分析化學(xué)教學(xué)中的課程思政設(shè)計與探索

徐彩霞，王悅，吳泓毅，沈永玲，戴智非，李建，肖艷華，李丹萍，李達(dá)學(xué)，張鴻鵬

防化學(xué)院，北京 102205

1 引言

教育部2020年印發(fā)《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》通知，要求“讓所有高校、所有教師、所有課程都承擔(dān)好育人責(zé)任，守好一段渠、種好責(zé)任田，使各類課程與思政課程同向同行，將顯性教育和隱性教育相統(tǒng)一，形成協(xié)同效應(yīng)，構(gòu)建全員全程全方位育人大格局。”課程思政的目的是為了協(xié)同育人，作用是強(qiáng)調(diào)在所有課程中融入思想政治教育，實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)“德智體美勞全面發(fā)展的社會主義建設(shè)者和接班人”。

2 分析化學(xué)課程思政設(shè)計與探索

近年來迅速發(fā)展的分析化學(xué)成為了高等院校化學(xué)、化工、材料、生物、制藥、食品、環(huán)境等諸多專業(yè)學(xué)生必修的重要化學(xué)基礎(chǔ)課。分析化學(xué)是指發(fā)展和應(yīng)用各種理論、方法、儀器和策略以獲取有關(guān)物質(zhì)在相對時空的組成和性質(zhì)信息的一門學(xué)科。目前國內(nèi)分析化學(xué)教材多以經(jīng)典定量分析為主，而由于各種大型分析儀器及先進(jìn)分析手段的日新月異，如今的分析化學(xué)更應(yīng)側(cè)重于儀器分析[1-4]，在教學(xué)過程中如何將分析化學(xué)動態(tài)的歷史發(fā)展與其傳統(tǒng)理論相結(jié)合通過課程思政的方式“潤物細(xì)無聲”地融入到課堂中，確保學(xué)生對分析化學(xué)課程內(nèi)容的充分理解和把握，是當(dāng)今分析化學(xué)教育工作者需要關(guān)注和具有挑戰(zhàn)的難題。為此，可根據(jù)分析化學(xué)教學(xué)內(nèi)容模塊設(shè)計與探索分析化學(xué)課程思政案例，并在每個教學(xué)內(nèi)容模塊后給出一個詳細(xì)的案例設(shè)計。

2.1 緒論及分析試樣的采集與處理

2.1.1 教學(xué)內(nèi)容和思政設(shè)計與探索

緒論及分析試樣的采集與處理部分，內(nèi)容主要是介紹分析化學(xué)的定義、任務(wù)作用、分類和計算，以及分析試樣的采集、制備和分解等[1]。課堂授課首先介紹新冠疫情與分析化學(xué)的具體案例(見2.1.2)，給學(xué)生一個日常生活中“分析化學(xué)無處不在”的深刻印象。此外，日常生活中各種食品添加劑以及大氣、土壤、飲水用中各成分，甚至血液尿液等人體各項(xiàng)生理指標(biāo)的快速檢測都對分析化學(xué)提出了要求，更有賴于分析方法的發(fā)展與創(chuàng)新。課上從日常生活中的分析化學(xué)引入，可讓學(xué)生在課下發(fā)現(xiàn)并延伸，這不僅能使學(xué)生更好地理解分析化學(xué)的社會服務(wù)功能，還能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)分析化學(xué)的熱情和興趣。然后課中或授課將近結(jié)束時再引用曾任耶魯大學(xué)校長的理查德·萊文的話，“如果一個學(xué)生從耶魯大學(xué)畢業(yè)后，居然擁有了某種很專業(yè)的知識和技能，這是耶魯教育最大的失敗”，引發(fā)學(xué)生思考，學(xué)習(xí)知識不是目的，大學(xué)學(xué)習(xí)的目的是鍛煉和培養(yǎng)能力，尤其要有意識培養(yǎng)自己自主學(xué)習(xí)的能力、思辨能力、分析問題和解決問題的能力、語言表達(dá)和溝通能力以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等，這些都是新時代大學(xué)生所需要的基本能力。

