大学化学, 2021, 36(3): 2011013-0 doi: 10.3866/PKU.DXHX202011013

课程思政建设专刊

基础化学实验课程思政建设的探索

潘玉珍, 王秀云, 宿艳, 田福平, 徐铁齐, 姜文凤,

Exploration of Course Ideology and Politics Construction in Basic Chemistry Laboratory

Pan Yuzhen, Wang Xiuyun, Su Yan, Tian Fuping, Xu Tieqi, Jiang Wenfeng,

通讯作者: 姜文凤, Email: jiangwf01@163.com

收稿日期: 2020-11-1   接受日期: 2020-12-8  

基金资助: 2020年本科教学质量工程项目(基础化学实验课程思政示范课的建设)
大连理工大学化工学院教学改革基金项目.  2019HG005

Received: 2020-11-1   Accepted: 2020-12-8  

Abstract

In the teaching process of basic chemistry laboratory courses, the cases of course ideology and politics were deeply explored on the basis of "overall planning, co-construction and sharing", covering six aspects including nostalgic feelings of home country, scientist/craftsman spirit, science and technology innovation (theory/technology and method innovation), safety and environmental consciousness, social responsibility/professional quality, and role models. Generally, the overall education function of the chemical laboratory courses was given a full play by combining multiple forms of "intelligence + teaching" laboratory teaching model and strengthening teachers' ability of "moral education" in multiple ways.

Keywords: Basic chemistry laboratory ; Course ideology and politics ; Intelligence + Teaching ; Teaching mode

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潘玉珍, 王秀云, 宿艳, 田福平, 徐铁齐, 姜文凤. 基础化学实验课程思政建设的探索. 大学化学[J], 2021, 36(3): 2011013-0 doi:10.3866/PKU.DXHX202011013

Pan Yuzhen. Exploration of Course Ideology and Politics Construction in Basic Chemistry Laboratory. University Chemistry[J], 2021, 36(3): 2011013-0 doi:10.3866/PKU.DXHX202011013

习近平总书记在2016年全国高校思想政治工作会议上指出,要用好课堂教学这个主渠道,各类课程都要与思想政治理论课同向同行,形成协同效应。中共中央办公厅、国务院办公厅《关于深化新时代学校思想政治理论课改革创新的若干意见》、“教育部关于深化本科教育教学改革全面提高人才培养质量的意见(教高〔2019〕6号)”“教育部关于一流本科课程建设的实施意见(教高〔2019〕8号)”“教育部高等教育教育司2020年工作要点”(教高〔2020〕1号)和《高等学校课程思政建设指导纲要》(教高〔2020〕3号)都重点提出了要加强“课程思政”建设,尤其是教高〔2020〕3号指出了课程思政建设要在所有高校、所有学科专业全面推进。“课程思政”是推进当前思想政治建设的新模式与新格局,是全员育人、全过程育人、全方位育人思想重点推进的部分,是努力开创我国高等教育事业发展新局面的关键环节。目前,各大高校在“课程思政”的改革方面进行了一些积极的探索,取得了一定成效[1-5]

作为首批国家级实验教学示范中心和虚拟仿真实验中心,大连理工大学基础化学实验中心共开设普通化学实验、无机化学实验、分析化学实验、有机化学实验、物理化学实验、仪器分析实验等十个类别的实验课程,这些课程都蕴含着丰富的思政元素,是潜在的发挥育人功能的优秀载体。基础化学实验中心教学团队本着“统筹规划、共建共享”的原则,在教学过程中深入挖掘和梳理各实验课程和实验项目中蕴含的思政教育元素和所承载的育人功能(部分内容见表 1),凝练成独特的化学实验课程思政案例库。将显性教育与隐性教育相融合,并结合多形态呈现的教学方式,把思政教育潜移默化地渗透到实验教学的各个阶段、各个环节,充分发挥化学实验课程的育人功能,在培养学生专业知识和能力素养的同时,培养学生严谨的科学态度、勇于创新的科学精神,建立正确的科学思维,树立安全环保的理念,引导学生形成正确的人生观、价值观,坚定理想信念,自觉肩负起实现中华民族伟大复兴的时代。

