教育部长陈宝生同志强调：“高校要明确所有课程的育人要素和责任，推动每一位专业课老师制定开展课程思政教学设计，做到课程门门有思政，教师人人讲育人。”只有深入挖掘专业课中蕴含的德育元素和承载的德育功能，在授课时有意识、有设计地将社会主义核心价值观、道德观融入教学过程中，达到习近平总书记提出的“守好一段渠、种好责任田，使各类课程与思想政治理论课同向而行，形成协同效应”，真正实现高等教育“育才育人”的双目标^{[1, 2]}。

实验课堂是科学知识传播的重要载体，教学互动性强，学生的参与度高，因此，我们要充分利用实验课堂的有利渠道，融合思政教育，在提出问题、分析问题、解决问题的过程中提高思想政治教育的针对性和实效性，进一步落实理论性与实践性相统一，因材施教。借助无机与分析化学实验的课堂，老师们从日常生活入手，列举学生身边的例子，使得无机化学、分析化学课程的理论和方法得到了具体化、实验化和实用化，从能力培养、知识传授、价值观影响等三个方面对学生进行培养和教育，鼓励学生敢于尝试与探索^[3–5]。因此，只有通过理论联系实际的运用，才能让学生充分认识并理解无机化学、分析化学学科发展对人们追求美好生活的重要性，并进一步透过所学知识培养学生的家国情怀、责任意识和使命担当。

“无机与分析化学实验”是我校化学及其近源专业的必修课，在基础化学学科领域具有举足轻重的地位^[6]。结合理论课程的知识体系以及授课学生的专业特点，在建构主义学习理论的指导下，我们采用了模块化的课程设计体系，如图 1所示。

我校的“无机与分析化学实验”课程设计从安全教育入手，让学生牢固树立“安全实验高于一切”的意识，掌握基本的试剂安全、仪器安全、个人防护、废液处理等，并结合线上课程平台的小测验来巩固安全防护的知识。总计64学时的实验课程包括四个模块：第一模块为三次基本操作实验，第二模块为三次基本原理实验，第三模块为三次综合实验，第四模块为设计实验。课程体系从基本技能训练升级到综合提高训练，实验内容紧扣理论教学，实验难度逐步提高，最终要求学生以小论文形式呈现第四模块的实验报告，旨在通过系统规范的操作培训、基本原理的运用渗透、综合实验的融会贯通以及设计实验的巩固升华，让学生能够真正学以致用，提高对无机化学、分析化学学科的认知和理解。

无机与分析化学实验课程的授课对象为大一新生，每年的授课人数约500人。课程采用模块化的教学设计，各模块之间具有较强的关联性和递进关系^[7]。课堂教学注重培养学生的安全操作意识、基础科研能力、团队协作精神和严谨的科学态度。为了进一步提高学生在课堂上的参与度和对学科的认知理解，避免课堂思政中的“两张皮”现象^[8]，我们通过深度挖掘“学以致用”这一思政元素，将显性专业知识传授与隐性思政教育有机融合，融合身边的案例和鲜活资源，做到润物无声、生根发芽^[9–11]。

PBL (problem-based learning)教学模式是以问题为导向，学生为主体，教师为主导，从“发现问题”“提出问题”“解决问题”的角度进行引导教学，以促进学生的积极性和主动性为主要特征的教学模式^[12]。我们结合模块化的教学设计，采用PBL的教学模式，在实验课堂中充分渗透“学以致用”的思政理念，让学生在实践过程中切身体会并付诸到实际行动中。

在基本操作实验模块中，设计了三个实验，包括氯化钠的提纯、碱含量的测定以及醋酸电离常数和电离度的测定。主要目的是培养学生的基本操作技能，包括常压过滤、减压抽滤、蒸发浓缩、滴定、移液、定容、减量法称量等；同时，掌握pH计的使用方法以及数据处理的方法。

【问题1】氯化钠提纯实验的关键步骤是什么？氯碱工业中的重要一步是粗食盐制氯化钠水溶液，查阅相关资料比较实验室和工业提纯的区别，从中理解化学实验和化工生产的区别？

【问题2】什么是双指示剂法？如何在工业生产中运用？

【问题3】双指示剂法测定混合碱含量的误差来源是什么？如何减小？

将学习融入到复杂却有意义的问题情境中是PBL模式教学设置的关键环节。通过问题1的引入，可以帮助学生了解实验操作中的关键步骤，同时通过查阅资料可以激发起学生对于化学学科学习的兴趣与主动性，帮助学生了解氯碱工业的发展及其在国民经济中的重要性。