2.1.2 具體案列設(shè)計：新冠疫情中的核酸檢測——彰顯奉獻(xiàn)精神、責(zé)任擔(dān)當(dāng)和家國情懷

2019年新型冠狀病毒感染的肺炎(COVID-19)疫情爆發(fā)后，迅速發(fā)展的疫情席卷全球，社會經(jīng)濟(jì)和人們的生活方式受到巨大影響，引起國際社會高度重視。我國研究團(tuán)隊(duì)最早從患者樣本中分離出了COVID-19病毒(SARS-CoV-2)毒株并通過基因組測序方法獲得了該病毒的基因組序列。之后面對SARS-CoV-2的迅速變異，雖然世界各國研制出的疫苗能提供有效保護(hù)、降低重癥感染，但最有效的手段仍然是快速識別感染患者后將其隔離治療。因此SARS-CoV-2的快速、準(zhǔn)確檢測方法一直都處在不斷發(fā)展中。用核酸檢測方法檢測是否感染該肺炎的聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(Polymerase Chain Reaction，PCR)技術(shù)是一種廣泛應(yīng)用的可用于檢測多種病原微生物的診斷方法，被認(rèn)為是高靈敏度和特異性檢測的“金標(biāo)準(zhǔn)”。PCR實(shí)質(zhì)是一種用于放大擴(kuò)增特定DNA片段的分子生物學(xué)分析技術(shù)，它可看作是生物體外的特殊DNA復(fù)制，PCR的最大特點(diǎn)是能將微量的DNA大幅增加[5-8]。PCR反應(yīng)試劑和反應(yīng)步驟如圖1所示。

圖1 核酸采樣(左)；PCR反應(yīng)試劑(中)；反應(yīng)過程(右)

在緒論中介紹分析化學(xué)在日常生活中的應(yīng)用實(shí)例時，讓學(xué)生了解新冠疫情防控過程中的多種化學(xué)相關(guān)知識，SARS-CoV-2的結(jié)構(gòu)分析、基因組測序、核酸檢測、核酸檢測試劑、各種治療藥物、消毒劑等都與化學(xué)息息相關(guān)，更離不開被譽(yù)為科學(xué)研究與實(shí)踐活動“眼睛”的分析化學(xué)，如媒體報道最多的PCR核酸檢測技術(shù)從核酸采樣、反應(yīng)試劑到試劑反應(yīng)過程，展示了分析試樣的采集和預(yù)處理過程，反應(yīng)試劑中所用的緩沖溶液也是分析化學(xué)中的一個重要概念。在治療COVID-19的有效方法中，我國的中醫(yī)和中醫(yī)藥也大顯身手，這極大地增強(qiáng)了我們的民族自豪感和文化自信，能培養(yǎng)學(xué)生的奉獻(xiàn)精神，社會責(zé)任感、使命擔(dān)當(dāng)精神和家國情懷。

2.2 分析化學(xué)中的誤差與數(shù)據(jù)處理

2.2.1 教學(xué)內(nèi)容和思政設(shè)計與探索

分析化學(xué)中的誤差與數(shù)據(jù)處理部分，主要涵蓋分析化學(xué)中的誤差、有效數(shù)字及其運(yùn)算規(guī)則、顯著性檢驗(yàn)、可疑值取舍及回歸分析等[1]，這部分內(nèi)容十分基礎(chǔ)，對各個專業(yè)的數(shù)據(jù)處理都有很大幫助。科學(xué)研究以及大型工程設(shè)備的數(shù)據(jù)處理要細(xì)致嚴(yán)謹(jǐn)，容不得半點(diǎn)馬虎和作假。1996年阿麗亞娜5型火箭發(fā)射失敗的原因是因?yàn)榛鸺铀俣戎递斎氲接嬎銠C(jī)系統(tǒng)的浮點(diǎn)數(shù)不一致。物理學(xué)家瑞利(Rayleigh)因不放過千分之五的定量誤差而最終獲得了諾貝爾獎(見2.2.2)。如今的我們處在一個互聯(lián)網(wǎng)的大數(shù)據(jù)時代，能有效運(yùn)用數(shù)據(jù)處理分析挖掘出海量數(shù)據(jù)背后的聯(lián)系顯得尤為重要，因此更有必要學(xué)好誤差與數(shù)據(jù)處理這部分內(nèi)容。

2.2.2 具體案例設(shè)計：千分之五的相對誤差——體現(xiàn)嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、客觀求實(shí)的科學(xué)精神

