無(wú)機(jī)與分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程思政案例設(shè)計(jì)與探討*

張麗影，那立艷，王 茹，華瑞年

(大連民族大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，遼寧 大連 116600)

2016年12月，習(xí)近平總書(shū)記在全國(guó)高校思想政治工作會(huì)議上指出，高校教育“要堅(jiān)持把立德樹(shù)人作為中心環(huán)節(jié)，把思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過(guò)程，實(shí)現(xiàn)全程育人、全方位育人”[1]。無(wú)機(jī)與分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)作為化學(xué)相關(guān)專(zhuān)業(yè)學(xué)生接觸到的第一門(mén)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課，其教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生熟悉并掌握無(wú)機(jī)與分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本知識(shí)和基本操作技能，學(xué)會(huì)正確觀察反應(yīng)現(xiàn)象及數(shù)據(jù)處理方法，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，良好的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)，以及對(duì)問(wèn)題的觀察、分析、判斷和解決的能力。教學(xué)內(nèi)容上既包括基本技能訓(xùn)練，又適度增加綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。如何找準(zhǔn)課程思政點(diǎn)，通過(guò)何種途徑加以實(shí)施，如何對(duì)思政教學(xué)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，都需要在教學(xué)過(guò)程中不斷思考并嘗試。

HCl溶液的配制與標(biāo)定是《無(wú)機(jī)與分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)》中的必做實(shí)驗(yàn)，屬于驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)[2]。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上，利用基準(zhǔn)物質(zhì)Na2CO3對(duì)配置的HCl溶液進(jìn)行濃度標(biāo)定。實(shí)驗(yàn)操作上，主要為移液管和容量瓶的使用以及酸堿滴定。如何在這樣一個(gè)原理清晰、操作相對(duì)簡(jiǎn)單的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)中，挖掘課程思政點(diǎn)并通過(guò)行之有效的手段融入教學(xué)過(guò)程，筆者對(duì)這一案例進(jìn)行了詳細(xì)分析。

1 思政教學(xué)目標(biāo)

1.1 知識(shí)素養(yǎng)

(1)掌握酸堿滴定的基本原理；(2)掌握酸堿指示劑的變色原理。

1.2 能力素養(yǎng)

(1)學(xué)習(xí)溶液的配制方法；(2)學(xué)習(xí)酸堿滴定基本操作；(3)掌握酸堿滴定的基本要點(diǎn)。

1.3 科學(xué)素養(yǎng)

(1)能夠從物質(zhì)結(jié)構(gòu)變化的角度理解酸堿指示劑變色的本質(zhì)。

(2)能夠從化學(xué)計(jì)量點(diǎn)和滴定終點(diǎn)的差異出發(fā)，理解誤差及科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性。

1.4 人文素養(yǎng)

理解和體會(huì)安全意識(shí)和規(guī)范操作在化學(xué)行業(yè)中的重要性，學(xué)會(huì)利用辯證唯物論的觀點(diǎn)認(rèn)識(shí)世界，透過(guò)現(xiàn)象看到本質(zhì)。

2 思政融入點(diǎn)

根據(jù)設(shè)定的思政教學(xué)目標(biāo)，將教學(xué)內(nèi)容分解為四個(gè)部分，并在其中引入相應(yīng)的思政點(diǎn)，具體如表1所示。

表1 《HCl溶液的配制與標(biāo)定》課程思政融入點(diǎn)

3 教學(xué)過(guò)程及實(shí)施途徑

3.1 HCl溶液的配制

(1)課前

圖1 課前發(fā)送給學(xué)生的預(yù)習(xí)視頻資料

利用雨課堂向?qū)W生推送預(yù)習(xí)視頻，同時(shí)標(biāo)注重點(diǎn)：濃鹽酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為37%)具有極強(qiáng)的揮發(fā)性，打開(kāi)盛有濃鹽酸的容器后，HCl氣體揮發(fā)與空氣中的水蒸氣結(jié)合產(chǎn)生鹽酸小液滴，使瓶口上方出現(xiàn)酸霧。學(xué)生通過(guò)觀看視頻，初步了解鹽酸的基本特性，主要用途，同時(shí)明確鹽酸具有強(qiáng)烈的刺鼻氣味，具有較高腐蝕性等特點(diǎn)。同時(shí)，以2017年6月深圳龍崗HCl泄露事故為例，使學(xué)生理解化學(xué)工業(yè)中，安全意識(shí)和規(guī)范操作的重要性。

