在2016年12月召开的全国高校思想政治工作会议上，习近平总书记强调要坚持把立德树人作为中心环节，把思想政治工作贯穿教育教学全过程[1]。2019年3月，习近平总书记主持召开学校思想政治理论课教师座谈会时强调，用新时代中国特色社会主义思想铸魂育人，贯彻党的教育方针落实立德树人根本任务[2]。为了贯彻落实这一理念，各个高校都把引入思政教育作为课程改革和建设的中心任务[3]。目前在高校化学类课程中，课程思政的探索主要集中在无机化学[4]、有机化学[5]、分析化学[6]和物理化学[7]等课程，而关于结构化学课程思政的报道还相对较少[8–11]。黄钦等人围绕提升学生四个自信、阐述辩证唯物主义和培养学生的创新思维等方面来选取结构化学思政元素，同时也提出了教学实践中遇到的一些具体问题和解决方法[8]。李文佐等人从做好顶层设计提升教师自身政治素质、明确教育目标积极挖掘课程思政内容、优化教学方法、强化第二课堂和注重教学效果等多方面对结构化学教学中实施课程思政进行了探索和实践[10]。
结构化学课程是高等学校化学化工等相关专业的一门专业必修课，其为化学各分支学科提供理论指导，是联系基础化学与高等化学的阶梯，在大学化学课程知识体系中占有重要的地位。但是这门课程理论性强、抽象难懂，素来以“教师难讲，学生难学”而著称，是本科阶段化学化工专业难度最大的课程之一[12]。在结构化学课程中融合思政元素，不仅有利于激发学生的学习兴趣，而且还可以培养他们的爱国主义情操、辩证唯物主义思想和科学文化素养，达到立德树人的效果。本文立足于教学实践，充分挖掘思政元素，提供了大量具体的思政案例，通过精心设计教学模式，将思政元素自然融入教学过程，对结构化学课程思政建设进行了探索。
1 思政元素融入教学内容
结构化学课程思政教学的目标就是要培养学生的爱国主义情操、辩证唯物主义思想和科学文化素养，围绕这个目标深入挖掘了结构化学教学中蕴含的思政元素。首先，结构化学课程以数学和物理为基础，具备一种优美的简洁性，其教学内容体现了独特的科学之美。其次，结构化学作为化学各分支学科的理论基础，在各学科领域内都有广泛的应用。因此，其蕴含的思政案例是非常丰富的。我们对讲授的知识点进行了梳理，融合思政元素进行教学内容设计，具体的案例列于表 1中。从表中可以发现，这些案例涉及到科学家的生平事迹、思维方法、科学方法以及知识点相应的背景和应用等方面。将思政案例自然融入授课过程中，既可以起到立德树人的作用，又能使课堂教学生动有趣，从而激发学生的学习兴趣，调动他们的学习积极性，活跃课堂气氛。
表1 思政元素与教学知识点的融合
| 章节 | 知识点 | 思政案例 | 思政目标 |
| 绪论 | 结构化学课程的重要性 | 为化学各分支学科提供理论指导，许多化学课程都与结构化学课程紧密相关。无机化学课程中原子、分子、晶体和配合物结构，有机化学课程中运用杂化轨道理论和分子轨道理论说明有机物的结构、利用前线轨道理论解释化学反应机理等内容[13] | 提高学习兴趣，激发学习动力 |
| 分子设计的理论基础。石墨烯、18碳环[14]、联苯烯网络[15]等最新研究进展 | “结构决定性质，性质反映结构”的科学思维 | ||
| 量子力学原理 | 量子力学的建立 | 量子力学是科学家们集体智慧的结晶，而多数人在二三十岁就完成了自己的代表性工作，因此被戏称为“男孩物理学” | 勉励学生珍惜大好时光，奋发向上 |
| 为了解释对量子力学开创具有重大意义的三个实验，科学家们大胆提出假设，建立了革命性的理论 | 勤于思考、乐于探索的创新性思维以及实践-认识-实践的辩证唯物主义认识论 | ||
| 爱因斯坦提出光子学说、德布罗意提出物质波的概念，分别为光和实物微粒波粒二象性奠定基础 | 对立统一的辩证唯物主义方法论 | ||
| 海森堡历尽艰辛、孜孜以求，提出不确定性原理 | 不畏艰难、勇于探索的科学精神 | ||
| 可观测物理量的确定值/平均值 | 如果波函数是物理量算符的本征函数，此时物理量就具有确定值；否则，利用公式求算其平均值[16] | 具体问题具体分析的辩证唯物主义思想 | |
| 一维势箱中运动的粒子以及势箱模型在化学中的应用 | 利用薛定谔方程求解一维势箱中运动的粒子的波函数及其能量，通过对解的讨论揭示微观粒子运动的基本规律，并将其应用到化学领域 | 理论指导实践，促进科学发展的一般规律 | |