曾任劍橋大學(xué)校長的英國物理學(xué)家瑞利(Rayleigh)十分注重嚴(yán)格的定量研究，對研究結(jié)果要求極為準(zhǔn)確。1892年他在測定氮?dú)饷芏鹊膶?shí)驗(yàn)過程中，發(fā)現(xiàn)把空氣反復(fù)通過紅熱的裝滿銅粉的管子，清除掉氧氣所得到的氮?dú)饷芏葹?.2572 g·L-1，而用氧氨的混合氣通過赤熱的氧化銅獲得的氮?dú)饷芏葹?.2505 g·L-1，最初他先懷疑大氣氮中殘留了一些氧，但又認(rèn)為“這不可能，因氮和氧密度相差很小，要混雜有大量的氧才會使密度相差千分之五”，他又疑惑來源于氨的氮?dú)庵谢祀s有氫氣，但經(jīng)仔細(xì)檢驗(yàn)，也否定了。嚴(yán)謹(jǐn)?shù)娜鹄麑@兩種方法獲得氮?dú)饷芏葍H千分之五的相對誤差“迷惑不解”，經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)后他得出：這絕不是實(shí)驗(yàn)誤差造成的。1894年4月，瑞利在英國皇家學(xué)會宣讀了他的實(shí)驗(yàn)報告，皇家學(xué)院的化學(xué)教授杜瓦向瑞利反映“一百多年前有研究認(rèn)為空氣中還有一種不與氧氣反應(yīng)的氣體，總量不超過全部空氣的1/120”。在同時，倫敦大學(xué)的化學(xué)家萊姆塞(Ramsay)愿與瑞利合作進(jìn)行這項(xiàng)研究。

于是瑞利和萊姆塞(圖2)合作研究，最終圓滿解決了該問題：即從化合物中制得的氮是純氮，從空氣中制得的氮不是純氮?dú)?，空氣中還有一種密度比較大的氣體。萊姆塞根據(jù)該氣體性質(zhì)將其命名為“氬”。1894年8月，瑞利和萊姆塞在牛津召開的自然科學(xué)家代表大會上宣布了他們的重要發(fā)現(xiàn)。瑞利和萊姆塞也因此分別獲得了1904年的諾貝爾物理學(xué)獎和化學(xué)獎[9,10]。瑞利和萊姆塞發(fā)現(xiàn)氬氣的過程向我們展示了科學(xué)的偉大發(fā)現(xiàn)，往往來自于精確的量度和從大量數(shù)據(jù)中的明察秋毫。兩位科學(xué)家嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、客觀求實(shí)、不斷探索的科學(xué)精神更值得我們學(xué)習(xí)。

地形因子 地形因子是間接因子，其本身對植物沒有直接影響，但是地形的變化（如坡向、海拔高度、盆地、丘陵、平原等）可以影響到氣候因子、土壤因子等的變化，進(jìn)而影響到植物的生長。

圖2 瑞利(左)；萊姆塞(中)；能斯特(右)

2.3 滴定分析

2.3.1 教學(xué)內(nèi)容和思政設(shè)計與探索

滴定分析部分，包括酸堿滴定法、配位滴定法、氧化還原滴定法、沉淀滴定和重量分析法等[1]。配位化合物在日常生活中應(yīng)用廣泛，如1922年諾貝爾獎得主者丹麥物理學(xué)家玻爾在二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)期間曾把金牌溶于王水中以躲避法西斯的搜刮，就是金和王水生成了簡單配合物[AuCl4]-，而從金礦石用氰化法提金也是因?yàn)樯闪伺浜衔颷Au(CN)2]-。氧化還原滴定法中重鉻酸鉀法微量鉻(VI)帶來的環(huán)境污染不容忽視，必須處理實(shí)驗(yàn)室的含鉻廢液。如1993年美國加州的鉻污染事件甚至被拍成了電影《永不妥協(xié)》，2011年我國云南曲靖鉻污染事件等，這些案列可以讓學(xué)生了解保護(hù)環(huán)境對人類的重要性，能讓學(xué)生更能深刻理解“綠水青山就是金山銀山”的環(huán)保理念。

