2019年4月教育部启动“六卓越一拔尖”计划2.0，全面推进“新工科、新医科、新农科、新文科”的“四新”建设，由此吹响了“新农科”建设的号角[1]；同年9月“北大仓行动”更是吹起了“新农科”建设的集结号[2]；接着12月份“北京指南”进一步落实“六卓越一拔尖”计划2.0和“北大仓行动”，提出了建设新农科的改革实践方案[3]。在此背景下，我校率先设立了“智慧农业”专业，并于2019年秋季开始招生。“智慧农业”专业建设的目的是利用现代生物技术、信息技术、工程技术等现代科学技术改造传统涉农专业，以迎接新世纪高速发展的科学技术对农业的挑战。大学化学是智慧农业专业重要的基础课程，主要内容涵盖有机化学、无机化学、分析化学三个二级学科；大学化学也是新生进校的第一门课，因此，在教学过程中融入课程思政，对学生扣好人生第一粒扣子，培养学生科学思维和知农爱农情怀具有重要意义。
当前，大学化学课程思政教学存在的主要问题：一是思政元素提炼不充分，与其他化学类课程有同质化倾向，体现专业特色不够；二是对“新农科”建设及智慧农业专业认识模糊，课程思政案例不够贴切，思政元素融合得不够自然；三是本课程面对的是大一新生，处于基础课程学习阶段，本身对自己专业认知存在不深刻的问题。因此，大学化学课程思政教学改革从绪论课入手，强化教学内容的思政建设，在教学的各个环节不断强化和延伸，使课程教学全过程都融入思政，以达成课程育人的总体目标。
1 精心设计绪论课，第一要务培根铸魂
绪论课一般1个学时，主要介绍化学发展的简史，化学与农业的关系，特别是在智慧农业方面如何发挥作用，以及学习大学化学的方法等。
1.1 探理论发现经纬，析化学发展脉络，解知识建构方法
化学发展简史大致可以分为古代及中古时期(17世纪中叶以前)、近代化学时期(17世纪后半叶到19世纪末)和现代化学时期(20世纪以来)三个阶段，内容十分丰富，教学时主要阐释化学发展的里程碑事件[1]。古代及中古时期：主要工作是制作陶瓷、冶炼青铜、染色、酿造、炼丹术、炼金术、火药等，化学处于萌芽阶段，主要呈现实用性、经验性和零散性等特点，化学仅仅是一门技术，化学作为一门科学尚未诞生。从1661年玻意耳(Boyle，1627–1691，英)提出的科学元素论；1777年拉瓦锡(Lavoisier，1743–1794，法)提出燃烧的氧化学说；1807年道尔顿(Dalton，1766–1844，英)建立了原子论；1811年阿伏加德罗(Avogadro，1776–1856，意)提出分子假说；1828年维勒(Wohler，1800–1882，德)率先从无机物合成了有机物尿素，推翻了“生命力理论”；1857年凯库勒(Kakule，1829–1896，德)提出了原子价学说、苯环结构学说；1869年门捷列夫(Mendeleev，1834–1907，俄)提出了元素周期律。19世纪末X射线、放射性、电子的相继发现，打开了原子结构的大门，推动了20世纪物质结构理论和量子理论的建立。进入21世纪化学的发展从无机化学、有机化学、分析化学、物理化学到高分子化学→核化学→生物化学→边缘科学等，化学已成为当今的中心科学。
纵观化学发展史，任何一个理论的建立都不是一蹴而就，往往会走弯路，甚至要先倒退再前进，需要一代又一代科学家的艰辛探索，不断去芜除杂，最终才能成为真理。例如“燃烧的氧化学说”提出之前，1703年德国化学家斯塔尔提出了“燃素学说”，虽然该学说在本质上是错误的，但是它启发人们去思考、探索，不断实践、验证、修正假说，差不多用了近百年时间才建构了燃烧的科学氧化学说。这些事例可以启发学生的科学思维、培养学生探索未知的精神，同时也激发了学生学习化学的兴趣。
1.2 化学赋能农业，巩固专业思想，激发学习热情
