無(wú)機(jī)化學(xué)課程思政教學(xué)設(shè)計(jì)探索——以“原電池”教學(xué)內(nèi)容為例

楊紅曉 范迎菊 劉廣寧 范大偉

（濟(jì)南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 山東·濟(jì)南 250022）

高校學(xué)習(xí)階段是學(xué)生思維方式形成和精神狀態(tài)提升的關(guān)鍵時(shí)期，在該時(shí)期進(jìn)行思想政治教育有助于學(xué)生形成健康的人生觀和價(jià)值觀。高等教育應(yīng)逐漸實(shí)現(xiàn)由“思政課程”到“課程思政”的轉(zhuǎn)變，構(gòu)建全方位思政教學(xué)體系。專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程是思政育人的重要陣地，在傳授課程知識(shí)的基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)到的知識(shí)和技能轉(zhuǎn)化為內(nèi)在德性和素養(yǎng)。無(wú)機(jī)化學(xué)是最古老的化學(xué)學(xué)科，知識(shí)體系相對(duì)完整，且學(xué)時(shí)較多，在無(wú)機(jī)化學(xué)課程中發(fā)掘思政元素，發(fā)揮課程育人功能，具有“天時(shí)、地利、人和”的優(yōu)勢(shì)。

深度挖掘無(wú)機(jī)化學(xué)課程所蘊(yùn)含的思想政治教育元素，并有效融入到課程教學(xué)中，不僅能夠豐富課程內(nèi)涵，提升課程的高度、廣度和溫度[1]，而且可以幫助學(xué)生建立正確的價(jià)值觀、高尚的家國(guó)情懷、專(zhuān)業(yè)自豪感和使命感以及社會(huì)責(zé)任感等。因此，探索將思政元素隱形融入具有積極作用。本文選取參考教材中原電池部分教學(xué)內(nèi)容，重點(diǎn)對(duì)教學(xué)中兩個(gè)思政案例的設(shè)計(jì)思路和實(shí)施過(guò)程進(jìn)行介紹。

1 介紹電池發(fā)展歷程，明確化學(xué)在社會(huì)發(fā)展中的作用和地位

1.1 教學(xué)目標(biāo)

(1)知識(shí)目標(biāo)：使學(xué)生了解電池發(fā)展歷程。

(2)能力目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維方法，強(qiáng)化創(chuàng)新意識(shí)，提高創(chuàng)新能力。

(3)素養(yǎng)目標(biāo)：引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)和踐行堅(jiān)持求真、不畏苦難、勇于創(chuàng)新的精神。

1.2 課程思政素材

電池在生產(chǎn)和生活中具有非常重要的作用，小到藍(lán)牙耳機(jī)、手表、玩具，大到交通出行、國(guó)防航空等領(lǐng)域都有電池的蹤影。世界上第一個(gè)電池是1800年由意大利科學(xué)家伏特發(fā)明的伏特電堆，這是最早的化學(xué)電源，為電學(xué)研究提供了穩(wěn)定的電源，但該電池并沒(méi)有實(shí)際應(yīng)用。為了紀(jì)念伏特所做的貢獻(xiàn)，把電壓的單位取為伏特。英國(guó)科學(xué)家丹尼爾對(duì)伏特電堆進(jìn)行改良，使用稀硫酸作電解液，制造出第一個(gè)能夠長(zhǎng)時(shí)間工作的電池，也就是銅鋅原電池，所以銅鋅原電池又叫丹尼爾電池。這是世界上第一個(gè)實(shí)際應(yīng)用的電池，被用在的鐵路的燈塔照明上。

