工科化學課程思政元素的挖掘
——以“緩沖溶液及pH控制”為例

王亞亞，梁耀東，申麗華，劉 靜

（西安科技大學化學與化工學院，陜西 西安 710054）

習近平在全國大學生思政工作座談會上強調，要堅持立德樹人，始終把思想政治工作貫穿于教育教學全過程，達到全面育人的目標。課程思政主要指通過構建全員、全過程、全課程的教學模式，使各種課程與思想政治理論課并駕齊驅，進而產生協同作用。將“立德樹人”融入高等教育各個學科中，旨在傳播知識的過程中發揮價值引領的作用，達到既立德又樹人、既育人又育才，實現立德與樹人的最終目的。推進課程思政與不同學科專業科學理論知識相結合，將引導學生學好專業知識、掌握專業本領，同時引導學生塑造堅定明確的理想信念，形成正確的世界觀、人生觀和價值觀。在培育高素質、能力強、具有健康心智的時代新人方面具有重要作用[1-2]。

工科化學是我校土木工程、車輛工程、應急技術與管理、安全工程、消防工程、新能源科學與工程、地質工程、機械電子工程等非化工類本科生開設的一門重要的必修基礎課。該課程主要面向大一學生，包括理論部分和實驗部分。課程內容主要包括化學熱力學與能源、化學動力學、化學反應的基本原理、水溶液化學、電化學與金屬腐蝕和物質結構基礎等。課程內容豐富，與日常生活中一些現象及現代工業緊密相關，具有較好的訓練學生科學思維和科學方法，提高大學生化學素養和培養學生科學精神和創新精神的重要作用[3]。工科化學這門課程具有涉及學生多、專業廣，與社會各行業密切相關等特點。其次，大一新生正是三觀塑造的關鍵階段。因此，作為高校的專任教師，要發揮好課程的作用，發掘其內在的思想政治內涵。在工科化學課程中注重設置課程思政內容，并且與相關專業知識有機融合，在教學過程中潛移默化地進行德育滲透，進而提高學生的職業素質、職業認同感、社會責任感以及服務國家的使命擔當。為國家、為社會培育全面發展的高質量、高水平的專業化人才作出貢獻[4]。

緩沖溶液和pH控制屬于工科化學第三章水溶液化學部分的基礎知識，是這門課的一個重點。本文以此節內容為例，結合相關知識，深入挖掘和設計思政要素，使學生在學習“緩沖溶液和pH控制”知識過程中，培養學生理論聯系實際能力，批判性思考能力和科學創造力，從而增強學生的學習主動性。為國家培養全面發展的社會主義建設者和可靠的接班人。

1 “緩沖溶液和pH控制”一節中思政元素的挖掘

1.1 緩沖溶液的概念與批判性思維

知識點：緩沖溶液主要指酸及其對應的共軛堿或者堿及其對應的共軛酸組成的溶液，該溶液的pH值不易隨少量酸或者堿的加入而發生明顯變化。即共軛酸堿對組成的溶液具有一定的緩沖能力。

思政引入：首先，教師把美國羅伯特·歐陽提出的人體酸堿體質理論“人的體質分為酸性和堿性，偏酸性的體質容易引發各種疾病如癌癥，糖尿病和肥胖。為了維持健康，需使身體維持在一個堿性的環境[5]”作為課程的導入部分，引導學生進行獨立思考與討論，以提高學生的學習興趣和好奇心，并讓學生根據高中已有的化學知識判斷這種說法是否具有科學依據。然后引入緩沖溶液的概念，并通過介紹人體血液由于存在大量的共軛酸堿緩沖對（如碳酸-碳酸氫根、磷酸二氫根-磷酸氫根、血漿蛋白-血漿蛋白共軛堿、血紅蛋白-血紅蛋白共軛堿等），因此其pH值會恒定維持在7.35～7.45之間。通過該內容的學習，讓學生意識到通過食物或者飲食調節人體的酸堿性，以及酸性體質會導致癌癥和肥胖等的說法，都是不合理、不科學的。在這個知識點上，引導學生遇到問題以后一定要進行批判性思考，即在遇到任何問題時，學生需要通過理解、質疑、辨析、推演的思辨過程，把客觀事實和準則作為依據進行嚴密的思考，以達到超越現象，探求本質、追求真理的目的[6]。批判性思考是培養高素質人才的關鍵因素，對高校創新型人才的培養具有重要促進作用。引導學生在遇到不同的觀念或者見解時，要理性面對，不要輕易地贊成或反對，而是保持中性、健康的懷疑態度，在學習過程中注意養成批判性思考的習慣。

