堿式碳酸銅制備實驗的課程思政設計與實踐

摘要：以堿式碳酸銅制備實驗為載體，貫徹落實立德樹人這一課程教學根本任務。通過創(chuàng)設目標導向、任務驅(qū)動的實驗探究情景，將實驗技能訓練與社會生產(chǎn)實踐相關聯(lián)，進行思政育人教學設計。調(diào)動學生主觀能動性，使其積極參與實驗設計和探究，培養(yǎng)學生運用理論知識與實驗技能解決問題的能力，強化學生的專業(yè)認同感和社會責任感。

關鍵詞：課程思政；無機化學實驗；教學設計；教學實踐在全國高校思想政治工作會議上，習近平總書記指出，高校要堅持把立德樹人作為中心環(huán)節(jié)，把思想政治工作貫穿教育教學全過程，實現(xiàn)全程育人、全方位育人［1］。為認真貫徹落實立德樹人這一課程教學根本任務，培養(yǎng)高素質(zhì)的專業(yè)型社會主義建設者和接班人，將思政元素有機融入課程教學成為高校教育教學改革的重點。

堿式碳酸銅制備實驗是“無機化學實驗”課程教學中一個重要的設計性實驗。該實驗要求學生探究反應條件、設計最佳方案開展制備堿式碳酸銅實驗。由于該反應的副反應多，不同條件下的反應現(xiàn)象區(qū)分不明顯，導致小組間實驗結果差異較大，學生難以設計最佳制備方案。近年來，人們對堿式碳酸銅的制備條件做了許多探索和優(yōu)化［27］，其中包括反應原料的選擇、加料順序、反應時間等條件對產(chǎn)物的影響，研究成果豐富了教學資源。鑒于此，本案例通過引導學生閱讀科研文獻，了解制備實驗科學探究方法，培養(yǎng)學生科學思維和創(chuàng)新意識。引入撰寫“堿式碳酸銅制備創(chuàng)業(yè)項目計劃書”模式，將堿式碳酸銅制備實驗與化工生產(chǎn)方案相結合，創(chuàng)設目標導向任務驅(qū)動的科研探究情景，充分調(diào)動學生自主設計實驗的積極性，讓學生感受學以致用的思想，增強學生社會責任感和團隊協(xié)作能力。

1實驗原理及方法

1.1實驗原理

根據(jù)“無機化學實驗”第四版教材內(nèi)容，選取硫酸銅和碳酸鈉為原料制備堿式碳酸銅，其主要化學反應方程式為：

2CuSO4+2Na2CO3+H2O

Cu2（OH）2CO3↓+2Na2SO4+CO2↑

通過探究投料比、反應溫度、反應時間等因素對產(chǎn)品純度和產(chǎn)量的影響，確定最佳反應條件以制備堿式碳酸銅。

1.2實驗方法

分別配制0.5 mol/L的硫酸銅溶液、硫酸鈉溶液各100 mL。采用試管作為反應容器開展實驗探究活動，固定反應溫度，分別按不同物質(zhì)的量配比將硫酸銅與碳酸鈉溶液混合以探究投料比對堿式碳酸銅制備的影響；固定投料比，分別在不同溫度下進行制備反應以探究溫度對反應的影響。采用燒杯作為反應容器，在最佳條件下開展制備實驗。