| 原子结构 | 单电子原子体系球极坐标下薛定谔方程的求解 | 利用变数分离，将含有三个变量的偏微分方程转换为三个只含单个变量的常微分方程 | 化繁为简的科学研究方法 |
| 量子数的物理意义 | 求解薛定谔方程得到的主量子数、角量子数和磁量子数之间的制约关系 | 引导学生体会科学的逻辑之美 | |
| 多电子原子结构 | 零级近似、中心力场近似和自洽场方法求解多电子原子薛定谔方程 | 科学研究中的近似处理，是从相对真理走向绝对真理的必由之路 | |
| 分子对称性 | 引言 | 介绍自然界、建筑、生活、艺术、微观世界中的对称性 李政道和杨振宁发现宇称不守恒定律，成为最先获得诺贝尔奖的中国人 | 体会对称之美，激发学习兴趣 激发学生的民族自豪感和爱国主义热情。 |
| 分子对称点群 | 对于给定的分子，找出其所有对称元素，并判断所属点群 | 感受分子结构之美，培养学生严谨认真的科学态度，同时锻炼其空间想象能力 | |
| 群表示理论及应用 | 介绍群的概念、群的不可约表示和特征标表等群论的内容，群论将对称性置于严格的数学基础之上，可解决许多化学问题 | 突出学科之间交叉融合的重要性 | |
| 双原子分子结构 | 线性变分法 | 利用量子力学中常用的近似方法变分法求解氢分子离子的结构 | 独辟蹊径的创新科学思维 |
| 分子轨道理论和价键理论 | 两种理论分别从不同的角度阐释分子的电子结构，在具体应用上各有优缺点 | 一分为二看待问题的辩证思维 | |
| 多原子分子结构 | 休克尔分子轨道方法 | 使用休克尔分子轨道方法处理丁二烯，计算分子轨道能级及波函数，进而求算电荷密度、键级和自由价等 | 通过一系列复杂的演算，训练学生认真细致的习惯，学生得到正确结果的成就感可激发其学习的动力 |
| 分子轨道先定系数法 | 我国科学家张乾二院士提出解休克尔分子轨道的图形方法，直接使用三角函数计算共轭分子轨道系数，不仅能使计算简化，而且对于结构类型相同的共轭分子能给出统一的解析表达式 | 勤于思考、勇于创新以及淡泊名利、潜心科研的精神 | |
| 前线轨道理论和分子轨道对称守恒原理 | 分子在进行化学反应时，分子轨道发生相互作用，反应能否进行，反应的条件和方式取决于前线轨道对称性是否匹配。在反应物的分子轨道演变成产物的分子轨道的整个过程中对称性守恒。结合具体的反应验证上述理论的正确性 | 实践-认识-实践的辩证唯物主义认识论 | |
| 配位场理论 | 我国科学家唐敖庆院士带领团队攻关配位场理论，发展完善了该理论，取得了突破性的创新成果，得到国际学术界的一致认可。此外，唐敖庆院士放弃在国外的优越生活和工作条件，回到祖国，多次举办量子化学培训班，培养了大批理论化学人才，为我国的科学进步做出了卓越贡献 | 高尚的道德和严谨的科学精神，激发学生的爱国主义热情和热爱科学的兴趣 | |
| 分子间非共价相互作用 | 在天然气水合物(可燃冰)中，水分子之间通过氢键形成笼型结构，甲烷分子通过范德华力填充在笼中。而且，我国的可燃冰开采技术居于世界领先水平 | 激发学生的民族自豪感和爱国主义热情 | |
| 晶体学基础 | 引言 | 介绍晶体材料在半导体、光学、超导等领域的广泛应用 | “结构决定性质，性质决定用途”的科学思维 |
| 晶体的点阵结构 | 通过数学概念点阵和晶体之间的对应关系，可以把晶体结构抽象为点阵 | 具体-抽象-具体的辩证思维方法 | |
| 晶体的宏观对称性 | 晶体中不存在五次或六次以上的对称轴，而以色列科学家谢赫特曼在铝锰合金中发现了五次对称性，提出了准晶体的概念，从而荣获2011年诺贝尔化学奖[17] | 敢于质疑权威理论，坚持真理的科学精神 | |
| 晶体的衍射 | 英国女科学家霍奇金利用X射线衍射技术解析了青霉素、维生素B12和胰岛素等分子的结构 | 克服困难、坚持研究的科学精神 | |
| 金属晶体 | 四种典型堆积方式 | 将金属晶体抽象成等径圆球的堆积 | 透过现象看本质的思维方法 |
| 合金的结构 | 介绍储氢合金材料的结构和应用 | 理论联系实际，激发学习兴趣 | |
| 离子晶体 | 典型结构型式 | 介绍NaCl型、立方ZnS型、CaF2型、六方ZnS型、CsCl型、金红石型等典型的离子晶体结构型式，而复杂离子晶体可以归结为这些简单结构型式及其变形 | 由简单到复杂的科学研究方法 |
| 离子晶体的结晶化学规律 | 分别介绍哥希密特和鮑林总结的二元和多元离子晶体的结晶化学规律 | 通过归纳总结，抽象出一般规律的研究方法 | |
