无机及分析化学实验课程改革研究

刘智敏，成会玲，许志刚(昆明理工大学理学院，云南 昆明 650500)

1 背景介绍

课程思政教育是近几年新提出的概念，但在专业课程教育中渗透德育教育的研究却由来已久。课程思政有别于思政课程，更加强调专业课程教学中，将与隐含的思想政治教育元素和赋存的思想政治教育功能，融入到专业教学中，实现思想教育和专业教育的统一[1-2]。课程思政自2016 年正式提出以来，各大高校开始了广泛的课程思政教育研究[3-4]，并逐年扩大了专业课程中实施思政教育的规模。目前的高校课程教育中，理论课程的思政教育相对更加广泛、深入[5]，并有一部分在线开放资源可共享、借鉴，而实验课程方面的思政教育相对滞后。

目前，有关化学实验课程的课程思政成果较少，继续在化学实验课程中加强课程思政教育十分必要。在化学实验课程中强化课程思政教育，不仅有利于化学实验的安全教育，还有利于挖掘化学方面的爱国教育、创新精神教育。除此之外，化学实验有比较大的受众面，除化学专业的学生外，在很多的理工科院校，化学及相关实验教学是重要的专业基础课，涉及到的专业包括冶金专业、材料专业、食品专业、生物专业、环境专业、医学专业、矿物加工专业等。因此，在化学实验类课程中加强课程思政教育意义重大。

无机及分析化学实验课程是非化学专业学生开设化学类实验课程受众面最广的一门基础化学实验课，也是这些学生在大学期间接触的第一门化学实验课程。在无机及分析化学实验课程中探索课程思政的实施，具有非常强的应用性、适用性、参考性，对后续实验课程持续开设课程思政，具有很好的示范性和启发性。以昆明理工大学理学院开设的无机及分析化学实验课程为例，在实际的实验教学过程中植入课程思政要素，详细探讨了在这门课程中贯彻实施课程思政的可行性和执行效果，为在化学类实验课程中实施课程思政积累经验。

2 无机及分析化学实验课程改革实施

无机及分析化学分为理论课和实验课，两门课程一般是独立开设的，分别设置学分。无机及分析化学实验课程在我校的基础化学实验教学中，一般是在大一学生中开设，设置48 学时3 学分，实验内容涵盖了无机化学部分和分析化学部分，而这两个部分在实验开设中分别占24 学时，实行20 人左右的小班制实验教学，并由一名专职教师授课。上述无机及分析化学实验的基本授课情况，有利于教师开展课程思政教育。

我校无机及分析化学实验课程分别开设的实验内容有：电导率法测醋酸解离常数、解离平衡及水解反应、氧化还原与原电池、配合物的生成与性质、硫酸铜的制备、溶解平衡、电子天平及滴定分析仪器使用练习、氢氧化钠标准溶液的配制与标定、醋酸含量的测定、EDTA 标准溶液的配制与标定、自来水总硬度的测定、邻二氮菲分光光度法测定水中微量铁、高锰酸钾标准溶液的配制与标定、过氧化氢含量的测定，以及操作考试。课程思政教育在无机及分析化学实验课程中有3 种实施模式，分为课前任务布置、课中介绍和课后拓展。

2.1 无机化学实验部分教育改革

(1)在氧化还原与原电池的实验中，有较多的思政教育元素。教师应在课前、课中、实验后分别加以引导。比如：课前要布置文献检索任务：谁最先发明了原电池？伏特(Volt) 这一电化学单位是怎么来的？通过课前的准备，课程中由学生参与，老师进行引导，系统讲解意大利物理学家伏打(Volta) 研究静电、发明树脂起电盘、麦秸验电器和伏打电堆，1776 年还发现了甲烷，测定了空气的膨胀系数，为了纪念他在电化学方面的伟大贡献，根据他的姓氏把电动势、电势差、电压的单位命名为伏特(Volt)。

在实验开展的过程中，分别要用到能斯特方程计算浓度、酸度和生成配合物对氧化还原反应的影响，教师要对能斯特方程及能斯特人物历史进行介绍，能斯特(Nernst)是一位伟大的德国物理化学家，他通过能斯特方程将电池的电势同电池的各个性质联系起来，建立起联系化学能与原电池电视电位的关系，于1920 年获得诺贝尔奖，他还发明了能斯特灯，提出了热力学第三定律。实验课程结束后，还要给学生留下问题思考：实验中计算得到的原电池的数据和书本上查到的是否一致？这些差别说明了什么问题？引导学生进一步深入探究影响原电池电势能的因素，加深对能斯特公式的理解。

