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让化学的种子在学生心中生根发芽 ——将思政元素融入“化学原理”课程教学

发表日期:2020-8-8 作者:南京大学家教中心 电话:170-5125-2009

“化学原理”课程以物理化学为主线,整合了无机化学(包括元素化学)、分析化学的主体内容,从微观结构到宏观性质,知识体系高度整合,系统性强。课程的内容丰富、涉及面广,是南京大学“百层次”优质课程。

通过细致挖掘课程中的思政元素,精心设计后融入教学,在讲授知识的同时力求把严谨、求真、务实的科学精神,敬畏自然的科学态度春风化雨般润入学生的心中,把民族自豪感和爱国情怀落到实处,深化立德树人教育理念。

01. 求真去“我”,培养科学精神


我国著名化学家戴安邦指出:“全面的化学教育要求既传授化学知识与技能,又训练科学思维和方法,还培养科学精神和品德。”自然科学的任务和使命就是倾听自然的声音。人与自然之间不能通过人类的语言进行交流,需要利用各种测试手段去间接感知,通过对数据的分析、总结归纳现象背后的规律。在探索自然的过程中,务必舍去“我”或把“我”的位置放低,要尊重客观事实,保持谦虚、谨慎、专注、平静的心态,才能听懂自然,说出大自然想说的话。

自然科学发展的历史上有很多教训都是源于“我”的非客观选择,如唯生命力论的观点严重影响了有机化学的发展;F. W. Ostwald及E. Mach拒不承认原子论,从而使L. Boltzmann陷入旷日持久的论战。也正是因为这样的非客观选择,使得J. W. Gibbs在热力学方面的伟大贡献很长时间内没有得到重视;Au一直被人们视为化学惰性的金属元素,导致其优异的催化性质直到近几十年才被发现。此类教训在自然科学发展史上非常之多,通过布置同学们课前阅读与教学内容紧密契合的科学史及科学家生平,能够很自然地把求真去“我”的理念融合在课堂教学中。只有尊重科学事实,求真去“我”,才能培养出有坚持、不畏权威,恪守科学底线,不对实验数据、实验现象做主观选择的科学精神。

02. 树立目标,激发家国情怀


在自然科学领域,我国人民做出了非常卓越的贡献。金属的冶炼、提纯,火药、造纸的发明都是世界上最早的化学技术应用。对于各种矿物的识别及其主要化学性质的记载,我们也都走在世界的前列。

近代以来,我国涌现出了许多杰出的化学家。如发明侯氏制碱法的侯德榜,他解决了索尔维制碱法中氯化钙占地毁田、污染环境的难题,把世界制碱技术推向了一个新高度,赢得了国际化工界的极高赞誉。我国的催化剂之父闵恩泽,他指导完成的微球硅铝裂化催化剂打破了其他国家对我国的技术封锁,开发的Y型分子筛、稀土Y型分子筛及钼镍磷加氢精制催化剂更是推动了中国炼油催化剂制造技术的跨越式发展,在极短的时间内达到世界先进水平。

但是,我们也必须清醒地认识到,在某些关键领域,中国同发达国家相比仍有很大的差距,并且某些差距还在不断加大。通过介绍我国人民在科学事业上的卓越贡献,能够增强学生的民族自豪感和自信心,同时认识到科技兴国的紧迫感和使命感,激发学生们的使命担当和家国情怀。
03. 学以致用,彰显责任担当


化学的最初使命是造福人类,创造更美好的生活。随着人们对环保、健康生活理念的关注度逐渐提高,对于化学相关问题的求知欲和困惑也越来越多。如利用竹炭吸附原理降低新装修房间的甲醛等污染物浓度时,如何判断竹炭的有效使用时间、如何将其再次利用,就是许多家庭感兴趣的话题。很多食品中都含有氢化植物油、苯甲酸钠等食品添加剂,它们对于健康有什么样的影响?可乐的酸性有多强,它真的只是“碳酸”饮料吗?“84”消毒液与医用酒精能否混用,是否能达到1+1>2的杀菌消毒效果?

这些生活中的“化学小问题”俯拾即是、形象生动,而且涵盖课程的多个知识点,非常适合构建问题导向的教学模式,具有显著的实效性。将这些案例在课上分组讨论及课程微信群分享、讨论,既让学生们体会到学以致用的成就感,相关的理解及解决方案也能被同学们辐射给更多有需要的人,从而进一步激发他们深度学习、造福社会的内在动力,不知不觉中厚植责任意识和担当精神。

04. 勇于创新,构建绿色化学


创新决胜未来。化学过程意味着质变、意味着新物质的产生,在化学发展史上创新的闪光点比比皆是。合成氨工艺的发明使农业生产发生了巨大变革,也从根本上解决了人类的粮食生产供应问题。磺胺药的问世大大提高了化学治疗水平;青霉素的应用改变了细菌感染疾病的治疗进程;链霉素、对氨基水杨酸、异烟肼等药品的出现开启了结核病治疗的新时代。

然而,当前日益严峻的环境问题大部分都与化学学科息息相关。如何通过我们的智慧和努力,在开发新工艺的同时减少甚至消除对大自然的影响和损害,构建绿色化学体系,是每位学生都应时刻思考和面对的问题。

我们在课程教学中,引导学生们设计原子经济型反应并模拟生产过程,如苯与二氧化碳直接反应生产苯甲酸、苯直接氧化生产苯酚等,通过理论计算和平衡原理的应用,指导同学们设计出最优化的生产条件,培养学生们的创新思维。通过充分利用反应热效应、提高换热效率,减少能量消耗;设计清洁、可再生的能源获取方式,提高燃料的转化效率。在课程网站或微信群中提供最新的研究论文,引导学生主动阅读,并给予相应的指导,让创新思维和绿色化学的种子在他们心中生根发芽。