基于OBE理论实施无机化学课程思政教学的案例_刘晓瑭.pdf

76 Univ.Chem.2023,38(1),7687 收稿：2022-03-24；录用：2022-05-31；网络发表：2022-10-11*通讯作者，Email: 基金资助：广东省高等教育教学改革项目(无机化学课程思政的建设与实践)；广东省高校教学团队建设项目(无机及分析化学省级教学团队)教学研究与改革 doi:10.3866/PKU.DXHX202203061 基于基于OBE理论实施无机化学课程思政教学的案例理论实施无机化学课程思政教学的案例 刘晓瑭1,*，余林梁1，陈洁2 1华南农业大学材料与能源学院，广州 510642 2华南农业大学马克思主义学院，广州 510642 摘要：摘要：简要介绍基于OBE理论构建无机化学课程思政教学体系的实施方案和课程目标。重点介绍围绕课程思政目标构建的传统文化和爱国主义、科学精神和科学方法、马克思主义哲学原理、可持续发展理念等素材库，结合典型课堂教学案例展示在课堂教学全过程中将知识传授、能力提升和价值引领凝聚为统一发展的整体，促使学生讨论、反思和体验，推动学生理解认同课程的价值目标并内化为自己的价值自觉和实践行动，达成最大学习成果，很好地实现了课程思政目标。关键词：关键词：课程思政；无机化学；成果导向教育；教学案例 中图分类号：中图分类号：G64；O6 Teaching Case of Course Ideological and Political Education of Inorganic Chemistry Based on OBE Xiaotang Liu 1,*,Linliang Yu 1,Jie Chen 2 1 College of Material and Energy,South China Agricultural University,Guangzhou 510642,China.2 College of Marxist Philosophy,South China Agricultural University,Guangzhou 510642,China Abstract:This study briefly introduces the implementation scheme and curriculum objectives for constructing the ideological and political education system of inorganic chemistry based on outcome-based education(OBE)theory.It introduces the construction of the ideological and political material database for the course in terms of traditional culture and patriotism,scientific spirit and methods,principles of Marxist philosophy,and the concept of sustainable development.Subsequently,it focuses on the methods of designing classroom teaching and demonstrates the practice of organically integrating knowledge transfer,ability improvement,and valuable guidance throughout the teaching process.Through discussions and writing course papers,students are encouraged to debate,reflect,and experience.This approach enables the students to understand and recognize the value of the course objectives and adopt them into their own value consciousness and practical actions to achieve