無機(jī)化學(xué)思政教學(xué)案例設(shè)計(jì)

寧靜 宋祖?zhèn)? 梁愛琴 惠妮 錢備 郝龍

摘? 要：在“三全育人”的教育背景下，課程思政與無機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)課程的融合對(duì)于大一新生的價(jià)值觀和學(xué)習(xí)態(tài)度的引導(dǎo)有很重要的意義。該文以化學(xué)熱力學(xué)中的重要知識(shí)點(diǎn)“反應(yīng)自發(fā)性的判斷”為例，通過類比的方法，進(jìn)行系列思政教學(xué)設(shè)計(jì)，將生活中常見例子——“學(xué)習(xí)過程”引入課程內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生更好地理解知識(shí)點(diǎn)，同時(shí)進(jìn)行德育思考，從而升華課程質(zhì)量，為注重邏輯思維的理科課程的思政教學(xué)設(shè)計(jì)提供一個(gè)新思路。

關(guān)鍵詞：思政教學(xué)設(shè)計(jì);無機(jī)化學(xué);反應(yīng)自發(fā)性;類比;教學(xué)案例

中圖分類號(hào)：G641? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-000X（2023）15-0098-04

Abstract： Under the education background of the "Three All Education"， the combination of ideological and political education and the fundamental Inorganic Chemistry course is very important for guiding the values and learning attitudes of freshmen. In this paper， an important knowledge point in chemical thermodynamics， "judgment of the reaction spontaneity"， is taken for a series of the ideological and political teaching case design through an analogy method. By introducing common case "learning process" in everyday life into the course， we expect the college students to better understand the relevant knowledge， and think more about the life and values at the same time. In this way， this can not only enhance the course quality， but also provide a new thinking of the ideological and political teaching design for science courses which emphasized on logical thinking.

Keywords： ideological and political teaching design; Inorganic Chemistry; reaction spontaneity; analogy; teaching case

課程思政是以構(gòu)建“三全育人”格局的形式將各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)，把“立德樹人”作為教育的根本任務(wù)的一種綜合教育理念。在新的教育形勢(shì)和國(guó)家對(duì)人才培養(yǎng)的需求下，做好課程思政教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)，是高校教育工作者面臨的新挑戰(zhàn)，同時(shí)也是教育質(zhì)量全面提升的新機(jī)遇。

一? 大學(xué)無機(jī)化學(xué)課程思政教學(xué)的研究背景

對(duì)于大學(xué)化學(xué)等理科特征較強(qiáng)的課程，進(jìn)行思政教學(xué)設(shè)計(jì)的教學(xué)研究尤為重要。無機(jī)化學(xué)或類似課程是大學(xué)理工科教育的專業(yè)基礎(chǔ)課，涉及學(xué)生面廣，也是大一學(xué)生剛?cè)雽W(xué)接觸到的課程，思政內(nèi)容的融入，對(duì)于幫助學(xué)生樹立正確的價(jià)值觀和學(xué)習(xí)態(tài)度意義重大[1-2]。目前，各高校針對(duì)此類課程的思政研究也逐漸開展;然而，對(duì)于以邏輯思維訓(xùn)練為主的理科學(xué)科，融入思政元素，往往不容易起到協(xié)同效應(yīng)，即課程知識(shí)與思政元素之間的關(guān)聯(lián)往往不具有很強(qiáng)的交互性[3]。當(dāng)前，針對(duì)無機(jī)化學(xué)課程思政設(shè)計(jì)思路主要集中于以下幾個(gè)方面：①結(jié)合老一輩化學(xué)家和著名化學(xué)從業(yè)者的事跡，激發(fā)學(xué)生的愛國(guó)情懷和學(xué)習(xí)熱情;②引入與當(dāng)前時(shí)事相關(guān)的新的化學(xué)研究成果，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行珍愛生命、保護(hù)環(huán)境、珍惜資源等方面的思考;③傳統(tǒng)文化的植入，弘揚(yáng)傳統(tǒng)文化的同時(shí)寓教于樂;④哲學(xué)思想和規(guī)律的滲透，啟發(fā)學(xué)生的思維等[4-9]。上述思政元素起到了激發(fā)民族自豪感和社會(huì)責(zé)任感等的積極作用，對(duì)于知識(shí)點(diǎn)的趣味性和豐富度也有不同程度的提升，已經(jīng)為思政元素與課程的結(jié)合作了良好的鋪墊。然而，結(jié)合點(diǎn)多數(shù)落在人文社科類素材，與理科課程知識(shí)點(diǎn)的邏輯性有明顯不同角度。在課程的教學(xué)設(shè)計(jì)上，能否更有效地利用理科邏輯關(guān)系較強(qiáng)的特點(diǎn)，使得思政元素更好地服務(wù)于教學(xué)活動(dòng)，仍然是值得廣大高等化學(xué)教育者思考的問題。