近幾年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者中，有一位科學(xué)家格外引人注明，他就是2019年獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)、當(dāng)年已97歲的John B.Goodenough。他屬于大器晚成的科學(xué)家，54歲才開(kāi)始研究電池，當(dāng)時(shí)已有鋰電池問(wèn)世，但是電極材料不成熟，電池材料容易產(chǎn)生枝晶然后爆炸，無(wú)法商用。他在57歲時(shí)發(fā)明了安全的鋰離子電池正極材料—鈷酸鋰，后來(lái)又對(duì)正極材料進(jìn)行優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)了磷酸鐵鋰等一系列正極材料，為鋰離子電池的商業(yè)化奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，被譽(yù)為“鋰離子電池之父”。他在92歲的時(shí)候說(shuō)過(guò)這樣的話“我只有92歲，我還有時(shí)間去解決問(wèn)題”，目前他仍然致力于超級(jí)電池的研究。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的新材料被開(kāi)發(fā)和應(yīng)用到原電池中，我國(guó)科學(xué)家也在該領(lǐng)域做出了突出貢獻(xiàn)。介紹幾篇在Nature和Science雜志上發(fā)表的有關(guān)電池的最新文獻(xiàn)，說(shuō)明我國(guó)科學(xué)家在電池領(lǐng)域的成就，不僅能夠開(kāi)闊學(xué)生的科學(xué)視野，激發(fā)科研熱情，還能培養(yǎng)學(xué)生的民族自豪感，鼓勵(lì)學(xué)生學(xué)好專(zhuān)業(yè)知識(shí)，為中華之崛起而讀書(shū)。

1.3 課程思政教學(xué)設(shè)計(jì)

圖1：鋰離子電池之父John B.Goodenough

以2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予了鋰離子電池導(dǎo)入本次課，說(shuō)明電池對(duì)生產(chǎn)、生活、社會(huì)發(fā)展的重要作用。介紹電池從無(wú)到有，性能從劣到優(yōu)，經(jīng)歷了很長(zhǎng)一段時(shí)間，化學(xué)家們做出了巨大的貢獻(xiàn)，說(shuō)明化學(xué)在社會(huì)發(fā)展所起的重要作用和中心地位，激發(fā)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)認(rèn)同感、專(zhuān)業(yè)自豪感和專(zhuān)業(yè)責(zé)任感。以時(shí)間軸結(jié)合圖片的形式介紹電池的發(fā)展歷程，說(shuō)明世界上第一塊電池是伏特電堆、世界上第一個(gè)實(shí)際應(yīng)用的電池是大家熟悉的銅鋅原電池，介紹使生活真正移動(dòng)起來(lái)的鋰離子電池的發(fā)展歷程，強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新意識(shí)的重要性，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維方法和創(chuàng)新能力。重點(diǎn)介紹John B.Goodenough的研究經(jīng)歷，他在54歲才開(kāi)始鋰離子電池的研究，97歲獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，科學(xué)研究是漫長(zhǎng)的過(guò)程，要有持之以恒的精神。現(xiàn)在，他并沒(méi)有停止探索的步伐，仍然深耕不輟，每天前往實(shí)驗(yàn)室，致力于開(kāi)發(fā)超級(jí)電池，為能源和環(huán)境問(wèn)題貢獻(xiàn)力量，鼓勵(lì)學(xué)生們學(xué)習(xí)堅(jiān)持不懈、活到老學(xué)到老的精神。

在學(xué)習(xí)原電池的相關(guān)知識(shí)后，介紹目前原電池的發(fā)展趨勢(shì)，圖文并茂的形式講解頂級(jí)雜志上的科研成果，重點(diǎn)介紹我國(guó)科學(xué)家的技術(shù)突破。隨著納米技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的納米材料被應(yīng)用到儲(chǔ)能領(lǐng)域，效率高、多樣化、個(gè)性化、智能化的儲(chǔ)能設(shè)備也在不斷被開(kāi)發(fā)應(yīng)用。我國(guó)科學(xué)家也做出了突出貢獻(xiàn)，中國(guó)科技大學(xué)季恒星教授課題組制備出一種黑磷復(fù)合材料助力超級(jí)快充技術(shù)，充電9分鐘即可恢復(fù)約80%的電量，有可能真正實(shí)現(xiàn)“充電1分鐘通話2小時(shí)”[2]。清華大學(xué)南策文院士課題組在固態(tài)電解質(zhì)方面實(shí)現(xiàn)了突破，使用固態(tài)電解質(zhì)能夠大大降低安全隱患，即使用明火煅燒電池，其仍能安全工作[3]。雖然我國(guó)科研工作起步較晚，但是隨著中國(guó)科研人員的不斷努力，目前高端儲(chǔ)能設(shè)備已經(jīng)打上了中國(guó)烙印，鼓勵(lì)學(xué)生學(xué)好專(zhuān)業(yè)知識(shí)，堅(jiān)定科技強(qiáng)國(guó)信念，為我國(guó)科技發(fā)展貢獻(xiàn)自己的力量。