the maximum learning results and effectively realize the ideological and political objectives of the course.Key Words:Course ideological and political education;Inorganic chemistry;Outcome-based education;Teaching case 课程思政在国内众多高校和专业开展得如火如荼，逐渐成为教育界的理论和实践热点15，教育部2020年颁布的高等教育课程思政建设指导纲要(以下简称指导纲要)具体提出了不同专业课No.1 doi:10.3866/PKU.DXHX202203061 77程思政的切入点和重点内容6。无机化学的发展史以及与现代生产生活的紧密联系中都蕴含着深刻的课程思政素材。一线教师们也在积极探讨和实践“课程思政”的建设理念、实施途径和方法等712。我校应用化学专业是国家一流专业，材料化学专业是广东省特色专业，在无机化学的课程思政教学中以“成果导向教育”(Outcome-Based Education，OBE)理论为基础进行了一系列的探索，研发了无机化学课程思政微课件，已获得软件著作权授权13。本文尝试用具体的教学案例说明课程思政素材与各教学环节的知识点有机融合的实践。1 基于基于OBE理论设计无机化学课程思政实施路线理论设计无机化学课程思政实施路线 OBE理论14强调在教学中采用“以学生为中心”的教学方法，帮助学生取得课程目标预定的学习成果。这里所说的成果是学生通过某一阶段学习后所能达到的最大能力，其特点包括：成果不只是学生相信、感觉、记得、知道和了解，更不是学习的暂时表现，而是学生内化到其心灵深处的历程；成果不仅是学生所知、所了解的内容，还包括能应用于实际的能力，以及可能涉及的价值观或其他情感因素；成果应兼顾生活的重要内容和技能，并注重其实用性。这三个特点体现了课程思政属性。基于OBE理论制定的无机化学课程思政实施路线如图1所示。首先依据专业目标确定课程目标；其次依据指导纲要建立素材库并在教学过程中不断优化；然后采用反向设计正向实施的思路完成课堂教学各环节的设计和教学活动；最后通过考核与评价检验教学效果，并反馈到教学内容环节，为下次教学提供持续改进的依据。2 明确课程目标，建构无机化学课程思政教学素材库明确课程目标，建构无机化学课程思政教学素材库 2.1 修订课程教学大纲，明确课程思政目标修订课程教学大纲，明确课程思政目标 无机化学基于OBE理念设定课程目标。依据指导纲要我们将无机化学的课程思政教学目标图图1 无机化学课程思政实施路线图无机化学课程思政实施路线图 78 大 学 化 学 Vol.38分解为三个具体目标：具有追求真理、严谨治学的求实精神和勇攀高峰、敢为人先的创新精神，认识创新在我国现代化建设全局中的核心地位；具有胸怀祖国、服务人民的爱国精神和淡泊名利、潜心研究的奉献精神，理解科技自立自强作为国家发展战略的重大意义；具有较强的持续学习、自我完善的人文素养和社会责任感、使命感，努力把自己的科学追求融入建设社会主义现代化强国的伟大事业之中。2.2 建立特色鲜明的课程思政教学素材库建立特色鲜明的课程思政教学素材库 课程思政素材库的建立是课程思政教学体系的基础。我们主要通过以下途径挖掘课程思政素材，建立素材库：从化学史中寻找影响科学前进走向的关键事件，了解无机化学发展中的重要人物为人类做出的学术贡献和他们的经历、品行及思想；从身边的化学中挖掘素材，将任课教师或本专业教师的科研成果与课程知识点相融合，将化学化工产业发展中的案例与课堂知识相融合，将学校和地方特有的精神、人文等素材与专业知识相融合；从传统文化中挖掘素材，无机化学古而有之，但现代化学主要形成于近现代的西方国家，而同时期的中国正处于内忧外患的风雨飘摇之中，因此，我们将课程思政聚焦于融合中华传统文化，弘扬爱国主义，立志奉献国家、服务人民。2.2.1 中华传统文化和爱国主义情怀中华传统文化和爱国主义情怀 爱国主义是人们对自己家园以及民族和文化的归属感、认同感、尊严感与荣誉感的统一。中华传统文化博大精深、源远流长，相关典籍浩如烟海，是思政教育和价值引领的重要载体。典籍论述和诗词歌赋中包含大量无机化学的实验和现象，将其融入到无机化学教学中，与学生一起从中华传统文化的角度去审视无机化学，用无机化学的原理解释和理解传统文化中的相关表述，既有助于理解无机化学的知识、方法和内涵，又有利于继承和创新传统文化，复原民族根基，增强民族自信。