課程思政理念下高校有機化學教學設計的探索
——以醛酮的教學為例

劉世娟,那立艷,張麗影,姜慧明,毛慧婷,華瑞年

(大連民族大學 生命科學學院, 遼寧 大連 116605)

習近平總書記指出:“國無德不興,人無德不立”[1]。2020年5月教育部印發的《高等學校課程思政建設指導綱要》明確指出,課程思政要緊緊圍繞“培養什么人、怎樣培養人、為誰培養人”這一根本問題展開。新時代要求教育以立德樹人為目標,為黨培養有理想有追求有擔當的人才。有機化學課程是高等化學及相關專業的四大基礎化學之一,是一門邏輯性很強的課程,而且有機化學中有豐富的思政元素可挖掘。將專業知識、專業素養與科學品德培養有機融合,讓學生在潛移默化之中樹立積極向上的人生觀、世界觀和價值觀,使他們在未來社會發展中成為有能力、有責任擔當、有價值判斷的建設者和接班人,是新時代教育者的重要使命和義務。

目前,已有一些學者關注思政視域下的有機化學教學。郭玲香[2]對有機化學課程思政進行探索,研究了教學體系,設計了教學方案。彭靜研究了“鉆研”與“探討”的教學方法,旨在培養學生學習的積極性、能動性和創新性[3]。侯美靜探討了“三個載體+四種途徑”的有機化學課程思政體系[4]。也有研究者以具體課程內容為載體進行課程思政改革,如有機史和化工熱點問題[5]、生物堿[6]、反應機理[7]。從以上研究可見,有機化學教學中融入思政元素取得了一些成果,推進了這方面的研究。然而,在教學內容、方法、考核整個教學過程中環環相扣融入思政元素的研究成果尚不多見,因此本文嘗試以醛酮為例進行教學設計。

1 教學內容融入思政元素

有機化學課程內容多且知識復雜抽象,傳統的教學只講授專業知識。單純的知識學生學起來容易感到枯燥,一堂課學下來,效果并不理想,如果課后不復習,下次上課時能記住的更少。有機化學中蘊含豐富的思政內容,無論是新物質的開發,還是有機反應中的人名反應、科學家事跡等均體現了德育的內涵。教學內容是課程思政的載體,是培養高尚道德情操、激發學生學習興趣的重要因素之一。高校有機化學教師需要充分梳理并發掘教學內容中含有的思政元素,找到合適的切入點,將思政元素與專業知識自然融合銜接,精心設計、提出問題,引導學生思考與討論,充分利用好課堂主渠道,力求使教學內容更易于理解掌握。

醛酮是有機化學重點學習內容之一,在整個學科體系中起到承上啟下的作用,在有機合成中也占據重要地位。下面以有機化學醛酮為例,呈現思政元素與有機化學知識的有效融合(部分專業知識與思政元素結合如圖1)。

圖1 醛酮內容和思政元素的融合

課前在雨課堂教學平臺發布任務,內容是《神農本草經》記載的麝香結構(羰基),以微課形式讓學生提前預習醛酮的官能團、結構、命名及性質。并且通過深入了解中醫文化的博大精深,人工麝香的合成,保護了瀕危生物,培養學生禁止獵捕、殺害國家重點保護野生動物、保護生態環境意識。

