傷，防止高溫引發(fā)傷害；還要注意稀硫酸溶解氧化銅的安全，正確使用稀硫酸。此外，整個(gè)實(shí)驗(yàn)課堂，老師還要強(qiáng)調(diào)硫酸銅的毒性及危害，硫酸銅有中等毒性，對(duì)胃腸道有刺激作用，誤服引起惡心、嘔吐，嚴(yán)重者造成腎損傷和溶血，實(shí)驗(yàn)過程中特別注意規(guī)范操作，教學(xué)過程中更是要給與必要的講解和人文關(guān)懷。

(3)在配合物的生成和性質(zhì)實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)過程中重點(diǎn)關(guān)注了不同類別配合物的生成和轉(zhuǎn)化，特別強(qiáng)調(diào)了配合物在不同條件下，能進(jìn)一步生成新的更穩(wěn)定的物種，同時(shí)伴隨著顏色、性狀的變化，但實(shí)驗(yàn)過程中，并沒有關(guān)注配合物的結(jié)構(gòu)。在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，教師可以進(jìn)一步提醒學(xué)生，課后查閱這些配合物的結(jié)構(gòu)，看看是否能從結(jié)構(gòu)上的差異，闡明配合物發(fā)生轉(zhuǎn)化的原因。此外，溶度積、穩(wěn)定常數(shù)的查閱，也可以在一定程度上進(jìn)行解釋轉(zhuǎn)化的原因。

圖1 五水硫酸銅的制備流程及危險(xiǎn)操作提示

2.2 分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)部分教育改革

(1)在分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)部分中，注重強(qiáng)調(diào)國(guó)產(chǎn)儀器設(shè)備的研究現(xiàn)狀，如：電子天平、分光光度計(jì)，在這些實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，要強(qiáng)調(diào)國(guó)產(chǎn)設(shè)備的優(yōu)勢(shì)，鼓勵(lì)大家參與到國(guó)產(chǎn)儀器設(shè)備的應(yīng)用、研發(fā)中，同時(shí)也闡明一些先進(jìn)儀器設(shè)備被卡脖子的關(guān)鍵所在，鼓勵(lì)更多的年輕人今后參與到國(guó)產(chǎn)儀器設(shè)備研發(fā)的隊(duì)伍中來。這種愛國(guó)主義教育非常有必要，在傳統(tǒng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中容易忽視。如果能結(jié)合本校的一些權(quán)威科學(xué)家進(jìn)行介紹講解，就能起到更好的育人效果。例如，昆明理工大學(xué)戴永年院士一輩子駐扎在西南紅土高原，結(jié)合云南省有色金屬戰(zhàn)略資源，研發(fā)真空冶煉技術(shù)、冶煉設(shè)備，服務(wù)區(qū)域經(jīng)濟(jì)和邊疆建設(shè)，作出了卓越的貢獻(xiàn)。這樣的德育教育點(diǎn)一定要結(jié)合化學(xué)知識(shí)點(diǎn)，有效地貫穿到課堂中，而又不占用太多的時(shí)間，起到非常顯著的教育效果。

(2)在醋酸含量的測(cè)定的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，向?qū)W生強(qiáng)調(diào)所測(cè)定醋酸溶液的含量接近日常使用醋酸的含量，學(xué)生可以在課外實(shí)驗(yàn)中繼續(xù)測(cè)定食醋中醋酸的含量，選擇白醋進(jìn)行測(cè)定，化學(xué)計(jì)量點(diǎn)的變色易于觀察，與課堂所作的實(shí)驗(yàn)基本一致；如果選擇深色的食醋，其計(jì)量點(diǎn)的變色情況易于受到影響，就需要考慮如何脫色或者消除干擾的問題。這一問題的提出，使學(xué)生深度思考所學(xué)實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用性，采用簡(jiǎn)單的操作技術(shù)解決日用品中的化學(xué)成分含量測(cè)定和質(zhì)量評(píng)價(jià)方面的問題?？此坪?jiǎn)單的拓展，有利于激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣，將所用知識(shí)應(yīng)用到日常生活中。

(3)在自來水總硬度的測(cè)定實(shí)驗(yàn)過程中，所取用的水為實(shí)驗(yàn)室自來水。這是一個(gè)應(yīng)用性極強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)取自來水樣(也可以提前自備其他的自來水)，并采用自行配制和標(biāo)定的EDTA 標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行測(cè)定自來水硬度。自來水的硬度會(huì)因季節(jié)、溫度、每天的不同時(shí)段等因素，會(huì)有一個(gè)微小的波動(dòng)范圍，但其含量變化不會(huì)太大。特別強(qiáng)調(diào)的是，在云南，自來水含有的礦物質(zhì)相對(duì)較高，測(cè)定結(jié)果會(huì)高一些。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，也可以鼓勵(lì)同學(xué)們對(duì)不同品牌的礦泉水進(jìn)行總硬度的測(cè)定。測(cè)定前要知道鈣鎂離子的大致含量范圍，對(duì)于濃度較低的樣品，要考慮增大樣品體積，對(duì)于濃度特別低的樣品，還要考慮濃縮樣品以提高濃度，從而有利于終點(diǎn)顏色變化和觀察。

(4)在過氧化氫含量的測(cè)定實(shí)驗(yàn)過程中，所使用的過氧化氫為分析純(含量一般為30%)。實(shí)驗(yàn)過程中介紹，所測(cè)定的溶液為稀釋液，是分析純?nèi)芤合♂屃?50 倍，其濃度低于醫(yī)用過氧化氫的濃度(一般為3%)，使用過程中不用擔(dān)心腐蝕問題，不小心接觸到皮膚，盡快用水沖洗即可。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，也可以鼓勵(lì)同學(xué)們對(duì)醫(yī)用雙氧水進(jìn)行測(cè)定，使得本次實(shí)驗(yàn)的成果得到再次應(yīng)用。當(dāng)然，由于醫(yī)用雙氧水的濃度不同，可以將其稀釋到合適濃度，便于采用已有高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行測(cè)定，通過換算，測(cè)出醫(yī)用雙氧水的濃度。

3 結(jié)語

目前，在化學(xué)類實(shí)驗(yàn)課程中開展課程思政教育的例子極少，相關(guān)研究還處于探索期，沒有直接的教育資源可供參考借鑒。但在全面加強(qiáng)高等教育的課程思政背景下，開展化學(xué)類實(shí)驗(yàn)課的課程思政教學(xué)改革勢(shì)在必行。本研究所涉及的案例，有利于在理工科院校開設(shè)了無機(jī)及分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的院校，嘗試課程思政的教育改革和實(shí)施，可針對(duì)冶金專業(yè)、食品專業(yè)、醫(yī)學(xué)專業(yè)、材料專業(yè)等，選取不同的課程思政元素，加以補(bǔ)充和完善。本研究是在化學(xué)類實(shí)驗(yàn)課中開展課程思政研究的初級(jí)探索，這一教學(xué)改革研究也為其他高校的課程思政建設(shè)提供了參考和借鑒。