無機化學課程思政教學設計探索——以“原電池”教學內容為例

楊紅曉 范迎菊 劉廣寧 范大偉

（濟南大學化學化工學院 山東·濟南 250022）

高校學習階段是學生思維方式形成和精神狀態提升的關鍵時期，在該時期進行思想政治教育有助于學生形成健康的人生觀和價值觀。高等教育應逐漸實現由“思政課程”到“課程思政”的轉變，構建全方位思政教學體系。專業基礎課程是思政育人的重要陣地，在傳授課程知識的基礎上引導學生將所學到的知識和技能轉化為內在德性和素養。無機化學是最古老的化學學科，知識體系相對完整，且學時較多，在無機化學課程中發掘思政元素，發揮課程育人功能，具有“天時、地利、人和”的優勢。

深度挖掘無機化學課程所蘊含的思想政治教育元素，并有效融入到課程教學中，不僅能夠豐富課程內涵，提升課程的高度、廣度和溫度[1]，而且可以幫助學生建立正確的價值觀、高尚的家國情懷、專業自豪感和使命感以及社會責任感等。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內容，重點對教學中兩個思政案例的設計思路和實施過程進行介紹。

1 介紹電池發展歷程，明確化學在社會發展中的作用和地位

1.1 教學目標

(1)知識目標：使學生了解電池發展歷程。

(2)能力目標：培養學生科學思維方法，強化創新意識，提高創新能力。

(3)素養目標：引導學生學習和踐行堅持求真、不畏苦難、勇于創新的精神。

1.2 課程思政素材

電池在生產和生活中具有非常重要的作用，小到藍牙耳機、手表、玩具，大到交通出行、國防航空等領域都有電池的蹤影。世界上第一個電池是1800年由意大利科學家伏特發明的伏特電堆，這是最早的化學電源，為電學研究提供了穩定的電源，但該電池并沒有實際應用。為了紀念伏特所做的貢獻，把電壓的單位取為伏特。英國科學家丹尼爾對伏特電堆進行改良，使用稀硫酸作電解液，制造出第一個能夠長時間工作的電池，也就是銅鋅原電池，所以銅鋅原電池又叫丹尼爾電池。這是世界上第一個實際應用的電池，被用在的鐵路的燈塔照明上。

近幾年的諾貝爾化學獎獲得者中，有一位科學家格外引人注明，他就是2019年獲得諾貝爾化學獎、當年已97歲的John B.Goodenough。他屬于大器晚成的科學家，54歲才開始研究電池，當時已有鋰電池問世，但是電極材料不成熟，電池材料容易產生枝晶然后爆炸，無法商用。他在57歲時發明了安全的鋰離子電池正極材料—鈷酸鋰，后來又對正極材料進行優化，發現了磷酸鐵鋰等一系列正極材料，為鋰離子電池的商業化奠定了堅實基礎，被譽為“鋰離子電池之父”。他在92歲的時候說過這樣的話“我只有92歲，我還有時間去解決問題”，目前他仍然致力于超級電池的研究。

隨著科學技術的發展，越來越多的新材料被開發和應用到原電池中，我國科學家也在該領域做出了突出貢獻。介紹幾篇在Nature和Science雜志上發表的有關電池的最新文獻，說明我國科學家在電池領域的成就，不僅能夠開闊學生的科學視野，激發科研熱情，還能培養學生的民族自豪感，鼓勵學生學好專業知識，為中華之崛起而讀書。

1.3 課程思政教學設計

圖1：鋰離子電池之父John B.Goodenough

以2019年諾貝爾化學獎授予了鋰離子電池導入本次課，說明電池對生產、生活、社會發展的重要作用。介紹電池從無到有，性能從劣到優，經歷了很長一段時間，化學家們做出了巨大的貢獻，說明化學在社會發展所起的重要作用和中心地位，激發學生的專業認同感、專業自豪感和專業責任感。以時間軸結合圖片的形式介紹電池的發展歷程，說明世界上第一塊電池是伏特電堆、世界上第一個實際應用的電池是大家熟悉的銅鋅原電池，介紹使生活真正移動起來的鋰離子電池的發展歷程，強調創新意識的重要性，培養學生的科學思維方法和創新能力。重點介紹John B.Goodenough的研究經歷，他在54歲才開始鋰離子電池的研究，97歲獲得諾貝爾化學獎，科學研究是漫長的過程，要有持之以恒的精神。現在，他并沒有停止探索的步伐，仍然深耕不輟，每天前往實驗室，致力于開發超級電池，為能源和環境問題貢獻力量，鼓勵學生們學習堅持不懈、活到老學到老的精神。