課堂上通過一道選擇題檢測學生對醛酮結構和命名的掌握情況,了解學生預習和以前學習的基礎情況,針對學生的具體情況有針對性地進行醛酮知識點的講授。講到醛與 NaHSO3的親核加成反應時,引入“吊白塊”案件;醛與含氮化合物的親核加成反應,引入其與硝基苯肼反應,檢測海鮮是否用甲醛保鮮。作為化學工作者尤其要有嚴謹的科學態度,敬畏生命,遵守國家法律法規。應用社會生活中的實例,使有機反應走進生活,不僅提高學生的課堂參與度和學習興趣,而且有利于培養學生的職業素養、價值觀和社會責任感。講授醛酮還原反應的凱西納-沃爾夫-黃鳴龍反應時,首先介紹該反應是凱惜納、沃爾夫發現的,稱為凱惜納-沃爾夫反應,但是此反應條件較為苛刻。后來,中國化學家黃鳴龍通過實驗改進了這個反應:反應使用肼,用相對廉價的 NaOH,一縮二乙二醇作溶劑,在常壓下進行,反應時間短,產率高。讓學生充分感受許多科學往往都不是一次性完成實驗的,而是一個不斷探索的漫長過程。此反應是有機化學經典人名反應中唯一以中國人命名的反應。黃鳴龍先生曾說,一個人不能為科學而科學,應該為人民、為祖國作出貢獻。用科學家的故事培養學生真摯深沉的愛國情懷、正確嚴謹的科學態度,增強民族自豪感,培養學生良好的學風、扎實的科學知識、良好的道德品質和行為。講到醛酮α-氫原子的反應時,由于羰基的影響使醛酮α-氫原子具有一定活性,可以發生鹵代反應引入新的官能團,縮合反應合成分子量增加新的化合物,如有機玻璃單體的合成。從玻璃到有機玻璃,雖然二者僅差兩個字,但它們的組成材料、透明度、抗沖擊力、熱塑性、抗壓力等卻有巨大差異。如今很多工程用有機玻璃代替普通玻璃,尤其在航空航天方面,相關產品的性能也得到很大改善。通過有機玻璃這個小例子可以看到化學提高生活,分子改變世界。醛和酮分子中都含有羰基官能團,它們的結構和化學性質相似,但醛中的羰基與氫原子直接相連,酮中的羰基與烴基直接相連,氫和烴基的空間位阻和供電性不同,導致它們的反應活性不同,醛的活性大于酮的活性,醛發生親核加成活性大于酮,醛很容易發生氧化反應,而酮卻很難。推而證之,在工作和生活中事物普遍存在特殊性和共性,共性與個性是對立統一的規律,引導學生正確處理二者關系。

課后思政內化,可以將理論知識和實驗相結合。理論知識的學習主要是為了將所學知識應用到現代化建設上來,例如有機化學實驗中的己二酸的制備和二芐叉丙酮的制備就涉及將醛酮的理論知識與實驗結合,不僅加深理論知識的掌握和理解,而且在實驗過程中培養學生嚴謹的科學態度、責任擔當、邏輯推理及團結協作能力。課后結合課堂知識點,設計融入思政元素的知識專題。例如2021年中國首次在實驗室實現二氧化碳到淀粉的合成,讓學生以查閱文獻、寫出反應、探討機理等形式進行反思總結,使學生明確科學技術的進步對人類文明的推動作用,激發學生的愛國熱情、民族自尊心和自豪感,增強民族自信,激勵他們為實現中華民族偉大復興的中國夢而奮斗。

2 教學方法展現思政元素

傳統的填鴨式知識傳授,教師以自身為中心,學生被動學習,積極性不高,容易感到枯燥乏味。教與學是師生雙方互動的過程。思政教育與專業課程教育融合具體體現在課程的教學方法,要取得很好的教學效果,尤其需要在教學方法的多樣化上下功夫,充分調動學生在學習中的主體意識。

在教學中,展現思政元素的教學方法有多種,如講述法、啟發式、類比法、問題法、歸納法、遷移法、演示法、討論法、案例法、情境法等等。在思政元素的傳授中,一般敘述科學家故事用講述法;有機化學事件分析運用啟發法,如讓學生領會某種道理、感受某種情感;再現有機化學科研人員高尚情操時,運用情境法……要達到預期的教學效果,就要根據具體教學內容、學情、教學條件運用合適的教學方法。

醛酮的化學性質很多,以醛酮的羰基還原反應為例,采取了以下的教學方法展現教學內容和思政元素見表1。

表1 醛酮的羰基還原反應具體實例

羰基還原可以主要生成三大類物質:醇,二元醇,烴。在講授時可以通過類比法、遷移法、歸納法、討論法等加入思政元素,使學生深入掌握醛酮還原反應。這樣的教學形式不僅可以調動學生的學習積極性,也更加有利于學生對于專業知識的學習,形成課上課下、線上線下相結合的豐富多彩的思政教育模式。思政元素的加入不強硬灌輸,而是通過潛移默化使思政元素有形、有感、有效展現出來,使學生容易接受,專業知識、技能也得到很大提升。