表1   部分实验项目可挖掘的思政因素

实验项目思政元素及提升思政融入点
废水中铬含量的测定环保/金山银山不如绿水青山日本痛痛病。20世纪初期发生在日本富山县。三井金属矿业公司将含镉污水排入神通川,引起周围居民中毒,患者体内骨骼变脆,浑身疼痛难忍
碳酸氢钠晶体的制备大国工匠、创新精神、社会责任感/实验方法创新侯德榜先生——工业上制取纯碱(Na2CO3)的侯氏制碱法的发展历程
配合物与沉淀溶解平衡创新精神/理论突破第一个无机抗癌药物cisplatin的结构及其抗癌机理
d区元素化合物的性质;质谱分析方法勇于创新/理论突破、朋辈榜样复旦大学王冠军副教授(我校93级应用化学专业本科)以第一作者发表在Nature (2014,514, 475–477)上的文章首次确定了Ⅸ价态化合物的存在。该项研究被美国化学学会《化学与工程新闻》(Chem. & Eng. News)杂志评选为2014年度国际十大化学研究
碱灰中总碱度的测定社会责任感、法律意识/职业素养以亲身经历过的为生产厂家进行NaOH产品质量测试但不过关的实例,让学生明白社会责任感,并建立起法律意识
阿司匹林有效成分测定爱国主义情怀、勇于奉献、民族自豪感/技术创新、科学家奋斗历程屠呦呦教授因为在青蒿A中提取了青蒿素——一种用于治疗疟疾的药物,荣获2015年诺贝尔生理学或医学奖,成为第一个获得诺贝尔自然学奖的中国人
镍电极阳极极化曲线的影响因素研究环保、可持续发展/方法创新介绍电化学方法的实际应用。电可以来源于化学能,也可以来源于太阳能。作为一种清洁能源,电能在科研和生产实际中有广泛应用。如电催化还原CO2的研究,为温室气体的高附加值转化提供一种有效方法
H2O2催化分解——一级反应动力学家国情怀、严谨的科学态度/技术创新、科学家奋斗历程介绍中国杰出的化学家、催化学科的主要奠基人张大煜先生先后完成多项国家亟需的科研攻关任务,如水煤气合成液体燃料的氮化熔铁催化剂,产油率超过了美国等科研项目
银电极在碱性介质中的循环伏安曲线的测定;催化剂活性及选择性的测定科学思维、创新意识介绍我校刘涛课题组在光磁智能材料、石川课题组在室内空气污染物催化消除,中国科学院大连化学物理研究所李灿院士在光催化研究、研究员陈剑在锂硫电池工程等科研领域的前沿进展
乙酰苯胺的制备;2-庚酮的制备安全环保,远大理想,科学精神/科学家奋斗历程以科学家Perkin创建合成染料工厂事件为例,教育学生树立远大理想,并具备安全环保意识
3-丁酮酸乙酯的制备严谨认真、社会责任感/职业素养以“反应停”事件为切入点,培养学生严谨的科学态度
气相色谱-质谱联用分析法测定混合溶剂的成分坚持不懈、勇于创新/方法创新、仪器创新清华大学林金明课题组将自主研发的多通道微流控芯片质谱联用接口与岛津先进的质谱检测仪器结合,开发了新一代细胞微流控芯片——质谱联用细胞分析系统
有机化合物红外光谱的测定和分析文化自信、勇于创新嫦娥四号搭载的可见近红外光谱仪探测数据揭示了古老月壳的矿物组成,分析发现了低钙(斜方)辉石和橄榄石的存在,这一研究结果发表在Nature上,并被评为2019年度中国科学十大进展

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1 建设立体化、多形态呈现的数字化实验课程思政案例资源库

