《无机及分析化学》课程思政优秀案例设计书
生物与环境学院
夏静芬
一、课程概括
本课程授课对象为生物、环境和食品类专业的大一新生。课程秉承基础服务专业的理念，立足学科视野设计专业共需知识“物质结构与性质、化学平衡与转化、定量分析与检测”蕴含的家国情怀、道德修养、科学精神和辩证唯物观相关案例；拓展课程知识在环境保护、生命健康、食品安全等领域的应用，深挖其与教师科研、高年级学生竞赛和创新研究项目的切入点，将价值目标融入课程知识点。通过“课前线上分层自学-课堂融合思政元素互动导学-课后自选强学”混合式分层教学的实施，在做好专业知识教学的同时实现思政育人，达到知识传授、能力培养与价值引领三位一体。
二、课程目标
掌握微观水平结构与性质关系、物质迁移转化与平衡原理、样品化学分析与检测技术、误差控制与数据处理等的基本知识和理论。掌握化学理论在生物领域中的应用。
（二）能力目标
解析微观作用力对物质性质的影响；分析物质转化方向及平衡体系主要形态；设计样品滴定和分光光度法的检测方案；控制实验误差并处理实验数据。综合运用所学知识解决复杂生物问题。
（三）价值目标
具备自主学习能力和终身学习能力；知行合一，具有实事求是的工作作风、科学严谨的工作态度以及创新创业的思维能力；具备良好的职业素养。以辩证唯物观和科学方法论提高思辨能力；以化学发展史培养科学探索精神；以老一代化学家奉献、坚守、传承事迹厚植家国情怀。
三、思政元素
（一）科学家的爱国、敬业、严谨、诚信、奉献等精神。
（二）严谨求实的科学态度与诚实守信的做人准则。
（三）辩证唯物主义的世界观和方法论。
四、设计思路
设计学生中心，教师主导的混合式翻转模式。线上线下“双轨并举”拓展学习时空；线上分层自学、课堂导学讨论、课外拓展探究“三阶提升”内化核心知识；理论教学、案例讨论、创新竞赛、职业技能认证“四维协同”培养应用与创新能力；基于知识图谱构建的线上数字资源与新形态教材、学习手册、实战案例平台多资源融合支持可持续学习。
线上分层自学：SPOC学习掌握概念和理论→章节测试诊断学习效果，优化教学设计，提高课堂效率。
线下课堂集中导学：以案例引出问题→以问题梳理知识架构，引出解决方法→以解决方法内化基本原理→以课堂评测、互动提高学习热情。
线下课堂翻转讨论：提出新案例→分组讨论促学生主体式学习→小组汇报解决方案→归纳总结，形成解决策略。
课外拓展探究：发布探究课题→线下实验，训练应用技能和创新能力→展示研究成果→教师答疑，全程跟踪，保障目标达成。
五、实施案例
案例1：核外电子运动状态模型
课程知识点：核外电子运动状态模型：①氢原子光谱，②玻尔理论，③微观粒子的特征及其运动规律，④氢原子的量子力学模型。
思政元素：辩证唯物主义认识论，辩证唯物的否定之否定观。
思政目标：①领悟辩证唯物认识论：实验发现—理论推理—建立模型……实验发现—理论推理—修正模型/提出新模型……；②树立辩证唯物的否定之否定观。
教学内容：本案例为第8章“物质结构”中第1节“核外电子的运动状态部分”的内容，包括氢原子光谱、玻尔理论、微观粒子的特征及其运动规律、氢原子的量子力学模型。
教学案例：在科学发展过程中，人们对原子核外电子运动的探索从来没有停止过。核式行星模型卢瑟福在α粒子轰击金箔实验的基础上提出的，推翻他的老师汤姆生提出的实心葡萄干蛋糕模型，继承了原子呈电中性的合理成分。但它存在严重不足，那就是绕核运行的电子会不断连续地释放能量，最终坠入原子核，这与原子结构稳定，原子光谱为线状光谱实验事实之间存在矛盾！为克服这些苦难，他的学生玻尔于1913年玻尔从普朗克的量子学说和爱因斯坦的光子学说中获得灵感，在继承卢瑟福的有核模型的基础上将量子力学的特征纳入原子模型的描述中，并提出圆形轨道理论。玻尔理论的成功解释了氢原子光谱，计算结果与实验数据精确吻合。但该理论仍然把电子看成在确定轨道上运行的经典粒子，因此无法解释氢原子光谱中更精细的结构，也无法给出多原子光谱的理论说明。1926年，薛定谔提出了电子云模型。支撑此模型的科学假说和实验有：德布罗意电子波假说；戴维孙、革末电子衍射实验以及海森堡提出的测不准原理。薛定谔摒弃了玻尔用“粒子”描述电子的模型，提出用“波函数”描述电子运动状态。课后提出思考：薛定谔电子云模型无法解释氢原子的电子由2p跃迁至1s轨道时得到两条靠的很近的谱线，科学家又是用其他什么模型来修正？学习了电子运动模型的发展历程后，你有什么体会？
