工科化学课程思政元素的挖掘——以“缓冲溶液及pH控制”为例

王亚亚，梁耀东，申丽华，刘 静

（西安科技大学化学与化工学院，陕西 西安 710054）

习近平在全国大学生思政工作座谈会上强调，要坚持立德树人，始终把思想政治工作贯穿于教育教学全过程，达到全面育人的目标。课程思政主要指通过构建全员、全过程、全课程的教学模式，使各种课程与思想政治理论课并驾齐驱，进而产生协同作用。将“立德树人”融入高等教育各个学科中，旨在传播知识的过程中发挥价值引领的作用，达到既立德又树人、既育人又育才，实现立德与树人的最终目的。推进课程思政与不同学科专业科学理论知识相结合，将引导学生学好专业知识、掌握专业本领，同时引导学生塑造坚定明确的理想信念，形成正确的世界观、人生观和价值观。在培育高素质、能力强、具有健康心智的时代新人方面具有重要作用[1-2]。

工科化学是我校土木工程、车辆工程、应急技术与管理、安全工程、消防工程、新能源科学与工程、地质工程、机械电子工程等非化工类本科生开设的一门重要的必修基础课。该课程主要面向大一学生，包括理论部分和实验部分。课程内容主要包括化学热力学与能源、化学动力学、化学反应的基本原理、水溶液化学、电化学与金属腐蚀和物质结构基础等。课程内容丰富，与日常生活中一些现象及现代工业紧密相关，具有较好的训练学生科学思维和科学方法，提高大学生化学素养和培养学生科学精神和创新精神的重要作用[3]。工科化学这门课程具有涉及学生多、专业广，与社会各行业密切相关等特点。其次，大一新生正是三观塑造的关键阶段。因此，作为高校的专任教师，要发挥好课程的作用，发掘其内在的思想政治内涵。在工科化学课程中注重设置课程思政内容，并且与相关专业知识有机融合，在教学过程中潜移默化地进行德育渗透，进而提高学生的职业素质、职业认同感、社会责任感以及服务国家的使命担当。为国家、为社会培育全面发展的高质量、高水平的专业化人才作出贡献[4]。

缓冲溶液和pH控制属于工科化学第三章水溶液化学部分的基础知识，是这门课的一个重点。本文以此节内容为例，结合相关知识，深入挖掘和设计思政要素，使学生在学习“缓冲溶液和pH控制”知识过程中，培养学生理论联系实际能力，批判性思考能力和科学创造力，从而增强学生的学习主动性。为国家培养全面发展的社会主义建设者和可靠的接班人。

1 “缓冲溶液和pH控制”一节中思政元素的挖掘

1.1 缓冲溶液的概念与批判性思维

知识点：缓冲溶液主要指酸及其对应的共轭碱或者碱及其对应的共轭酸组成的溶液，该溶液的pH值不易随少量酸或者碱的加入而发生明显变化。即共轭酸碱对组成的溶液具有一定的缓冲能力。

思政引入：首先，教师把美国罗伯特·欧阳提出的人体酸碱体质理论“人的体质分为酸性和碱性，偏酸性的体质容易引发各种疾病如癌症，糖尿病和肥胖。为了维持健康，需使身体维持在一个碱性的环境[5]”作为课程的导入部分，引导学生进行独立思考与讨论，以提高学生的学习兴趣和好奇心，并让学生根据高中已有的化学知识判断这种说法是否具有科学依据。然后引入缓冲溶液的概念，并通过介绍人体血液由于存在大量的共轭酸碱缓冲对（如碳酸-碳酸氢根、磷酸二氢根-磷酸氢根、血浆蛋白-血浆蛋白共轭碱、血红蛋白-血红蛋白共轭碱等），因此其pH值会恒定维持在7.35～7.45之间。通过该内容的学习，让学生意识到通过食物或者饮食调节人体的酸碱性，以及酸性体质会导致癌症和肥胖等的说法，都是不合理、不科学的。在这个知识点上，引导学生遇到问题以后一定要进行批判性思考，即在遇到任何问题时，学生需要通过理解、质疑、辨析、推演的思辨过程，把客观事实和准则作为依据进行严密的思考，以达到超越现象，探求本质、追求真理的目的[6]。批判性思考是培养高素质人才的关键因素，对高校创新型人才的培养具有重要促进作用。引导学生在遇到不同的观念或者见解时，要理性面对，不要轻易地赞成或反对，而是保持中性、健康的怀疑态度，在学习过程中注意养成批判性思考的习惯。