在中国古代就有“杜康造酒，其子造醋”的传说，古人通过发酵的方式实现了醇到酸的转变。“酸碱”是传统的化学工业基础，也是我国民族工业的启蒙，此处重点介绍“侯氏制碱法”这一在化学相关课程被广泛提及的思政案例^[13]，让学生深刻感受侯先生的家国情怀和爱国精神。

混合碱滴定分析的准确性是化工相关产品质量保证的基础。目前，双指示剂法是工业上混合碱成分分析普遍采用的分析方法。但该方法涉及的操作步骤和注意事项较多，不同学生对于滴定终点颜色的判断可能存在偏差。而在课堂实验过程中，滴定管中气泡的存在会对结果有较大影响，而临近滴定终点时的半滴控制影响更大。此时，通过问题3的引入，可以培养学生严格的“量”的概念、细致的实验习惯和精益求精的工匠精神。而分析误差来源，通过调整实验方案减小误差则是科学研究所必备的基本素养之一。

第二模块主要涉及无机化学中的基本原理，具体的实验内容包括：酸碱平衡、沉淀平衡，配合物的生成和性质；氧化还原反应与电化学；化学反应速率及活化能测定。这些分析测定实验的内容可以让学生通过具体的实验过程，充分理解化学热力学、动力学原理和“四大平衡”的原理以及影响化学平衡的关键因素，能够利用理论→实践→理论的学习方式，通过对实验现象的预测、判断和分析，不断加深对化学基本原理的理解和掌握，并灵活运用到科学研究中。

氧化还原反应实验中典型的实验现象(图 2)和思考题的设置可以极大地激发学生对问题进行深入剖析和主动学习的兴趣，紧扣PBL教学模式中以问题为导向的设置关键。

【问题4】氧化还原反应的优势是什么？

针对问题4，张同学在课堂上进行了介绍：传统的氧化还原反应一般需要用到强酸、强碱等，而有机电化学是实现氧化还原反应的最为有效、直接、清洁的方法之一，可以从工艺本身消除污染，避免了传统氧化还原试剂对环境的污染和对人体的损害，符合“绿色化学”的发展趋势。

【问题5】绿色化学中的系列问题。

在课堂交流中，我们进一步提出更为具体的问题：“原料是用价格低廉但有毒的原料，还是低毒成本略高的原料？”“化学工业产品是仅仅着眼于产品性能，还是需要考虑环境和生态安全？”“处理工业废水，是用便宜但会产生大量固体废弃物的技术，还是高成本投入研发没有二次污染的绿色化技术？”等^[14]。通过对这些问题的分析和讨论，学生对绿色化学有了一定的了解。这时，再进一步渗透只有通过在化学学科各领域中的深入研究和不断探索，摒弃高污染、高能耗的传统技术，不断开发新技术、拓展新工艺，力求最大限度地减少对环境的破坏；进而让学生将“绿色化学”的理念和环境保护的意识内植于心，树立“绿水青山就是金山银山”的可持续发展观。

无机化学理论课的核心知识点之一就是“四大平衡”，包括酸碱平衡、配位平衡、沉淀平衡和氧化还原平衡。课程中通过不同的实验设计帮助学生理解化学平衡的原理以及影响平衡的关键因素，比如酸碱平衡中的同离子效应、沉淀的生成溶解和转化、配位平衡的移动、氧化还原能力的改变等。

【问题6】什么是化学平衡？如何实现平衡的移动？

化学平衡是一个动态平衡，人类发展也是在各种生态平衡中不断进步的。任何平衡的破坏或者失衡，都将造成严重的后果，危害极大。我国的化学工业经历了百余年的发展，化肥工业、农药工业、硫酸工业、纯碱工业等一个个子行业都有着“从无到有、从小到大、由大到强”的成长史，也形成了相对独立的发展进程。进入21世纪，绿色可持续发展已经成为化学工业的必然发展趋势，化学工业的发展不能以牺牲环境为代价，否则必将导致生态平衡的破坏，而产生不可逆转的影响。借此，顺理成章地强调在科研工作和日常生活中都要注重生态平衡，共建和谐美好的家园。同时，我们也要充分利用所学知识和本领，来促进生态平衡的正向移动。