教学延伸：梳理核外电子运动模型的发展，不难发现科学家们经历了依据前人的实验和假设，提出自己的假设并用实验检验的探索过程。当遇到困境时，又在新的实验基础上，提出新的假设……就这样不断循环、向前发展。这正是我们需要学习的辩证思维过程与方法。其次，辩证的否定观。卢瑟福推翻了他的老师汤姆生的实心葡萄干蛋糕模型，继承了原子呈电中性的合理成分，提出核式行星模型；而他的学生玻尔又在继承有核模型的基础上提出圆形轨道理论；薛定谔在玻尔的基础上用“波函数”描述电子。模型的更替说明肯定因素使得模型存在，否定因素促成模型被替代；否定是模型发展的重要环节，也是新旧模型联系的环节；而否定的实质是“扬弃”，即新模型对旧模型既批判又继承。第三，模型的每一次发展都呈现出螺旋式上升的总趋势，即经过否定之否定之后不是出发点的“回复”，而是更高阶段的“回复”。
教学总结：学习核外电子运动模型的发展过程，学生需要论证证据与模型建立及发展之间的关系，正确理解并描述核外电子的运动特点；而通过思政元素在课中以及课后作业中的有机融入，更要使得学生领悟事物发展是前进性和曲折性的统一，并得到工作、学习和生活上的启示。任何时候前途是光明的，但道路是曲折的；一帆风顺只是美好的愿望，挫折就在前面；而处于挫折期间的同学要知道大方向总是朝前的，赶紧振作起来，只要不放弃，坚持下去，事情总是在变得比以前更好。
案例2：酸碱滴定曲线的绘制
课程知识点：酸碱滴定曲线的绘制：①强酸碱滴定过程中pH值的计算，②强滴弱过程中pH值的计算，③滴定突跃，④指示剂选择。
思政元素：量变和质变的辨证关系。
思政目标：①在学习中认识到量的积累达到一定程度才能形成质的飞跃，任何成绩的取得，都是长时间努力工作不断积累的结果；②形成严谨求是的学习方法和科学的研究态度。
教学内容：本案例为第4章“酸碱平衡和酸碱滴定”中酸碱滴定部分的第二小节，包括强酸碱滴定过程中pH值的计算，强滴弱过程中pH值的计算，滴定突跃以及指示剂选择。
教学案例：（1）由0.1000 mol/L NaOH 滴定 20.00 mL0.1000 mol/L HCl计算后绘制的滴定曲线图可知，当滴定剂的加入量从0.00mL增加到19.98mL时，滴定剂的加入量增加了19.98mL，而溶液的pH从1.00增加到4.30，pH值增幅为3.30，而当滴定剂加入量从19.98mL增加到20.02mL时，也就是说此时滴定剂加入量只增加了0.04mL，而溶液的pH却从4.30增加到9.70，pH值增幅高达5.40，当继续增加滴定剂的量时，pH的变化又趋于缓慢。把在整个滴定过程中，化学计量点前后±0.1%范围内pH的急剧变化区间称为酸碱滴定突跃范围。（2）以0.1000mol.L-1 NaOH溶液滴定20.00mL同浓度HAc溶液为例，讨论强碱滴定一元弱酸的滴定曲线及指示剂的选择。由计算绘制的滴定曲线图发现强碱滴定弱酸的滴定曲线形状与强碱滴定强酸（虚线）相比有所不同。其一就是滴定突跃范围变小。同样的滴定浓度，由于HAc是弱酸，滴定开始前溶液中的H+浓度就低，所以曲线起点高。虽然仍然存在滴定突跃，但只有约2个pH单位，即pH=7.74~9.70。课后提出思考：酸碱浓度降低为0.01mol/L时，突跃范围如何变化？总结在已学的内容中，有哪些知识点体现了“量变引起质变”？你有那些启发？
教学延伸：由这两个例题体会质量互变规律，量变是一种连续的、不显著的变化，质变是事物根本性质的变化（滴定突跃），是由一种质的形态向另一种质的形态的突变。事物的发展从量变开始，当量变达到一定的界限时，量变就转化为质变。在新质的基础上又开始了新的量变，循环往复以至无穷，构成了事物无限发展的过程。本课程中“溶度积规则”、“元素周期律”等知识点也无不渗透着质量互变规律，由此还可以上升主题高度，提出中国梦本质也是量变到质变的发展过程，思及自身发展，逐步积累学习以期个人本质的提升。
教学总结：通过讲练结合使学生学会计算酸碱滴定过程中每一点pH值，掌握变化规律，并能滴定突跃合理选择指示剂。通过延伸思政教学思考并领悟质量互变的唯物辩证思维，树立“坚持用心的滴入每一滴，梦想的终点一定会在自己手中的信念”。在科学研究和工作过程中任何成绩的取得，都是长时间努力工作不断积累的结果。理论联系实际，是我们认识、分析和处理问题所遵循的最根本的指导原则和思想基础。平时要重视量的积累，注意事物细小的变化，不可揠苗助长急于求成，对于消极因素，要防微杜渐；同时又要根据事物的发展进程，不失时机地促使事物由量变到质变的转化。
案例3：测量或计量中的误差和有效数字