表1是笔者在教学中常用的素材，对标课程思政目标具有较强的持续学习、自我完善的人文素养和社会责任感、使命感，努力把自己的科学追求融入建设社会主义现代化强国的伟大事业之中。表表1 无机化学课程思政教学中常用的中华传统文化素材无机化学课程思政教学中常用的中华传统文化素材 章节 知识点 素材 课程思政目标 绪论 无机化学开篇，劝学 视频：韩公祠，韩愈名言“业精于勤荒于嬉，行成于思毁于随”努力学习，爱家乡爱国家，服务人民 3.化学平衡 可逆反应的概念 化学平衡移动原理 葛洪抱朴子“丹砂烧之成水银，积变又还成丹砂”老子“天之道，损有余而补不足”人文素养 4.原子结构和元素周期律 原子结构 庄子“一尺之椎，日取其半，万世不竭”论语“知之为知之，不知为不知，是知也”人文素养 科学精神 5.分子结构和共价键理论 共价键 分子结构 班固“修学好古，实事求是。”宋应星天工开物“形万变而不穷”科学精神 人文素养 6.晶体结构 晶体结构 诗经“他山之石，可以攻玉”白居易 放言赠君一法决狐疑“试玉要烧三日满，辨才需待七年期”人文素养 7.氧化还原反应 氧化还原的概念 电极电势 葛洪抱朴子“铅性白也，而赤之以为丹，丹性赤也，而白之以为铅”葛洪抱朴子“以曾青涂铁，铁赤色如铜”人文素养 8.卤素 卤化物 许慎说文解字“盐，咸也”人文素养 9.氧族 臭氧 硝酸盐 黄庭坚念奴娇断雨霁虹“断红霁雨，净秋空、山染修眉新绿”范子计然“硝石出陇道”“以硫磺、雄黄合硝石，并蜜烧之”“焰起，烧手面及火尽屋舍”人文素养 爱国情怀 (待续)No.1 doi:10.3866/PKU.DXHX202203061 79(续表1)章节 知识点 素材 课程思政目标 10.氮族 氮气生成氨 砷分族 王安石元丰行示德逢“雷蟠电掣云滔滔，夜半载雨输亭皋。旱禾秀发埋牛尻，豆死更苏肥荚毛”，【谚语】雷雨发庄稼 葛洪的抱朴子“取雌黄、雄黄，侥下，其中铜铸以为器复之百日此器皆生赤乳，长数分”沈括梦溪笔谈记载活字印刷术 人文素养 爱国情怀 11.碳 族 和 硼族 碳的性质 硅的性质 视频：余音演唱咏煤炭(于谦)视频：郑板桥竹石 社会责任感、使命感 人文素养 12.IA、IIA组元素 碱土金属 于谦石灰吟 杜甫客从 人文素养，品格高尚 社会责任感使命感 13.配 位 化 学基础 配位化学发展史 配合物的颜色 屈原离骚“路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。揽茹蕙以掩涕兮，沾余襟之浪浪”，诗经“缟衣茹蕙”白居易忆江南其一“日出江花红胜火，春来江水绿如蓝”人文素养 爱国情怀 14.过渡元素 铁系元素 IIB Cu合金 锰分族 木兰辞“朔气传金柝，寒光照铁衣”葛洪的抱朴子“丹砂烧之成水银，积变又还成丹砂”宋应星天工开物金箔的制作 吕氏春秋“金柔锡柔，合两柔则刚”MnO2是青花瓷的主要成分 人文素养 科学方法 工匠精神 人文素养 文化自信 促进无机化学发展的科学家灿若群星，无论是中外的化学家都深深地爱着自己的祖国(表2)。例如镓、锗、钋、钫的发现者都用自己的祖国来命名其发现的新元素，其中钫的发现者佩里是居里夫人的助手；为了祖国的发展，放弃优渥的生活和工作条件，是国内外伟大科学家的共有品质，如化学领域的阿累尼乌斯、戴安邦、唐敖庆、徐如人、郑兰荪、。无机化学课程要用这些与课程相关的事实塑造学生的爱国主义情操和坚定为国家、为民族奋斗的志向，认识创新在我国现代化建设全局中的核心地位，理解科技自立自强作为国家发展战略的重大意义，努力把自己的科学追求融入建设社会主义现代化强国的伟大事业之中。表表2 科学家的科学精神和爱国情怀主要素材科学家的科学精神和爱国情怀主要素材 章节/知识点 化学家/企业 科学精神 爱国情怀 3.化学平衡/电离理论 阿累尼乌斯 在大学期间，敢于突破权威思想的束缚，提出了不同于主流观念的电离理论 为祖国工作放弃自己的名誉和利益 6.晶体结构/晶体结构 徐如人 首提“现代无机合成化学”，分子筛和多孔材料，水热法晶化合成单晶矢志不渝，不断创新，服务国家8.卤素/氟的用途 邓稼先 氟分离铀同位素，介绍两弹元勋 奉献精神，“两弹一星”精神 9.氧族/元素的发现 居里夫人(法)发现了“类碲”为纪念祖国波兰而命名为“Polonium”10.氮族/氨气 侯德榜/永利 侯氏制碱法 填补我国化学工业空白，提振民族企业 10.氮族/砷分族 14.