在第三模块的综合实验中，课程设计了三个实验：纯水的制备、检验和水总硬度的测定，水中化学需氧量(Chemical Oxygen Demand，简称COD)的测定，以及混合酸的测定。前两个实验都与人们的生产生活有着密切的联系，涉及到的测定方法和原理都在实际运用中有着广泛的体现。

在课程设计上，我们通过线上课程给学生介绍了现有的纯水制备方法、原理以及水中杂质离子的鉴别方法(图 3)；硬度的定义、测定方法及计算公式，重点介绍了EDTA的酸效应曲线；随后，在线下实验课上，重点对纯水制备方法进行介绍，并联系家庭中的纯水净化设备进行讲解，从而让学生掌握这部分实验的“学以致用”之处。

【问题7】纯水制备技术包括哪些？

【问题8】纯水制备技术的基本原理是什么？从何处改进可以提高人们饮用水的品质？

随着人民生活水平的不断改善和提高，水的净化装置已经进入了千家万户。从矿泉水的诞生到超纯水的获得，我国人民对饮用水的水质要求在不断提高。通过各种品牌净水器的安装，可以进一步提高生活饮用水的品质，实现人们的个性化需求。通过本模块实验的学习，学生将掌握这些基本原理和实验技巧，在未来的科研之路上或许可以为自来水的直饮技术添砖加瓦。这也是课堂教学最有意义之所在，要让学生理解“把论文写在祖国大地上”，把先进技术落地到改善人民生活中。

纯水制备技术中的关键之一就是膜材料的发展，针对问题7和问题8，在课堂上给学生重点介绍了我校张永明教授的全氟离子膜技术：如何从基础原材料出发、从基础理论研究开始，系统解决了关键的科学、技术、工程和装备难题，成功研制出中国的氯碱全氟离子膜，突破了长期制约我国氯碱工业发展的瓶颈，突破国外企业对此项技术的垄断，进而解决了“卡脖子”问题。

【问题9】COD的定义是什么？测试技术有哪些？

陈同学在课堂上介绍：COD指标是指水体中易被强氧化剂氧化的还原性物质所消耗的氧化剂的量，结果折算成氧的量，以mg∙L⁻¹计。测量COD值的传统方法是使用高锰酸钾或重铬酸钾等强氧化剂，由于使用的氧化剂不同，得出的结果数值也不相同，因此在使用上述方法是需要注明的。随着检测技术的不断发展，如今有了更加高效、便捷的测定COD的方法，比如库伦法、快速密闭催化消解法、分光光度法等^[15]。

一大批化工企业的关停，让我们看到国家对化学工业中的环境污染问题的重视提到了空前的高度。水中COD含量的测定是化工企业废水排放的重要指标之一，因此很多企业在近两年都配备了COD检测设备，也新增了废水处理装置来使废水中的COD指标达到国家排放标准。因此，我们在理工科大一新生的基础课“无机与分析化学实验”中开展COD的测定实验，不仅可以帮助学生掌握COD测定的原理和方法，而且可以让学生对COD测定的必要性有充分的了解。

课堂上，我们引入思政案例，我校孔海南教授带领上海交通大学湖泊富营养化治理教师团队，以实际行动坚持“把科研论文写在祖国大地上”，让曾被过度开发不堪重负的美丽洱海又重现了昔日风采^[16]。这样的案例让学生对水体检测与环境保护有更为深刻的理解，认识到只要掌握扎实的基础知识和技能，才能为将来更好地服务社会、投身科学研究打下坚实的基础，进而促进科学技术的卓越发展。

在“无机与分析化学实验”的第四模块，课程要求完成草酸亚铁的制备及组成测定，包括系列合成实验、邻二氮菲法测定铁含量以及分光光度计的使用，总计14学时。这一部分的设计实验是对基本操作实验、基本原理实验以及综合实验等前三个模块所学知识和技能的再现和提升，课堂讨论中针对铁含量测定的问题提出了常量样品采用什么方法合适？实验中要求用分光光度法测定有什么优缺点？从而引起学生的深入思考，最终实验报告以论文的形式提交，帮助学生规范科技论文的写作，是对未来开展科研工作的良好启蒙。

