“无机化学”课程思政教学设计与探索-以《原电池》教学为例

引言2016年12月，习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上强调：“要坚持把立德树人作为中心环节，把思想政治工作贯穿教育教学全过程，实现全程育人、全方位育人，努力开创我国高等教育事业发展新局面。”［1］“无机化学”是中医药院校中药学等专业的重要专业基础课程，具有较强的理论性和实践性。该课程所教授的基本概念、理论和方法是构成大学生化学科学素养的重要组成部分。传统的“无机化学”教学注重强调化学的理论与实践应用，课堂教学常被看作概念、公式、数学推导等枯燥化学知识的传授过程，轻视了对学生世界观、科学观和科学素质的培养。通过深入挖掘课程中蕴含的思政元素，对“无机化学”课程进行合理化的课程思政教学设计，讲授理论知识的同时融合思想政治教育，不仅可以加深学生对知识的理解和掌握，还可以培养学生掌握科学思维方法，树立正确的世界观、人生观和价值观。例如，将无机化学的发展史、中国传统文化中的标志性成果等思政素材引入“无机化学”教学过程中，使学生了解学科发展历史的同时，开阔学生的知识视野，增强学生的文化自信和爱国主义情怀［2］。通过聚焦科技前沿，分享与专业相关的热点事件，引导学生将所学化学知识运用到生产生活实际，提高学生的科学素养，增强学生的社会责任意识［3］。通过讲好中国科学家的突出贡献和先进事迹，增强学生的民族自豪感和自信心，鼓励学生奋发图强，树立报效祖国、服务人民的远大志向［4］。因此，以原电池教学为例，充分挖掘原电池教学内容中蕴含的思政元素，阐述知识传授与思政教育融合的教学设计思路和具体教学实施过程，以期实现知识传授、价值观塑造和能力培养的多元统一，为“无机化学”课程思政教学设计提供新思路和实例参考。一、主要教学内容和教学方法本次课选取杨怀霞主编的《无机化学》教材中第五章第二节《原电池》作为教学内容。课程主要内容包括：原电池定义与形成条件、单池和双池原电池工作原理、制备水果电池。本次课中基本概念较多、反应原理抽象，学生记忆和理解起来比较困难，主要采用的教学方法有讲授法、实践探究法、启发式教学法、分组讨论法。二、教学设计思想深入挖掘课程中蕴含的思政元素，创新教学方法，使思政元素自然融入“无机化学”课堂教学中，达到“润物无声，化盐入水”的教学效果，实现知识传授、价值观引领和能力培养的多元统一。三、教学目标（一）知识目标掌握原电池的形成条件和工作原理；熟悉单池原电池与双池原电池装置模型、盐桥的功能作用，了解探究原电池在日常生活中的应用。（二）能力目标通过对原电池中知识点关系的分组讨论和分析，培养学生的逻辑思维能力和综合分析能力；通过课上探究原电池形成条件实验，培养学生的实践能力。（三）思想政治目标树立学生真学、真懂、真信、真用的价值观。弘扬善于合作、勤于思考、严谨求实、勇于创新和实践的科学精神。四、教学案例设计（一）新课引入：伏打电池的发明教师通过讲述伏打电池的发明过程，引入课堂并提问，激发学生的求知欲和学习兴趣。伏打电池的发明源于一次青蛙解剖实验产生的灵感。1786年，意大利生物学家伽伐尼在做青蛙解剖实验时，发现两种金属器械同时接触青蛙的大腿，会引起青蛙腿部肌肉的抽搐，仿佛受到电流的刺激，伽伐尼把这种现象称为生物电。这种现象引起了意大利物理学家伏打的极大兴趣，他经过多次重复伽伐尼的“生物电”实验，发现“生物电”产生的关键在于两种金属的金属属性不同。随后，伏打用整整13年的时间反复实验，深入钻研，在1799年制造出第一个人造电源——伏打电池［5］。课程思政教学设计：教师借助于伏打电池发明过程的讲解，培养学生善于观察实验现象的意识，理解科学道路上没有平坦的大道，只有不畏劳苦、锲而不舍才能达到光辉的顶点。（二）概念构建：原电池定义与形成条件原电池定义——借助自发的氧化还原反应将化学能转变成电能的装置。原电池需要满足什么条件才能将化学能转变成电能呢？师生之间通过实验探究（见表1），归纳总结原电池的形成条件：有电解质溶液、有自发的氧化还原反应、两电极材料活泼性有差异、闭合回路。总结为“两极一液一回路”。