在化学实验课程思政建设过程中,基础化学实验中心教学团队立足经济社会发展需求和人才培养目标,本着“统筹规划、共建共享”的原则,通过对基础化学实验课程群的顶层设计,统筹优化实验教学内容,深入挖掘并提炼基础化学实验课程群中的思政内容,如爱国情怀、法治意识、社会责任、文化自信、人文精神、安全环保等要素(表 1),以其作为“课程思政”的有效路径与载体,从“家国情怀”“科学家/大国工匠”“科技创新(理论/技术和方法创新)”“安全环保”“社会责任/职业素养”“朋辈榜样”六大主题建设覆盖基础化学实验课程群(普通化学实验、无机化学实验、分析化学实验、物理化学实验、有机化学实验和仪器分析实验等)的“课程思政”案例,并通过微视频、虚拟实验、动画、课件、试题等形式建设成立体化、多形态呈现的数字化课程思政案例资源库(如图 1),实现学习资源开放、共享,为实验课程“课程思政”教学提供资源支撑,实现了基础化学实验中心实验课程群“课程思政”教学全覆盖,即每门实验课程、每项实验教学项目均有“课程思政”,并且凝练的思政案例也可以从不同的角度和不同的实验教学项目进行关联,真正达到“共建共享”,有效解决了实验课程“课程思政”教学资源少、“课程思政”开展动力不足的问题,切实做到了实验课程与“思政课”同向同行,形成协同育人效应。

图1

图1   部分课程实验项目政案例资源


2 设计并构建与化学实验课程“课程思政”建设相适应的“智能+教学”实验教学模式

目前,基于信息技术的智慧教学对高等教育产生了深刻影响[6-8],因此在实验教学过程中,将信息技术与传统教学深度融合,构建了“智能+教学”化学实验线上线下混合教学模式。教学团队自主建设了融入课程思政内容的四大化学实验慕课(无机化学实验MOOC、分析化学实验MOOC、物理化学实验MOOC和有机化学实验MOOC)及化学实验安全慕课(化学实验室安全基础MOOC),均在爱课程平台上线,为学生自主预研提供资源保障,同时也为教师提供学情数据依托。我们注重学生过程性评价,自主研发了智慧移动实验教学平台,利用该平台对学生进行测试、评价、报告批改,实时反馈学生的学习评价,全过程跟踪学生学习管理。在测试、评价和报告批改过程中融入课程思政元素,实现认真守好实验教学育人的这块田地,充分发挥实验教学蕴含的育人功能。为了促进学生积极主动探究,发挥学生的主动性,将PBL (Problem Based Learning)教学法、情境式、案例式、讨论式等教学方法灵活引入实验课程教学全过程(如表 2),并兼顾“两性一度”的标准,通过线上线下相结合、翻转课堂等新型教学模式,探索多元化的基础化学实验“课程思政”教学模式,激发学生主动学习能动性,焕发实验教学生机活力。

表2   不同化学实验项目融合“课程思政”教学方法的体现

教学方法实验项目教学流程
PBL教学法废水中铬含量的测定以废水的排放问题引入,引导学生查阅铬微量元素的定量分析方法,然后和实验结合,讨论本实验方案,最后和思政案例结合,讨论废水排放原则和标准,激励学生投身科研,帮助学生牢固树立绿色环保意识
情景式教学法巴比妥酸的制备通过向学生展示各地发生的安全事故案例视频或图片,引导学生在处理危险性较高的化学试剂或化学反应时要提高安全意识,并通过实际操作和“以虚代实”的安全教育和培训等方式,加强学生对安全培训及安全管理重要性的认识,以免给国家和社会、家庭造成重大损失
案例式教学法有机化合物红外光谱的测定和分析以作者工作中实际完成的测试分析案例(口罩熔喷布成分的分析、水质过滤材料成分的分析)引入,指导学生理解本实验的原理并进行实际操作,同时结合思政案例引导学生关注产品质量,明确社会责任感,并建立起法律意识
讨论式教学法电感耦合等离子体原子发射光谱法测定Mn2+含量金属元素的含量分析可以采用不同的分析方法,引导学生讨论不同分析方法和相关仪器的优势和适用性,并结合思政案例,激发学生研制仪器的兴趣,激励他们要敢于探索,努力创新,助推教学科研仪器国产化