1.2 緩沖溶液的選擇與人生觀

知識點：緩沖溶液的pH值主要由共軛酸堿對的濃度之比及共軛酸堿對中的值所決定。共軛酸堿對中任何一種物質濃度過低都會導致緩沖溶液失去緩沖能力。當共軛酸與共軛堿的濃度為一比一時，緩沖溶液的緩沖能力最大。因此，為了配制特定pH值的緩沖溶液，需要選擇值與pH值接近或者相等的共軛酸堿對。如配置pH=7左右的緩沖溶液，應當選用H2PO4-—HPO42-作為緩沖對的混合液比較合適，因為。

思政引入：基于如何選擇合適的緩沖溶液這個知識點，教師可以引導學生與人生選擇的重要性聯系起來。人的這一生，需要做出很多選擇，這些眾多的選擇決定了我們的一生。無數次的成功經驗告訴我們，選擇苦難，就意味著收獲;選擇付出，就意味著高尚。少年時多經歷些挫折與失敗，對人生道路更有益[7]。比如霍去病，他曾多次立下汗馬功勞，得到了豐厚的賞賜，卻舍棄了獨自享樂的生活方式，一心只想著國家大事。堅決地謝絕了漢武帝為他修建的奢華府邸，慷慨激昂地說“匈奴未滅，何以家為”。在享受優越的生活條件和肩負的國家職責中，霍去病做出了自己的選擇。以歷史名人為例，鼓勵年輕人要選擇那條艱難的路，艱難的路雖然難走，但是這條道路上人少，會越走越好。相反那條簡單的路很多人都可以走，卻擁擠異常，會越走越艱難。人生是要有意義的一生還是碌碌無為的人生，都要看我們自己的選擇，做出正確地選擇能夠更好地實現自我價值。通過緩沖溶液選擇的內容，引導學生以更宏觀的視野面對人生選擇。

1.3 緩沖溶液應用與理論聯系實際

知識點：緩沖溶液在工業、農業、科學研究和生命活動中均發揮著舉足輕重的作用。在工業方面，制造硅半導體器材時，需使用HF和NH4F的混合液來進行化學侵蝕，以去除硅板上未涂上膠層的氧化物薄膜。在科研方面，緩沖溶液在細胞和微生物培養方面也發揮了至關重要的作用，可以防止細胞或微生物在培養過程中的培養液pH發生較大改變，進而為細胞和微生物的生長提供一個相對穩定的環境。在人體健康方面，如果pH值偏離正常范圍就會對各個器官造成損害，嚴重時甚至會威脅到人的生命。臨床上常用弱酸強堿鹽如乳酸鈉或碳酸氫鈉水解后顯堿性的特征來糾正酸中毒，用弱堿強酸鹽氯化銨水解后顯酸性的特征來緩解堿中毒[8]。隨著科學技術的進步，緩沖溶液已被廣泛應用于生產實踐和分析化驗中。

思政引入：在化學教學過程中，堅持理論與實踐相結合對提高教學質量具有重要意義。通過將緩沖溶液性質，與緩沖溶液（檸檬酸-檸檬酸鈉）在含二氧化硫尾氣處理中的應用[9]，以及緩沖溶液在微生物培養、細胞培養中的重要作用相結合。緩沖溶液在細菌的染色方面也起著重要作用，如在細菌染色上為增加著色效果，要選擇合適pH值的染色液。此外，在電鍍過程中，通常使用緩沖溶液來控制電鍍液的pH。通過上述例子的講述，鼓勵學生通過理論聯系實際，鞏固所學的知識，并且增強了課堂的趣味性。此外，在教學過程中，注重引導學生做到學思用貫通、知信行統一、深入思考學、聯系實際學，能夠利用所學的理論知識指導實踐生產活動，達到學以致用的目的。理論與實踐相結合，使學生能夠運用所學知識解決實際問題，進而增強學生的學習遷移能力。

1.4 Henderson-Hasselbalch公式與科學創新精神

知識點：緩沖溶液pH值的計算是本節內容的重點和難點之一，它的計算主要依靠亨德森-哈塞爾巴爾赫方程（He-nderson-Hasselbalch equation）。這個公式由美國化學家勞倫斯·約瑟夫·亨德森和丹麥科學家卡爾·阿爾伯特·哈塞爾巴爾赫研究發現的。

