元素化學(xué)“課程思政”教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐
——以碳族元素為例

陳春霞，彭進(jìn)松，周志強(qiáng)，郭麗

東北林業(yè)大學(xué)化學(xué)化工與資源利用學(xué)院，哈爾濱 150040

課程是課程思政建設(shè)的“主渠道”。元素化學(xué)是無(wú)機(jī)化學(xué)的重要組成部分，也是無(wú)機(jī)化學(xué)的主脈。元素化學(xué)的教學(xué)內(nèi)容是人類數(shù)百年來(lái)認(rèn)識(shí)和改造大自然的智慧結(jié)晶，元素知識(shí)與人類生產(chǎn)生活緊密關(guān)聯(lián)，蘊(yùn)含著豐富的思想政治教育元素。元素化學(xué)教學(xué)體系多以元素周期表中的族為章節(jié)進(jìn)行安排，其中碳族元素屬元素化學(xué)中的教學(xué)重點(diǎn)之一，內(nèi)容豐富，思政元素多，以碳族元素為例介紹元素化學(xué)“課程思政”教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐具有代表性。碳族屬于p區(qū)元素，位于元素周期表中的第四主族(IVA)，包括碳(C)、硅(Si)、鍺(Ge)、錫(Sn)、鉛(Pb)等元素。該族元素經(jīng)歷了一個(gè)完整的從典型的非金屬元素到典型的金屬元素過(guò)渡，其中碳、硅屬于非金屬，鍺屬于準(zhǔn)金屬，錫、鉛屬于金屬。碳族元素具有豐富的物化性質(zhì)，其教學(xué)內(nèi)容廣博，與材料、環(huán)境、能源、食品、健康等主題和科學(xué)前沿緊密關(guān)聯(lián)。以碳族元素為載體，提煉蘊(yùn)藏在化學(xué)知識(shí)中的思政教育因子，將專業(yè)教學(xué)與思政育人有機(jī)融合，將顯性教育與隱性教育有機(jī)融合，形成協(xié)同效應(yīng)，從而更好地實(shí)現(xiàn)知識(shí)目標(biāo)、應(yīng)用目標(biāo)、素質(zhì)目標(biāo)和能力目標(biāo)等綜合目標(biāo)的達(dá)成。