在水溶液的酸堿平衡中，共軛酸堿對爭奪氫質(zhì)子，共軛酸和共軛堿作為矛盾的雙方，能夠相互轉(zhuǎn)化、相互依存，同樣在配位平衡、氧化還原平衡和沉淀溶解平衡中，平衡方程式的兩側(cè)即是矛盾的對立方，它們體現(xiàn)了矛盾的對立統(tǒng)一規(guī)律。在配位滴定中主反應(yīng)的穩(wěn)定常數(shù)是內(nèi)因，是本質(zhì)因素，外因包括溶液中的氫離子和氫氧根離子等其他共存離子的反應(yīng)；而在氧化還原滴定中，氧化還原電對的電極電勢是內(nèi)因，外因是其他能引起氧化劑或還原劑濃度改變的因素；內(nèi)因是變化的根據(jù)，外因是變化的條件，在一定條件下，外因通過內(nèi)因而起作用，如外因有時能改變氧化還原反應(yīng)的方向[11-15]。還有酸堿滴定終點(diǎn)用酚酞指示劑時溶液為微紅、氧化還原滴定中的高錳酸鉀法的終點(diǎn)溶液也是微紅色，這些相同的終點(diǎn)是“現(xiàn)象”，透過現(xiàn)象看它們的反應(yīng)“本質(zhì)”則截然不同，這些辯證法思想相對來說比較容易理解。最讓學(xué)生印象深刻、反響熱烈的辯證思想莫過于酸堿滴定突躍時對滴定本質(zhì)的認(rèn)知(見2.3.2)。

2.3.2 具體案例設(shè)計：深入滴定本質(zhì)——領(lǐng)悟辯證思維，培養(yǎng)辯證唯物主義世界觀

在酸堿滴定的強(qiáng)酸堿滴定中，用20 mL 0.1000 mol·L-1的NaOH滴定20 mL同濃度的HCl，滴定開始前純HCl溶液的pH為1.00；當(dāng)NaOH滴入19.80 mL時，溶液的pH為3.30；但當(dāng)?shù)味ǖ交瘜W(xué)計量點(diǎn)附近差半滴(NaOH不足量半滴)時，溶液的pH為4.30，氫離子濃度變化速度加快；滴定到化學(xué)計量點(diǎn)時，NaOH和HCl恰好完全中和，溶液pH為7.00；在化學(xué)計量點(diǎn)之后滴定劑NaOH過量半滴，溶液呈堿性，pH經(jīng)計算為9.70?；瘜W(xué)計量點(diǎn)前后僅一滴滴定劑之差，溶液pH突變?yōu)棣H = 9.70 - 4.30 = 5.40，即由“量變引起質(zhì)變”。溶液pH的這種急劇變化被稱為滴定突躍?；瘜W(xué)計量點(diǎn)之前的HCl溶液，隨著滴定劑NaOH的一滴滴加入，pH變化緩慢，這是量的積累階段；到化學(xué)計量時，強(qiáng)酸強(qiáng)堿完全中和，溶液為中性的NaCl溶液，pH = 7.00；一旦突破化學(xué)計量點(diǎn)，即突破了度的節(jié)點(diǎn)，隨著NaOH滴定劑的再滴入，溶液立即由酸性溶液變?yōu)閴A性溶液，發(fā)生了突變式質(zhì)變。同理，在配位滴定、氧化還原滴定、沉淀滴定突躍中也存在此“量變引起質(zhì)變”現(xiàn)象，由量變和質(zhì)變的辯證關(guān)系引導(dǎo)學(xué)生，質(zhì)變是量變的逐漸積累和必然結(jié)果，大學(xué)的學(xué)習(xí)過程也要日積月累、循序漸進(jìn)，畢業(yè)時才能“突躍”為質(zhì)變——綜合素養(yǎng)和能力的突飛猛進(jìn)，正所謂“不積跬步無以至千里”等警句所蘊(yùn)含的深刻含義。滴定分析中這些樸素的唯物辯證法思想，一方面可以幫助學(xué)生更加全面、正確地理解和掌握滴定分析的本質(zhì)；一方面可以培養(yǎng)學(xué)生的辯證唯物主義世界觀，實(shí)現(xiàn)授課過程中知識傳授與價值觀培養(yǎng)的有機(jī)統(tǒng)一。