(2)課堂

課堂上，首先與同學(xué)交流對(duì)HCl泄露事故的觀后感，引出近年來(lái)國(guó)內(nèi)高校化學(xué)實(shí)驗(yàn)室危險(xiǎn)事故頻發(fā)，如南京大學(xué)發(fā)生的甲醛泄露事故、北京交通大學(xué)發(fā)生的實(shí)驗(yàn)室爆炸等，指出實(shí)驗(yàn)室安全狀況不容忽視，任何一個(gè)小小的疏忽，都是有可能釀成嚴(yán)重事故的隱患。在示范鹽酸配制的過(guò)程中，指出每一步驟的注意事項(xiàng)及防護(hù)重點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)必須嚴(yán)格遵守實(shí)驗(yàn)流程規(guī)定(如遇誤將鹽酸撒到身上并造成腐蝕時(shí)，除用大量水沖洗外，要涂抹硼堿或稀氨水中和)[3]。隨后，通過(guò)介紹實(shí)驗(yàn)室及工業(yè)上常用的廢棄HCl處理方法，引出環(huán)境保護(hù)問(wèn)題。最后，回顧課前推送的預(yù)習(xí)視頻，總結(jié)HCl雖危險(xiǎn)，但其用途極為廣泛，與人們的生產(chǎn)生活密切相關(guān)。不能因HCl的危害而拒絕使用，害怕使用，不能因噎廢食，嚴(yán)格遵守操作規(guī)范，提高安全意識(shí)，即可有效避免危害。

3.2 HCl溶液的標(biāo)定

HCl具有揮發(fā)性，因此配制的HCl溶液需要利用基準(zhǔn)物質(zhì)NaCO3標(biāo)定方能確定其準(zhǔn)確濃度。碳酸鈉標(biāo)定鹽酸的化學(xué)反應(yīng)方程式是：2HCl+Na2CO3=2NaCl+H2O+CO2

將本部分教學(xué)內(nèi)容細(xì)化為三個(gè)方面，并逐一引入相應(yīng)的思政點(diǎn)。

(1)化學(xué)計(jì)量點(diǎn)和滴定終點(diǎn)

圖2 雨課堂發(fā)送給學(xué)生的習(xí)題

雨課堂發(fā)送選擇題，了解學(xué)生對(duì)化學(xué)計(jì)量點(diǎn)和滴定重點(diǎn)概念的認(rèn)知程度，明確化學(xué)計(jì)量點(diǎn)和滴定重點(diǎn)的差值即為滴定誤差。誤差與錯(cuò)誤不同，錯(cuò)誤是應(yīng)該而且可以避免的，而誤差是不可能絕對(duì)避免的。由洛倫茲提出的“蝴蝶效應(yīng)”入手，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到事物發(fā)展的結(jié)果，對(duì)初始條件具有極為敏感的依賴(lài)性。滴定過(guò)程中，藥品稱(chēng)量的準(zhǔn)確性、指示劑的匹配性、操作的規(guī)范性等，均對(duì)最終的誤差產(chǎn)生影響。通過(guò)對(duì)不同指示劑變色范圍的對(duì)比，計(jì)算終點(diǎn)誤差值，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生對(duì)科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性進(jìn)行討論。

(2) 酸堿指示劑

像科學(xué)上的許多其它發(fā)現(xiàn)一樣，酸堿指示劑的發(fā)現(xiàn)是化學(xué)家善于觀察、勤于思考。勇于探索的結(jié)果。以玻義耳發(fā)現(xiàn)指示劑的過(guò)程為例，通過(guò)對(duì)科學(xué)家們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神、嚴(yán)密的科學(xué)方法、崇高的科學(xué)品質(zhì)以及對(duì)真理的不懈追求的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)方法、科學(xué)精神與科學(xué)態(tài)度。

圖3 甲基橙酸式結(jié)構(gòu)和堿式結(jié)構(gòu)

酸堿指示劑一般是某些有機(jī)弱酸或弱堿，或是有機(jī)酸堿兩性物質(zhì)，它們?cè)谒釅A滴定過(guò)程中參與質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，因分子結(jié)構(gòu)的改變而引起自身顏色的變化，并且這種顏色伴隨結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變是可逆的。例如酚酞，甲基橙等。酸堿指示劑的變色原理蘊(yùn)含著深刻的哲學(xué)原理，即唯物辯證法的核心—矛盾的對(duì)立統(tǒng)一規(guī)律。指示劑的酸式結(jié)構(gòu)和堿式結(jié)構(gòu)就是對(duì)立的矛盾雙方，它們之間具有相互排斥、相互分離的屬性，在溶液中互相競(jìng)爭(zhēng)者存在。另一方面，二者有具有相互吸引、相互聯(lián)結(jié)的統(tǒng)一屬性，它們共同存在于溶液之中，根據(jù)溶液中H+濃度的改變而相互轉(zhuǎn)化，酸式結(jié)構(gòu)失去一個(gè)H+離子后轉(zhuǎn)變?yōu)閴A式結(jié)構(gòu)，反之堿式結(jié)構(gòu)得到一個(gè)H+離子轉(zhuǎn)化為酸式結(jié)構(gòu)。二者之間存在相互影響、相互制約的關(guān)系。將唯物辯證法等基本哲學(xué)原理與科學(xué)認(rèn)識(shí)論滲透到教學(xué)中，從辯證的視角看待無(wú)機(jī)與分系化學(xué)的概念、原理與方法，促進(jìn)對(duì)化學(xué)理論的深入理解[4]。

