课程思政理念下高校有机化学教学设计的探索——以醛酮的教学为例

刘世娟,那立艳,张丽影,姜慧明,毛慧婷,华瑞年

(大连民族大学 生命科学学院, 辽宁 大连 116605)

习近平总书记指出:“国无德不兴,人无德不立”[1]。2020年5月教育部印发的《高等学校课程思政建设指导纲要》明确指出,课程思政要紧紧围绕“培养什么人、怎样培养人、为谁培养人”这一根本问题展开。新时代要求教育以立德树人为目标,为党培养有理想有追求有担当的人才。有机化学课程是高等化学及相关专业的四大基础化学之一,是一门逻辑性很强的课程,而且有机化学中有丰富的思政元素可挖掘。将专业知识、专业素养与科学品德培养有机融合,让学生在潜移默化之中树立积极向上的人生观、世界观和价值观,使他们在未来社会发展中成为有能力、有责任担当、有价值判断的建设者和接班人,是新时代教育者的重要使命和义务。

目前,已有一些学者关注思政视域下的有机化学教学。郭玲香[2]对有机化学课程思政进行探索,研究了教学体系,设计了教学方案。彭静研究了“钻研”与“探讨”的教学方法,旨在培养学生学习的积极性、能动性和创新性[3]。侯美静探讨了“三个载体+四种途径”的有机化学课程思政体系[4]。也有研究者以具体课程内容为载体进行课程思政改革,如有机史和化工热点问题[5]、生物碱[6]、反应机理[7]。从以上研究可见,有机化学教学中融入思政元素取得了一些成果,推进了这方面的研究。然而,在教学内容、方法、考核整个教学过程中环环相扣融入思政元素的研究成果尚不多见,因此本文尝试以醛酮为例进行教学设计。

1 教学内容融入思政元素

有机化学课程内容多且知识复杂抽象,传统的教学只讲授专业知识。单纯的知识学生学起来容易感到枯燥,一堂课学下来,效果并不理想,如果课后不复习,下次上课时能记住的更少。有机化学中蕴含丰富的思政内容,无论是新物质的开发,还是有机反应中的人名反应、科学家事迹等均体现了德育的内涵。教学内容是课程思政的载体,是培养高尚道德情操、激发学生学习兴趣的重要因素之一。高校有机化学教师需要充分梳理并发掘教学内容中含有的思政元素,找到合适的切入点,将思政元素与专业知识自然融合衔接,精心设计、提出问题,引导学生思考与讨论,充分利用好课堂主渠道,力求使教学内容更易于理解掌握。

醛酮是有机化学重点学习内容之一,在整个学科体系中起到承上启下的作用,在有机合成中也占据重要地位。下面以有机化学醛酮为例,呈现思政元素与有机化学知识的有效融合(部分专业知识与思政元素结合如图1)。

图1 醛酮内容和思政元素的融合

课前在雨课堂教学平台发布任务,内容是《神农本草经》记载的麝香结构(羰基),以微课形式让学生提前预习醛酮的官能团、结构、命名及性质。并且通过深入了解中医文化的博大精深,人工麝香的合成,保护了濒危生物,培养学生禁止猎捕、杀害国家重点保护野生动物、保护生态环境意识。