2.4 光譜分析法

2.4.1 教學(xué)內(nèi)容和思政設(shè)計與探索

光譜分析法，包括光譜分析法導(dǎo)論、原子吸收/發(fā)射光譜法、紫外-可見吸收光譜法、紅外吸收光譜法等章節(jié)內(nèi)容。根據(jù)光譜分析儀組成結(jié)構(gòu)上的差異，光譜儀一般可分為：吸收光譜儀、發(fā)射光譜儀、吸收/發(fā)射和光散射光譜儀三大類[1]。如1859年德國科學(xué)家本生(Bunsen)和基爾霍夫(Kirchhoff)用本生燈、三棱鏡和望遠(yuǎn)鏡自制的世界上第一臺光譜分析儀，是最原始的原子發(fā)射光譜儀，用這臺簡易的光譜儀，他們先后發(fā)現(xiàn)了元素銫和銣，他們的發(fā)現(xiàn)為世界打開了光譜定性分析的大門。而在1852年的英國，科學(xué)家斯托克斯(Stokes)在用分光計觀察奎寧和葉綠素溶液時發(fā)現(xiàn)它們發(fā)出的光的波長稍長于入射光的波長，由此他認(rèn)為是這些物質(zhì)吸收了光并能重新發(fā)出不同波長的光，而不是由光的漫反射作用引起的，他把這種光稱為熒光；基于該發(fā)光原理設(shè)計的熒光光譜儀屬于吸收/發(fā)射光譜儀。還有一類光譜儀為吸收光譜儀，其設(shè)計的基礎(chǔ)為光吸收定律，見2.4.2具體案例。

比色法和光度法基本原理的光吸收定律，最早始于1729年法國物理學(xué)家布古厄(Bougouer)發(fā)表的一篇論文，其試驗(yàn)光源為燭光，吸收層為玻璃片(圖3a)，試驗(yàn)結(jié)果表明“一束光通過玻璃片后被吸收的份數(shù)與光源強(qiáng)度無關(guān)，若光路中玻璃片層數(shù)以算術(shù)級數(shù)增加，則光強(qiáng)度以幾何級數(shù)減弱”。1760年，德國物理學(xué)家兼數(shù)學(xué)家朗伯(Lambert)通過對布古厄結(jié)論的進(jìn)一步研究，強(qiáng)調(diào)：布古厄的結(jié)論只對單色光才是嚴(yán)格準(zhǔn)確的；于是，他表述該結(jié)論為“如果一束單色光通過某吸收層(玻璃片)，則光密度(透光率I/I0的負(fù)對數(shù))與吸收層的厚度l成正比：lg(I0/I) = al”。1850年，德國數(shù)學(xué)家比爾讀到了這篇文獻(xiàn)，通過研究各種無機(jī)鹽水溶液對紅光的吸收，比爾得出結(jié)論“光的吸收與光所遇到的吸光分子的數(shù)目有關(guān)，如果吸光物質(zhì)溶于非吸收的溶劑中，則光密度與吸光質(zhì)點(diǎn)的濃度c成正比，即：lg(I0/I) =bc”。合并朗伯和比爾兩定律，于是得到：lg(I0/I) = klc，這就是著名的朗伯-比爾定律，其中a、b、k為比例常數(shù)。1854年，杜包斯克(Duboscq)等人將此理論應(yīng)用于定量分析化學(xué)領(lǐng)域，并且設(shè)計了第一臺比色計。到19世紀(jì)30年代，隨著棱鏡制造及汞燈、氫燈等的出現(xiàn)，比色分析法的發(fā)展達(dá)到了高峰，各種類型的光度計相繼問世。至今典型的光度計仍然主要由光源、樣品池、單色器、檢測器和信號處理及顯示器五部分組成。最近發(fā)展的新型數(shù)碼比色分析和食品安全快速檢測儀(圖3b)，其定量分析的基礎(chǔ)依然是朗伯-比爾定律[9,16-18]。

圖3 關(guān)于光吸收定律的早期實(shí)驗(yàn)示意圖(左)；食品安全快速檢測儀示意圖(右)