2課程思政案例的設計與實施

2.1案例導入

堿式碳酸銅在自然界中主要以藍銅礦的形式存在，日常生活中銅器常因保存不當，其表面會銹蝕生成綠色銅銹（主要成分為堿式碳酸銅）。我國是世界上很早就使用青銅器的國家之一，中國古代銅器種類繁多、存量巨大，精品文物更是中華民族的智慧杰作［8］。實驗前通過線上平臺展示中國古代青銅器文物照片及文物信息，讓學生感受中國文化，增強民族自豪感。同時安排學生了解銅銹生成的原因，了解青銅器文物保護相關方法，舉例生活中實用的銅器保護技巧。通過學生自主學習和課前討論交流，激發(fā)學生保護文物的責任心和使命感，感受化學在生活中的應用，提高學習興趣。另一方面，堿式碳酸銅作為一種化工產(chǎn)品，廣泛應用于有機合成、電鍍工業(yè)、顏料化工等領域，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常用作防腐、防蟲和殺菌劑等［9］。學生通過線上閱讀教師提供的文獻資料，查閱堿式碳酸銅的制備工藝、市售價格和應用領域，了解化學合成知識在化工生產(chǎn)中的重要作用，形成一份堿式碳酸銅工業(yè)生產(chǎn)分析及市場發(fā)展報告，培養(yǎng)學生的專業(yè)認同感、自豪感。

2.2半開放的項目式實驗創(chuàng)新設計

引入“學創(chuàng)杯”創(chuàng)業(yè)模擬大賽模板，創(chuàng)設目標導向?qū)嶒炃榫常ń處熃o定堿式碳酸銅制備要求，學生模擬化工企業(yè)生產(chǎn)負責人，分組組建創(chuàng)業(yè)團隊，完成“堿式碳酸銅制備創(chuàng)業(yè)項目計劃書”）?！坝媱潟敝邪瑝A式碳酸銅制備實驗條件探究的資料（實驗記錄和實物圖），最佳合成路線下堿式碳酸銅產(chǎn)率，產(chǎn)品顏色、狀態(tài)外觀描述、生產(chǎn)成本和市場發(fā)展報告等信息。通過小組合作完成“計劃書”，讓學生理解合理設計化工生產(chǎn)方案對提高企業(yè)經(jīng)濟效益的重要性，培養(yǎng)學生合作意識和科研探究意識。

2.3案例的實施

2.3.1實驗準備

課前為學生準備好碳酸鈉、硫酸銅、硝酸銅、碳酸氫鈉、表面活性劑、氨水、試管、燒杯、玻璃棒、恒溫水浴槽等試劑耗材和儀器。

2.3.2實驗教學安排

課前預習，學生通過閱讀教師提供的文獻資料和預習提綱，結合教材內(nèi)容了解實驗原理、實驗內(nèi)容，設計實驗探究方案提交預習報告，完成線上測試。學生通過歸納總結文獻信息，將堿式碳酸銅制備實驗中反應溫度、反應時間確定為主要探究任務。

實驗前，根據(jù)學生預習結果對學生進行分組。教師組織學生集中討論實驗中的注意事項（包括反應溫度如何控制，堿式碳酸銅產(chǎn)品狀態(tài)、顏色的觀察分析，硫酸根離子的檢驗方法等），以便學生順利開展實驗。

實驗過程中，學生按照自主設計的實驗方案，結合課前討論和實驗室現(xiàn)有試劑、儀器開展小組合作實驗探究。各組均需探究反應溫度、反應時間、加料順序3個因素對制備堿式碳酸銅的影響（試管實驗）。教師巡回指導，學生規(guī)范實驗操作，認真記錄實驗數(shù)據(jù)，并將不同條件下的反應現(xiàn)象拍照記錄用于結果討論。在固定投料比為CuSO4∶Na2CO3=1∶1.2、加料順序為CuSO4加入Na2CO3條件下，學生記錄的不同溫度、不同反應時間下的實驗現(xiàn)象匯總表示如下：

1. 室溫：5 min—藍色沉淀，有大量氣泡，無分層現(xiàn)象；10 min—藍色沉淀，有較多氣泡，無分層現(xiàn)象；20 min—藍色沉淀，有少量氣泡，無分層現(xiàn)象。

2. 50 ℃：5 min—藍色沉淀，大量氣泡，無分層現(xiàn)象；10 min—藍色沉淀，少量氣泡，有分層現(xiàn)象；20 min—沉淀轉變?yōu)樗{綠色，有少量氣泡，分層明顯。

3. 75 ℃：5 min—藍綠色沉淀，大量氣泡，有分層現(xiàn)象；10 min—沉淀轉變?yōu)榫G色，有少量氣泡，分層明顯；20 min—綠色沉淀沉于試管底部，無氣泡產(chǎn)生。