课堂上通过一道选择题检测学生对醛酮结构和命名的掌握情况,了解学生预习和以前学习的基础情况,针对学生的具体情况有针对性地进行醛酮知识点的讲授。讲到醛与 NaHSO3的亲核加成反应时,引入“吊白块”案件;醛与含氮化合物的亲核加成反应,引入其与硝基苯肼反应,检测海鲜是否用甲醛保鲜。作为化学工作者尤其要有严谨的科学态度,敬畏生命,遵守国家法律法规。应用社会生活中的实例,使有机反应走进生活,不仅提高学生的课堂参与度和学习兴趣,而且有利于培养学生的职业素养、价值观和社会责任感。讲授醛酮还原反应的凯西纳-沃尔夫-黄鸣龙反应时,首先介绍该反应是凯惜纳、沃尔夫发现的,称为凯惜纳-沃尔夫反应,但是此反应条件较为苛刻。后来,中国化学家黄鸣龙通过实验改进了这个反应:反应使用肼,用相对廉价的 NaOH,一缩二乙二醇作溶剂,在常压下进行,反应时间短,产率高。让学生充分感受许多科学往往都不是一次性完成实验的,而是一个不断探索的漫长过程。此反应是有机化学经典人名反应中唯一以中国人命名的反应。黄鸣龙先生曾说,一个人不能为科学而科学,应该为人民、为祖国作出贡献。用科学家的故事培养学生真挚深沉的爱国情怀、正确严谨的科学态度,增强民族自豪感,培养学生良好的学风、扎实的科学知识、良好的道德品质和行为。讲到醛酮α-氢原子的反应时,由于羰基的影响使醛酮α-氢原子具有一定活性,可以发生卤代反应引入新的官能团,缩合反应合成分子量增加新的化合物,如有机玻璃单体的合成。从玻璃到有机玻璃,虽然二者仅差两个字,但它们的组成材料、透明度、抗冲击力、热塑性、抗压力等却有巨大差异。如今很多工程用有机玻璃代替普通玻璃,尤其在航空航天方面,相关产品的性能也得到很大改善。通过有机玻璃这个小例子可以看到化学提高生活,分子改变世界。醛和酮分子中都含有羰基官能团,它们的结构和化学性质相似,但醛中的羰基与氢原子直接相连,酮中的羰基与烃基直接相连,氢和烃基的空间位阻和供电性不同,导致它们的反应活性不同,醛的活性大于酮的活性,醛发生亲核加成活性大于酮,醛很容易发生氧化反应,而酮却很难。推而证之,在工作和生活中事物普遍存在特殊性和共性,共性与个性是对立统一的规律,引导学生正确处理二者关系。

课后思政内化,可以将理论知识和实验相结合。理论知识的学习主要是为了将所学知识应用到现代化建设上来,例如有机化学实验中的己二酸的制备和二苄叉丙酮的制备就涉及将醛酮的理论知识与实验结合,不仅加深理论知识的掌握和理解,而且在实验过程中培养学生严谨的科学态度、责任担当、逻辑推理及团结协作能力。课后结合课堂知识点,设计融入思政元素的知识专题。例如2021年中国首次在实验室实现二氧化碳到淀粉的合成,让学生以查阅文献、写出反应、探讨机理等形式进行反思总结,使学生明确科学技术的进步对人类文明的推动作用,激发学生的爱国热情、民族自尊心和自豪感,增强民族自信,激励他们为实现中华民族伟大复兴的中国梦而奋斗。

2 教学方法展现思政元素

传统的填鸭式知识传授,教师以自身为中心,学生被动学习,积极性不高,容易感到枯燥乏味。教与学是师生双方互动的过程。思政教育与专业课程教育融合具体体现在课程的教学方法,要取得很好的教学效果,尤其需要在教学方法的多样化上下功夫,充分调动学生在学习中的主体意识。

在教学中,展现思政元素的教学方法有多种,如讲述法、启发式、类比法、问题法、归纳法、迁移法、演示法、讨论法、案例法、情境法等等。在思政元素的传授中,一般叙述科学家故事用讲述法;有机化学事件分析运用启发法,如让学生领会某种道理、感受某种情感;再现有机化学科研人员高尚情操时,运用情境法……要达到预期的教学效果,就要根据具体教学内容、学情、教学条件运用合适的教学方法。

醛酮的化学性质很多,以醛酮的羰基还原反应为例,采取了以下的教学方法展现教学内容和思政元素见表1。

表1 醛酮的羰基还原反应具体实例

羰基还原可以主要生成三大类物质:醇,二元醇,烃。在讲授时可以通过类比法、迁移法、归纳法、讨论法等加入思政元素,使学生深入掌握醛酮还原反应。这样的教学形式不仅可以调动学生的学习积极性,也更加有利于学生对于专业知识的学习,形成课上课下、线上线下相结合的丰富多彩的思政教育模式。思政元素的加入不强硬灌输,而是通过潜移默化使思政元素有形、有感、有效展现出来,使学生容易接受,专业知识、技能也得到很大提升。