類比思維是理科學(xué)習(xí)的一種重要方法，不僅有助于理解新的概念，同時(shí)也可以啟發(fā)學(xué)生發(fā)散思維、自主探究的能力，是在理科教學(xué)中常用的方法[10]。如果將圍繞一個(gè)知識(shí)點(diǎn)的相關(guān)概念和原理與同一個(gè)生活案例不同角度進(jìn)行類比，形成系列映射關(guān)系，一方面可以加深學(xué)生對(duì)這一系列新知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)掌握，另一方面也可利用科學(xué)原理與生活中道理的相通性，啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行思政思考，在這種思維的反饋過程中起到思政設(shè)計(jì)的協(xié)同效果。

化學(xué)熱力學(xué)是高校無機(jī)化學(xué)教學(xué)中的重點(diǎn)及難點(diǎn)章節(jié)，其中涉及到多個(gè)新的熱力學(xué)函數(shù)及化學(xué)符號(hào)的使用，對(duì)大一新生來說通常不容易掌握。本文主要采用類比教學(xué)，深度挖掘化學(xué)熱力學(xué)與大學(xué)“學(xué)習(xí)過程”的聯(lián)系，以化學(xué)熱力學(xué)中“反應(yīng)自發(fā)性的判斷”這一知識(shí)點(diǎn)為示例進(jìn)行了系列思政教學(xué)設(shè)計(jì)，幫助學(xué)生理解掌握知識(shí)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)潛移默化的思政教育，為基礎(chǔ)理科課程提供了一種思政設(shè)計(jì)的新思路。

二? 基于類比思維的思政教學(xué)案例

（一）? 思政教學(xué)設(shè)計(jì)思路

在講授無機(jī)化學(xué)課程時(shí)發(fā)現(xiàn)：同一個(gè)知識(shí)點(diǎn)的相關(guān)聯(lián)的內(nèi)容，由于講授順序和教材排版的原因，學(xué)生很難形成知識(shí)點(diǎn)的連貫性，以化學(xué)熱力學(xué)“反應(yīng)自發(fā)性的判斷”這一知識(shí)點(diǎn)為例，進(jìn)行深度剖析如下。

對(duì)于自發(fā)反應(yīng)的判斷，主要依據(jù)“熱力學(xué)第二定律”，該定律在不同的條件下有2種常用表述方式，分別涉及2個(gè)重要的狀態(tài)函數(shù)熵S和吉布斯函數(shù)（吉布斯自由能）G。在表述上，一種是針對(duì)孤立體系的熵增加原理;另一種是針對(duì)定溫定壓下的封閉體系的自由能減少原理。由于化學(xué)反應(yīng)常用封閉體系，因此常通過吉布斯自由能變化（即ΔG）的符號(hào)來判斷相應(yīng)體系的自發(fā)性。