过渡元素/稀土元素 张青莲 精确测定铟、铱、锑、铕、铈、铒、锗、镝等元素的相对原子质量，被IUPAC确定为新标准 回国发展科学教育和学术研究 11.碳族和硼族/碳单质 郑兰荪 我国原子团簇研究的开拓者 学成立即归国 (待续)80 大 学 化 学 Vol.38(续表2)章节/知识点 化学家/企业 科学精神 爱国情怀 11.碳族和硼族/硅单质 华为(孟晚舟)立足创新，5G领先，芯片断供下自行开发 自立自强 11.碳族和硼族/锗分族 温克勒(德)坚信门捷列夫的预言，不懈努力发现“类硅”为纪念自己的祖国，命名为“Germanium”11.碳族和硼族/铝分族 布瓦博德朗(法)发现“类铝”，验证了人类第一次科学预言的元素 为纪念自己的祖国，命名为“Gallium”(法国古称“高卢”)12.IA、IIA组元素和稀有气体/碱金属 佩里(法)发现了“类铯”学习居里夫人爱国精神，将新元素命名为“Francium”13.配位化学基础/配合物基本概念 戴安邦 用配位化学观点研究胶体溶液；解决国家农业、工业、医药等领域重大关键问题 学成归国，根据国家发展需要转换研究领域，并做出杰出贡献 13.配位化学基础/晶体场理论 唐敖庆 提出配位场理论 14.过渡元素/稀土元素 徐光宪 从事核燃料萃取化学研究，制造钚；后转向稀土分离和萃取的研究，创立了稀土串级萃取理论，使我国的稀土分离技术和产业化水平跃居世界首位，确立中国的世界稀土强国地位 艰难岁月中刻苦求学、学成归国；坚持“立足基础研究，面向国家目标”的研究理念，以身许国，攻克国家急需技术 2.2.2 科学精神和科学方法科学精神和科学方法 科学的课程必然要讲科学技术中包含的科学精神和共同体利益，要深刻体会科学发展中透射出的信仰真理之光，体现出的实事求是、探索创新的精神以及科学伦理、学术道德等。科学精神和品德主要包括崇实、贵确、求真、创新、存疑等精神以及树立高尚理想、为道献身、艰苦创业、勤奋不懈、谦虚好学、乐于协作等高尚品德15。无机化学作为典型的自然学科，在其发展过程和发现研究中必然蕴含着尊重实验事实的科学精神和逻辑严密的科学思维，教师在课堂上有意识地总结和概括，必定会使学生感受到科学精神的力量，逐渐形成科学的方法论。化学发展过程中经历的重大事件，都蕴含着科学思维、科学方法和创新方法；百余年来诺贝尔化学奖的获得者和获奖理由以及我国无机化学各领域的创始人及其贡献，都蕴含着深刻的科学精神和科学伦理，如表2和表3所示，体现了课程思政目标中“追求真理、严谨治学的求实精神，勇攀高峰、敢为人先的创新精神和淡泊名利、潜心研究的奉献精神”。拉瓦锡发现了氧气，从实验的角度验证并总结了质量守恒定律，将化学从定性研究转向了定量研究。阿累尼乌斯在上大学期间突破权威思想，提出不同于主流观点的电离理论。通过这些故事，学生既了解了科学事实，也体会到科学发展的艰辛，跟着科学家一起进行研究和探索，还感受了科学家尊重事实、追求真理的人格魅力，科学精神和科学方法论就这样慢慢形成和建立。测定分子偶极距是确定分子结构的一种实验方法，德拜因此获得1936年诺贝尔化学奖，学生可以认识到科学的结论来源于科学的研究方法和严密的实验数据，任何理论都要经过实验的检验，要符合测定结果的事实，而不是相反。再如，徐光宪先生以身许国从事核燃料萃取化学研究，筹建核燃料后处理厂，制造原子弹原料钚。之后转向稀土分离和萃取方面的研究，提出了稀土串级萃取理论，“一步放大”，直接应用于生产实际，引导稀土分离技术的全面革新，使中国稀土分离技术达到国际先进水平，促进了中国从稀土资源大国向高纯稀土生产大国的飞跃，获得2008年度国家最高科学奖。从徐先生的经历中，不仅能够了解科学研究方法和知识的迁移，更能感受先生胸怀祖国、服务人民的爱国精神。化学发展史上也不乏违背科学精神和科学伦理的实例，例如托马斯米基利的两大发明四乙基铅和氟利昂的兴衰史，可以看到科学技术既能给人类带来巨大的物质利益，同时也可能隐藏着致命的危机。在科学研究和成果推广中，一定要兼顾经济与社会效益。No.1 doi:10.3866/PKU.DXHX202203061 81表表3 科学精神和科学方法常用的课程思政素材科学精神和科学方法常用的课程思政素材 章节 知识点 素材 课程思政目标 绪论 化学发展史 纪录片：百年化学 科学精神和科学方法 1.