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以课程思政为牵引的研讨式教学探索 --以“有机化学”课程为例
2023-01-09

以课程思政为牵引的研讨式教学探索

                 --以“有机化学”课程为例

 

彭  静,胡明俊,王  瑶,李卫平 

(北京航空航天大学 材料科学与工程学院 材料科学与工程国家级实验教学示范中心,北京  100191)

【摘  要】:有机化学是材料科学与工程专业的重要基础课程,课程知识点多、进度安排紧,传统的灌输式教学方法无法激发学生学习的主观能动性。为了更好地提升教学效果并实现价值引领的目标,该文提出了以课程思政为牵引的研讨式教学方法。通过在传统课堂中引入“钻研”与“探讨”的灵活教学,使学生从枯燥的被动式课堂学习中解脱出来,主动获取知识、研究问题、解决问题,以培养学生自主学习、主动思考的能力;另外,通过结合课程中蕴含的思政元素,融入对思想道德与价值取向的正确引导,达到培养出大批具有高度学科自信与文化自信,并饱含家国情怀和使命担当的优秀高校青年的最终目的。

【关键词】:有机化学;研讨式教学;课程思政

【基金项目】:2021年度北京航空航天大学校级教改项目“有机化学教学中探讨式教学方式及思政教育的引入”(20210106)

【作者简介】:彭静(1988-),女,湖南长沙人,博士,北京航空航天大学材料科学与工程学院助理教授,主要从事电解液及离子交换膜传质动力学研究胡明俊(1982-),男,湖南衡阳人,博士,北京航空航天大学材料科学与工程学院副教授,主要从事有机电子及储能方面相关研究王瑶(1982-),女,博士,湖北武汉人,北京航空航天大学材料科学与工程学院副教授,主要从事功能复合材料及柔性电子器件相关研究。

【中图分类号】G642.421  【文献标识码】B   

育人是高等学校的根本任务,近年来,各级教育部门不断强调提升高校教学水平、重视高校人才培养,高等院校教师也积极探索和思考提升育人水平的新模式、新方法。《有机化学》是针对北京航空航天大学材料科学与工程学院本科生开设的一门必修的基础专业课程,实践性很强,理论教学和科研实验并重,课程内容丰富多样,其涉及的相关理论知识在材料化学、能源化学、制药工程、生命科学及环境科学等诸多学科领域中均有体现,可以为本科生之后的学习、科研和工作奠定重要的理论基础。由此可见,有机化学在北京航空航天大学材料学院的本科生培养体系中具有非常重要的地位。

目前《有机化学》课堂教学主要以较为传统的课堂讲授为主,因为课程所涉及知识点较多,课程进度安排非常紧凑,在课堂上主要采用灌输式教学方法。随着现阶段高校本科教学对培养当代大学生的学习方法和创新思维能力方面的要求不断提高,本课程一些不尽如人意的地方也开始涌现,如学生接受知识过于被动,缺乏独立思考积极性,并对相关领域前沿发展缺乏深入了解等问题。这些问题的出现说明目前所采用的教学方法不能很好地满足现代教育发展以及新时代北航学生的心智发展的需求[1]。针对目前有机化学教学中存在的上述问题,如何在有限的学时内既能保证课程体系完整,又能采取有效的方法弥补传统单调的课程教学缺陷,充分激发学生的主观能动性,使其从枯燥的课堂学习中解脱出来,主动获取知识、研究问题、解决问题,这是教师在教学过程中需要不断思考和探索的问题。

基于以上问题,为有效提升有机化学课程的教学效果,同时也为了积极响应习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上提出的“使各类课程与思想政治理论课同向同行”的思想,北航材料科学与工程学院的有机化学教学团队充分发挥了团队合作精神,群策群力,根据有机化学的课程特点和教学目标,针对教学方法、教学模式和教学手段进行了深入的交流及讨论,提出了以课程思政为牵引的“研讨式”教学方式,通过传统课堂结合“钻研”与“探讨”的灵活教学方法,培养学生自主学习、主动思考的能力,增强其对课程学习的内驱力,并通过课程形式和课堂渠道的革新,深入挖掘各类课程中蕴含的思想政治资源,在课堂中融入对思想道德与价值取向的正确引导,将立德树人的目标融入到每一个课堂,达到润物细无声的境界[2, 3]