(2)在硫酸铜的制备实验中，非常有必要补充一些关于硫酸铜的工业和应用方面的介绍，比如硫酸铜的用途：既是一种肥料，又是一种普遍实用的杀菌剂，波尔多液、铜皂液、铜铵制剂等都要大量使用硫酸铜。硫酸铜是一种重要的工业原料，因而硫酸铜制备具有重要的工业价值。硫酸铜的制备方法众多，有硫酸法、电解液回收法、铜矿制备法、铜污(铜洗塔中)制备法等，实验室采用的是电解液回收法，但本次实验中仍有几处危险的操作和存在安全风险的步骤(操作流程如图1 所示)，实验教师要特别注意强调安全和规范。首先，电解液一般呈较强的酸性，使用时注意安全；加热置换铜时，注意防止烫伤，也要防止溶液溅出或打翻；在马弗炉中高温灼烧时，要特别注意防止烫伤事件，也要注意桌面等器材防止烫伤，防止高温引发伤害；还要注意稀硫酸溶解氧化铜的安全，正确使用稀硫酸。此外，整个实验课堂，老师还要强调硫酸铜的毒性及危害，硫酸铜有中等毒性，对胃肠道有刺激作用，误服引起恶心、呕吐，严重者造成肾损伤和溶血，实验过程中特别注意规范操作，教学过程中更是要给与必要的讲解和人文关怀。

(3)在配合物的生成和性质实验中，实验过程中重点关注了不同类别配合物的生成和转化，特别强调了配合物在不同条件下，能进一步生成新的更稳定的物种，同时伴随着颜色、性状的变化，但实验过程中，并没有关注配合物的结构。在实验结束后，教师可以进一步提醒学生，课后查阅这些配合物的结构，看看是否能从结构上的差异，阐明配合物发生转化的原因。此外，溶度积、稳定常数的查阅，也可以在一定程度上进行解释转化的原因。

图1 五水硫酸铜的制备流程及危险操作提示

2.2 分析化学实验部分教育改革

(1)在分析化学实验部分中，注重强调国产仪器设备的研究现状，如：电子天平、分光光度计，在这些实验环节，要强调国产设备的优势，鼓励大家参与到国产仪器设备的应用、研发中，同时也阐明一些先进仪器设备被卡脖子的关键所在，鼓励更多的年轻人今后参与到国产仪器设备研发的队伍中来。这种爱国主义教育非常有必要，在传统的化学实验教学中容易忽视。如果能结合本校的一些权威科学家进行介绍讲解，就能起到更好的育人效果。例如，昆明理工大学戴永年院士一辈子驻扎在西南红土高原，结合云南省有色金属战略资源，研发真空冶炼技术、冶炼设备，服务区域经济和边疆建设，作出了卓越的贡献。这样的德育教育点一定要结合化学知识点，有效地贯穿到课堂中，而又不占用太多的时间，起到非常显著的教育效果。

(2)在醋酸含量的测定的实验中，实验结束后，向学生强调所测定醋酸溶液的含量接近日常使用醋酸的含量，学生可以在课外实验中继续测定食醋中醋酸的含量，选择白醋进行测定，化学计量点的变色易于观察，与课堂所作的实验基本一致；如果选择深色的食醋，其计量点的变色情况易于受到影响，就需要考虑如何脱色或者消除干扰的问题。这一问题的提出，使学生深度思考所学实验的应用性，采用简单的操作技术解决日用品中的化学成分含量测定和质量评价方面的问题。看似简单的拓展，有利于激发学生的实验兴趣，将所用知识应用到日常生活中。

(3)在自来水总硬度的测定实验过程中，所取用的水为实验室自来水。这是一个应用性极强的实验，学生现场取自来水样(也可以提前自备其他的自来水)，并采用自行配制和标定的EDTA 标准溶液进行测定自来水硬度。自来水的硬度会因季节、温度、每天的不同时段等因素，会有一个微小的波动范围，但其含量变化不会太大。特别强调的是，在云南，自来水含有的矿物质相对较高，测定结果会高一些。实验结束后，也可以鼓励同学们对不同品牌的矿泉水进行总硬度的测定。测定前要知道钙镁离子的大致含量范围，对于浓度较低的样品，要考虑增大样品体积，对于浓度特别低的样品，还要考虑浓缩样品以提高浓度，从而有利于终点颜色变化和观察。

(4)在过氧化氢含量的测定实验过程中，所使用的过氧化氢为分析纯(含量一般为30%)。实验过程中介绍，所测定的溶液为稀释液，是分析纯溶液稀释了250 倍，其浓度低于医用过氧化氢的浓度(一般为3%)，使用过程中不用担心腐蚀问题，不小心接触到皮肤，尽快用水冲洗即可。实验结束后，也可以鼓励同学们对医用双氧水进行测定，使得本次实验的成果得到再次应用。当然，由于医用双氧水的浓度不同，可以将其稀释到合适浓度，便于采用已有高锰酸钾标准溶液进行测定，通过换算，测出医用双氧水的浓度。

3 结语

目前，在化学类实验课程中开展课程思政教育的例子极少，相关研究还处于探索期，没有直接的教育资源可供参考借鉴。但在全面加强高等教育的课程思政背景下，开展化学类实验课的课程思政教学改革势在必行。本研究所涉及的案例，有利于在理工科院校开设了无机及分析化学实验课程的院校，尝试课程思政的教育改革和实施，可针对冶金专业、食品专业、医学专业、材料专业等，选取不同的课程思政元素，加以补充和完善。本研究是在化学类实验课中开展课程思政研究的初级探索，这一教学改革研究也为其他高校的课程思政建设提供了参考和借鉴。