簡單的燭光和玻璃片組合的實(shí)驗(yàn)，看似簡單的吸收公式，卻經(jīng)過了科學(xué)家百余多年的研究。而幾十年之前的文獻(xiàn)，讀到后對文獻(xiàn)結(jié)論繼續(xù)研究的能有多少人？現(xiàn)代光度分析儀器設(shè)計的基礎(chǔ)仍然是古老的光吸收定律，但借鑒了現(xiàn)代數(shù)碼電子技術(shù)和電池發(fā)展技術(shù)，這有助于使學(xué)生了解現(xiàn)代光學(xué)分析儀器的設(shè)計原理及發(fā)展動態(tài)，有助于培養(yǎng)和提高學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)造性地運(yùn)用知識的能力。

2.5 電分析化學(xué)方法

2.5.1 教學(xué)內(nèi)容和思政設(shè)計與探索

根據(jù)物質(zhì)在溶液中的電化學(xué)性質(zhì)及其變化而建立的電分析化學(xué)方法，包括電解分析法、庫侖分析法、極譜分析法等[1]。曾于南京大學(xué)和西北大學(xué)任教的我國分析化學(xué)家高鴻院士，擅長儀器分析，特別致力于電化學(xué)分析的研究，通過系統(tǒng)地研究和發(fā)展示波分析方法，他開辟了一個分析化學(xué)的新領(lǐng)域。高鴻院士青年時期曾考取中央大學(xué)(原南京大學(xué))航空系，后轉(zhuǎn)入化學(xué)系學(xué)習(xí)，畢業(yè)后赴美留學(xué)本欲攻讀有機(jī)化學(xué)專業(yè)卻因祖國需要而改學(xué)分析化學(xué)，后回國任教，對我國分析化學(xué)學(xué)科的發(fā)展作出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。他的事跡可激發(fā)學(xué)生的愛國熱情和為祖國奮斗終生的理想信念。電化學(xué)分析基礎(chǔ)的能斯特方程是德國科學(xué)家能斯特在24歲時就發(fā)現(xiàn)的一個公式，能斯特事跡見2.5.2。

2.5.2 具體案例設(shè)計：能斯特公式——尊師重道、堅(jiān)持正義的能斯特，是青年學(xué)習(xí)的榜樣

德國著名科學(xué)家能斯特(Nernst) (圖2c)是能斯特方程的發(fā)現(xiàn)者，能斯特所取得的成就與他在多所學(xué)校學(xué)習(xí)的經(jīng)歷有關(guān)：1883年4-7月，能斯特在蘇黎世大學(xué)跟隨導(dǎo)師主要學(xué)習(xí)物理和數(shù)學(xué)。同年10月，能斯特進(jìn)入柏林大學(xué)主修物理，選修化學(xué)和天文學(xué)等課程；1885年，他前往格拉茨大學(xué)原計劃聽玻爾茲曼的理論物理課，但該課程在此學(xué)期恰好沒有開設(shè)，能斯特跟隨其他導(dǎo)師開始研究電學(xué)和磁學(xué)。1887年，能斯特又前往維爾茨堡大學(xué)學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)物理[19-21]。1889年，能斯特提出電池的滲透理論，并導(dǎo)出了電極電勢與溶液濃度關(guān)系的能斯特方程；此外，能斯特還引入溶度積概念來解釋沉淀平衡。他提出了被溶解物質(zhì)在兩種溶劑中的分配定律。1906年，根據(jù)對低溫現(xiàn)象的研究，能斯特得出了熱力學(xué)第三定律，有效解決了計算平衡常數(shù)和許多工業(yè)生產(chǎn)的難題。能斯特也是能斯特?zé)?白熾燈)前身的創(chuàng)造者；他是第一個在高壓條件下研究合成氨反應(yīng)的人；在合成硝酸方面作出了很大的貢獻(xiàn)；1920年，因發(fā)現(xiàn)熱力學(xué)第三定律和在化學(xué)熱力學(xué)研究上的貢獻(xiàn)，能斯特獲諾貝爾化學(xué)獎。不像諾貝爾化學(xué)獎獲得者哈伯替納粹研制毒氣彈，成為罪惡的化學(xué)武器之父，能斯特選擇堅(jiān)持正義并公開批評納粹主義的暴行，因而他于1933年被迫終止了自己的科研生涯。

