浸润式课程思政在物理化学实验中的设计与实践
Design and Practice of Infiltrative Course Ideology and Politics in Physical Chemistry Laboratory
通讯作者:
收稿日期: 2021-12-17 接受日期: 2022-01-24
| 基金资助: |
|
Received: 2021-12-17 Accepted: 2022-01-24
At present, the construction of course ideology and politics is promoted deeply in colleges and universities. According to the concept of course ideology and politics, this paper expounds from three aspects: optimizing the course content, innovating the teaching mode and reforming the assessment method, in-depth exploration of infiltrative course ideology and politics education in physical chemistry laboratory, and gives full play to the educational function of the laboratory course.
Keywords:
本文引用格式
沈海云, 朱莉娜, 王海媛, 邱丽娟, 邵松雪.
Shen Haiyun.
图1
1 优化教学内容,深入挖掘课程中的思政元素
课程思政浸润式融于实验教学,需要充分结合物理化学实验教学特点,深入挖掘实验教学中的思政元素,厚积薄发,才能使思政元素在教学中如盐溶汤、润物无声。思政元素的挖掘需要与实验内容密切衔接,并能适度拓展、延伸,激发学生的参与热情,达到引发共鸣的效果。
1.1 融入学科史、科技史教育
“化学给人以知识,而化学史给人以智慧”[8]。在实验课程中引入学科发展史、技术发展史,介绍科学家的奇思妙想、失败与成功的经验,可以活跃课堂气氛,使学生了解化学家研究过程中采用的科学方法以及在追求科学真理道路上孜孜不倦、坚持不懈的科研态度,有利于构建学生的知识体系,培养学生的科学精神和人文素养。在动力学实验“乙酸乙酯皂化反应”的教学中,可以引入阿累尼乌斯的事迹对学生进行思想启迪。阿累尼乌斯在传统偏见暴风雨般打击下,敢于捍卫自己的理论,创立电离学说。他还提出活化分子和活化能的概念,导出著名的反应速率公式阿累尼乌斯方程等,为物理化学的发展做出重大贡献。阿累尼乌斯一生成就卓越,在1903年荣获诺贝尔化学奖[9]。
1.2 弘扬科学家精神
“科学家精神”是科技工作者长期科学实践中积累的宝贵精神财富[10]。结合实验内容,介绍相关领域我国杰出化学家的事例及成就,引导学生感知他们执着追求、爱国奉献、求实创新的精神。例如在“溶胶的制备、ξ电势与电解质聚沉值的测定”教学中,引入傅鹰先生的事例。作为我国胶体科学的奠基人,他砥志研思,在胶体和表面化学方面取得了系统性、创新性的研究成果。青年时期,他深入研究的吸附作用和溶液中影响固体吸附因素等相关内容已成为吸附理论的重要组成部分。傅鹰和导师巴特尔提出的润湿法测量固体粉末比表面积的方法,比BET气体吸附法早8年。傅鹰先生两次赴美求学,多次婉拒国外优厚条件,毅然回国。他致力于科研和教育事业50多年,为表面化学基础理论的发展和化学人才的培养做出了卓越贡献[11]。
1.3 聚焦国家重大战略需求,将时事热点问题有机融入课堂