进入现代社会，化学对农业的作用越来越大，是农业增产增收的基础，农药、化肥，农业设施、设备等都离不开化学试剂和材料，农产品质量分析、农产品加工更是与化学密切相关。显然，没有化学学科的助力，就没有农业的迅猛发展。当前，已进入智能时代，化学在智能农业的发展方面有广阔的用武之地，土壤的肥力和酸碱性、二氧化碳参与光合作用、肥料和农药的控释等，都依赖各种化学传感器[2, 3]。未来的农业生产，可以在智能化的工厂完成，穿着西装在办公室种田完全能成为现实。因此，智慧农业专业非常需要化学知识，以及由化学支撑的智能传感等高科技技术。通过了解化学在智慧农业中如何发挥作用，学生不仅热爱自己的专业，也大大提升了学习化学的热情。
绪论课富于哲理和思辩，显示了化学学科的辩证唯物主义思想，是培养学生辩证思维的土壤。通过与农业的联系，强化了学生的专业思想，明白了智慧农业将来要干什么、怎么干，需要储备什么样的知识和能力等。因此，绪论课起到了动员和鼓舞的作用，帮助学生明确了学习的目标。
2 提炼思政元素，课堂启智润心
2.1 科学提炼思政元素，高度契合教学内容
哲学来源于自然科学，化学属于哲学范畴，1860年康尼扎罗(Cannizzaro，1826–1910，意)写了一本书叫《化学哲学教程提要》，充分说明化学具有哲学属性，其辩证唯物主义思想与生俱来。因此，大学化学课程本身就是课程思政的“富矿”，关键是这个矿在哪里挖、如何挖？当然是应回归教学大纲所规定的教学内容，这是选取挖矿点的依据，通过挖矿、筛选、分类、萃取，最后提炼出可以使用的原材料，目的是使所提炼的思政元素与教学内容高度契合，使课程思政教学水到渠成(表 1)。
表1 大学化学课程内容与思政元素
| 教学模块 | 主要教学内容 | 思政目标 | 思政元素[4, 5] |
| 绪论 | 化学发展历史简介；化学与农业的关系；化学学习方法；气体和有效数字等预备知识 | 通过化学简史、科学元素论的确立、原子论、燃烧学说以及现代化学进展的学习，激发学生学习化学的兴趣、学会用辩证唯物主义思想分析和解决问题，立志为“三农”服务 | 化学史与科学精神；科学发现的规律；爱国情怀和文化自信。我国在化学科学方面的成就；化学对农业的贡献。化学与智慧农业的关系 |
| 元素概论 | 重要的非金属元素；稀有气体；碱金属与碱土金属；过渡金属元素；稀土元素及其应用；生命元素 | 通过对元素的演化哲学、元素的发现史、生命元素等的学习，培养学生探索发现的能力；理解生命元素对动植物的意义，培养学生的知农爱农的情怀 | 辩证唯物主义与科学认识论；一分为二的观点；质量互变规律；环境保护与新发展理念；徐光宪教授创立的稀土元素“串级萃取理论”。微量元素在作物中的智能控释 |
| 化学反应的一般原理 | 化学反应热及其计算，化学反应的自发性判据，化学平衡和化学反应速率 | 通过热力学三大定律和自发过程判据，以及化学平衡移动、反应速率理论的学习，培养学生认识自然科学规律的内在逻辑和学会在实践中探索规律，培养学生探索未知的精神 | 唯物辩证法；能量守恒定律；物质不灭定律；自然辩证法；对立统一规律，否定之否定规律，质量互变规律；全面与片面、个体与整体的关系。智慧农业系统管理设计 |
| 分散体系及溶液中的平衡 | 稀溶液的依数性；胶体结构与性质；酸碱平衡，沉淀溶解平衡，配位平衡，氧化还原平衡 | 通过分散体系及溶液中的平衡的学习，使学生学会多角度理解溶液的性质，理解量变引起质变的规律，并学会用化学平衡的观点动态的观察世界 | 物质个性和共性的关系；本质与现象的关系；我国物理学家黄子卿教授第一次准确测定水的三相点温度；我国合成氨工业在世界上的地位。智慧农业领域电化学传感器设计与应用 |
| 物质结构 | 原子结构的近代理论；核外电子运动和元素周期律；分子结构；杂化轨道理论和分子间作用力 | 培养学生勇于思考、敢于创新的科学精神，理解科学理论认识不断深入和发展的科学方法。培养学生科学的、辩证的思维方法，认识科学理论产生与发展的本质特征 | 辩证唯物主义与科学认识论；质量互变规律；对立统一规律；否定之否定规律；物质结构理论演进之美；化学美与艺术美的关系。徐光宪、卢嘉锡教授等对物质结构理论的贡献 |