能斯特是一位尊師重道、注重傳承的科學(xué)家，跟隨不同的導(dǎo)師，他始終在不斷地學(xué)習(xí)、不斷地進(jìn)步，青年時期多學(xué)科、高效的學(xué)習(xí)使他具備了過硬的專業(yè)知識和技能，更為他之后在物理和化學(xué)交叉領(lǐng)域的研究之路打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。從能斯特在科學(xué)研究中所取得的一系列重大成就和發(fā)現(xiàn)可知，能斯特是一位具有多方面才能的人，是青年學(xué)者學(xué)習(xí)的榜樣，但能斯特的成功離不開青年求學(xué)時期的勤奮努力和打下的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，因此只有踏踏實(shí)實(shí)、循序漸進(jìn)地夯實(shí)基礎(chǔ)，才能在以后的工作中厚積薄發(fā)，推陳出新。能斯特還是一位堅(jiān)持真理和正義的科學(xué)家，面對納粹的威脅，能斯特寧肯放棄自己熱愛的科研工作也不愿與納粹同流合污，因而青年學(xué)子在求真務(wù)實(shí)的學(xué)研生涯中也要樹立正確的價值觀和人生觀，切記莫讓自己掌握的知識成為迫害人類的武器。

2.6 色譜分析法

2.6.1 教學(xué)內(nèi)容和思政設(shè)計與探索

色譜法包括色譜法導(dǎo)論、氣相色譜法、高效液相色譜法和分子質(zhì)譜法等章節(jié)內(nèi)容[1]。色譜法也叫層析法、色層法，是一種分離分析方法。色譜法具有超高的分離能力，且分析對象都是混合物，為了分析鑒定他們的組成和含量，必須先用色譜分析法進(jìn)行分離，因而色譜分析現(xiàn)在是分析化學(xué)的重要組成，是石油化工、化學(xué)工業(yè)部門不可缺少的分析檢測工具，是生命、材料、環(huán)境、醫(yī)藥、食品、司法鑒定以及航天科學(xué)等研究領(lǐng)域的重要手段。

色譜法最有名的應(yīng)用案例莫過于2008年9月牛奶中的三聚氰胺事件；同年11月，三聚氰胺檢測的國家標(biāo)準(zhǔn)方法高效液相色譜法、液相色譜法-質(zhì)譜法/質(zhì)譜法和氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法被公布。三聚氰胺事件可引發(fā)對企業(yè)家的良知、社會責(zé)任和擔(dān)當(dāng)精神的思考。另一個案例是對我國色譜事業(yè)發(fā)展貢獻(xiàn)突出的被稱為“中國色譜之父”的盧佩章院士的介紹，盧院士研究色譜分析半個多世紀(jì)，他曾設(shè)計出我國第一臺體積色譜儀，使分析石油樣品的速度縮短到原來的1/30，而用樣量僅為原來的1/1000；他曾率團(tuán)隊(duì)研制出當(dāng)時世界上最先進(jìn)的船用色譜儀；他一直堅(jiān)持“科學(xué)家必須有堅(jiān)實(shí)的理論和技術(shù)基礎(chǔ)，一顆熱愛科學(xué)的心”的創(chuàng)新理念，堅(jiān)持“一個科學(xué)家最大的幸福是能對社會、人類做貢獻(xiàn)”的奉獻(xiàn)精神[22]。課上授課教師還可以通過展示氣相色譜、高效液相色譜儀、離子色譜儀等常用色譜分析儀，著重介紹我國精密儀器的整體現(xiàn)狀，讓學(xué)生對我國分析儀器的現(xiàn)狀有整體認(rèn)識，并鼓勵他們在日后的學(xué)習(xí)工作中要學(xué)習(xí)老一輩科學(xué)家的敬業(yè)、奉獻(xiàn)和創(chuàng)新精神，從現(xiàn)在起嚴(yán)格要求自己，為把我國建設(shè)成世界科技強(qiáng)國而努力奮斗。在“色譜法導(dǎo)論”中包含色譜法的創(chuàng)建和發(fā)展，色譜法的創(chuàng)建和發(fā)展史有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究精神和科學(xué)態(tài)度，可以向?qū)W生介紹色譜技術(shù)的產(chǎn)生、發(fā)展和色譜創(chuàng)始人茨維特的工作，見2.6.2。

2.6.2 具體案例設(shè)計：茨維特開創(chuàng)的色譜法——科學(xué)研究需保持尊重事實(shí)、謙虛謹(jǐn)慎的科學(xué)態(tài)度