化学基础 知识 导入 马克思名言“在科学上没有平坦的大道，只有不畏劳苦沿着陡峭山路攀登的人，才有希望达到光辉的顶点”科学精神 理想气体状态方程 波义尔定律(物理化学第一个定律)，将化学从自然哲学中分离出来，成为独立的科学，倡导实验 求实、创新精神 化学反应速率 首个诺贝尔化学奖，1901年，范德霍夫“发现了化学动力学法则和溶液渗透压”热爱化学，创新思维 2.热力学基础 热力学第一定律 拉瓦锡：质量守恒定律(化学研究由定性到定量)，氧气的发现 科学方法 热力学第三定律 1920年诺贝尔化学奖，Walther Hermann Nernst“对热化学的研究”，热力学第三定律16 吉布斯奠定了化学热力学的基础，范特霍夫在吉布斯研究的基础上开展研究，经能斯特发展 科学家的严谨和坚持淡泊名利，科学研究的持续发展，科学方法3.化学平衡 酸碱理论 1903年诺贝尔化学奖，阿累尼乌斯“提出了电离理论”(阿累尼乌斯公式，Tk)热爱专业，创新思维 化学平衡的移动 1900年勒夏特列为研究化学平衡做合成氨实验，发生爆炸，未究原因，而放弃17 实事求是、严谨 4.原子结构和元素周期律 核外电子运动 德布罗意联立质能方程和光子能量公式预言微观粒子的波粒二象性；薛定谔方程和波尔量子理论；保里不相容原理的发现过程 创新思维和创新的科学研究方法；科学伦理 元素周期表的 发现 恩格斯评价“门捷列夫不自觉地应用黑格尔的量转化为质的规律，完成了科学上的一个勋业。这个勋业可以和勒维耶计算尚未知道的行星海王星的轨道的勋业居于同等地位”18 科学方法 量变到质变的辩证法原理 5.分子结构和共价键理论 共价键理论 1954年诺贝尔化学奖，鲍林“对化学键的性质的研究以及在对复杂物质的结构的阐述上的应用”；1962年诺贝尔和平奖，反对核武器，促进核不扩散 创新思维、科学方法和科学家的社会责任感 6.晶体结构 偶极矩的测定1936年诺贝尔化学奖，德拜“通过对偶极矩以及气体中的X射线和电子的衍射的研究来了解分子结构”科学方法 晶体结构 2011年诺贝尔化学奖，达尼埃尔谢赫特曼“准晶体的发现”创新精神 能带理论 1986年发现氧化物陶瓷材料的超导电性，是研究思路(从金属到其他材料)的突破；赵忠贤院士的贡献；超导材料研究快速发展 创新思维，良性的竞争促进科学的发展 7.氧化还原 反应 能斯特方程 能斯特发明了白炽灯、提出了第三热力学定律；将成绩的取得归功于导师的培养，自己也毫无保留地把知识传给学生，学生中有三位诺贝尔物理奖获得者19 跨领域研究的创新能力 尊师重教 元素周期表简介 门捷列夫与元素周期表20 视频：元素之歌 科学方法，科学精神 8.卤素氟的制备 1906年，亨利莫瓦桑(法国)“研究并分离了氟元素，并且使用了后来以他名字命名的电炉”科学方法，为科学献身的精神 氟的用途 小托马斯米基利的两大发明四乙基铅和氟利昂的兴衰史 科学伦理 9.氧族 臭氧 1995年诺贝尔化学奖，保罗克鲁岑、马里奥莫利纳、弗兰克舍伍德罗兰“对大气化学的研究，特别是有关臭氧的形成和分解的研究”科学家的社会责任感 硫单质 视频：硫化橡胶Good Year 潜心研究 (待续)82 大 学 化 学 Vol.38(续表3)章节 知识点 素材 课程思政目标 10.氮族 氨 1918年诺贝尔化学奖，弗里茨哈伯“对从单质合成氨的研究”，及主持化学武器的研发和化学战 1931年诺贝尔化学奖卡尔博施、弗里德里希贝吉乌斯“发明与发展化学高压技术”2007年诺贝尔化学奖，格哈德埃特尔“对固体表面化学进程的研究”科学精神和科学伦理 科学技术的持续研究 硒和碲 CdSe和CdTe量子点的发展 学科前沿 11.碳族和硼族 碳单质 1996年诺贝尔化学奖，罗伯特柯尔、哈罗德克罗托、理查德斯莫利“发现富勒烯”钱逸泰院士用Wurtz反应以金属钠还原四氯化碳制备金刚石粉末 学科前沿 创新精神 硅单质 视频：芯片为什么这么难做？高科技摇篮硅谷“八叛逆”的故事 科学精神创新精神 硼烷 1976年诺贝尔化学奖，威廉利普斯科姆“对硼烷结构的研究，解释了化学成键问题”创新精神 科学方法 12.IA、IIA组元素和稀有气体 碱金属 2019年诺贝尔化学奖，Goodenough“在锂离子电池的发展方面作出的贡献”视频：锂离子电池工作原理 刻苦钻研，科学精神 碱土金属 纪录片：居里夫人 科学精神 稀有气体 1904年诺贝尔化学奖，Sir William Ramsay“发现了空气中的惰性气体元素并确定了它们在元素周期表里的位置”热爱化学，科学方法 13.