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如在“废水中铬含量的测定”实验项目中,采用PBL教学方法,即以“实验室产生的含重金属(铬)的废液能否直接倒入下水道为题”,预先布置学生们举一个我国近几年发生的重金属污染事件,并了解该事件产生的具体原因、现象、危害和相关责任人处理结果,同时引导学生查阅铬微量元素的定量分析方法,然后和本实验的具体实验内容和实验方案进行比较分析,讨论污水中重金属元素的净化处理方式和检测手段,强化学生个人对重金属污染事件的认识,并适时引入本校彭孝军院士和段春迎教授等课题组在微量及痕量重金属离子检测方面的最新科研进展,激发学生的科研创新热情;最后引导学生关注废水排放原则和国家及行业标准(GB8978–1996《污水综合排放标准》和GB18918–2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》),帮助学生学会正确处理实验固体废弃物和废液,帮助他们牢固树立绿色环保意识。具体教学设计见图 2

图2

图2   铬含量的测定教学设计思路


“巴比妥酸的制备”是有机化学实验中的一个经典实验,在反应过程中需要加入钠,钠易燃易爆,因此在实验教学过程中可结合各地发生的不安全事故案例及相关的视频和图片,通过“情景式代入”的方式来重点强调化学实验安全,提高学生的安全意识,并结合中心教学团队开设的“化学实验室安全基础”慕课和智慧移动实验教学平台“以虚代实”的安全知识虚拟实验,通过线上线下相结合的方式对学生进行安全教育和能力培训,强化学生对安全培训及安全管理重要性的认识,并引导学生正确处理危险性较高的化学试剂或化学反应,以免给国家和社会、家庭造成重大损失。

2020年年初的新冠肺炎疫情使得全国、甚至全球各地防护口罩短缺,巨大的市场缺口使得作为口罩核心材料的熔喷布价格不断攀升,甚至“一布难求”,这就使得一些商人或生产企业铤而走险,卷入了诈骗或使用假冒伪劣熔喷布的案件之中,在国家监管部门的严控之下,这些大发“疫情财”的个人或企业受到了相应的惩罚。在“有机化合物红外光谱的测定和分析”实验项目中,任课教师通过自己实际工作中“口罩熔喷布成分的分析”案例,引导学生掌握红外分析法的基本原理和实际操作分析,同时结合“疫情防控”的具体案例引导学生关注产品质量,明确社会责任感,并建立起法律意识;同时介绍疫情防控期间我校在党委书记王寒松教授和校长郭东明院士的指导下,成立“新冠肺炎抗病毒药物研发大工攻关突击队”,由大连理工大学化工学院彭孝军院士挂帅,紧急投入到抗肺炎药物瑞德西韦的合成路线研究中。通过这一突发事件,以“榜样的力量”引导学生要有家国情怀,要为民担大义,要积极创新,争取研发具有自主知识产权的药物;同时将2019年度中国科学十大进展之一“探测到月幔物质出露的初步证据”相关资料发给学生阅读,这一进展借由嫦娥四号搭载的红外光谱仪探测数据揭示了古老月壳的矿物组成,分析发现了低钙(斜方)辉石和橄榄石的存在,相关研究结果发表在Nature[9]。通过“讲好中国故事”型思政案例的引入,激发学生的文化自信、科技自信和科研创新热情。

金属元素的含量分析可以采用不同的分析方法,因而在“电感耦合等离子体原子发射光谱法测定Mn2+含量”的实验中,引导学生讨论不同分析方法和相关仪器的优势和适用性,并结合原子吸收分析方法的建立过程、连续光源原子吸收光谱仪的研发及我国自主研发原子荧光光谱仪的历程等课程思政案例,激发学生研制仪器的热情,激励他们要敢于探索,努力创新,助推教学科研仪器国产化!