在实验教学中,结合实验内容引导大学生关注社会热点、难点、痛点问题,培育学生家国情怀,激发责任担当意识。我国科学技术虽然取得了显著进步,但我们应该清醒地认识到,在部分关键领域,我们同国际先进水平的差距还是很明显的,甚至某些差距还在进一步加大。目前我国面临的卡脖子技术难题,究其根源是基础理论研究不够深入、不到位,致使源头和底层的东西难以搞明白[10]。在实验中讲清楚部分行业遭遇的“卡脖子”现状,激发学生以国家之需为己任、志存高远、勤奋学习,通过拼搏奋斗成为国家急需的拔尖创新人才。如在“原电池热力学”实验中,结合实验内容介绍我国燃料电池和新能源汽车行业遭遇的“卡脖子”难题。在国外燃料电池车已进入量产商用阶段,近两年来,我国车用燃料电池关键材料国内几乎没有供应商的情况有所改变,燃料电池产业迎来了产业化发展阶段,然而关键材料和原材料绝大部分依赖进口,一旦遭遇禁售,很容易受制于人。同样,锂离子电池作为新能源车的“心脏”,目前急需摆脱“卡脖子”现状。高端隔膜作为锂离子电池核心材料之一,仍需大量进口,威胁着新能源汽车产业的健康发展。
1.4 融入优秀传统文化
中国优秀传统文化是中华民族的根和魂,是我们在世界文化激荡中站稳脚跟的根基[12]。传统文化丰富多元,从青铜器到陶瓷,从中医药到美食文化、古人的哲学思想,甚至是诗歌、成语、神话故事,都蕴含着丰富的化学知识和祖先独特的智慧。在实验教学中融入传统文化,使学生从中吸收丰富的精神食粮,在潜移默化中增强文化认同感,树立文化自信,激发弘扬传统使命担当。相图是冶金等学科理论基础的重要组成部分,在“二组分凝聚系统相图”实验中可以引入古代冶金文化,感受劳动人民在生产实践中的智慧和经验。早在商朝,铸造工匠已经能够通过调整青铜中锡、铅比例来铸造具有不同功用的器物;商周时我国创造了辉煌灿烂的青铜文化;春秋末期《考工记》中青铜合金配比的“六齐规则”,是目前可以考证到的最早记载。
1.5 注重安全教育和绿色化学教育
在时代飞速发展的今天,人们对化工产品的需求越来越大。但化工企业安全生产事故频繁发生,以至于有些人谈“化”色变,破解这一难题的关键在于紧绷安全生产之弦,走可持续发展理念的绿色化学之路。在实验教学开展之前要对所有学生进行安全教育讲座,通过实验室安全事故敲响警钟,提高学生安全意识。对实验室中常见的安全问题进行详细讲解,借助视频动画等手段使学生充分掌握安全知识和应急措施。实验教学过程中也要有针对性地进行指导,强调注意事项、及时纠正错误,避免实验安全事故的发生。实验教学过程中应将绿色化学理念积极践行到每个操作细节。药品按需取用、规范操作,避免重复操作,节约试剂药品,减少环境污染;引导学生正确妥善处理回收废弃物,实现废物再利用,培养学生环保意识。
1.6 加强诚信教育
诚信是中华民族的传统美德,也是社会主义核心价值观的要求[13, 14]。加强大学生诚信意识培养在净化我国科研领域的学术风气和保障社会主义现代化建设顺利进行等方面发挥重要作用。诚信教育可采用典型案例,如物理学作假案——舍恩事件[15];翟天临学术不端事件;2021年1月,RSC Advances撤回70篇存在涉嫌图像复制和人为修改结果的论文[16]。通过案例教学使学生深刻认识到抄袭、剽窃、造假等学术不端行为带来的严重后果,绝不触碰诚信“红线”。教学过程中明确实验规范要求,实验现象和实验数据要秉承实事求是的原则,如实、规范记录,严禁为追求高分而编纂实验数据,严禁抄袭他人实验报告,损坏实验仪器或污染药品要及时汇报等。
物理化学实验蕴含着丰富的思政教育元素,除以上阐述的六个方面外,还有很多方面可以挖掘,如利用校史和身边的榜样等富有感染性的事例对学生进行感染、熏陶、激励和教育,以及融入唯物辨证论教育等。每个实验会蕴含多个思政元素,教学中按照实际情况适当引入。表 1列举了部分实验涉及的教学内容和思政元素融合点。
表1 物理化学实验中思政元素融合点
| 实验内容 | 教学内容 | 思政元素融合点 |
| 1. 实验讲座 实验数据的记录与处理 | 天津大学校友老笔记集体亮相展示 天津大学评选学生优秀笔记珍藏在校档案馆 | 身边的榜样 |
| 实验室安全知识 | 案例:2019年3∙21响水化工企业爆炸事故等 | 强化安全教育,树立责任、担当意识 |
| “三废”处理,环境污染事件 | 绿色化学教育 | |
| 2. 凝固点降低法测定摩尔质量 | 融雪剂化雪原理,车窗除冰剂,防冻玻璃水 融雪剂对环境的危害,寻找环保的融雪剂 | 利用理论解决实际问题的能力 绿色化学理念 |
| 2008众志成城抗击冰雪灾害,长沙市区道路每天撒盐600吨 | 党坚强领导和人民群众共克时艰的精神 | |
| 3. 液体饱和蒸气压的测定 | 科学家:克劳修斯、克拉珀龙的故事 | 科学的传承与发展 |