4. 100 ℃：5 min—綠色沉淀（局部黑色沉淀），少量氣泡，分層明顯；10 min—黑色沉淀量增加，無氣泡，沉淀沉于底部；20 min—無變化。

此外，學生還探究了控制反應溫度為75 ℃，相同投料比，加料順序為Na2CO3加入CuSO4，攪拌與不攪拌對產(chǎn)品的影響。學生記錄結果相近，概括為攪拌有利于加快藍色沉淀轉變?yōu)榫G色，不攪拌只要反應時間充分最終也能得到綠色沉淀（反應約30 min）；Na2CO3加入CuSO4中綠色沉淀出現(xiàn)速率較快。

最后各小組依據(jù)實驗探究結果，在最佳條件下開展堿式碳酸的制備實驗，產(chǎn)品經(jīng)抽濾、洗滌、烘干后計算產(chǎn)率。在產(chǎn)品烘干階段，教師可引用文獻資料中的熱重譜圖、X射線衍射譜圖、紅外譜圖和滴定分析等相關數(shù)據(jù)，引導學生討論分析檢驗產(chǎn)物純度的方法，拓寬學生實驗實踐視野，為將來進一步深入開展科學研究埋下嚴謹求真的種子。

2.4課后拓展

課后學生不再提交實驗報告，而是基于小組探究實驗記錄及結果討論，完善并提交電子版《堿式碳酸銅制備創(chuàng)業(yè)項目計劃書》。教師批閱“計劃書”，對學生設計的實驗探究過程的合理性，實驗現(xiàn)象描述和記錄的準確性，產(chǎn)率計算、生產(chǎn)費用等數(shù)據(jù)分析的嚴謹性進行評價。

3實施建議與考核

為有效考核本實驗對學生探究能力、實驗技能和思政育人效果，制訂考核量表。教師分別從學生線上互動討論情況及問題回答準確性、課前預習成效、《堿式碳酸銅制備創(chuàng)業(yè)項目計劃書》完成質(zhì)量、實驗操作規(guī)范性等方面對課程思政育人效果進行綜合評價。思政育人教學目標達成度考核設計如下所示：

（1） 線上互動討論及線上問答（10%）

考核目標：文化自信（了解中國古代銅器文物及相關保護方法）。

考核標準：能舉例說明銅器文物的保護方法，日常生活中銅器保護技巧。

（2） 預習報告（30%）

考核目標：科學素養(yǎng)（理解反應原理，清楚影響堿式碳酸制備實驗的條件，能合理設計探究方案）。

考核標準：能歸納總結文獻資料中的關鍵信息，實驗探究方案設計科學合理。

（3） 實驗操作（20%）

考核目標：科學素養(yǎng)（熟悉實驗操作技能，治學態(tài)度）。

考核標準：規(guī)范實驗操作，嚴謹記錄實驗數(shù)據(jù)、實驗現(xiàn)象。

（4） 堿式碳酸銅制備創(chuàng)業(yè)項目計劃書（40%）

考核目標：社會責任（綜合運用知識技能解決社會生產(chǎn)實踐問題的能力）。

考核標準：理解化學在社會生產(chǎn)實踐中的重要性，能根據(jù)具體生產(chǎn)任務，設計實驗探究內(nèi)容，具備分析實驗數(shù)據(jù)的能力。

4結語

將堿式碳酸銅制備實驗教學與社會生產(chǎn)實踐相結合，創(chuàng)設目標導向、任務驅(qū)動的實驗探究情景，突出化學化工專業(yè)實驗課程教學特色。在專業(yè)技能、理論知識學習基礎上，融入文化自信、職業(yè)擔當、團隊合作和科研精神等思政育人元素。讓學生感受化學在實際生產(chǎn)中的重要作用，培養(yǎng)學生從事科學研究的科學思維，增強學生社會責任感、團隊協(xié)作能力和專業(yè)自豪感。

參考文獻：

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