1 融入科技前沿，培養(yǎng)科學(xué)創(chuàng)新精神

21世紀(jì)，被稱為“碳時(shí)代”！關(guān)于碳單質(zhì)，除了自然界中原本存在的，科學(xué)家們還合成了許多結(jié)構(gòu)不同、性質(zhì)各異的碳的同素異形體。富勒烯、碳納米管、石墨烯、石墨炔等的出現(xiàn)，都曾在科研圈掀起過(guò)研究熱潮，尤其石墨烯堪稱能改變世界格局的“世紀(jì)新材料之王”。如圖1所示，講解碳元素的單質(zhì)時(shí)，介紹這些新材料的發(fā)現(xiàn)過(guò)程，并按照雜化方式分類介紹其結(jié)構(gòu)和性能。例如，自然界中天然存在的最堅(jiān)硬的物質(zhì)——金剛石為sp3雜化，三維石墨、二維石墨烯、一維碳納米管和零維富勒烯等為sp2雜化，介紹雜化方式、結(jié)構(gòu)、性能之間的關(guān)系，引申出“結(jié)構(gòu)決定性能，內(nèi)部原因決定外部表現(xiàn)”，暗喻提升自身內(nèi)在修養(yǎng)是成功的前提和保障。介紹各材料的發(fā)現(xiàn)歷程中引申出探索精神的重要性。零維富勒烯于1985年在模擬星際塵埃的實(shí)驗(yàn)中被“意外”收獲[1]，富勒烯的發(fā)現(xiàn)者于1996年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。1991年，研究人員將石墨加熱到1200 °C以上，碳環(huán)重新排列形成一種兩端封閉的管狀結(jié)構(gòu)——一維碳納米管[2]。2008年，碳納米管的發(fā)現(xiàn)者獲得被學(xué)術(shù)界譽(yù)為“納米科技界的諾貝爾獎(jiǎng)”的Kavli科學(xué)獎(jiǎng)。2004年，英國(guó)兩位物理學(xué)家用微機(jī)械剝離法成功從石墨中分離出一種由碳原子以sp2雜化形成的六角型呈蜂巢晶格的二維碳納米材料——石墨烯[3]。6年之后的2010年，兩位科學(xué)家被授予諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。石墨烯的發(fā)現(xiàn)推翻了所謂“熱力學(xué)漲落不允許二維晶體在有限溫度下自由存在”的原有認(rèn)知，震撼了整個(gè)物理界[4]。石墨烯是目前世上最硬(比鉆石還堅(jiān)硬)、最薄(僅有一個(gè)原子層厚)、電阻率最小、幾乎完全透明的材料，且具有極好的熱穩(wěn)定性、導(dǎo)熱性和化學(xué)穩(wěn)定性[5]。石墨烯優(yōu)異的物理性質(zhì)，使與其有關(guān)的新聞或者研究成果都受到了人們極大的關(guān)注。介紹中國(guó)學(xué)者在石墨烯研究中的卓越貢獻(xiàn)，提高學(xué)生的民族自信心。如，2018年22歲的中國(guó)“天才少年”曹原因發(fā)現(xiàn)石墨烯超導(dǎo)角度轟動(dòng)國(guó)際學(xué)界[6,7]，開(kāi)辟了凝聚態(tài)物理研究的新領(lǐng)域，成為Nature雜志創(chuàng)刊以來(lái)以第一作者身份發(fā)表論文的最年輕的中國(guó)學(xué)者，位居“2018年度世界十大科學(xué)人物”榜首，被稱為“石墨烯駕馭者”[8]，并獲2021年凝聚態(tài)物理領(lǐng)域青年物理學(xué)家最高獎(jiǎng)(William L.McMillan Award)。sp和sp2混合雜化產(chǎn)生的碳材料家族的新成員——石墨炔，這一原本不存在于自然界中的同素異形體于2010年被中國(guó)科學(xué)院院士、中科院化學(xué)研究所研究員李玉良團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)[9,10]。2018年，科學(xué)家又發(fā)現(xiàn)了基于sp2和sp3混合雜化的全新的穩(wěn)定碳結(jié)構(gòu)碳同素異形體——Protomene[11]。關(guān)于碳材料，還可以聯(lián)系到學(xué)生們喜歡的科幻電影如《流浪地球2》，其中有一項(xiàng)吸引了無(wú)數(shù)影迷目光的“黑科技”——太空電梯，而“太空電梯”的夢(mèng)想也是基于碳納米技術(shù)的發(fā)展[12]。

圖1 課堂植入的科技前沿案例

最新科研前沿成果的引入不僅可以讓學(xué)生對(duì)新型碳同素異形體的結(jié)構(gòu)、性能有更全面的掌握，同時(shí)拓寬了學(xué)生的學(xué)科國(guó)際視野，培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)創(chuàng)新精神，鼓勵(lì)學(xué)生將來(lái)在新材料、新技術(shù)領(lǐng)域勇于探索，取得更多更大開(kāi)拓性的突破。