為了讓學(xué)生更好地理解這2個(gè)熱力學(xué)函數(shù)的物理意義，掌握其與反應(yīng)自發(fā)性的關(guān)系，在課程設(shè)計(jì)中采用了類比的方法，將“學(xué)習(xí)”這一例子與自發(fā)性的判斷自然地聯(lián)系起來。將“學(xué)習(xí)”的特點(diǎn)、目的與反應(yīng)自發(fā)性的判據(jù)進(jìn)行類比，通過對(duì)更通俗易懂的學(xué)習(xí)過程自發(fā)性的判斷，深化對(duì)熱力學(xué)中反應(yīng)自發(fā)性的理解，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)自己的學(xué)習(xí)態(tài)度和學(xué)習(xí)目的進(jìn)行反思，達(dá)到思政引領(lǐng)的效果（圖1）。

（二）? 思政教學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)例及實(shí)踐

課程的引入：由“什么是自發(fā)反應(yīng)”開始。通過水流從高處流下等生活中常見的自發(fā)過程為例，講解自發(fā)反應(yīng)的主要特點(diǎn)——方向性、有限度、可做功，并為后續(xù)利用這些特點(diǎn)展開類比做鋪墊。

課堂教學(xué)主體內(nèi)容圍繞“反應(yīng)自發(fā)性的判斷”引出互相關(guān)聯(lián)的具體知識(shí)點(diǎn)案例，通過與“學(xué)習(xí)”類比，聯(lián)系2個(gè)自發(fā)性判據(jù)，并最終將熱力學(xué)與化學(xué)平衡的知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)起來。

1案例1——“熵”的教學(xué)設(shè)計(jì)

首先，從已經(jīng)學(xué)過的能量（焓變?chǔ)）角度，根據(jù)常見熱力學(xué)反應(yīng)實(shí)例，得知放熱只是自發(fā)反應(yīng)進(jìn)行的趨勢(shì)之一，并不是唯一影響因素。進(jìn)而由“固體生成氣體的吸熱反應(yīng)為自發(fā)反應(yīng)”切入，引入“混亂度”這一影響因素，展開熵相關(guān)內(nèi)容的講解。講授熵的概念，即熵是反映體系質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)混亂度的物理量，而混亂度一方面與體系本身中粒子結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性有關(guān)，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，微觀狀態(tài)數(shù)越多，混亂度越大;另一方面與體系的溫度有關(guān)，溫度越高，質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)越快，混亂度越大。

其次，聯(lián)系自發(fā)性的判斷，引入熱力學(xué)第二定律的熵判據(jù)，即孤立系統(tǒng)的反應(yīng)自發(fā)地向著熵增大的方向進(jìn)行，引導(dǎo)學(xué)生思考“為什么應(yīng)用條件為‘孤立體系”。結(jié)論是，對(duì)于孤立體系由于無能量交換，可以排除焓變的影響。

最后，引入“學(xué)習(xí)”這一具體生活案例進(jìn)行類比，請(qǐng)同學(xué)們思考“學(xué)習(xí)過程是否為自發(fā)過程”，并提示學(xué)生考慮學(xué)習(xí)過程中熵的變化。在教學(xué)實(shí)踐過程中，多數(shù)學(xué)生的第一反應(yīng)是學(xué)習(xí)是熵增加的過程，認(rèn)為學(xué)到的知識(shí)增加了;教師可借機(jī)引導(dǎo)學(xué)生思考熵判據(jù)的應(yīng)用體系（即孤立體系），也就是當(dāng)學(xué)習(xí)者與知識(shí)存在于同一個(gè)孤立體系中，則不存在知識(shí)的增加。而從信息的角度，學(xué)習(xí)是一個(gè)將零散的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行整合并系統(tǒng)化的過程，形成系統(tǒng)的知識(shí)體系，因此是混亂度或熵減小的過程，即ΔS<0。與此同時(shí)，借助這個(gè)類比，幫助學(xué)生深入理解和推廣“混亂度”和“規(guī)整性”的含義，最終得出“學(xué)習(xí)不是自發(fā)過程”的結(jié)論。另一方面，引導(dǎo)學(xué)生反向思考，學(xué)習(xí)的逆過程（即忘記知識(shí)）則應(yīng)為自發(fā)過程，即“逆水行舟，不進(jìn)則退”，教育學(xué)生學(xué)習(xí)需要不斷加入外力，持之以恒。基于學(xué)習(xí)過程的這一特點(diǎn)，課下向?qū)W生推送艾賓浩斯遺忘曲線，引導(dǎo)學(xué)生按時(shí)復(fù)習(xí)，推動(dòng)學(xué)習(xí)過程的進(jìn)行。至此，熵的教學(xué)設(shè)計(jì)、思政引申和教學(xué)實(shí)踐得以完成（圖2）。