配位化学 基础 配合物基本概念 1913年诺贝尔化学奖，维尔纳“分子内原子连接的研究，特别是在无机化学研究领域”21 追求真理，科学方法，科学精神 影响配合物稳定的因素/配合物的颜色 1930年诺贝尔化学奖，汉斯费歇尔“对血红素和叶绿素的组成的研究，特别是对血红素的合成的研究”热爱化学，科学方法 配合物的应用 戴安邦研究铂系配合物抗癌药物和机理，及癌症用药研究前沿 科学研究方法，学科 前沿 14.过渡元素 钒分族 钒氮合金是攀枝花钢铁公司独创创新精神，民族自信 内过渡元素 稀土元素分离的百年历程 科学精神 2.2.3 马克思主义哲学原理马克思主义哲学原理 科学的发展与辩证唯物主义和历史唯物主义是不可分割的。无机化学的发展过程、具体内容都遵循着辩证唯物主义和历史唯物主义的原理，主要素材如表4所示。在教学中与学生讨论和总结其中蕴含的哲学原理，有助于他们形成正确的世界观和掌握科学的方法论。无机化学中观察到物质的物理化学性质归根结底是由物质的结构决定的，体现着本质和现象的对立统一关系；物质结构百余年的研究发展史就是建立在世界是物质性的认识基础上的，唯物论是其全部知识的基石。无机化学理论和实践的发展也是对马克思主义哲学思想的有力论证，教师用学科的最新研究成果来诠释马克思主义的唯物辩证法。无机化学发展史是曲折的螺旋式上升的，教师对科学史的客观生动的讲授和评述本身就是践行马克思主义哲学原理。2.2.4 可持续发展的理念和实践可持续发展的理念和实践 全球可持续性发展不仅仅是一个挑战，而且是21世纪的决定性挑战。可持续性作为一个值得研究的课题为学生提供了新的学习内容，作为一个值得解决的问题为学生带来了可以思考和发问的新 No.1 doi:10.3866/PKU.DXHX202203061 83表表4 无机化学中体现马克思主义哲学原理的主要知识点无机化学中体现马克思主义哲学原理的主要知识点 章节 知识点 体现的哲学原理 1.化学基础知识 化学反应速率的决定因素和影响因素 内因和外因的关系 3.化学平衡 化学平衡的决定因素和影响因素 内因和外因的关系 主要矛盾和次要矛盾原理 化学平衡 质量互变规律、矛盾的对立统一原理 4.原子结构和元素周期律 元素周期表 量变到质变，实践理论再实践的认识论，本质和现象的对立统一关系 原子结构的发现：实心小球模型葡萄干枣糕模型行星模型波尔模型电子云模型 电子的波粒二象性 否定之否定 5.分子结构和共价键理论 共价键理论：路易斯理论价键理论杂化轨道理论价层电子对互斥理论分子轨道理论 否定之否定，认识的螺旋式发展 6.晶体结构 离子极化学说 结构决定性质、性质反映结构 物质的相互联系 现象和本质 8.卤素 氟的特殊性一般性与特殊性的原理 氟、氯、碘、硒等元素在人体内的作用(其他微量元素如硒)质量互变规律13.配位化学基础 配合物结构的理论：配合物价键理论晶体场理论分子轨道理论配位场理论 认识实践再认识再实践 问题，帮助他们想象并实现可持续的未来22。学生在学习化学过程中应该有机会了解人类所面临的问题、思考应该做什么和怎么做，以及自己在为人类的可持续发展提供可行的解决方案中能做的工作，并且准备好用化学知识为解决这些问题提供自己的策略。在课程学习过程中，应该给学生提供更多的可以使每个人的生活发生变化的化学信息，以便学生能够利用这些信息以及对化学的深入了解，来应对今天和明天的挑战。这也是我们课程思政中的重要内容，主要素材见表5。3 反向设计、正向实施的课程思政教学反向设计、正向实施的课程思政教学 OBE理论的实施原则之一就是以最终学习成果为起点，反向设计，正向实施。在教学设计中依据课程教学目标，寻找实现途径，将思政元素融入知识点(表1表5)，即反向设计；在教学中则以知识点为根本，将隐含于知识中的思政元素显化，在知识传授中顺理成章地带出科学知识及其发展中蕴含的认知基础、价值取向，使学生在“求真”的同时得到正确的世界观和价值观的启示，涵养人文情怀和科技伦理，即正向实施。每次课的教学包括课前预习/自学、课堂讲授和课后实践三个环节(图1)，在此重点介绍BOPPPS六环节课堂教学中的课程思政融合。3.1 导入导入(Bridge-in)成功的导入是课堂达成学习目标的首要环节，导入的形式可以多种多样。多年来，笔者采用“Morning Buzz”环节作为导入，每次开始上课前，选取与课堂教学内容相关的诗词歌赋、文献典籍以及学科发展前沿、生活实例、国家政策、社会热点、名人名言等与学生讨论哲学、阅读、科学、教育、时事、政策等，并顺其自然地引入本次课的教学内容。例如，3月12日是植树节、3月21日是世界森林日、3月22日是世界水日，都是引入可持续发展理念的素材和节点，从时事自然地进入课堂教学中的知识点。