2 融入唯物辯證法與科學(xué)認(rèn)識(shí)論，培養(yǎng)學(xué)生的辯證思維與科學(xué)思維能力

元素化學(xué)知識(shí)中蘊(yùn)含著深刻的哲學(xué)原理。將唯物辯證法與科學(xué)認(rèn)識(shí)論融入到元素化學(xué)課堂教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生的辯證思維能力、科學(xué)思維能力，為其將來(lái)在科學(xué)工作中更加全面、深刻、科學(xué)地認(rèn)識(shí)問(wèn)題奠定基礎(chǔ)。如圖2所示，以碳族元素涉及的兩個(gè)典型例子為載體將唯物辯證法與科學(xué)認(rèn)識(shí)論融入課堂教學(xué)中。金剛石和石墨同為碳的同素異形體，但性質(zhì)截然不同。金剛石中的碳為sp3雜化，每個(gè)碳原子與其周圍4個(gè)碳原子以共價(jià)鍵連接形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，所有的價(jià)電子都參與了C―C共價(jià)鍵的形成，所以金剛石硬度大、熔點(diǎn)高、不導(dǎo)電。石墨晶體中，碳原子為sp2雜化，每個(gè)碳原子以共價(jià)鍵與同一平面中周圍的3個(gè)碳原子連接形成二維結(jié)構(gòu)，即層狀結(jié)構(gòu)，每個(gè)碳原子具有一個(gè)未參與雜化的含1個(gè)電子的p軌道，這些p軌道肩并肩形成離域大π鍵，因此石墨硬度低、潤(rùn)滑性好、導(dǎo)電。在教學(xué)過(guò)程中滲透“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)決定用途”“事務(wù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外部功能是一對(duì)矛盾，它們是對(duì)立的，又是統(tǒng)一的，兩者具有對(duì)立統(tǒng)一的關(guān)系，內(nèi)部結(jié)構(gòu)是內(nèi)部原因，外部功能是外部表現(xiàn)，外部表現(xiàn)是由內(nèi)部原因決定的”哲學(xué)思想，引導(dǎo)學(xué)生辯證地、科學(xué)地看待問(wèn)題，培養(yǎng)其辯證思維與科學(xué)思維。石墨和金剛石結(jié)構(gòu)不同，性質(zhì)各異，各有各的用途。教導(dǎo)學(xué)生，人亦如此，各有各的特點(diǎn)，各有各的優(yōu)點(diǎn)，揚(yáng)長(zhǎng)避短，人人可有作為，正如漢?司馬遷《史記?高祖本紀(jì)》中劉邦曰：“夫運(yùn)籌帷幄之中，決勝千里之外，吾不如子房；鎮(zhèn)國(guó)家，撫百姓，給餉饋，不絕糧道，吾不如蕭何；連百萬(wàn)之眾，戰(zhàn)必勝，攻必取，吾不如韓信?！痹谥v解碳單質(zhì)石墨和金剛石時(shí)，引入石墨轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸陌咐谝欢l件下可以轉(zhuǎn)變成金剛石，實(shí)現(xiàn)“稻草變黃金”，實(shí)現(xiàn)古人夢(mèng)寐以求的“點(diǎn)石成金”的夢(mèng)想，引導(dǎo)學(xué)生領(lǐng)悟其中蘊(yùn)含的哲學(xué)道理。在講述中尤其突出我國(guó)科學(xué)家在這一領(lǐng)域的貢獻(xiàn)[13,14]。

圖2 課堂植入的唯物辯證法案例

除了碳的同素異形體間存在相變外，錫的三個(gè)同素異形體之間也存在相變。人們所見(jiàn)到的通常是白錫，正方晶系，在13.2–161 °C之間穩(wěn)定。161 °C以上，白錫轉(zhuǎn)變?yōu)樾狈骄档拇噱a。溫度低于13.2 °C時(shí)，白錫開(kāi)始轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)定形的灰錫，但轉(zhuǎn)變速度較慢，溫度低至-30 °C時(shí)，轉(zhuǎn)變速度達(dá)到最大值?；义a先是以分散的小斑點(diǎn)出現(xiàn)在白錫表面，隨后斑點(diǎn)逐漸布滿整個(gè)表面，隨之整塊錫碎成粉末，這就是所謂的“錫疫”現(xiàn)象。只要碰上灰錫，哪怕是碰上一點(diǎn)點(diǎn)，白錫也會(huì)全部轉(zhuǎn)變成灰錫，其中灰錫既是生成物又是催化劑。在講解錫的相變時(shí)引入兩個(gè)重大歷史事件(圖2)。一個(gè)事件是，1812年法俄戰(zhàn)爭(zhēng)中拿破侖的慘敗竟是錫質(zhì)紐扣發(fā)生“錫疫”所致。另一個(gè)事件是，1912年一支探險(xiǎn)隊(duì)去南極考察，其所用的汽油桶是用錫焊接的，在南極的冰天雪地之中，焊錫變成粉末狀的灰錫，汽油漏光了，致使燃料短缺，探險(xiǎn)隊(duì)全軍覆滅。講解這些相變過(guò)程時(shí)引入唯物辯證法的質(zhì)量互變規(guī)律。事物的變化往往是由微小的量變開(kāi)始并慢慢積累，當(dāng)這種積累達(dá)到一定程度時(shí)就會(huì)導(dǎo)致事物由一個(gè)性質(zhì)變化到另一個(gè)性質(zhì)(即質(zhì)變)。通過(guò)質(zhì)量互變規(guī)律揭示事物發(fā)展的狀態(tài)，培養(yǎng)學(xué)生的辯證科學(xué)思維。在講述中，以學(xué)生感興趣的事件為切入點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入課程知識(shí)領(lǐng)域，同時(shí)使其掌握事件背后的道理。