| 4. 平衡常数的测定 | 在一定温度下,反应体系达到平衡。宏观上体系是静止的,微观上正逆反应同时进行,速率相等 | 辩证的唯物主义思想 |
| 5. 最大泡压法测定液体的表面张力 | 自然界中神奇的表面张力 魏晋时开始使用皂荚,泡水后有去污之功效。宋代将皂荚磨成粉末,然后配入香料制成橘子形状大小的球,此乃香皂的雏形 | 激发学生好奇心 传统文化,古代人民的智慧 |
| 表面活性剂带来的环境污染 | 绿色化学思维 | |
| 6. 二组分液相完全互溶系统的沸点-组成图 | 2026年起全面禁止生产含汞体温计 高校实验室火灾事故案例分析:实验着火如何处理 | 绿色化学思维,环保意识 安全风险的管控,安全意识及能力 |
| 7. 原电池热力学 | 改变世界的锂离子电池摘得2019年诺贝尔化学奖 | 科技改变世界,开拓国际视野 |
| 碳中和背景下,我国新能源汽车的未来及面临的国际竞争和机遇 | 关注时事热点,激发责任担当意识 | |
| 我国在燃料电池和锂离子电池领域面临的“卡脖子问题” | 不惧挑战,责任担当意识 | |
| 8. 二组分凝聚系统相图 | 灿烂的青铜器文化:司母戊鼎、三星堆文化、越王勾践剑等 | 优秀的传统文化,文化自信 |
| 相图在冶金、文物保护等方面的应用 | 解决实际问题的能力 | |
| 9. 溶胶的制备,ζ电势与电解质聚沉值的测定 | 中国胶体科学的主要奠基人:傅鹰先生的事迹及成就 豆腐与刘安 | “爱国、敬业”的价值观 传统文化,文化自信 |
| 气溶胶-雾霾的形成 | 理论联系实际,环保意识 | |
| 古诗中的化学:日照澄洲江雾开;日照香炉生紫烟等 | 美育,传统文化 | |
| 10. 乙酸乙酯皂化反应 | 科学家:Svante August Arrhenius (阿累尼乌斯)的故事 超冷化学:潘建伟教授在超冷化学领域的研究成果 | 敢于创新,追求真理 学科前沿,开阔视野,增强自信 |
| 11. 过氧化氢催化分解 | 中国化学激光和分子反应动力学奠基人:张存浩 中国催化科学的先驱者:张大煜 | 科学家的家国情怀,攀登精神 |
| 阎锡蕴院士:发现纳米酶的秘密 | 学科前沿,开阔视野,培养探究精神 | |
| 12. 反应焓的测定 | 古代保温器和《论衡》中的热学知识 | 传统文化,民族自信 |
2 创新教学模式,使教学过程有机融入思政教育
课堂教学是大学人才培养的主渠道,是课程思政实施最为关键的环节[17]。目前,实验教学大部分采用教师讲解为主,学生“照方抓药”的模式,教学效果不佳。为了更好地实现课程思政的教学目标,需要创新教学模式,有效激发和调动学生学习的积极性和主动性。
2.1 构建“线下+线上,课内+课外”的立体化课程思政模式
课程思政的实施应善于运用学生喜闻乐见的形式来传递教学内容,使课程思政更具亲和力、个性化和多元化。随着网络技术飞速发展,慕课、微课、虚拟仿真、雨课堂等“互联网+”新形态教学模式为实验教学带来新的活力,也为课程思政的实施提供崭新的、行之有效的途径。“互联网+”教学模式的实施,首先需要精心设计完善线上资源,如思政素材、教学内容的视频和动画、在线测试系统、虚拟仿真实验平台等。实验前学生自主学习了解相关素材,观看实验讲解和操作要点,进行在线测试,虚拟仿真平台体验完整的实验操作过程等。通过自主学习或小组讨论完善自己的观点,明确实验中涉及的知识和操作要点。利用课上时间与老师、同学充分地进行交流讨论和实验探究。课后通过线上、微信、邮件等方式,学生可以继续将思想困惑和实验报告遇到的问题与老师和同学进行深入讨论,可以在实验室设计改进实验来验证自己的想法,从而实现线上线下、课内课外的立体化课程思政教学目标。
2.2 抓住课堂教学主渠道,形成“价值引领+问题探究”的课程思政模式
“课程思政”的中心思想是人才培养,在于知识传授、能力培养与价值引领有机融合[18]。为了能够让学生从内心感受到课程思政的魅力,课程思政要追求如盐在水的境界,需要把握引入课堂的时机,本着“适时、适当、适量”的原则合理安排[19],使课程思政与实验教学水乳交融、自然展开,浸润式融于教学过程中。要精心设计教学活动,灵活运用多种教学形式[20, 21],包括核心理念讲授、讲授与学生分享讨论相结合、视频教学、案例教学以及翻转课堂等,使课程思政迸发出勃勃生机,融入学生思维,增强情感共鸣,更要将课程思政有机地融入实验指导过程中,一言一行、一举一动皆可发挥育人的功能,在潜移默化中树立学生的社会主义核心价值观,实现价值引领作用。
