无机化学案例法和课程思政教学模式的构建*

邱江华，陈 阳，余高奇

(武汉科技大学化学与化工学院，湖北 武汉 430081)

当前，在信息时代的大背景下，传统的课堂教学受到了挑战，特别是较为枯燥的基础化学基本原理、基础知识和有关计算难以吸引他们的注意力。同时，随着科学技术日新月异的发展，基础化学理论的应用领域在不断发展和升级，《无机化学》教材每隔数年更新一次的步伐，已跟不上全球科技竞争的步伐，导致知识体系难以满足社会和企业的需要。因此，在《无机化学》教学中，如何通过教学方法和教学内容的改革让枯燥无味的无机化学理论和知识激发学生们的强烈求知欲，让更多热门的化学前沿知识武装我们的学生，已成为当前课程与教学改革要解决的重点问题。

在基础化学教学中，如何提高同学们的学习兴趣和创新能力，已引起广大教师的广泛关注。陆家政等[1]尝试和探索了在药学院无机化学教学中引入案例教学，胡锴等[2]探讨了问题式教学和案例教学在普通化学教学中的综合应用，吴义平等[3]探讨了普通化学案例教学与学生自主学习能力的培养，康晓红等[4]探讨了案例教学模式在工科化学教学中的应用。虽然案例教学法在基础化学类课程教学中得到了一定的应用，但是，目前都只是“点”上的试验，还没有形成“面”上的应用。就无机化学来说，目前也只是在课程中穿插一些案例，还没有建立完整的无机化学课程案例教学模式。另外，如何将各个零散的知识点有机地串联到一起，同时发挥好课程思政对教学的促进作用，既提高学生们学习的兴趣，又实现课堂教学育才和育人的有机统一，也是当前课堂教育所要解决的问题。本文根据工科无机化学各章知识的特点，将其教学内容划分为化学反应的基本原理、溶液中的化学平衡、氧化还原反应与原电池、物质结构基础、配位化合物、元素化学等六个“专题块”。在学习每个“专题块”时，首先引入一个与所学知识密切相关的热点话题，同时提出几个问题，作为案例；接下来，为解答以上问题，需要掌握哪些方面的知识？通过一系列问题的巧妙引入、分析和总结，学习和掌握各“专题块”的知识点，同时在其中穿插一些与知识点密切相关的哲学思想、科学家励志故事、工匠精神和道德教育等，激发学生强烈的社会责任感和求知欲；最后，根据所学习的知识点，组织学生讨论解决案例的问题。以知识点的“问题”为目，以“专题块”的案例为纲，构建完整的无机化学案例法、问题法和课程思政综合教学模式，激发学生的求知欲，实现课堂教学育才和育人的有机统一。

1 案例法

在学习每个“专题块”时，首先引入一个与所学知识密切相关的热点话题，同时提出几个问题，作为案例。由于知识相关的案例涉及到社会热点问题，学生会比较感兴趣，然后所提出的问题就会让学生产生好奇和疑惑，这样就可以大大提高学生学习的动力和兴趣。比如在学习“化学反应的基本原理”专题块时，首先引入案例：作为空气污染的主要来源之一，机动车尾气含有大量的有害物质，包括一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物和固体悬浮颗粒等。为减轻汽车尾气对空气的污染，你们课题组计划开发汽车尾气净化装置，它能将CO氧化成为CO2，将碳氢化合物氧化成H2O和CO2，将NOx还原成N2和O2。通过将三种有害气体转化为无害物质，使汽车尾气得以净化。现在由你负责探讨反应 2CO+2NO=2CO2+N2的可行性及最优的反应条件。那么，需要考虑哪些方面的问题？请查阅汽车尾气的相关资料(如温度范围)，然后对该反应在标态下的热效应、方向、速率、平衡转化率等进行计算，并论证该反应的可行性。以上和大家生活密切相关的案例和问题，可以激发起学生学习的兴趣和求知欲，同时可以促进学生对无机化学理论知识重要性产生认同感。

再如在学习“物质结构基础”专题块时，首先引入案例：2017年5月18日，国土资源部部长姜大明在南海神狐海域的“蓝鲸一号”钻井平台上宣布：我国首次海域可燃冰试采成功，其资源储存量相当于千亿吨石油。可燃冰，又称天然气水合物，是分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中，由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质。但是，从可燃冰的开采到应用在人们的生活中，还有很多问题需要解决。因此，可燃冰已成为当前能源研究的热点之一。试问：1、甲烷分子和水分子内各形成什么类型的化学键？结构各是怎样的？如何解释？2、为什么可燃冰里CH4是气态，而H2O是固态？二者谁更容易被液化？3、几百年来，无数船只和飞机在百慕大三角海区沉没、消失，成为大西洋上闻名遐迩的肇事区。什么原因？和可燃冰有关么？4、开采可燃冰有哪些方法？能源涉及到经济、国防和民用等各个领域，是大家所熟知的热点领域，而可燃冰作为未来的新能源，一下子就可以吸引同学们的兴趣，特别是在案例中所提出的几个问题，涉及到无机化学的知识和拓展，能够激起同学们的好奇感，对后面各个知识点的学习具有重要的推动作用。

2 问题法

为解答以上案例所提出的问题，需要掌握哪些方面的知识？通过一系列问题的巧妙引入、分析和总结，达到了解和掌握各“专题块”知识点的目的。这种采用先提出问题，然后分析，最后总结的启发式教学方式，相比较于传统的一个个分散知识点的灌输式介绍，更容易被学生所接受。并且，所引入的系列问题之间不是相互独立的，而是相互关联的，是为解决案例问题所产生的一系列“多米诺骨牌”。