3 融入愛(ài)國(guó)主義，培養(yǎng)學(xué)生愛(ài)國(guó)情懷

化學(xué)家侯德榜先生及其發(fā)明的聯(lián)合制堿法是構(gòu)筑課程思政的重要素材(圖3)。20世紀(jì)初，我國(guó)食品制作中使用的純堿碳酸鈉(Na2CO3)完全依賴進(jìn)口。第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)后，歐亞交通受阻，我國(guó)人民無(wú)堿使用，解決純堿制造受制于人的問(wèn)題迫在眉睫。侯德榜協(xié)助民族實(shí)業(yè)家范旭東先生創(chuàng)辦中國(guó)首家制堿企業(yè)，發(fā)明了聯(lián)合制堿法，揭開(kāi)了“索維爾”制堿技術(shù)的秘密，砸開(kāi)了技術(shù)封鎖的鐵鏈，使制堿技術(shù)成為全人類的財(cái)富[15]。侯德榜先生用制堿技術(shù)開(kāi)啟了中華民族化工工業(yè)大廈的構(gòu)筑。介紹老一輩科學(xué)家、實(shí)業(yè)家的先進(jìn)事跡，讓學(xué)生了解、學(xué)習(xí)他們?cè)谄D苦歲月中力學(xué)篤行、無(wú)私奉獻(xiàn)、報(bào)效祖國(guó)的崇高精神和愛(ài)國(guó)情操，使學(xué)生厚植愛(ài)國(guó)主義情懷。

圖3 課堂植入的愛(ài)國(guó)主義教育

硅的豐度在所有元素中位居第二，硅產(chǎn)業(yè)促進(jìn)了技術(shù)進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人類文明。在硅單質(zhì)及其化合物的應(yīng)用中蘊(yùn)含著豐富的思政元素。硅是典型的具有半導(dǎo)體性質(zhì)的元素，硅作為半導(dǎo)體電子元件以及光導(dǎo)纖維的原料，被稱為信息時(shí)代的基石。在講解單質(zhì)硅時(shí)重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)半導(dǎo)體硅片是芯片制造的核心材料(圖3)。單質(zhì)硅主要有單晶、多晶以及非晶形態(tài)，后兩者缺陷多，不能用于芯片制造，唯有高純的單晶硅可作為芯片的基元材料。講解關(guān)于硅的知識(shí)特別是高純單晶硅的制備時(shí)，引入眾所周知的“中興通訊危機(jī)事件”、“芯片禁令”、中國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)鏈被“卡脖子”等案例。既能使學(xué)生了解前沿技術(shù)，又能教育學(xué)生發(fā)憤圖強(qiáng)、不斷創(chuàng)新、堅(jiān)定理想信念、勇?lián)鷷r(shí)代使命，將來(lái)為國(guó)家破解“卡脖子”技術(shù)難題貢獻(xiàn)力量，培養(yǎng)學(xué)生愛(ài)國(guó)情懷。