2 介紹能斯特方程提出的背景，講授科學(xué)發(fā)展規(guī)律和特點(diǎn)

2.1 教學(xué)目標(biāo)

(1)知識(shí)目標(biāo)：使學(xué)生掌握能斯特方程。

(2)能力目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)分析和解決問(wèn)題的能力。

(3)素養(yǎng)目標(biāo)：引導(dǎo)學(xué)生尊重科學(xué)發(fā)展規(guī)律，注重基礎(chǔ)知識(shí)和理論的掌握。

2.2 課程思政素材

沃爾特.H.能斯特是德國(guó)著名的物理化學(xué)家，物理學(xué)家。他成果豐碩，發(fā)明了能斯特?zé)簦芯窟^(guò)滲透壓、電聲學(xué)和天體物理學(xué)，建議用鉑氫電極為零電位電極，推導(dǎo)出能斯特方程，提出了熱力學(xué)第三定律，獲得1920年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。其中，能斯特方式是他在1889年提出來(lái)的，從熱力學(xué)角度出發(fā)推導(dǎo)出非標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)和標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)的關(guān)系，將熱力學(xué)和電化學(xué)建立了聯(lián)系，第一次對(duì)電池電極電勢(shì)做出了合理解釋。

能斯特方程的提出過(guò)程，得益于當(dāng)時(shí)熱力學(xué)和電化學(xué)的發(fā)展。能斯特站在巨人的肩膀上，汲取當(dāng)時(shí)熱力學(xué)和電化學(xué)的重要研究成果，如奧斯特瓦爾德的熱力學(xué)理論，阿倫尼烏斯的電解質(zhì)解離理論以及玻爾茲曼的原子論觀點(diǎn)，結(jié)合自己的研究結(jié)論，在1888和1889年發(fā)表了幾篇重要論文，提出了能斯特方程[4]。說(shuō)明科學(xué)的發(fā)展具有繼承性和傳承性，現(xiàn)有的成果是進(jìn)行創(chuàng)新和發(fā)展的基礎(chǔ)。

2.3 課程思政教學(xué)設(shè)計(jì)

介紹能斯特的生平事跡，以圖片和思維導(dǎo)圖的形式介紹能斯特先生的研究成果。重點(diǎn)講述能斯特方程意義：將熱力學(xué)和電化學(xué)聯(lián)系起來(lái)，第一次解釋了原電池電位差的產(chǎn)生，這是電化學(xué)中的重要進(jìn)步。

學(xué)習(xí)能斯特方程的內(nèi)容之后，以時(shí)間軸的形式展示在能斯特方程提出前后熱力學(xué)和電化學(xué)重要進(jìn)展。說(shuō)明科學(xué)的發(fā)展既不是閉門(mén)造車(chē)，也不是空中樓閣，要廣泛吸收現(xiàn)有成果的精華，在現(xiàn)有理論和成果的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新，發(fā)展或提出新的理論。提醒學(xué)生不要好高騖遠(yuǎn)，一定要注重基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)和掌握，只有基礎(chǔ)知識(shí)扎實(shí)后才有可能有新的進(jìn)步。

圖2：我國(guó)科學(xué)家在電池領(lǐng)域的技術(shù)突破

3 結(jié)語(yǔ)

原電池是無(wú)機(jī)化學(xué)課程中氧化還原反應(yīng)中的重要教學(xué)內(nèi)容，筆者認(rèn)真梳理、豐富、整合該部分教學(xué)內(nèi)容，深挖思政元素，不斷豐富課程內(nèi)涵。根據(jù)內(nèi)容特點(diǎn)和實(shí)際學(xué)情，以原電池的專(zhuān)業(yè)知識(shí)為載體，將課程思政元素與專(zhuān)業(yè)知識(shí)有機(jī)結(jié)合，潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲的對(duì)學(xué)生進(jìn)行思政教育。使學(xué)生對(duì)化學(xué)專(zhuān)業(yè)具有全面、正確的認(rèn)識(shí)，激發(fā)專(zhuān)業(yè)認(rèn)同感和自豪感；將科技前沿引入本科課堂，開(kāi)闊學(xué)生視野，培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)；厚植愛(ài)國(guó)情懷，增強(qiáng)科技強(qiáng)國(guó)使命感，幫助學(xué)生形成健康正確的人生觀和價(jià)值觀。