思政引入：勞倫斯·約瑟夫·亨德森是20世紀初生物化學領域著名科學家之一，一生致力于科學研究。他深入研究了人體的酸堿平衡機制，提出人體的酸堿平衡是通過血液中的緩沖系統、呼吸系統、肺臟、紅細胞、腎等系統的協同作用而實現的。不久之后，發現了亨德森方程，科學家卡爾·阿爾伯特·哈塞爾巴爾赫將其寫成對數形式，并將其應用于血液中碳酸引起的代謝性酸中毒的研究。一方面通過將科學家如何取得重大科研突破的故事融入課程當中，引導學生認識到科學研究是個漫長的過程，需要經過長年累月地不斷積累和堅持，才能取得重大的突破。另外一方面在科學研究中，要擅長利用已有的研究成果，進行再創新、再突破。正如牛頓所說“如果我比其他人看得遠些，那是因為我站在巨人的肩膀上”。利用已有的研究成果，吸收前人的經驗和知識并運用到自己身上，在自身所處領域作出杰出貢獻，進而推動社會的進步。最后激勵同學們不斷攀登高峰，勇于創新，追求真理，嚴謹治學的科學精神和潛心研究的奉獻精神。

1.5 土壤緩沖性與服務社會的家國情懷

知識點：土壤中由于共軛酸堿對的存在（如碳酸-碳酸氫鈉、磷酸二氫鈉-磷酸氫二鈉），因此可以將土壤的pH維持在一定的范圍，不易隨外界氫離子或氫氧根離子的加入而導致pH發生太大改變。如土壤的pH值一般不會因施肥、根的呼吸、微生物生長、有機物分解和濕度變化而發生較大改變，從而為植物的生長提供一個良好的環境。這種性能也被稱作土壤的緩沖性。

思政引入：通過對土壤緩沖性能的講述，使學生們意識到農業的重要性，農業是國民經濟的根本，是人類賴以生存的根本，是國家經濟持續發展的保證。農業不僅關乎社會穩定、人民利益，更關乎我們能否在國際競爭中維持獨立自主的地位。目前，我國的農業基礎條件還很薄弱，農業生產技術裝備水平和勞動生產率水平都偏低。只有知農愛農才能真正強農興農，結合土壤具有緩沖性能知識點，指引學生以強農興農為己任，“懂農業、愛農村、愛農民”，培養大學生服務農業農村現代化、服務鄉村現代化新形勢的使命感和責任感。為培養知農愛農、服務國家的新型人才作出貢獻。

1.6 緩沖溶液在醫學領域應用與生產安全

知識點：在配制滴眼液的過程中，常根據滴眼液的性質加入緩沖溶液，確保滴眼液的pH值在滴眼液最穩定的pH值和淚眼生理pH值之間，以保證藥物有足夠的有效期，同時減少藥物對眼粘膜的刺激，進而防止其對人體造成傷害[10]。其次，藥物的穩定性不僅與自身的理化性質相關，通常容易受到環境因素的影響，如光線、溫度、濕度、氧氣、環境酸堿度、微生物等。緩沖溶液能夠使藥物維持在特定的pH，從而避免外界環境的干擾，進而增強藥物的穩定性和延長藥物的有效期。

思政引入：硼酸緩沖溶液是滴眼液的重要組成部分，具有防腐作用。可以將滴眼劑的pH值穩定在5.8-6.4，減少了氯霉素滴眼劑對眼睛的刺激。此外，緩沖溶液在增強藥物的藥效，減少或避免藥物不良反應方面也發揮了重要作用。工科化學這門課程涉及專業較多，與社會各行各業密切相關，將來有學生可能從事與各種物品生產和檢測相關的工作。通過上述例子的講述，讓學生樹立安全生產、誠信生產的理念，切實增強安全意識，筑牢責任擔當思想防線，嚴格執行安全生產的各項規章制度和操作流程，進而從源頭上減少安全事故的發生。為社會經濟創造一個安全穩定的發展環境和培養具備安全生產意識人才作出貢獻。

2 結語

隨著科學技術的進步和人工智能的發展，人才要求會越來越高。大學的目的不僅僅局限于培養一技之長的工程師，而是培養有思想，有領導能力、創新能力、獨立思考和有教養的全方面發展人才。作為高校教師，要充分發揮課堂教學的作用，提高思想政治工作的親和力、針對性，以適應大學生的成長與發展需要，促進專業教學與思想政治隱性教育同向同行，實現教書與育人相統一。工科化學作為高校的一門重要公共基礎課，在培養大學生科學素養和創新思維方面發揮著十分重要的作用。在工科化學課程中融入思政元素，可推動大學生高質量發展。為落實課程思政改革，本文以工科化學課程中“緩沖溶液和pH控制”這節內容為例，深入挖掘了相關課程思政元素以及與相關知識點的有機結合，旨在實現知識傳授、能力培養、價值塑造三位一體的教學目標。