二氧化硅光纖已成為通信系統(tǒng)的基石，在講解二氧化硅時(shí)強(qiáng)調(diào)其作為光導(dǎo)纖維原料的重要性(圖3)，引入兩位重要科學(xué)家的案例?！肮饫w之父”高錕因在“有關(guān)光在纖維中的傳輸以用于光學(xué)通信方面”做出的突破性成就而獲得2009年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。高錕于1966年提出利用高純度的玻璃(二氧化硅)光纖來(lái)傳送訊息時(shí)，人們認(rèn)為這簡(jiǎn)直是天方夜譚。如果當(dāng)年他因此而放棄研究的話，便沒(méi)有今天的互聯(lián)網(wǎng)了。教育學(xué)生學(xué)習(xí)高琨先生永不放棄的科學(xué)精神及其作為華裔對(duì)祖國(guó)的一片赤誠(chéng)之心。趙梓森是我國(guó)光纖通信技術(shù)的主要奠基人和公認(rèn)的開(kāi)拓者，他“拉出”我國(guó)第一根實(shí)用型石英(二氧化硅)光纖，建成了我國(guó)第一條光纜通信工程和連通全國(guó)的光纖通信線路，為我國(guó)光纖通信接近或達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平做出了杰出貢獻(xiàn)，被譽(yù)為“中國(guó)光纖之父”。從20世紀(jì)70年代，趙梓森便懷著振興民族通信事業(yè)的夢(mèng)想，為我國(guó)光通信事業(yè)的飛速發(fā)展作出了巨大貢獻(xiàn)[16]。

在講解硅酸鹽時(shí)以世界最長(zhǎng)的跨海大橋——港珠澳大橋作為導(dǎo)入(圖3)。港珠澳大橋全長(zhǎng)55公里，傲然跨越伶仃洋，被外媒評(píng)為“世界新七大奇跡”之一，共計(jì)使用水泥198萬(wàn)噸[17]。港珠澳大橋堪稱施工難度最大的跨海橋梁項(xiàng)目，高溫、高濕、多鹽的海洋環(huán)境對(duì)混凝土的抗海水滲透性、耐腐蝕性等方面有著極高的要求。強(qiáng)調(diào)我國(guó)自主研發(fā)的高性能硅酸鹽水泥成就這個(gè)超級(jí)工程，培養(yǎng)學(xué)生的道路自信、理論自信、制度自信、文化自信。

4 融入新時(shí)代中國(guó)“雙碳”故事，培養(yǎng)學(xué)生生態(tài)文明思想

在講解二氧化碳時(shí)，引入我國(guó)的“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)(圖4)。國(guó)家主席習(xí)近平于2020年9月22日在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)一般性辯論上向全世界鄭重宣布——“二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”[18]。實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和，是新時(shí)代我國(guó)的重大戰(zhàn)略決策，事關(guān)中華民族永續(xù)發(fā)展和人類命運(yùn)共同體的構(gòu)建。隨著“碳達(dá)峰”“碳中和”寫(xiě)入政府工作報(bào)告[19–21]，2021年被稱為中國(guó)的“碳中和”元年。各地區(qū)各部門深入貫徹習(xí)近平生態(tài)文明思想，貫徹習(xí)近平總書(shū)記重要講話和指示批示精神，認(rèn)真貫徹黨中央、國(guó)務(wù)院決策部署，扎實(shí)推進(jìn)各項(xiàng)任務(wù)，“雙碳”工作實(shí)現(xiàn)了良好開(kāi)局。這些行動(dòng)充分彰顯中國(guó)言必信、行必果的大國(guó)擔(dān)當(dāng)。