最初色譜法只是一種分離手段，1850年有學(xué)者記錄了觀察現(xiàn)象“把一滴染料混合物溶液點(diǎn)滴到吸墨紙上會擴(kuò)成一層層的圓環(huán)”。1861年德國物理學(xué)家申拜恩(Sch?nbein)觀察到：如果把上端被懸掛的濾紙的下端浸在混合鹽溶液中，則各組分會以不同的速度緩緩“上爬”。他的學(xué)生高貝爾斯勒德(Goppelsr?der)接著便系統(tǒng)研究了多種有機(jī)和無機(jī)化合物在濾紙上的行為，并在1901年發(fā)表了他的研究報道。1906年俄國植物學(xué)家茨維特(Tswett)因欲分離植物色素而注意到了這種分離方法，茨維特系統(tǒng)地試驗(yàn)了近百種吸附劑和幾種淋洗液的性能，他最有名的實(shí)驗(yàn)是在一根玻璃管的狹小一端塞上棉花，在管中填充碳酸鈣沉淀，然后將該填充柱與吸濾瓶相連，使植物葉的石油醚溶液自柱中通過(圖4)。結(jié)果植物葉中的色素在柱上展開，柱最上面的是葉綠素，接著是兩、三種黃色的葉黃素，最下面是黃色的胡蘿卜素；按照色素的位置分別剪開，再用醇溶劑分別溶解它們，就得到了各組分的純?nèi)芤?。他把這種方法命名為色層法，一種分析化學(xué)中極重要的實(shí)驗(yàn)方法。這種方法是分離鑒別復(fù)雜混合物的一條嶄新有效的途徑，依靠這種方法，許多化學(xué)反應(yīng)的過程都能被探討。

圖4 葉綠素分離示意圖(左)；俄國植物學(xué)家茨維特(右)

但由于1905年獲諾貝爾化學(xué)獎的德國化學(xué)家維爾斯泰特對色譜法的排斥和不信任，茨維特的實(shí)驗(yàn)在當(dāng)時并沒有受到科學(xué)界的重視。25年后的1931年(茨維特已去世12年)，奧地利化學(xué)家?guī)於?Kuhn)等利用茨維特的方法將過去多年公認(rèn)為單一的胡蘿卜素分離成α和β兩個同分異構(gòu)體，并解析了其分子式。同年他又分離提純并解析了其他8種新的類胡蘿卜素以及維生素A和B2的結(jié)構(gòu)式，為此庫恩獲得了1938年的諾貝爾化學(xué)獎。他的獲獎也使色譜法獲得了“重生”，色譜法很快便進(jìn)入了飛速發(fā)展階段。據(jù)統(tǒng)計，迄今為止諾貝爾化學(xué)獎得主中有超過12位科學(xué)家的獲獎工作與色譜是分不開的[9,23,24]。

色譜法的發(fā)展史告訴我們?nèi)绻麤]有維爾斯泰特等權(quán)威的排斥，茨維特和他的色譜法或許能更早地為人類服務(wù)。這可以告誡學(xué)生日后從事科研工作須保持尊重事實(shí)、謙虛謹(jǐn)慎的科學(xué)態(tài)度。茨維特是植物學(xué)家，因分離植物色素的需要而開創(chuàng)了色譜層析法，這也表明：科學(xué)研究沒有學(xué)科劃分，以解決問題為驅(qū)動的研究就是科學(xué)研究，科學(xué)研究的根本目的就是為了更好地服務(wù)人類和建立人與自然更加和諧發(fā)展的關(guān)系。

3 結(jié)語

利用有限的課堂時間，授課教師既要完成課堂教學(xué)目標(biāo)，又要無縫且有效地插入一些課程思政內(nèi)容，把知識技能上的“成長”和精神上的“成人”有機(jī)結(jié)合起來，讓學(xué)生發(fā)自內(nèi)心地“悟道”，同步實(shí)現(xiàn)專業(yè)知識學(xué)習(xí)和道德情操修為的統(tǒng)一。為此，高校教師應(yīng)嚴(yán)格要求自己，不斷學(xué)習(xí)兼收并蓄；不忘初心堅(jiān)守師德師風(fēng)，教書育人立德樹人；緊跟時代步伐，積極主動挑起“思政擔(dān)”，努力成為業(yè)務(wù)能力精湛、育人水平高超的好老師[25]。