| 化学分析和吸光光度法 | 误差理论；滴定分析法；光吸收定律；吸光光度法及其原理和应用 | 提升学生对大国工匠精神的认识，激发学生分析问题和解决问题的能力，培养学生实事求是、严谨科学的态度，引导学生建立“量”的概念 | 自然科学与实事求是精神；科学前沿与研究方法；分析方法的哲学思想；理论与实践的关系；差之毫厘、谬以千里。侯氏制碱法。光化学传感器 |
| 有机化合物概述及立体异构 | 有机化合物的特点、分类、命名；构象异构，顺反异构，旋光异构等 | 了解有机化合物的特点，学会有机物的命名方法，正确认识有机物结构决定性质、性质决定用途的一般规律 | 科学认识论建立的一般方法；凯库勒的原子价键理论和苯环结构；维勒打破生命力论；个性和共性、现象与本质的关系；手性与药物的关系 |
| 烃、卤代烃及含氧官能团有机物 | 烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃，卤代烃及含氧官能团有机化合物 | 通过对烃类及醇、酚、醚、醛、酮、羧酸等化合物的学习，理解物理和化学性质的递变规律，以及熟悉相关化合物的合成设计的方法 | 自然辩证法；量变质变规律；从理论到实践，实践上升到理论；分子设计与创新思维；绿色化学与环境保护 |
| 含氮化合物及生命基础物质 | 硝基化合物、胺类化合物、重氮与偶氮化合物；芳香族杂环化合物、糖类、氨基酸和蛋白质 | 使学生理解含氮化合物的合成方法以及在国民经济中的应用，理解构成生命物质的基础，熟悉从氨基酸到蛋白质的理论 | 科学伦理；先有鸡还是先有蛋；生命物质的起源；蛋白质起源学说；我国生物学家赵玉芬在蛋白质起源方面的贡献 |
大学化学课程中思政元素十分丰富，但必须提炼出与教学内容高度契合的思政元素，课程思政教学才能达到如盐入水、润物细无声的效果。因此，通过对教学内容进行梳理，确定思政目标，根据教学内容要求进行提炼，使用时方能做到自然天成。
2.2 做好思政案例设计，如盐入水开展教学
课堂授课过程中如何自然融入课程思政，是很多教师的困惑，有时思政显得生硬，有时思政素材与教学内容关系不大，有时容易上纲上线引起学生反感等。因此，做到教学过程中自然融入、如盐入水有一定困难。这也说明课前充分准备是非常必要的，实践表明，采取依托教学内容，根据所提炼的思政元素撰写教学案例的方法是可行的。案例如表 2所示。
表2 大学化学课程思政案例
| 课程思政案例(8)——推翻唯心主义的生命力理论 |
| 唯心主义的“生命力论”认为：动植物体内存在着一种生命力，只有依靠这种生命力，才能产生出有机化合物，即有机物最初只能在动植物体内产生。 1828年，维勒在发表的“论尿素的人工合成”论文里，明确指出，“这是一项以人力从无机物制造有机物即所谓动物性物质的范例”，对当时占统治地位的“生命力论”发起了第一次冲击，动摇了“生命力论”的根基。维勒和他的这篇文章当时就受到科学界普遍的批评和关注，并且永载史册。 以氯化氨与氰酸银合成尿素为例： (1) NH4Cl + AgCNO = AgCl + NH4CNO (2) NH4CNO = CO(NH2)2 氰酸铅与氨水的反应是： (1) 2NH3·H2O + Pb(CNO)2 = Pb(OH)2 + 2NH4CNO (2) NH4CNO = CO(NH2)2 在此之前，化学家在实验室只能将有机物转化为新的有机物，而不能用无机物制造出有机物。自然界的矿物等无机物千年万年，亘古不变，是没有生命的；而有机物不同，是有生命的。它们之间有不可逾越的鸿沟。维勒的两位老师格曼林和贝采里乌斯都是“生命力论”的维护者和宣扬者。 现在，维勒用无机物合成了有机物尿素，在这条鸿沟间架起了桥梁。维勒认真谨慎地研究了近4年。到了1828年2月22日，维勒写信给他的老师贝采里乌斯：“我告诉您，我已经能够制造出尿素，而且是不求助于动物(无论是人或是狗)的肾。也许您还记得，我和您在一起工作时完成的那些实验，当我尝试将氰酸与氨发生反应时，产生了一种白色结晶状物质，它不像氰酸氨，不具有氰酸氨的性质。当这种晶体用酸处理时，不会产生氰氢酸，它与碱作用时也未发现氨的痕迹。” 小结：(1) 唯心主义总是要破产的，只有唯物主义才是科学发展的指南和推动力。(2) 维勒用缜密的无可辩驳的事实推翻了“生命力论”，对自己的老师不迷信、不盲从，敢于挑战权威的精神值得我们学习，特别是对于年青的学生更要有这种精神。 |