2案例2——吉布斯自由能判據(jù)的教學(xué)設(shè)計(jì)

焓變?chǔ)、熵變?chǔ)、溫度T都是影響反應(yīng)自發(fā)性的因素，能否找到一個(gè)涵蓋上述3個(gè)因素的綜合性的自發(fā)性判據(jù)呢？由此自然引入吉布斯函數(shù)的講解。

第一步，講解吉布斯函數(shù)的定義式G=H-TS，其是一個(gè)綜合了焓H、熵S和溫度T的狀態(tài)函數(shù)。對(duì)應(yīng)定義式，深入闡述吉布斯函數(shù)（吉布斯自由能）的物理意義。所謂自由能，是指體系的總能量中除去維持體系在一定溫度下的熵值的能量之外剩余的能量。因此，如果體系可以對(duì)外做有用功，則有用功的最大值就是這部分吉布斯自由能的降低值（-ΔG≥-Wmax'）。

第二步，針對(duì)自發(fā)性的判斷，引入熱力學(xué)第二定律的自由能判據(jù)，即定溫定壓下封閉系統(tǒng)的反應(yīng)方向，自發(fā)地向著吉布斯自由能減小的方向進(jìn)行。通過熵增加原理、焓變和吉布斯自由能變的相關(guān)等式推導(dǎo)得到自由能判據(jù)的適用條件，即定溫定壓、不做有用功的封閉體系。

第三步，繼續(xù)引入“學(xué)習(xí)”這個(gè)例子，聯(lián)系到學(xué)習(xí)的目的，是為了對(duì)社會(huì)作更大的貢獻(xiàn)，可類比自由能定義中的做有用功的能力。如此看來，學(xué)習(xí)實(shí)際上是一個(gè)積累“自由能”的過程，即ΔG>0，為不自發(fā)的過程，與熵判據(jù)得到的結(jié)論一致。其次，從自由能的定義式G=H-TS出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生思考我們的總能力（對(duì)應(yīng)公式中的“H”），一方面用于維持自身的生存（對(duì)應(yīng)公式中的“TS”），也就是“獨(dú)善其身”的能力;剩下的“自由”的自由能G的部分則是可對(duì)外放出的“兼濟(jì)天下”的能力，而這也是我們學(xué)習(xí)的根本目的。至此，吉布斯函數(shù)的教學(xué)設(shè)計(jì)、思政引申和教學(xué)實(shí)踐得以實(shí)現(xiàn)（圖3）。