再如，用余音演唱明代诗人于谦的咏煤炭作为碳族课堂教学的导入，余音是焦裕禄的外孙，视频中有焦裕禄的雕像和坐过的藤椅，在余音的深情演绎中，深刻体会到焦裕禄燃84 大 学 化 学 Vol.38烧自己服务人民的精神，同时从诗句中提炼出化学问题。“碱金属和碱土金属”用于谦的石灰吟导入，学生通过作品感受民族英雄于谦的爱国情怀和“要留清白在人间”的人生气节，诗句中涉及的化学反应式自然地将课程引入主题。配位化学基础节选屈原“离骚”中的诗句(图2a)，学生从中感受到诗人深沉的爱国情怀和自强不息的报国之志，并认识“茹蕙”，在诗经中用“缟衣茹蕙”描写了身着白衣系着红色腰带的朴素姑娘，表明我国西周时期就使用配合物做染料(图2b)。学生了解了文学作品中所蕴含的科学知识，既是知识和文化的传承、也是爱国主义素材。图图2 配位化学基础第一次课的课件截图配位化学基础第一次课的课件截图 3.2 学习目标学习目标/成果成果(Objective/Outcome)学生在开始学习前应明确本次课程的学习目标，或者可以取得的学习成果。笔者每次课都是用“今日主题”展示课程主要内容和学习目标，包括所要达成的课程思政目标，学生既可以有目标地进行学习，也可以作为检验学习效果的提示。3.3 前测前测(Pre-assement)和后测和后测(Post-assessment)前测和后测就是在课程开始前和主要教学内容讲授完成后，进行的快速的小测，用以检验上次课的学习成果或本次课的预习效果及本次课学习情况。一般用12个选择题或填空题，测验内容以知表表5 体现可持续发展理念的课程思政素材体现可持续发展理念的课程思政素材 章节 知识点 素材 绪论 化学发展史 纪录片：百年化学 1.化学基础知识 化学反应速率 催化反应对科学持续发展的重要性 2.热力学基础 热化学 生物燃料等清洁能源 3.化学平衡 化学平衡的移动 侯德榜发明的联合生产合成氨与碱的工艺 4.原子结构和元素周期律 原子结构 绿色化学的方法之一“原子经济”法，将反应物中的大部分或全部原子最终变为目标产物分子的一部分 6.晶体结构 晶体结构 北京冬奥会火炬的新材料 7.氧化还原反应 氧化还原反应 绿色化学方法光氧化还原酶具有氧化还原双重作用且反应条件温和，被用来合成医药领域中重要的化合物中间体 8.卤素 氟 氟利昂的发明和禁用 9.氧族 过氧化氢“零排放”的绿色化学制备方法 硫的氧化物 视频：酸雨是怎样形成的？10.氮族 氨 生物固氮技术 氮的氧化物 纪录片：大雾伦敦 11.碳族和硼族 二氧化碳 动画片：回忆积木屋(温室效应)12.IA、IIA组元素和稀有气体 碱金属 视频：锂离子电池工作原理 14.过渡元素 内过渡元素 视频：翟志刚谈地球，核能 No.1 doi:10.3866/PKU.DXHX202203061 85识点为主，也可以体现课程思政的内容。例如，在碳族用“以下气体属于温室气体的是：(a)CO2；(b)CH4；(c)N2O；(d)CCl2F2；(e)O3”作为前测或后测，就兼顾了元素性质的知识点和可持续发展的课程思政要素。3.4 参与式学习参与式学习(Participatory Learning)OBE强调的是以学生为中心的教学，通过参与式学习学生不仅能知道和了解知识，还能提高实际应用能力和生活技能，从而将其中涉及的价值观或其他情感因素内化到其心灵深处。在无机化学教学中常采用问题导向学习(Problem-based learning，PBL)、体验式、探究式、小组学习等参与式学习方法。3.4.1 案例案例1 综合选用课程思政素材，设计小组探究式学习内容综合选用课程思政素材，设计小组探究式学习内容 在学习铅的性质时，给出如下材料：葛洪是东晋道教学者、炼丹家(化学家)、医药学家。在抱朴子的黄白卷中说，“铅性白也，而赤之以为丹，丹性赤也，而白之以为铅”。葛洪的名著肘后备急方中记载了多种药物，其中密陀僧(PbO)被现代医学证明具有消毒杀菌作用，可用来做防腐剂。民间酿酒，有时会出现酸味，有人用以下的方法除去酒中酸味：把在空气中加热过的铅投入酒中，加盖，不久酒的酸味消失并具有甜味。四乙基铅是托马斯米基利发明的汽油抗爆剂，为了隐瞒铅的存在，刻意称其为“乙基”；在回应质疑的新闻发布会上，米基利将四乙基铅洒在手上，并足足闻了瓶子里的四乙基铅一分钟之久，以混淆视听；米基利因此项发明获得了金钱和地位；20世纪90年代含铅汽油被各国禁用。