思政案例的准备为上好课提供了坚实的保障，教师无需临时拼凑思政元素融入课堂，大大提高了思政与教学内容的融合度。当然，教师在课堂教学时可以灵活运用，不需要按照案例内容生搬硬套，而是简要融入到教学内容中。如，讲到“含氮有机物”时，可以自然讲到尿素的合成，给出一个例子即可，通过反应方程式即可看出从无机物可以合成有机物，“生命力论”自然破产。最后，由参考案例做一个必要的总结延伸，画龙点睛，自然流畅，显示了化学专业课隐性思政的功能。
2.3 科学设计SPOC环节，培养学生综合素质
由于大学化学课程已建成了MOOC，在中国大学MOOC平台运行了3轮，为学生自主学习提供了基础条件，资源丰富，学习便捷。利用MOOC开展SPOC教学，将“满堂灌”转变为“自主学习”的模式，引导学生合作学习，让学生学会学习，形成团队协作的意识，促进学生能力、素质协调发展。
图 1表明，SPOC教学模式是以MOOC为基础的，包括MOOC学习、课堂讲授、课外小组讨论和课堂集体讨论(翻转课堂)等环节，MOOC主要由学生自主学习，完成相关学习环节后，教师即开展课堂授课，课堂上教师主要专注于突出重点、突破难点；小组讨论是为课堂讨论做准备，如果直接进行课堂讨论，学生要么只能讨论很浅显的问题，要么根本就讨论不起来。因此，讨论课必须要有所准备。主要原因如下：一是我们面对的是大学一年级新生，二是讨论题往往是开放性的，涉及的知识内容往往有一定的难度。我们尝试在讨论题中融入课程思政，通过讨论更能提升课程思政教学的深度和广度。因此，SPOC教学是聚知识传授、能力培养和价值塑造于一体的理想模式。
图1
表3 大学化学SPOC教学部分讨论题
| 讨论题(1)：混合碱部分 1941至1943年正处于抗日战争的艰苦时期，在化学家侯德榜先生的带领下，经过500多次循环试验，分析2000多个样品后，终于发明了联合制碱的新工艺，史称“侯氏制碱法”。问题：什么是“侯氏制碱法”？其工艺优势体现在哪些方面？并讨论其历史和现实意义。 讨论题(2)：分析化学部分 氮肥、磷肥和钾肥是农作物生长必须的肥料，氮、磷、钾三种元素也是农作物必须的常量元素。这三种肥料按一定比例施用能确保农作物增产丰收，只施用一种或两种都会影响农作物的正常生长，因此，实时监测农作物氮、磷、钾的含量显得非常重要。请根据所学知识和调研文献，设计一个智能化方案能实时监测氮、磷、钾三种元素在农作物中的含量。 讨论题(3)：沙利度胺 沙利度胺(Thalidomide)又名“反应停”，是20世纪50年代后期由联邦德国生产的一种毒性低、副作用小、十分温和的镇静安眠药，对治疗妊娠妇女早期恶心、呕吐有明显效果。一时间“反应停”风靡欧洲、澳大利亚等十多个国家。但不久德国首先报道，使用“反应停”的孕妇生下四肢短小如鳍的怪胎，形如海豹，被称为“海豹胎”。由此，沙利度胺成为禁药。近年来通过研究发现，沙利度胺在治疗多发性骨髓瘤方面具有良好疗效。因此该药又重新在市场上出现。为了避免悲剧事件再次发生，请查阅有关资料，回答下列问题：①写出沙利度胺的两种对映异构体；②为何美国没有引进沙利度胺这种药物？③为了充分发挥沙利度胺的抗癌作用，而又避免发生“海豹胎”，请问有什么好的建议？ |