课程知识点：测量或计量中的误差和有效数字：①误差分类，②误差与偏差的表征，③准确度与精密度的关系，④提高分析结果准确度的方法。
思政元素：严谨求是的科学态度与诚实守信的做人准则。
思政目标：①领悟严谨、诚信、实事求是的科学态度和科学精神；②树立诚实守信的做人准则。
教学内容：本案例为第1章“化学计量、误差与数据处理”中第二小节“测量或计量中的误差和有效数字”中误差部分的内容，包括误差分类、误差和偏差的表征、准确度与精密度的关系以及提高分析结果准确度的方法。
教学案例：在化学史上，有一个与误差有关的故事。1785年，卡文迪许做了一个实验，他将电火花通过寻常空气和氧气的混合体，想把其中的氮全部氧化掉，产生的二氧化氮用苛性钾吸收。经过三个星期的实验，他发现还有一个休积不超过原来空气的1/120的微小空气泡仍然未被吸收。对于这一重要的微小差异，卡文迪许本人和其他科学家并没有再专心致志地给予重视和继续研究，反而错误地推论，假如电火花通过的时间再继续延长的话，就不会有残余空气泡的存留。1892年，瑞利经过十年长期的测定，宣布氢和氧的原子量之比实际上不是1:16，而是1:15.882。他还测定了氮的密度，发现从液态空气中分馏出来的氮，跟从亚硝酸铵中分离出来的氮，密度有微小但却是不可忽略的偏差。从液态空气中分馏出来的氮，密度为1.2572 gcm-3，而用化学方法从亚硝酸铵直接得到的氮，密度却为1.2505gcm-3，两者数值相差千分之几，在小数点后第三位不相同。他并没有放弃这些微小的差异，和化学家莱姆塞一起研究，重复卡文迪许的实验，终于发现了一种新的化学元素——氩。
教学延伸：“一切科学上的最伟大的发现，几乎都来自精确的量度”，这是英国著名科学家瑞利的名句。他一生中花费了大量的精力以严谨的精神去从事精确的实验测量，以进行严格的定量研究（尽可能的减小误差）。我国著名的物理化学家、化学教育家黄子卿通过艰苦、严谨研究于1935年精确测定水的三相点温度，为0.00981±0.00005℃（压力为0.610kPa）。这是热力学上的重要数据，被国际温标会议采纳，定为国际温度标准之一，他也在1948年因此而被选入美国的《世界名人录》。
教学总结：在科学实验中，微小差异（实际上就是系统误差）常常严重地歪曲实验的真正结果，从而导致错误的结论，延缓历史的发展。本案例以氩元素发现史案例引出误差，接着通过误差和偏差的表征、误差和偏差的表征、准确度与精密度的关系以及提高分析结果准确度的方法融入科学精神和科学态度教育。学生明确误差是客观存在的，了解分析过程中误差产生的原因及其规律，采取减少误差的有效措施，使测定结果尽量接近真实值是分析工作者的重要任务。
六、特色及创新
（一）基于服务培养具有爱国、敬业、严谨、诚信、奉献等精神以及辩证唯物主义世界观和方法论的“生物、环境和食品类”应用型人才的定位设定教学目标。聚焦专业对“物质结构与性质、化学平衡与转化、定量分析与检测”知识共需，挖掘学科知识蕴含的思政元素和思政案例，设计典型素材融入方式，让学生的道德修养得以提升，逐步形成正确的世界观、价值观和人生观。
（二）“课前分层自学+课堂集中导学+课后自选强学”的混合式分层教学设计，既充分利用“线上”资源辅助学生预习、复习、测试、讨论和拓展；又利用“线下”课堂以实际案例出发引导学生按知识点深度参与问题解决式学习，并深度融入“科学精神、辩证唯物观以及专业行业思维”相关思政案例，充分激发学生内在学习动力，实现多元教学目标。
（三）“过程和结果”相结合的评价方法贯穿教学过程的每一个阶段和每一项任务，全面保障知识、能力和价值目标的达成。
七、教学效果
采用“学生为主体、教师为主导”的学习模式，促进师生、生生之间的互动，培养学生学习兴趣，激发好奇心和求知欲，并在学习中获得成功的体验。在此课程设计原则的指引下，每次课从知识点回顾入手，创设问题情境，确定学习目标。课堂主讲部分，边分析边引导，可以通过学生已有的知识提出思路，课堂氛围比较轻松和谐；在线测试可以及时反馈学生的学习情况，指导下一步教学方法进度；课堂总结部分，对教学进行归纳和提升，再次明确教学目标，鼓励学生课外的自学、拓展与提高。通过思政元素在课中以及课后作业中的有机融入，领悟理论知识背后的艰苦研究以及科学家的爱国、敬业、严谨、诚信、奉献等精神，增强家国情怀，树立勇于探索、严谨求实的科学态度与诚实守信的做人准则。并逐步提升坚持和运用辩证唯物主义的世界观和方法论来认识问题、分析问题和解决问题的综合能力。