3? 案例3——對(duì)于熱力學(xué)自發(fā)性與平衡問題的引申思考

在授課過程中，有學(xué)生自然提出或由教師引導(dǎo)學(xué)生思考這樣的問題：正常情況下，人的學(xué)習(xí)不應(yīng)該是一個(gè)自發(fā)進(jìn)行的過程嗎？從幼時(shí)起，人的很多學(xué)習(xí)行為都是在內(nèi)驅(qū)力的作用下自發(fā)進(jìn)行的，為什么到了大學(xué)的課堂反而不是自發(fā)的了呢？解釋這個(gè)問題還是回到自發(fā)性判斷的適用條件，即孤立體系或一定條件下的封閉體系才適用。而人類幼時(shí)的各種自發(fā)性學(xué)習(xí)行為的前提，是有著一個(gè)開放豐富的環(huán)境（即敞開體系）。我們可以接觸到足夠的學(xué)習(xí)資源，就像是一個(gè)化學(xué)反應(yīng)體系只存在反應(yīng)物而沒有生成物一樣，此時(shí)正向自發(fā)的動(dòng)力才是無限的。如果在課堂中只是封閉自己做與學(xué)習(xí)無關(guān)的事情，自然不可能自發(fā)地完成學(xué)業(yè)，這就說明學(xué)習(xí)態(tài)度的至關(guān)重要性，需要主動(dòng)創(chuàng)建更開放的學(xué)習(xí)體系，不斷引入學(xué)習(xí)資源，使得學(xué)習(xí)過程的平衡不斷地正向進(jìn)行。隨即引申思考，可以引導(dǎo)學(xué)生將反應(yīng)的自發(fā)方向看成是平衡移動(dòng)的方向，從而將熱力學(xué)與化學(xué)平衡聯(lián)系在一起，深化對(duì)知識(shí)點(diǎn)的串聯(lián)和理解（圖4）。

4? 知識(shí)點(diǎn)小結(jié)

最后進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)小結(jié)，更直觀地將熱力學(xué)第二定律的2種表述進(jìn)行融會(huì)貫通。經(jīng)過這個(gè)類比過程，一方面更好地幫助學(xué)生理解熱力學(xué)中2個(gè)反應(yīng)自發(fā)性的判據(jù)及其關(guān)聯(lián)性，也引申到化學(xué)平衡的知識(shí)點(diǎn)，將其有機(jī)串聯(lián)起來。另一方面自然地融合思政元素，教育學(xué)生體會(huì)到課堂學(xué)習(xí)并不是一個(gè)自發(fā)過程，需要借助自身的努力、開放積極的態(tài)度才可以完成，并且要向著為社會(huì)做更多的有用功的目標(biāo)去前進(jìn)。最后深化課程主題“愿社會(huì)的熵值更小，個(gè)人的自由能更大”。

（三）? 教學(xué)評(píng)價(jià)與反饋

課后問卷反饋表明，同學(xué)們對(duì)生活案例類比的思政教學(xué)方式接受度較高（圖5）。114名問卷參與者中，約98%的學(xué)生認(rèn)為增添了課堂趣味性，約80%的學(xué)生表示感受到了生活道理與科學(xué)原理的統(tǒng)一性，起到了思政融入的效果，超過95%的學(xué)生認(rèn)為起到了較好的教學(xué)效果，較好地實(shí)現(xiàn)了課程思政設(shè)計(jì)的教學(xué)目標(biāo)。

三? 結(jié)束語

目前課程思政教學(xué)的實(shí)施過程還存在著一定程度的著重形式、生搬硬套等問題，在一定程度上影響了學(xué)生對(duì)于思政教育參與的積極性;同時(shí)，關(guān)聯(lián)度不高的思政元素設(shè)計(jì)，還會(huì)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)思路的連貫性起到一定的反作用。

從課程設(shè)計(jì)的角度，本文所述類比思維的運(yùn)用是一個(gè)相對(duì)有效的課程設(shè)計(jì)思路，首先保證了知識(shí)內(nèi)容與思政延伸內(nèi)容的邏輯一致性，同時(shí)通過類比深化概念、引申思維，最終反饋回到知識(shí)本身，完成一個(gè)知識(shí)深化的閉環(huán)，較好地實(shí)現(xiàn)課程思政教學(xué)的設(shè)計(jì)目的。

作為高校教師一定要在教學(xué)過程中合理應(yīng)用思政元素，通過巧妙的課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)教學(xué)理念的創(chuàng)新，切實(shí)體現(xiàn)出思政與教學(xué)的協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)“立德樹人”的長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)。

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