查阅文献是科学研究最重要的环节之一。只有通过阅读大量的文献以及深入透彻地分析文献，才能掌握研究的关键点所在，从而保证科研工作的高效实施。科技论文写作的第一部分一般是前言或者研究背景，要求对所研究领域的已有工作进行综述，要做到“综中有述，述中有理”。因此，在这一模块，我们要求学生查阅文献和资料，在小论文中加入引言部分并附上参考文献。我们也会把文献检索的方法在课堂上适当引入，比如X-mol、Scifinder等。

实验方案的设计也是科学研究中的重要一环，可以直接决定科研结果的成败。设计实验部分设定了11个与实验相关的关键问题，通过小组讨论的方式确定最终的实验方案。在这个过程中，学生需要分工完成，通力合作。

系列合成实验要求学生独立完成，定性、定量分析实验要求两人一组。我们鼓励学生科学、合理地创新，允许失败，引导学生从失败中进行总结和反思，合理地优化实验方案。在实验过程中，通常会经历一些失败，比如：1) 在第一步的硫酸亚铁铵的制备过程中无产品；2) Fe标准试样的浓度配错。制备实验中的失败会让学生产生挫败感，而分析实验中的失败会让学生失去耐心。在解决问题之后，我们一定要告诉学生，科学研究不是一蹴而就的，每一个成果背后都会有无数次的失败。科学研究的过程有时比结果更重要，因此，我们要保持良好的心态和锲而不舍的科学精神。

实验报告也是基础实验中的重要环节。通过撰写实验报告，学生可以进一步深入理解实验原理、总结实验过程、分析失败的原因等，而且可以培养和训练学生的逻辑归纳能力、综合分析能力和文字表达能力，是科学论文写作的基础^[17]。因此，第四模块的实验报告以小论文形式提交，对报告的内容、图表的格式有明确的要求，从而帮助学生规范科技论文的写作。设计实验与化学科研过程的对应关系如图 4所示。

【问题10】仪器分析法有哪些优势和生活中的应用？

第四模块的实验设计中要求利用邻二氮菲法测定铁含量，需要用到的仪器是分光光度计，涉及到的原理是朗伯-比尔定律。用光学酒精测试仪查酒驾就是朗伯-比尔定律在生活中的典型应用之一。具体原理是：酒精测试仪内部含有黄色的Cr₂O₇²⁻离子，当呼出的气体中含有乙醇分子时，在光源的作用下，乙醇分子会将Cr₂O₇²⁻离子还原成绿色的Cr³⁺，还原产物Cr³⁺绿色增加的程度与乙醇浓度成正比，绿色增加得越深，说明酒精浓度越大^[18]。

近些年来国内发生了多起食品安全问题，如2004年的“大头娃娃”事件，2008年的奶粉添加三聚氰胺事件，2011年央视315晚会曝光的“瘦肉精”事件等。在这些事件的调查过程中，仪器检测和方法就显得至关重要^[19]。比如，无良商家为保证鸭蛋的卖相，在饲料里添加了红色工业染料苏丹红。苏丹红属于化工染色剂，主要应用于油彩等产品的染色，有致癌性，对人体的肝肾器官具有明显的毒性作用。借助仪器分析的方法如红外光谱法、拉曼光谱法、紫外-可见光谱法、液相色谱法、液质联用法^[20]，可以帮助学生分辨社会生活中的“红心鸭蛋”的“真与假”。

我们要将“课程思政”的目标落实到细处、实处，推动思政课程与课程思政协同前行、相得益彰，构筑育人大格局。本文借助互动性极高的实验课堂这一有形载体，深入挖掘“学以致用”的思政元素，采用PBL的教学模式，让学生体会到理论知识在科技进步、生活改善中的运用，充分感受到解决真实问题的成就感，加深对无机与分析化学学科的认知，培养学生理论联系实际以及分析问题、解决问题的能力。我们希望通过实验课堂这一有形载体，帮助学生更好地理解实验原理，能够认识到“今日所学”的“明日之用”，从而激发学习兴趣，进一步培养他们的科研素养。正如中国色谱理论奠基人卢佩章院士所说：“科学家要有创新，必须有坚实的理论和技术基础。有一颗热爱科学的心，才能选准方向，坚持下去。”也只有这样，我们才能更积极地“用脚步丈量祖国大地”。