设计开放性的讨论题，学生需要查阅很多文献，并综合运用所学知识才能探究问题的本质。例如，讨论题(1)，首先应了解历史上碱是怎么制备的，有哪些方法和工艺等，这些问题若不调研清楚则无法回答后续问题。讨论题(2)，具有更强的综合性，内容主要包括大学化学中的分析化学部分和吸光光度法等，涉及的知识点较多，需要学生具备较强的文献查阅能力、实验设计和实际动手能力等。讨论题(3)，将思政元素融入到学生查阅文献、制作PPT或学术海报以及课堂汇报过程中，通过教师科学设计的问题，让学生在做中学、做中思、做中悟，悟出看待事物需要用辩证唯物主义观、科学严谨的态度以及团队协作精神等。类似的讨论题对学生综合素质的培养是显而易见的，同时也进行了爱国主义教育。总而言之，所设计的题目既具有隐性思政属性，也具有显性思政属性。对学生探索精神、分析解决实际问题的能力、综合归纳能力等都是一种锻炼。
3 强化考核环节育人功能，期中期末试卷融入思政
表4 大学化学课程考试简答题
| 简答题(1)：2017年秋季期中考试试题 2017年9月28日，袁隆平院士领衔的青岛海水稻研究发展中心实验基地首批耐盐碱水稻材料开始收割评测。这意味着我国“海水稻”研究取得了一大重要突破。耐盐碱水稻俗称海水稻，是一种可以长在滩涂和盐碱地的水稻。海边盐碱地对于农作物的种植非常不利，仅有少量的植被可以存活，种植小麦等农作物几乎颗粒无收。请运用相关知识解释海边盐碱地对水稻等农作物种植的不利原因，以及如何克服这些不利因素。 简答题(2)：2020年春季期末考试试题 自2020年1月首例新冠病毒感染者被发现以来，短短数月新冠病毒便已在全球肆虐，新冠病毒可以通过打喷嚏和咳嗽等方式，借着飞沫传播。然而，冠状病毒在环境里并不是无坚不摧。国家卫健委专家组成员李兰娟院士在记者会上透露，常见的84消毒液即可有效灭活环境中的新冠病毒。消毒液加水稀释后产生的HClO是一种弱酸，具有强氧化性，能够将具有还原性的物质氧化，使其变性，因而能够起到消毒的作用。已知：84消毒液主要成分是次氯酸钠(NaClO)，已知: Kaθ(HClO) = 3.0 × 10−8，Ka1θ(H2CO3) = 4.3 × 10−7，Ka2θ(H2CO3) = 5.61 × 10−11，请结合酸碱理论说明84消毒液产生HClO的原理。 简答题(3)：2022年春季期中考试试题 2月4日晚，北京冬季奥林匹克运动会终于缓缓拉开了帷幕，纵观整场开幕式，我们看到了进步、向上，也看到了和谐、幸福，更看到了创新和激情。而说到全场最让人惊喜的部分，当属别具一格的主火炬台，与往常熊熊大火不同，本次冬奥会采用了巨型“雪花”形主火炬台衬托一盏火炬，唯美而浪漫。雪花造型也寓意着每个代表团象征着奥林匹克大家庭的一片小雪花。请解释“雪花”呈规则正六边形生长的成键机制是什么？ |
文中列举的2017年考试题目，正值袁隆平院士“海水稻”研究取得重大突破，这是中国人的骄傲，而要克服的困难问题与课程中“渗透压”知识点相关，作为考试题既体现了科学性，又能够激发学生的爱国热情和民族自豪感。所列举的2020年考试题目，正值新冠疫情爆发，该题目既考查了“酸碱理论”知识点，又普及了杀灭病毒的基本常识，同时也体现了党和国家对人民健康的关心。所列举的2022年考试题目，正值冬奥会举办，巨大的“雪花”形主火炬台让每一个看过的人印象深刻，全国人民为这一创意感到骄傲，而其中蕴藏的知识点是“氢键的形成”，将其作为考试题目体现了社会热点与科学知识的融合。上述题目既能够考查学生基础理论知识，又让学生了解了我国的科技创新，以及化学知识在各领域的应用，重要的是体现了科学性和爱国性的统一。这一类考试题目题型新颖，又富含思政元素，传授科学知识与塑造个人品质两不误[10]。
4 结语
在新农科背景下，为适应智慧农业专业的全面建设，大学化学在整合了无机化学、分析化学和有机化学等多个二级学科的基础上，重构了教学内容，革新了教学模式，大量引入了与智慧农业相关的教学内容，既突出了智慧农业专业特色，又较好地融入了思政元素。实践表明，在两个班授课、一个班讨论的SPOC教学模式下，教师能够从容、高效地开展课程思政教学活动，从而有效提升学生的科学素养、思辨能力和解决实际问题的能力，有效促进了专业课程与思想政治教育课程的同向同行，实现了协同育人的培养目标。
参考文献