以化学反应的基本原理“知识块”为例，在引出了案例后，需要对案例的问题进行解答，就需要掌握化学反应的热效应、方向、速率、平衡转化率等方面的问题，可以采取如下的一系列问题的串联将各个分散的知识点连接到一起。化学反应涉及到具体物质，那么物质的聚集状态有哪几种？→化学反应会涉及到溶液，那么物质的浓度是什么形式？→化学反应还会涉及到气体，那么气体符合什么样的方程？→混合气体的压力如何计算？→反应进度如何表达？→化学反应的能量如何定性分析？→体系能量变化计算的依据是什么？→体系的反应热如何计算？→化学反应自发进行的判据是什么?→化学反应是如何进行的？→反应速率的方程式又是怎样的？→影响反应速率还有哪些因素？→化学反应平衡态如何描述？通过一系列的关联问题的分析和总结，就把各分散的知识点有机地结合到一起了，也突出了这些知识点学习的目的性。

对于元素化学“知识块”，基本上都是些经验的化学知识，没有太多复杂的理论，可以组织学生以小组汇报的形式进行。比如，在汇报锰族元素时，可以按照锰族元素家庭成员有哪些？锰族元素有哪些重要的应用？锰族元素主要的化合物有哪些？锰族主要化合物的物理和化学性质如何？通过组织学生上讲台汇报，可以提高学生学习的积极性，锻炼学生的表达能力，培养学生的团队协作意识，促进学生的全面发展。

3 课程思政

在2016年12月7-8日召开的全国高校思想政治工作会议上，习近平总书记系统回答了高校要把握“培养什么样的人”、“如何培养人”以及“为谁培养人”这一系列高等教育的根本问题。立德树人是教育的根本任务，教书育人是教师的基本职责。在无机化学课堂教学中，我们巧妙地穿插一些与无机化学理论和知识密切相关的哲学思想、科学家励志故事、工匠精神和道德教育等，积极引导当代大学生树立正确的世界观、人生观和价值观，实现课堂教学育才和育人的有机统一。比如学习“物质结构基础”专题块时，在分析甲烷结构时，发现价键理论无法解释甲烷分子的实际构型，于是引出“实践是检验真理的唯一标准”的哲学思想，让辩证唯物主义思想指导自然科学的学习，同时也加强了哲学方法论在实践中的运用；在讲解杂化轨道理论时，借鉴科学家鲍林的小故事：莱纳斯·卡尔·鲍林(1901-1994)，美国著名化学家，量子化学和结构生物学的先驱者之一，1954年因在化学键方面的工作取得诺贝尔化学奖，1962年因反对核弹在地面测试的行动获得诺贝尔和平奖。鲍林在读大学时，由于家庭经济困难，曾停学一年去挣学费。它展现了化学的重要和伟大，又对学生进行励志教育；在学习硅元素的化合物碳化硅时，借鉴山西煤化所郭向云研究员的小故事：经过十年的不懈努力，2010年终于制备出了比表面积大于50 m2/g的碳化硅材料，一举跃为世界第一。它体现了工匠精神，展现无机材料的魅力，激发学生的专业荣誉感；在学习“缓冲溶液“时，将其拓展到人的脾气的解释，人的脾气有好有坏，其实是每个人对环境缓冲能力的不同，所以脾气好的人缓冲能力强，但是一旦超过缓冲能力时，其破坏性更大，这也是为什么有些人平时看起来很温和，脾气突然爆发时会一鸣惊人的原因。因此，人都有脾气，需要相互理解，和谐相处。

课程思政教育不仅能够激发学生强烈的社会责任感和道德感，实现课堂教学育人于无形的目标，还能够反哺于教学，让学生用心学习，提高学习的效率。

4 案例问题的讨论

最后，根据以上所学习的知识点，组织学生讨论解决案例的问题。在进行这个环节之前，老师需要提前做一些准备工作，比如组织学生报名参加讨论、指导学生查阅相关的资料和制作PPT、制定问题的参考答案等等。在谈论进行的过程中，老师要扮演好主持人的角色，控制好讨论课的进度，同时对学生讲解过程中出现的错误和不足之处进行及时的更正和补充等等。以化学反应的基本原理“知识块”为例，要解决前面提到的几个问题，学生需要查阅资料，了解到汽车尾气净化装置温度通常为600～700 ℃，才能够对反应2CO+2NO=2CO2+N2在标态下的热效应、方向、速率、平衡常数进行计算，然后再分析数据，对该反应的可能性进行论证。该讨论环节涉及到文献查阅，PPT的制作，化学分子式的准确输入，化学反应等压热效应、方向、速率和标准平衡常数的计算，数据的分析等，对培养学生严谨的作风、创新的思维和能力[5]具有重要推动作用。

5 结 语

通过构建案例法、问题法和课程思政综合教学模式，让枯燥无味的化学理论知识与热点问题相结合，让分散的知识点与相互关联的问题相串接，有助于提高学生的学习兴趣和解决实际问题的能力，有利于课堂教学育才和育人的有机统一。目前该教学模式已在我校应用化学和矿物加工等专业试运行了两年，学生学习的积极性很高，课题气氛活跃，教学效果显著。下一步，将逐渐在化工、材料、环境等专业的无机化学课程中推广。同时，借鉴无机化学课程案例和问题引入教学模式的经验，进一步构建物理化学、分析化学、有机化学等基础化学课程完整的案例和问题引入教学模式，整体提升基础化学类课程的教学水平，加快“一流本科课程”的建设。