通過線下授課或線上雨課堂、超星學習通等平臺綜合運用類比法、問題法、歸納法、遷移法、演示法、討論法、案例法等多種教學方法,進一步探究個性化教學、項目化教學、混合式教學等典型課堂教學模式。對教學內容、典型案例和思政元素進行內容和習題推送,并且可以通過信息收集平臺,構建可以進行學習過程記錄與多元智能評價的平臺。有效地了解學生們所遇到的困難,根據學生的疑問與真實需求,有針對性地開展教學活動。

3 考核環節滲入思政元素

有機化學傳統通常采用“平時成績+期末成績”的考核方式,平時成績也由考勤分數、測試和平時作業構成。而且為了保證平均分,測試和平時作業比較簡單。期末考核內容主要以記憶為主,如有機化合物命名、結構式、反應式、鑒別化合物、簡答、機理、合成等。學生考前兩周好好復習可取得及格以上的分數,所以大部分學生平時不會主動在重點難點內容上多花時間和精力。如果基礎知識和基本技能不能完全掌握,就談不上靈活運用,更談不上為解決復雜化學工程問題提供方案。常常是學生離開學校后,在工作和生活中遇到類似的化學問題才會重溫課堂所學。

在課程思政理念下,本課程現采用“4+1+N”考核模式。“4+1”指預習、作業、單元測試、課堂測試和期末考試。“N”指在某一部分內容的思維導圖、學科前沿進展、內容思考、理論與實驗結合等環節中以討論、作業或論文形式把思政元素融入考核中。

醛酮內容的考核主要采取以下幾種方式:上課前在雨課堂發布預習醛酮內容及提出相應問題,課上各出一道選擇題和判斷題進行測試,了解學生對醛酮結構、命名掌握情況,教師隨機抽選兩名學生來進行習題講解,這樣有利于促進學生學習,并且教師可以根據作答反饋合理安排上課進度。在講到相應的重要知識點時,可以安排適當的測試,不僅作為學生對于本節知識點掌握情況的檢測,也是讓學生更加深刻理解知識點的一個最佳途徑,而且有助于他們更好地利用課堂融入學習。例如,講到羰基親和加成反應時,讓學生由原料丙酮和小于等于1個碳的化合物合成有機玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯)。有機玻璃是支撐國民經濟發展的重要原材料產業,廣泛應用于商業、輕工、建筑、化工等方面;在講到α-H反應時,讓學生寫出丙醛合成草莓酸(2-甲基-2-戊烯酸)的反應機理,告訴學生草莓酸是一種在糖果、冰激凌、烘烤食品、調味品等食品中廣泛應用的食用香料。身邊的建筑用品、生活用品很多都是通過有機原料合成的,這都需要有專業知識、創新創業意識、擔當精神、家國情懷的一大批人才去建設。這些隨堂測試都可以作為考核中N的部分。在講到羰基還原反應時,課上可以通過雨課堂發布一道選擇題(含C=C,C≡C,C=O結構化合物),對具體的含羰基和其他不飽和鍵化合物的還原反應進行學習效果的檢測。講到羰基催化氫化反應時,介紹2021年中國首次在實驗室實現二氧化碳到淀粉的合成科研成果,寫出相應的科研小論文,并寫出自己的感想體會,激發學生的愛國熱情,增強學生的民族自尊心和自豪感。醛酮內容知識講完后以丙烷為例,要求學生做出烷烴、不飽和烴、鹵代烴、醇醚、醛、酮之間相互轉化的思維導圖,并舉出每類化合物在生活中的一個應用實例,將理論知識與社會產品相結合,更能激發學生學習動力。

4 結 論

按照專業培養方案和課程大綱中的育人規定,深入挖掘高校有機化學課程每一個知識點的思政元素,重新認識和梳理課程結構、教學內容、方法、考核方式等,將思政元素融入教學整個過程中,提高了學生的學習積極性,增進了學生的知識素養,培育了科學精神,培養高尚道德情操,在教學實踐中達到知識和思想共同促進。學生對遇到復雜化工問題的分析問題能力、解決問題能力有明顯提升。如此,為現代化建設培養出高素質的復合型、應用型人才,真正實現“立德樹人”目標。