部分教学案例如下:
(1) 在实验数据记录与处理讲解时,使用小保方晴子论文图片造假,致使导师自杀,自己身败名裂的案例教学[22],使学生深刻认识到学术造假害人害己的严重后果。课后安排学生查找相关案例进行学习交流,书写心得体会,使学生系统了解学术规范并严格遵守。通过案例教学及课后作业,学生能够如实处理实验数据,认真思考与分析。实验报告抄袭、网络下载和数据美化现象大大减少。
(2) 在实验中经常用到精密水银温度计测量溶液的温度,结合时事热点“水银体温计2026年起全面禁产”,以“为什么国家采取这一措施”为话题展开讨论,同学积极参与,纷纷发表自己的观点。通过讨论,同学们对水银温度计及含汞产品的危害有了更加深刻的认识,实验中能够重视水银温度计使用规范,减少温度计的损坏,进一步树立环保意识。
(3) 在“原电池热力学实验”中,采用讲授和学生讨论相结合的形式,结合时事热点提前安排学生查阅碳中和背景下我国新能源汽车的现状与未来以及新能源汽车行业面临的国际竞争与机遇,课上学生分组讨论形成小组观点,小组之间展开交流讨论。通过分享与讨论,同学们对新能源汽车有了更深入的了解,也认识到我国新能源汽车发展急需破解“卡脖子”难题,借此教师引入习总书记对“卡脖子”根源的论述,激励学生深入研究基础理论,打赢核心技术攻坚战。
(4) 近代热学的发展,揭开了冷热变化的奥秘和热运动的规律,极大地推动社会发展、改变人类生活方式。当前在西方热学理论占据教材主导地位的形势下,很有必要引入我国古代在认识与利用热方面所做的贡献。在“反应焓测定”实验中采用翻转课堂的形式,课前提供古代的热技术和热学知识论述等相关资料,让学生以小组形式讨论学习,课上选取两组同学进行PPT展示。学生不仅能消化吸收提供的资料,还能查阅资料拓展新的内容。学生讲解展示了古代双壁保温瓶、蒸馏器、走马灯和神火飞鸦等热技术以及堪称我国古代热力学研究第一人——王充的热力学思想等内容。通过翻转课堂,学生得到自我展示的机会,更认识到我国古代在热学方面独到的见解和贡献。
(5) “二组分液相完全互溶系统的沸点-组成图”实验中,绘制蒸馏曲线是常规的实验内容。十几年前我们就将我校化工学院设计的先进波纹填料精馏塔引入实验教学,模拟精馏过程,使学生深刻理解精馏原理及蒸馏曲线在工业分离中的应用[23]。课程思政实施以来,在模拟精馏实验环节上,增加了对本校化工学院余国琮院士事迹的介绍。余国琮院士是我国精馏分离学科创始人、现代精馏技术的先行者,化工分离工程科学的开拓者,他心系科学救国,不负总理重托,研发了我国迄今唯一的自主重水生产工业技术,为新中国核技术起步和“两弹一星”的突破做出重要贡献[24]。余国琮院士的事迹不仅可以增强学生对母校的自豪感,更能引导学生以国家需求为己任,发奋图强,学以报国。
实验教学中可采用问题探究式教学法,精心设计问题,通过问题引导,充分激发学生旺盛的好奇心和探究欲望,探究过程中鼓励学生胆大心细,敢于提出问题,给出有价值的见解,进而培养学生自主探究能力和树立团队合作意识。同时充分利用混合教学的优势,使用翻转课堂的教学模式,鼓励学生探索创新。探究教学法的实施极大地推动了学生在实验过程中由教师引导探究向自主学习探究转变。学生积极参加创新实验竞赛并屡获佳绩。“累托石吸附工业染料亚甲基蓝的实验研究”和“纳米氧化锌的合成及其热、动力学性质研究”分别获得第二届、第四届卓越联盟高校“卓越杯”大学生化学新实验设计赛[25]一等奖,“循环伏安法测定苯醌及其衍生物的氧化还原电势”实验获得第六届“卓越杯”新实验设计赛二等奖,并成功转化为本科生实验,该教改成果已发表在Journal of Chemical Education杂志上[26]。
3 改革评价方式,在实验评价过程中融入思政考核
学生成绩考核评价是课程思政育人效果评价中的重要环节,具有导向、调节、规范、激励等重要功能[27]。实验评价采取形成性评价办法,结合客观定量评价与主观定性评价,重视对学生认知、情感、价值观等内容的考核,增加学生自评和互评环节,实现多维度、多方位的考核,有利于引导学生运用所学理论知识发现和解决实际问题,使学生将社会主义核心价值观内化于心,外化于行。