(3)滴定突躍

Na2CO3標(biāo)定HCl的過(guò)程是體系由堿性逐漸過(guò)渡到酸性的過(guò)程，隨著溶液中H+濃度逐漸的積累，體系的pH值逐漸降低，緩慢發(fā)生變化。在化學(xué)計(jì)量點(diǎn)前后0.1%時(shí)，體系pH發(fā)生急劇下降，完成了由堿性到酸性的質(zhì)變，完成了突躍。突躍的本質(zhì)正是符合辯證唯物主義中的質(zhì)量互變規(guī)律，即處于不斷變化之中的事物，在其每次由一種性質(zhì)變化到另一種性質(zhì)的過(guò)程中，總是由微小的變化(即量變)慢慢積累開(kāi)始，當(dāng)這種積累達(dá)到一定程度就會(huì)導(dǎo)致事物由一個(gè)性質(zhì)變化到另一個(gè)性質(zhì)(即質(zhì)變)[5]。

在標(biāo)定過(guò)程中，如果消耗的HCl為20 mL，那么真正使溶液的pH發(fā)生急劇變化的，僅是19.98～20.02 mL之間的0.04 mL，這一小小的體積使體系的H+濃度近乎變化了10000倍。這正如人生的道路一樣，如果把人生比作100步，99步是一半，1步是一半，最后一步的心理難度其實(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)之前的99步，但這一步，卻最為關(guān)鍵的，再多付出千分之二的努力，我們就可以實(shí)現(xiàn)人生的突躍。

4 教學(xué)效果評(píng)價(jià)

(1) 知識(shí)層面

掌握強(qiáng)酸溶液的配制及標(biāo)定方法，理解誤差的含義及酸堿滴定的本質(zhì)。

評(píng)價(jià)方式：預(yù)習(xí)視頻觀看時(shí)間，課堂答題，彈幕、投稿發(fā)言情況。

(2)能力層面

掌握酸堿滴定的基本操作要點(diǎn)，并能夠從微觀物質(zhì)結(jié)構(gòu)變化的角度理解化學(xué)反應(yīng)變化過(guò)程。

評(píng)價(jià)方式：自制指示劑并錄制視頻提交。

(3)素質(zhì)層面

理解和體會(huì)安全意識(shí)和規(guī)范操作在化學(xué)行業(yè)中的重要性，學(xué)會(huì)利用辯證唯物主義思想認(rèn)識(shí)世界。

評(píng)價(jià)方式：實(shí)驗(yàn)報(bào)告中增設(shè)實(shí)驗(yàn)體會(huì)一項(xiàng)。

5 結(jié) 語(yǔ)

本案例的思想政治素材主要以講授和討論為主。課前，利用雨課堂向?qū)W生推送HCl的性質(zhì)及發(fā)生泄露事故的視頻，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到安全生產(chǎn)和規(guī)范操作的重要性。課上，示范HCl溶液的配制以及滴定過(guò)程，通過(guò)師生互動(dòng)，教師向?qū)W生提問(wèn)，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)HCl的重要作用，規(guī)范操作并合理處理廢棄酸液，我們就能用好這把雙刃劍。通過(guò)雨課堂發(fā)送習(xí)題，了解學(xué)生對(duì)誤差的認(rèn)識(shí)，通過(guò)引入“蝴蝶效應(yīng)”的發(fā)現(xiàn)，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性。通過(guò)指示劑的發(fā)現(xiàn)過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生尊重科學(xué)史實(shí)，樹(shù)立探究精神。通過(guò)酸堿指示劑的變色原理，滴定突躍的本質(zhì)，使學(xué)生了解唯物辯證法中的矛盾對(duì)立統(tǒng)一規(guī)律和質(zhì)量互變規(guī)律。最后，通過(guò)觀察指示劑的變色，確定滴定終點(diǎn)，通過(guò)滴定的最后兩滴液體，0.04 mL，啟發(fā)學(xué)生對(duì)人生的思考，把握正確的人生態(tài)度和價(jià)值取向。

學(xué)生通過(guò)本實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，即掌握了化學(xué)分析中酸堿滴定的基本技能，又從安全規(guī)范、科學(xué)素養(yǎng)、人生態(tài)度以及唯物辯證法的角度對(duì)這一化學(xué)過(guò)程有了更為深入的理解。