1.2 缓冲溶液的选择与人生观

知识点：缓冲溶液的pH值主要由共轭酸碱对的浓度之比及共轭酸碱对中的值所决定。共轭酸碱对中任何一种物质浓度过低都会导致缓冲溶液失去缓冲能力。当共轭酸与共轭碱的浓度为一比一时，缓冲溶液的缓冲能力最大。因此，为了配制特定pH值的缓冲溶液，需要选择值与pH值接近或者相等的共轭酸碱对。如配置pH=7左右的缓冲溶液，应当选用H2PO4-—HPO42-作为缓冲对的混合液比较合适，因为。

思政引入：基于如何选择合适的缓冲溶液这个知识点，教师可以引导学生与人生选择的重要性联系起来。人的这一生，需要做出很多选择，这些众多的选择决定了我们的一生。无数次的成功经验告诉我们，选择苦难，就意味着收获;选择付出，就意味着高尚。少年时多经历些挫折与失败，对人生道路更有益[7]。比如霍去病，他曾多次立下汗马功劳，得到了丰厚的赏赐，却舍弃了独自享乐的生活方式，一心只想着国家大事。坚决地谢绝了汉武帝为他修建的奢华府邸，慷慨激昂地说“匈奴未灭，何以家为”。在享受优越的生活条件和肩负的国家职责中，霍去病做出了自己的选择。以历史名人为例，鼓励年轻人要选择那条艰难的路，艰难的路虽然难走，但是这条道路上人少，会越走越好。相反那条简单的路很多人都可以走，却拥挤异常，会越走越艰难。人生是要有意义的一生还是碌碌无为的人生，都要看我们自己的选择，做出正确地选择能够更好地实现自我价值。通过缓冲溶液选择的内容，引导学生以更宏观的视野面对人生选择。

1.3 缓冲溶液应用与理论联系实际

知识点：缓冲溶液在工业、农业、科学研究和生命活动中均发挥着举足轻重的作用。在工业方面，制造硅半导体器材时，需使用HF和NH4F的混合液来进行化学侵蚀，以去除硅板上未涂上胶层的氧化物薄膜。在科研方面，缓冲溶液在细胞和微生物培养方面也发挥了至关重要的作用，可以防止细胞或微生物在培养过程中的培养液pH发生较大改变，进而为细胞和微生物的生长提供一个相对稳定的环境。在人体健康方面，如果pH值偏离正常范围就会对各个器官造成损害，严重时甚至会威胁到人的生命。临床上常用弱酸强碱盐如乳酸钠或碳酸氢钠水解后显碱性的特征来纠正酸中毒，用弱碱强酸盐氯化铵水解后显酸性的特征来缓解碱中毒[8]。随着科学技术的进步，缓冲溶液已被广泛应用于生产实践和分析化验中。

思政引入：在化学教学过程中，坚持理论与实践相结合对提高教学质量具有重要意义。通过将缓冲溶液性质，与缓冲溶液（柠檬酸-柠檬酸钠）在含二氧化硫尾气处理中的应用[9]，以及缓冲溶液在微生物培养、细胞培养中的重要作用相结合。缓冲溶液在细菌的染色方面也起着重要作用，如在细菌染色上为增加着色效果，要选择合适pH值的染色液。此外，在电镀过程中，通常使用缓冲溶液来控制电镀液的pH。通过上述例子的讲述，鼓励学生通过理论联系实际，巩固所学的知识，并且增强了课堂的趣味性。此外，在教学过程中，注重引导学生做到学思用贯通、知信行统一、深入思考学、联系实际学，能够利用所学的理论知识指导实践生产活动，达到学以致用的目的。理论与实践相结合，使学生能够运用所学知识解决实际问题，进而增强学生的学习迁移能力。

1.4 Henderson-Hasselbalch公式与科学创新精神

知识点：缓冲溶液pH值的计算是本节内容的重点和难点之一，它的计算主要依靠亨德森-哈塞尔巴尔赫方程（He-nderson-Hasselbalch equation）。这个公式由美国化学家劳伦斯·约瑟夫·亨德森和丹麦科学家卡尔·阿尔伯特·哈塞尔巴尔赫研究发现的。