此外,基于各专业人才培养目标达成度的要求,通过开放实验、自主实验、科研成果转化、“赛创融合”等兼具高阶性、创新性和挑战度的实验项目或研究专题为学生提供个性化创新训练途径,激活学生内生动力,让他们“敢闯会创”,切实将知识和实践能力内化为学生的创新实践能力。两年来,学生参与科研项目积极性显著增加,累计参加国家级大学生创新实验项目71项,省级大学生创新实验项目140项,并在全国大学生化学实验创新设计竞赛等化学类重要赛事中获奖20余项,其中2019级王天泽等三名同学融合绿色化学理念和安全环保意识的设计思想,通过苯甲醛与安息香的绿色循环转化反应,以新创设计的“基于绿色化学理念的苯甲醛与安息香的相互转化”实验在首届全国大学生化学实验创新设计赛中荣获特等奖。

3 多途径培训并强化教师“育德”能力,推动实验课程“课程思政”示范课建设

“课程思政”建设的关键在教师。目前,大部分专业课教师尤其是理工类课程教师对“课程思政”的认识不足,积极主动意识不强烈,再加上没有相应的激励政策,导致一部分理工类课程在思政方面缺乏广阔的研究视角和充足的教师团队,这在一定程度上限制了理工类课程的拓展,更限制了大学生的思维领域。

在学校和院系的大力支持下,中心利用新上岗教师培训、教师教学发展中心举办的教学沙龙活动、“大工讲坛”、“全国高校课程思政教学设计与课程思政建设专题研修班”、校“课程思政”骨干教师研修班、教育教学改革专题培训、教学创新大赛等多种措施,切实增强教师的“育德意识”,解决好教师“为谁教、教什么、教给谁、怎么教”的问题,培养和提升教师的“育德能力”和教学创新能力,促进教师养成在课程教学中主动研究、加强思想政治教育功能的自觉意识,并邀请相关教学名师、企业专家、杰出校友等和“课程思政”教学团队进行广泛交流,培养一支具有“育德意识”和较强“育德能力”的教师队伍,为“课程思政”提供人才资源保障。

两年来,中心教学团队在“第五届西浦全国大学教学创新大赛”、学校和学院等各级教学创新能力大赛中获奖7项,其中戴岳老师在“胶体的制备及性质研究”中以“长江入海口往往形成三角洲的原因”为题,将界面化学和纳米材料方面的学科前沿进展(如形貌可控的无机微纳米功能材料合成)介绍给同学们,引导学生建立“金山银山不如绿水青山”的环保意识,激发学生的科研思辨能力;李敏老师将三苯胺类化合物作为空穴传输材料应用于有机电致发光器件的最新科研进展引入“乙酰苯胺的制备”中,引导学生关注可穿戴显示器和柔性有机电致发光器件(FOLEDs)等研究热点和产业趋势,激发学生的求知欲望和创新创业热情。

4 结语

“课程思政”是通过课程建设和课堂教学,以立德树人为根本目标,将价值塑造、知识传授和能力培养三者融为一体,实现专业课程和思政课程同频共振。本文以基础化学实验课程群的全部应用为切入点,深入挖掘课程思政案例,建成多形态呈现的多元化精品课程思政教学资源体系,并基于智慧移动实验教学平台,探索融合思政教育理念的实验教学模式,做到门门实验课程有“思政”,团队教师人人能“育人”,将精品教学资源内化为化学实验课程“课程思政”示范课,全面提升化学实验课程的教学质量。但在“课程思政”建设过程中,如何考评“课程思政”教育的成效及可持续发展能力,仍然值得深入探讨。

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