| 分子结构测定方法理论基础 | 光电子能谱的基本原理 | 光电子能谱可以测定分子轨道能级顺序和高低，为分子轨道理论提供实验基础；同时，分子轨道理论也为解释光电子能谱提供理论基础 | 理论与实践相结合的辩证唯物主义思想 |
| 拉曼效应的发现和拉曼光谱 | 印度物理学家拉曼首先发现了拉曼效应，成为第一位获得诺贝尔物理学奖的亚洲科学家。基于此效应建立的拉曼光谱分析技术已被广泛地应用于分子结构的研究 | 兴趣驱动、追求真理的科学精神 | |
| 计算化学基础 | 基本概念 | 介绍量子力学、分子力学/分子动力学、量子力学/分子力学等方法，以及计算机辅助药物设计的应用实例，突出与前面所学知识的联系 | 展示课程的实用性，激发学生的学习和科研兴趣 |
2 思政元素融入教学过程
鉴于结构化学课程学习难度较大，教学过程仍然是以传统面授为主。此外，把一些难度较低的教学内容以多种模式在线上和课下进行，同时融入思政元素，从而起到良好的教学效果。
2.1 线上讨论
近年来，结合了课堂教学与在线教学的混合学习模式得到了迅速发展。而将部分思政案例放在线上进行，利用学生的课余时间完成，既不占用课堂教学时间，又可以充分发挥学生的主观能动性。例如在“量子力学的建立”一节中，为了解释对量子力学开创具有重大意义的三个实验，科学家大胆提出假设，建立了革命性的理论。针对这个思政案例，我们在结构化学课程线上教学平台的“讨论”模块里提出了如下问题：三个经典实验对你的学习或科研思路有什么启发？如图 1所示，可以看出此案例确实启迪了学生勤于思考、乐于探索的创新性思维，同时有助于其掌握实践–认识–实践的辩证唯物主义认识论。
图1
2.2 问题式学习PBL
PBL (Problem-Based Learning)就是教师针对特定知识点提出问题，学生以小组为单位，通过交流讨论协作解决问题。这种教学方法可以充分发挥学生的主观能动性，提高其分析和解决问题的能力。教学过程中挑选3–5个合适的专题进行PBL教学，前期的查阅资料和讨论整理在课下完成，后期的小组汇报和教师总结在课上完成，每个专题大约占用2个学时的课堂时间。例如在“晶体的宏观对称性”一节中，我们提出以下问题：晶体的宏观对称元素及对称操作有哪些？为什么晶体中不存在五次或六次以上的对称轴？什么是准晶体？学生先在课下查阅教科书、科研文献和网络资料，再进行小组讨论、汇总和整理，课上辅助以教师的启发和总结，最后得出问题答案。经过以上的PBL教学过程，学生不仅能够掌握相应的知识点，而且其分析和解决问题的能力也得到了提高。
2.3 课外阅读
学生在课余时间阅读和浏览与结构化学课程相关的优秀科普著作和网站，既能激发他们的学习兴趣，又能使思政教育在课外继续拓展延伸。由林梦海等人所著的《高山仰止——唐敖庆和他的弟子们》[18]和《浪遏飞舟——张乾二传》[19]，分别讲述了我国著名量子化学家唐敖庆院士和张乾二院士的生平事迹，体现了深厚的爱国主义情怀以及淡泊名利、潜心科研的精神。由曹天元所著的《上帝掷骰子吗？——量子物理史话》[20]，以通俗生动的语言回顾了量子力学的发展历史，并将量子力学的一些基本理论穿插于其中。由Theodore Gray所著的《视觉之旅三部曲》[21]，主要以精美的插图介绍了元素及其化合物的性质、结构和用途，以及分子之间的化学反应。此外，在科学网[22]、美丽化学[23]和X-MOL [24]等网站上也有大量与本课程相关的文章和视频。另外，期末要求学生撰写一篇阅读报告，总结阅读了哪些与结构化学课程相关的书籍，有什么体会和收获，从而鼓励和督促学生课外阅读。
3 课程思政教学效果
在结构化学中引入课程思政教育后，学生的学习兴趣明显提高，课堂表现也更加认真积极。更重要的是，从学生参与线上讨论、问题式学习和课外阅读等活动的表现以及作业、测验和考试情况来看，课程思政增强了学生的爱国主义意识和社会责任意识，提高了他们的逻辑思维能力、归纳总结能力和团队合作能力，学生能够用正确的世界观和方法论提出问题、分析问题和解决问题。此外，课程思政培养了学生的创新精神和学术能力，学生积极参加大学生创新创业训练计划项目和“互联网+”大学生创新创业大赛等，并取得了优异的成绩。
4 结语
以培养学生的爱国主义情操、辩证唯物主义思想和科学文化素养为目标，对结构化学课程思政教学模式进行了精心设计，将思政元素自然融入教学过程，取得了良好的教学效果。
参考文献