思政引入：劳伦斯·约瑟夫·亨德森是20世纪初生物化学领域著名科学家之一，一生致力于科学研究。他深入研究了人体的酸碱平衡机制，提出人体的酸碱平衡是通过血液中的缓冲系统、呼吸系统、肺脏、红细胞、肾等系统的协同作用而实现的。不久之后，发现了亨德森方程，科学家卡尔·阿尔伯特·哈塞尔巴尔赫将其写成对数形式，并将其应用于血液中碳酸引起的代谢性酸中毒的研究。一方面通过将科学家如何取得重大科研突破的故事融入课程当中，引导学生认识到科学研究是个漫长的过程，需要经过长年累月地不断积累和坚持，才能取得重大的突破。另外一方面在科学研究中，要擅长利用已有的研究成果，进行再创新、再突破。正如牛顿所说“如果我比其他人看得远些，那是因为我站在巨人的肩膀上”。利用已有的研究成果，吸收前人的经验和知识并运用到自己身上，在自身所处领域作出杰出贡献，进而推动社会的进步。最后激励同学们不断攀登高峰，勇于创新，追求真理，严谨治学的科学精神和潜心研究的奉献精神。

1.5 土壤缓冲性与服务社会的家国情怀

知识点：土壤中由于共轭酸碱对的存在（如碳酸-碳酸氢钠、磷酸二氢钠-磷酸氢二钠），因此可以将土壤的pH维持在一定的范围，不易随外界氢离子或氢氧根离子的加入而导致pH发生太大改变。如土壤的pH值一般不会因施肥、根的呼吸、微生物生长、有机物分解和湿度变化而发生较大改变，从而为植物的生长提供一个良好的环境。这种性能也被称作土壤的缓冲性。

思政引入：通过对土壤缓冲性能的讲述，使学生们意识到农业的重要性，农业是国民经济的根本，是人类赖以生存的根本，是国家经济持续发展的保证。农业不仅关乎社会稳定、人民利益，更关乎我们能否在国际竞争中维持独立自主的地位。目前，我国的农业基础条件还很薄弱，农业生产技术装备水平和劳动生产率水平都偏低。只有知农爱农才能真正强农兴农，结合土壤具有缓冲性能知识点，指引学生以强农兴农为己任，“懂农业、爱农村、爱农民”，培养大学生服务农业农村现代化、服务乡村现代化新形势的使命感和责任感。为培养知农爱农、服务国家的新型人才作出贡献。

1.6 缓冲溶液在医学领域应用与生产安全

知识点：在配制滴眼液的过程中，常根据滴眼液的性质加入缓冲溶液，确保滴眼液的pH值在滴眼液最稳定的pH值和泪眼生理pH值之间，以保证药物有足够的有效期，同时减少药物对眼粘膜的刺激，进而防止其对人体造成伤害[10]。其次，药物的稳定性不仅与自身的理化性质相关，通常容易受到环境因素的影响，如光线、温度、湿度、氧气、环境酸碱度、微生物等。缓冲溶液能够使药物维持在特定的pH，从而避免外界环境的干扰，进而增强药物的稳定性和延长药物的有效期。

思政引入：硼酸缓冲溶液是滴眼液的重要组成部分，具有防腐作用。可以将滴眼剂的pH值稳定在5.8-6.4，减少了氯霉素滴眼剂对眼睛的刺激。此外，缓冲溶液在增强药物的药效，减少或避免药物不良反应方面也发挥了重要作用。工科化学这门课程涉及专业较多，与社会各行各业密切相关，将来有学生可能从事与各种物品生产和检测相关的工作。通过上述例子的讲述，让学生树立安全生产、诚信生产的理念，切实增强安全意识，筑牢责任担当思想防线，严格执行安全生产的各项规章制度和操作流程，进而从源头上减少安全事故的发生。为社会经济创造一个安全稳定的发展环境和培养具备安全生产意识人才作出贡献。

2 结语

随着科学技术的进步和人工智能的发展，人才要求会越来越高。大学的目的不仅仅局限于培养一技之长的工程师，而是培养有思想，有领导能力、创新能力、独立思考和有教养的全方面发展人才。作为高校教师，要充分发挥课堂教学的作用，提高思想政治工作的亲和力、针对性，以适应大学生的成长与发展需要，促进专业教学与思想政治隐性教育同向同行，实现教书与育人相统一。工科化学作为高校的一门重要公共基础课，在培养大学生科学素养和创新思维方面发挥着十分重要的作用。在工科化学课程中融入思政元素，可推动大学生高质量发展。为落实课程思政改革，本文以工科化学课程中“缓冲溶液和pH控制”这节内容为例，深入挖掘了相关课程思政元素以及与相关知识点的有机结合，旨在实现知识传授、能力培养、价值塑造三位一体的教学目标。