3.1 采用形成性评价
不仅考核学生理论知识的运用和实验技能的掌握情况,而且要注重考查学生的思想表现情况。对学生的学习态度、安全和绿色化学理念、诚信意识、团队精神、创新精神等评价要贯穿于实验教学的各个环节。学习态度的考核包括课前预习的完成情况,实验时的认真程度,如实验现象观察、数据记录、仪器设备调试等情况。安全和绿色化学理念则体现在实验操作的规范方面,有无违规操作、随意丢弃药品、倾倒废液情况等。诚信意识主要在于损坏仪器耗材主动汇报,有无数据编造及报告抄袭等情况。团队精神侧重于实验时小组内协同分工配合情况以及问题讨论时的参与度和汇报情况等。创新精神主要体现在积极参与讨论,善于发现实验中存在的问题,能够提出独特的观点或改良措施等。综合考虑线上线下、课内课外的学习情况,线上主要是在线自学、参与线上讨论、完成在线作业的情况;线下侧重于实验过程中的情感态度、价值观念、行为表现以及实验报告的情况。
3.2 采用教师、学生共同参与评价的考核模式
实验评价要改变学生仅作为考核评价对象的现状,充分体现学生在课程评价中的主体地位。探索构建教师评价、学生自评、小组内学生互评“三位一体”的立体评价模式[28],将教师评价的客观性、权威性和规范性与学生评价的针对性和灵活性进行有机结合。自评能使学生正视自己的优缺点,提升自己。互评可以使同学之间彼此为师,互相激励,达到共同进步的目的。我校物理化学实验课每班人数约为20–30名,按学号将学生分为5至6个小组,小组内人员实验位置临近。自评和互评主要考查课堂讨论参与程度、实验态度和操作规范三个方面:(1) 课堂讨论参与程度注重考查学生资料准备、成果汇报和问题解答情况;(2) 实验态度重视学生对实验现象观察和数据如实规范记录情况,强调团队合作意识;(3) 操作规范体现在仪器设备操作、试剂药品使用、废弃物回收处理、实验环境整理等方面。具体评分按完成度分为很好(5分)、较好(4分)、一般(3分)和较差(2分)四级。评分标准会根据实验内容进行适当调整。每次实验结束后根据自评和互评成绩取平均值计入总成绩,促使学生及时总结反思,真正让考核评价为课程思政的顺利进行保驾护航。
具体评价成绩由预习(10%)、操作(30%)、报告(40%)、实验素养(10%)及学生评价和其他(10%)五个模块组成,将形成性及三位一体的评价内容融入此五个模块中。具体的分值如表 2所示。
表2 物理化学实验评价中的思政元素融合
| 评价模块 | 评价内容 | 分值 |
| 预习 | 预习报告(50%),回答问题情况(50%) | 10 |
| 操作 | 实验操作(60%),实验纪律情况(20%,包括出勤、学习态度、安全和绿色化学的理念),以及原始数据情况(20%) | 30 |
| 报告 | 报告完整(30%),数据处理正确(30%,包含诚信意识),图表规范(10%),结果正确(20%),字迹工整(10%) | 40 |
| 实验素养 | 值日和对实验室公共设备的维护(50%),团队精神、创新精神(50%) | 10 |
| 学生评价和其他 | 学生自评、互评(50%),在线学习情况(50%) | 10 |
| 总计 | 思政多方面渗入,多维评价,以评促学,线上线下结合 | 100 |
4 结语
本文从优化教学内容、创新教学模式和改革评价方式三个方面构建了CMA浸润式课程思政教学模式。实施三年来,授课教师积极参与,不断加强自身思想道德修养,提升思政育人意识,深入探讨和挖掘课程内容与课程思政的契合点,将课程思政有机地融入实验教学,落实立德树人的根本任务。实践结果显示学生学习的积极性和热情得到有效激发,团队协作意识明显增强,能够积极参与课堂话题讨论和展示环节,并能给出有价值的见解;学生实验过程更加投入,实验操作规范认真,主动探究意识增强;数据记录和处理实事求是,实验报告书写规范,并能总结自己的实验心得和提出合理建议;师生之间的交流互动更加顺畅,极大提升了实验教学效果。然而,对标课程思政教学目标,我们的课程思政建设仍需积极探索,广泛吸取兄弟院校的成功经验,不断完善,切实提升实验课程育人效果,实现全程、全员、全方位育人格局。
参考文献
/
| 〈 |
|
〉 |