圖4 課堂植入的中國(guó)“雙碳”故事

“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)是我國(guó)向國(guó)際社會(huì)做出的莊嚴(yán)承諾，彰顯了中國(guó)積極應(yīng)對(duì)氣候變化、走綠色低碳發(fā)展道路、推動(dòng)全人類共同發(fā)展的堅(jiān)定決心。實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，中國(guó)需要付出極其艱巨的努力。讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到，“雙碳”戰(zhàn)略與我們每一個(gè)人都有關(guān)，尤其青少年是未來(lái)碳中和世界的主人，也是落實(shí)“雙碳”目標(biāo)的生力軍。用習(xí)近平總書(shū)記在考察清華大學(xué)時(shí)的講話[22]“當(dāng)代中國(guó)青年是與新時(shí)代同向同行、共同前進(jìn)的一代，生逢盛世，肩負(fù)重任”來(lái)加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的“雙碳”教育。降低碳排放，引導(dǎo)綠色技術(shù)創(chuàng)新，有效利用二氧化碳，使之通過(guò)化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為可利用的資源，引入科學(xué)文獻(xiàn)，教導(dǎo)學(xué)生作為化學(xué)工作者要為“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)貢獻(xiàn)力量[23,24]。通過(guò)講解，提高學(xué)生綠色發(fā)展意識(shí)、培養(yǎng)生態(tài)文明思想。

5 融入化學(xué)元素發(fā)現(xiàn)史，培養(yǎng)學(xué)生探索精神

鍺是碳族元素中的準(zhǔn)金屬元素，是地殼中最分散的元素之一。鍺發(fā)現(xiàn)得較晚，并且其發(fā)現(xiàn)過(guò)程歷經(jīng)艱難曲折(圖5)。1871年，門捷列夫在元素周期表中留下了有待于填補(bǔ)的空白，預(yù)言了三種未知元素，其中有一種稱之為“類硅”。1885年，德國(guó)夫頓堡礦業(yè)學(xué)院礦物學(xué)教授威斯巴赫(A.Weisbach)發(fā)現(xiàn)一種新礦石，邀請(qǐng)同校的文克勒(Winkler)做定量分析。經(jīng)過(guò)分析后，文克勒得出了礦石中含有一種新元素的結(jié)論。經(jīng)過(guò)大量的分析工作，最終發(fā)現(xiàn)新元素恰巧是偉大化學(xué)家門捷列夫預(yù)言的“類硅”元素。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與門捷列夫的預(yù)言驚人的一致，引起了科學(xué)界的轟動(dòng)。此時(shí)，他沒(méi)有忘記養(yǎng)育他的祖國(guó)，給新元素取名為“GERMANIUM”，以此歌頌他的祖國(guó)德意志[25]。

圖5 課堂植入的化學(xué)元素發(fā)現(xiàn)史

直到21世紀(jì)40年代末，鍺元素才開(kāi)始真正大放異彩?？梢哉f(shuō)鍺是元素中的隱士，從隱士到明星的機(jī)遇來(lái)自半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展。鍺是主要的半導(dǎo)體材料之一，在光纖通信、紅外光學(xué)、半導(dǎo)體、航空航天、太陽(yáng)能電池、化學(xué)催化劑和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域都有廣泛而重要的應(yīng)用，是一種重要的戰(zhàn)略資源。

化學(xué)元素的發(fā)現(xiàn)史是科學(xué)家不屈不撓的創(chuàng)新探索過(guò)程。每一種元素的發(fā)現(xiàn)無(wú)不傾注了許許多多科學(xué)家畢生的心血。正是他們的辛勤探索和無(wú)私奉獻(xiàn)，使人們逐步認(rèn)識(shí)了奧妙無(wú)窮的自然界，使人類由自然界的奴隸變成了主人。通過(guò)對(duì)鍺元素的發(fā)現(xiàn)認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生永不放棄、不屈不撓的科學(xué)探索精神。

6 融入科學(xué)倫理道德，幫助學(xué)生樹(shù)立正確的職業(yè)觀

碳族元素中的鉛是人類最早使用的金屬之一，在很多領(lǐng)域具有不可替代的重要應(yīng)用。鉛及其化合物對(duì)人體有較大的毒性，并可在人體內(nèi)積累。鉛元素極易侵入人體神經(jīng)中樞，影響人體神經(jīng)、心血管、骨骼、生殖等系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)外報(bào)道的鉛中毒事件屢見(jiàn)不鮮。