通过线下授课或线上雨课堂、超星学习通等平台综合运用类比法、问题法、归纳法、迁移法、演示法、讨论法、案例法等多种教学方法,进一步探究个性化教学、项目化教学、混合式教学等典型课堂教学模式。对教学内容、典型案例和思政元素进行内容和习题推送,并且可以通过信息收集平台,构建可以进行学习过程记录与多元智能评价的平台。有效地了解学生们所遇到的困难,根据学生的疑问与真实需求,有针对性地开展教学活动。

3 考核环节渗入思政元素

有机化学传统通常采用“平时成绩+期末成绩”的考核方式,平时成绩也由考勤分数、测试和平时作业构成。而且为了保证平均分,测试和平时作业比较简单。期末考核内容主要以记忆为主,如有机化合物命名、结构式、反应式、鉴别化合物、简答、机理、合成等。学生考前两周好好复习可取得及格以上的分数,所以大部分学生平时不会主动在重点难点内容上多花时间和精力。如果基础知识和基本技能不能完全掌握,就谈不上灵活运用,更谈不上为解决复杂化学工程问题提供方案。常常是学生离开学校后,在工作和生活中遇到类似的化学问题才会重温课堂所学。

在课程思政理念下,本课程现采用“4+1+N”考核模式。“4+1”指预习、作业、单元测试、课堂测试和期末考试。“N”指在某一部分内容的思维导图、学科前沿进展、内容思考、理论与实验结合等环节中以讨论、作业或论文形式把思政元素融入考核中。

醛酮内容的考核主要采取以下几种方式:上课前在雨课堂发布预习醛酮内容及提出相应问题,课上各出一道选择题和判断题进行测试,了解学生对醛酮结构、命名掌握情况,教师随机抽选两名学生来进行习题讲解,这样有利于促进学生学习,并且教师可以根据作答反馈合理安排上课进度。在讲到相应的重要知识点时,可以安排适当的测试,不仅作为学生对于本节知识点掌握情况的检测,也是让学生更加深刻理解知识点的一个最佳途径,而且有助于他们更好地利用课堂融入学习。例如,讲到羰基亲和加成反应时,让学生由原料丙酮和小于等于1个碳的化合物合成有机玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯)。有机玻璃是支撑国民经济发展的重要原材料产业,广泛应用于商业、轻工、建筑、化工等方面;在讲到α-H反应时,让学生写出丙醛合成草莓酸(2-甲基-2-戊烯酸)的反应机理,告诉学生草莓酸是一种在糖果、冰激凌、烘烤食品、调味品等食品中广泛应用的食用香料。身边的建筑用品、生活用品很多都是通过有机原料合成的,这都需要有专业知识、创新创业意识、担当精神、家国情怀的一大批人才去建设。这些随堂测试都可以作为考核中N的部分。在讲到羰基还原反应时,课上可以通过雨课堂发布一道选择题(含C=C,C≡C,C=O结构化合物),对具体的含羰基和其他不饱和键化合物的还原反应进行学习效果的检测。讲到羰基催化氢化反应时,介绍2021年中国首次在实验室实现二氧化碳到淀粉的合成科研成果,写出相应的科研小论文,并写出自己的感想体会,激发学生的爱国热情,增强学生的民族自尊心和自豪感。醛酮内容知识讲完后以丙烷为例,要求学生做出烷烃、不饱和烃、卤代烃、醇醚、醛、酮之间相互转化的思维导图,并举出每类化合物在生活中的一个应用实例,将理论知识与社会产品相结合,更能激发学生学习动力。

4 结 论

按照专业培养方案和课程大纲中的育人规定,深入挖掘高校有机化学课程每一个知识点的思政元素,重新认识和梳理课程结构、教学内容、方法、考核方式等,将思政元素融入教学整个过程中,提高了学生的学习积极性,增进了学生的知识素养,培育了科学精神,培养高尚道德情操,在教学实践中达到知识和思想共同促进。学生对遇到复杂化工问题的分析问题能力、解决问题能力有明显提升。如此,为现代化建设培养出高素质的复合型、应用型人才,真正实现“立德树人”目标。