在學習原電池的相關知識后，介紹目前原電池的發展趨勢，圖文并茂的形式講解頂級雜志上的科研成果，重點介紹我國科學家的技術突破。隨著納米技術的發展，越來越多的納米材料被應用到儲能領域，效率高、多樣化、個性化、智能化的儲能設備也在不斷被開發應用。我國科學家也做出了突出貢獻，中國科技大學季恒星教授課題組制備出一種黑磷復合材料助力超級快充技術，充電9分鐘即可恢復約80%的電量，有可能真正實現“充電1分鐘通話2小時”[2]。清華大學南策文院士課題組在固態電解質方面實現了突破，使用固態電解質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]。雖然我國科研工作起步較晚，但是隨著中國科研人員的不斷努力，目前高端儲能設備已經打上了中國烙印，鼓勵學生學好專業知識，堅定科技強國信念，為我國科技發展貢獻自己的力量。

2 介紹能斯特方程提出的背景，講授科學發展規律和特點

2.1 教學目標

(1)知識目標：使學生掌握能斯特方程。

(2)能力目標：培養學生利用所學知識分析和解決問題的能力。

(3)素養目標：引導學生尊重科學發展規律，注重基礎知識和理論的掌握。

2.2 課程思政素材

沃爾特.H.能斯特是德國著名的物理化學家，物理學家。他成果豐碩，發明了能斯特燈，研究過滲透壓、電聲學和天體物理學，建議用鉑氫電極為零電位電極，推導出能斯特方程，提出了熱力學第三定律，獲得1920年的諾貝爾化學獎。其中，能斯特方式是他在1889年提出來的，從熱力學角度出發推導出非標準電極電勢和標準電極電勢的關系，將熱力學和電化學建立了聯系，第一次對電池電極電勢做出了合理解釋。

能斯特方程的提出過程，得益于當時熱力學和電化學的發展。能斯特站在巨人的肩膀上，汲取當時熱力學和電化學的重要研究成果，如奧斯特瓦爾德的熱力學理論，阿倫尼烏斯的電解質解離理論以及玻爾茲曼的原子論觀點，結合自己的研究結論，在1888和1889年發表了幾篇重要論文，提出了能斯特方程[4]。說明科學的發展具有繼承性和傳承性，現有的成果是進行創新和發展的基礎。

2.3 課程思政教學設計

介紹能斯特的生平事跡，以圖片和思維導圖的形式介紹能斯特先生的研究成果。重點講述能斯特方程意義：將熱力學和電化學聯系起來，第一次解釋了原電池電位差的產生，這是電化學中的重要進步。

學習能斯特方程的內容之后，以時間軸的形式展示在能斯特方程提出前后熱力學和電化學重要進展。說明科學的發展既不是閉門造車，也不是空中樓閣，要廣泛吸收現有成果的精華，在現有理論和成果的基礎上進行創新，發展或提出新的理論。提醒學生不要好高騖遠，一定要注重基礎知識的學習和掌握，只有基礎知識扎實后才有可能有新的進步。

圖2：我國科學家在電池領域的技術突破

3 結語

原電池是無機化學課程中氧化還原反應中的重要教學內容，筆者認真梳理、豐富、整合該部分教學內容，深挖思政元素，不斷豐富課程內涵。根據內容特點和實際學情，以原電池的專業知識為載體，將課程思政元素與專業知識有機結合，潤物細無聲的對學生進行思政教育。使學生對化學專業具有全面、正確的認識，激發專業認同感和自豪感；將科技前沿引入本科課堂，開闊學生視野，培養科學素養；厚植愛國情懷，增強科技強國使命感，幫助學生形成健康正確的人生觀和價值觀。