愛(ài)因斯坦說(shuō)過(guò)，“科學(xué)家和工程師擔(dān)負(fù)著特別沉重的道義責(zé)任?！苯虒W(xué)中對(duì)比引入兩位“鉛領(lǐng)域”的科學(xué)家事跡事件，教育學(xué)生樹(shù)立正確的科學(xué)倫理觀和職業(yè)道德觀(圖6)。小托馬斯?米奇利(Midgley Thomas，Jr)發(fā)明了四乙基鉛作為汽車抗爆劑，給人類帶來(lái)了巨大的物質(zhì)利益，但鉛隨著汽車尾氣排放到大氣中成為20世紀(jì)人類面臨的最大的生存危機(jī)之一。實(shí)際上，在測(cè)試研發(fā)過(guò)程中，米奇利已經(jīng)發(fā)現(xiàn)鉛的巨大危害，他的工作人員在生產(chǎn)四乙基鉛時(shí)有過(guò)中毒死亡的先例?？捎捎谒囊一U蘊(yùn)藏的利益太大，米奇利最終還是將這項(xiàng)發(fā)明推向了市場(chǎng)。為了消除大家的疑慮，他無(wú)論是對(duì)客戶介紹還是在產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)上，全部統(tǒng)一口徑，只說(shuō)“乙基”不說(shuō)“鉛”，甚至動(dòng)用一切手段打壓人們對(duì)其危害的質(zhì)疑。小托馬斯?米奇利的兩大杰作——四乙基鉛和氟利昂都曾風(fēng)光一時(shí)，創(chuàng)造了難以計(jì)數(shù)的物質(zhì)財(cái)富。但這兩項(xiàng)發(fā)明的應(yīng)用對(duì)人類健康和環(huán)境有著巨大的破壞作用。其本人也因此被稱為“地球歷史上對(duì)大氣影響最大的個(gè)體生物”“歷史上殺戮最多的個(gè)體”和“幾乎毀滅地球的男人”[26]。測(cè)定地球年齡的反鉛斗士克萊爾?帕特森(Clair C.Patterson)通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間堅(jiān)持不懈的抗?fàn)?，終于迫使汽車工業(yè)巨頭停止使用含鉛抗爆劑，在某種意義上拯救了整個(gè)人類，被稱為20世紀(jì)影響最大的地質(zhì)學(xué)家?？茖W(xué)本身是無(wú)從選擇利益和良知的，但是科學(xué)家可以。

圖6 課堂植入的專業(yè)倫理道德教育

科學(xué)技術(shù)推動(dòng)著人類文明進(jìn)步，甚至成為了第一生產(chǎn)力，但在某些特定的條件下，科學(xué)技術(shù)也可能帶來(lái)負(fù)面的影響。教導(dǎo)學(xué)生樹(shù)立正確的科學(xué)倫理觀和職業(yè)道德觀，應(yīng)用好科學(xué)技術(shù)這把“雙刃劍”，在進(jìn)行科學(xué)研究和技術(shù)創(chuàng)新的過(guò)程中辯證地看待問(wèn)題，在積極發(fā)展科學(xué)技術(shù)的同時(shí)考慮其可能會(huì)產(chǎn)生的負(fù)面影響，使科學(xué)技術(shù)更好地服務(wù)于人類。

7 結(jié)語(yǔ)

課程承載思政，思政寓于課程。深入挖掘課程蘊(yùn)含的思政教育元素，充分發(fā)揮課程承載的思政教育功能，構(gòu)建全員、全程、全課程育人的大思政教育體系，寓思政教育于知識(shí)傳授中，立德樹(shù)人潤(rùn)物無(wú)聲，實(shí)現(xiàn)“知識(shí)傳授”和“價(jià)值引領(lǐng)”同步提升。積極探索課程思政建設(shè)路徑具有重要意義。本文以碳族元素為例的課程思政建設(shè)教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐具有一定的借鑒意義。