表1原电池形成条件的探究性实验课程思政教学设计：通过“实验探究—师生互动—归纳总结”的教学模式，有层次、有逻辑地分析原电池的形成条件，培养学生的逻辑思维能力和科学探究精神。（三）本质探析：单池原电池工作原理通过探究性实验，在学生掌握原电池形成条件的基础上，教师提问：原电池的具体工作原理是什么呢？原电池的两个电极中，哪个电极失去电子？哪个电极得到电子？以问题为导向，引出单池原电池模型并讲解工作原理：还原剂Zn片（负极）失去电子，发生氧化反应生成Zn2+，电子通过外电路流向Cu片（正极），氧化剂H+在Cu片上得到电子，发生还原反应生成氢气。完成还原剂Zn和氧化剂H+之间电子的转移。内电路：两电极之间溶液中正负离子的定向移动，外电路：电子由负极经过导线流向正极，构成完整的闭合回路，两个电极反应不断进行，发生有序的电子定向移动，从而产生电流（见图1a）。图1单池原电池和双池原电池模型课程思政教学设计：以问题为驱动，有层次地分析理解单池原电池工作机理，培养学生的逻辑思维能力，树立化学的辩证思维观。（四）本质探析：双池原电池工作原理通过对实验现象的观察，单池原电池虽然产生了电流，但是装置中溶液的温度却升高了，并且电流表指针的偏转并不稳定，这说明产生的电流是不稳定的，这种现象是什么原因引起的呢？请学生分组讨论分析原因。学生代表回答：单池原电池中氧化剂与还原剂直接接触，导致既存在化学能和电能的转化，又有一部分化学能转化成了热能，使装置的温度升高导致电流不稳定，化学能转变成电能效率不高，导致电流强度弱不稳定。教师对学生的回答给予评价，并与学生一起分析解决办法：可以将氧化剂与还原剂分开在不同区域，不直接接触，从而引出双池原电池模型。教师引导学生自主查阅教材和文献资料，归纳总结出双池原电池工作原理及其优点。以Cu-Zn原电池为例：Zn棒（还原剂）失去电子经金属导线流向铜棒，CuSO4溶液中Cu2+（氧化剂）得到电子变为铜单质沉积在铜棒表面。随着反应的进行，ZnSO4溶液中因有过多的Zn2+带过剩正电荷，CuSO4溶液中SO42-的相对过剩带负电荷，这将影响电子从锌棒流向铜棒。由于盐桥的存在，其中的Cl-向ZnSO4溶液扩散，K+向CuSO4溶液扩散，分别中和了过剩的电荷，使反应持续进行，构成闭合回路，产生持续稳定的电流（见图1b）。双池原电池优点：氧化剂和还原剂不直接接触，氧化反应和还原反应在不同区域进行，能量转化率高，电流强度大且稳定，持续时间长。课程思政教学设计：（1）开展分组讨论，组内学生互帮互助，增强学生团队意识和合作精神。（2）引导学生分析单池原电池电能转化效率不高的原因，培养学生分析问题和解决问题能力，渗透从宏观到微观的事物认识规律。（五）知识拓展：水果电池在掌握了原电池形成条件和工作原理的基础上，师生利用柠檬动手制备水果原电池，并分析柠檬电池产生电流的原因。学生讨论后回答：柠檬中富含大量柠檬酸等电解质，将活泼性不同的两种金属导体（铜和锌）插入柠檬中，用导线将两种金属连接构成闭合回路，锌片与柠檬中的酸性物质发生反应失去电子，电子通过导线定向移动流入铜片，产生电流使小灯泡发光。课程思政教学设计：通过趣味水果电池的制作过程，鼓励学生在日常的学习生活中，有意识地培养自身理论联系实际的能力，将所学知识融入实际应用中，努力做到学以致用。（六）总结及任务：知识点总结与布置作业教师总结知识点：本次课我们学习了原电池的定义、形成条件、工作原理，分析了单池和双池原电池的优缺点，利用所学知识设计了柠檬电池，体会到了化学知识的魅力。学生在今后的学习过程中要注意培养创新意识和科学探究精神，开阔国际视野，树立正确的世界观、人生观和价值观，为祖国的伟大复兴和中医药事业的发展贡献自己的一份力量。布置作业：除了水果原电池以外，原电池在我们的日常生活中有着许多应用，如我们常用的干电池、纽扣电池等，都属于原电池，学生课下自主查阅资料，进一步了解我们日常生活中接触到的原电池实例及其工作原理。课程思政教学设计：（1）总结知识点的同时进行思想政治教育引导，强化理论知识学习和思想政治教育教学效果。（2）根据教师布置的任务，课下自主查阅资料进行课外知识