2019年1月，九部门联合印发废铅蓄电池污染防治行动方案，整治废铅蓄电池非法收集处理污染环境，提高废铅蓄电池规范收集处理率。要求学生以小组为单位，查阅文献并讨论以下问题：(1)材料中的“丹”指的是什么物质？写出涉及的化学反应；有人说“葛洪最早发现了可逆反应”，这样的说法对吗？为什么？(2)古代和现代如何获得密陀僧？(3)写出材料中涉及的反应方程式，并评价这个方法。(4)用化学反应式表示材料中四乙基铅的合成方法，并讨论四乙基铅合成和使用中的安全性，应如何评价发明者米基利的行为？为什么直到20世纪90年代才禁用含铅汽油？(5)铅蓄电池的电极反应如何？计算其标准电动势，并与实际标称电压对比。(6)废铅蓄电池应如何处理？若不能规范收集处理会造成哪些污染？(7)根据上述素材画出物质间相互转化的思维导图，并总结铅及其化合物的性质。本设计中涵盖了铅的物理性质、化学性质、氧化还原反应的概念和计算、可逆反应的概念等知识点，包含了中华传统文化、科学伦理、化学在生活中的应用和可持续发展等课程思政元素。在课堂上各组代表用ppt形式展示各自的学习成果。结果表明他们查阅了大量的资料，不仅包括知识点本身，也包括对历史人物和政策文件的了解，对科学的双刃剑性质和科学家的道德底限的思考。在课件的制作和展示过程中，不仅学习了相应的知识点、提高了自主学习能力，也将文化自信、科学精神、科学方法和可持续发展理念等潜移默化地融入每个人的价值观体系中，增强了学生的责任感和使命感。3.4.2 案例案例2 通过课堂讨论和课程论文，不断强化可持续发展理念通过课堂讨论和课程论文，不断强化可持续发展理念 在化学热力学的教学中，课前发布预习提纲、阅读素材及查阅资料的思路，在课堂教学中与学生讨论能量的获得、煤的燃烧、生物燃料等替代能源的获得以及结合化学动力学影响因素来探讨绿色化学家特别重视催化反应的原因，得出高效利用能源和寻求绿色能源的方式。在元素的学习中，将物质性质的学习融合在相应的环境问题和解决策略之中，然后通过总结引发讨论和思考。在卤素的学习中围绕氟利昂等对臭氧层的破坏讨论应对气候变化的策略(图3a)，以及由次氯酸作为净水剂引出的关于自来水净化和节水方式的讨论，在氧族的臭氧学习中更进一步讨论相关的机理；在氧族的学习中，通过H2O2的制备方法，重点了解“零排放”的绿色化学工艺这种实现可持续发展的重要途径，在今后设计实验和研发新物质时要关注到绿色化生产、节约能源等问题，树立可持续发展的观念；氮族的关注点是海洋酸化和酸雨的形成及治理方案(图3b)，以及由氮和磷造成的水质富营养86 大 学 化 学 Vol.38化问题；碳族聚焦于温室效应及应对策略(图3c)。在此基础上，学生通过讨论、查阅文献，自拟题目按照学术论文的格式每人完成一篇30008000字的课程论文(图3d)。图图3 元素教学中与可持续发展理念相关的讨论和课程论文的课件截图元素教学中与可持续发展理念相关的讨论和课程论文的课件截图 3.5 总结总结(Summary)课堂小结包括本次教学涉及到的知识点和价值取向，不是戛然而止的罗列，而是余音绕梁的思考。配位化学基础的最后一次课是晶体场理论及配合物的颜色，课程的总结包括两点：1)配合物的显色机理有dd跃迁和电荷跃迁，若中心原子为稀土离子则会发生df跃迁和ff跃迁，如北京大学黄春辉院士团队制备的Eu配合物中Eu的发光机理为df跃迁和ff跃迁(图4)，可应用于OLED显示领域23；2)配合物结构的理论不止价键理论和晶体场理论，这些理论中还未解决的问题将在唐敖庆先生建立的配位场理论和其他理论中获得解决，用唐先生学术报国的情怀为学生后续学习提供动力。图图4 Eu-1(a)和和Eu-2(b)的单晶结构及对应的荧光光谱的单晶结构及对应的荧光光谱(c)和和(d)(a)和(b)中：Eu青色，B粉色，N蓝色，C灰色，F绿色，H白色；电子版为彩图 4 教学反馈教学反馈 无机化学课程思政教学的评价和反馈多年来都有一定的共性。学生学习成果调查表明，学生印象最深的环节是每次课的“Morning Buzz”，感觉别开生面，超越了学科和时空界限，思路开阔、受益匪浅；大多数的学生认为自己的学习方法、研究方法得到了提升，了解了科学精神和科学本质，(a)(b)(c)(d)No.1 doi:10.3866/PKU.DXHX202203061 87提高了质疑能力和创新意识；在课程中了解了学科前沿进展，提高了学习兴趣，发现了学科和专业的研究方法，看到了学科和专业发展的延续性和广阔的前景；感受到了自己的社会责任感和历史使命感，有强烈