一、 以课程思政为牵引的研讨式教学的目的与意义

课程思政的关键在于教师能在传授专业知识的过程中自然地引入与知识相关的科学精神、家国情怀、正确的价值观、人生观等内容,但是应避免过于“生硬”、“刻意”地套用相关思政元素,将政治要求强行“插入”课堂教学,这样不仅可能干扰正常的教学节奏,甚至会导致思政教育难以被学生接受,产生适得其反的效果[4, 5]。因此,如何在教学过程中自然地引入课程思政是一个关键的问题。“研讨式”教学与传统的“灌输式”教学相比,更能激发学生学习的内驱力,激活学生的主体意识,从而在学生的心里产生求知欲望,并且能在课堂营造出更轻松、自如的教学氛围。以此为出发点,在有机化学教学实践的过程中,本团队教师针对目前的教学方案进行及时调整,探索新的教学理念和教学方法,与时俱进地提出了以课程思政为牵引开展研讨式教学的改革方法。此过程遵循让学生感兴趣的原则,以有效提高学生学习的积极性为目标,充分发挥学生的主体作用和教师的主导作用,同时也能将正确的思想价值和宝贵的科学精神传递给学生,引领大学生向具备正确的价值观念和高尚的道德情操的方向发展,这对于高等学校在课堂教学中提高教学效果和提升育人效果有着重要的现实意义[2, 6]

有机化学作为典型的理工科课程,其在培养材料科学与工程、化学和化学工程等专业理工科人才的过程中有着举足轻重的作用。在北航材料科学与工程学院的本科生课程体系中,有机化学的重要性具有以下几个方面的特点:一、学生受众广,有机化学是本学院学生的一门自然科学类基础必修课程,课程被安排在大类招生的学生进入材料学院的第一个学期(大二第一学期),二、基础性强,课程的设置有助于学生吸收解决材料科学与工程领域复杂工程问题的理论基础知识,其深度、广度和学分总量均较好地满足了本专业学生的专业培养目标达成所需;三、应用性强,有机化学课程的教学内容包含多种烃类、苯类、有机酸、醇和脂类等的物理化学性质、合成方法、应用领域、相关反应特征等知识点,这些相关知识在材料科学与工程学院学生毕业后进入相关专业工业领域或从事科研活动均能发挥重要作用。基于有机化学课程的重要性,其在理工科人才的思政培养方面也需发挥其重要作用。课程中关联的科学认识规律、蕴含的高尚道德情操以及引申出的深刻哲学思想等思政元素都能够引领学生树立良好的道德观、人生观和价值观,并培养学生的审美和人文素养,达到知识传授与世界观教育、价值引领相融合的境界[7]。因此,以课程思政为牵引开展研讨式教学的有机化学教学改革,能将有机化学相关的知识生动、形象地传授给学生,形成以学生为主体、教师为主导的教学模式,使当代高校学生具备扎实的的文化知识和较高的政治素养,在本科教学中实现全程育人、全方位育人。

二、 挖掘思政元素并使其融入研讨式课堂

2.1 了解有机化学发展史、培养学生认识事物本质的科学方法

本课程的绪论部分主要介绍有机化学的发展背景、有机化合物的主要成键特征,并阐明学习有机化学的重要性。在讲授此部分的过程中,引入有机化学起源与发展的相关代表性事件介绍:人类对有机化学认识的萌芽从远古时代对火的使用就开始了,随后经历了石器时代烧制陶器和融化不活泼金属等有机化学相关的工艺发展,再伴随着中国炼丹术、外国炼金术等活动的发展,有机化学在人类的实践活动中逐渐被认识和验证,然而,直至19世纪初有机化学才作为一门真正的学科诞生[8, 9]

以有机化学的发展历程为引子,要求学生根据自身知识探讨生活中和自然界中有关有机化学的利用和认识的典型实例,使学生体会到人类的科学认知是一项在实践中产生的能动、复杂、并能体现出人类变革世界的活动。由此可见,科学的发展是一个循序渐进的历程,不可能一蹴而就,通过针对有机化学发展的相关探讨,使同学们更加坚信到“科学改变命运”的伟大力量,也以此激励学生在学习和生活过程中应不断沉淀和积累,遵循科学发展的规律来认识事物,在科研中更需要由浅入深地探索科学的本质。

2.2 有机物结构稳定性规律探寻从现象到本质的认识规律

有机化合物分子结构的稳定性与其本身所具有的化学键结构直接相关,而此结构也决定了这一类型的有机化合物所具备的一些特殊化学性能。在有机化学教学过程中,烯烃的结构稳定性和其亲电加成都是学习的重点。根据这一知识点,提出研讨问题:为什么烯烃的稳定性规律与亲电加成活性规律是一致的?是不是越稳定的烯烃就越不活泼?通过师生互动研讨,使学生理解烯烃的稳定性是由分子内能大小决定,双键上连的烷基越多烯烃越稳定,而烯烃亲电加成活性是由双键π电子密度大小决定,而烷基是供电子基,双键上连的烷基越多烯烃双键π电子密度越大,因此烯烃的稳定性规律与亲电加成活性规律是一致的。但是,并不是越稳定的烯烃就越不活泼,稳定性是由分子内能决定,而活泼性是由反应的活化能决定[3]。此案例能很好地反映出现象和本质的辩证关系,现象与本质的对立充分说明了科学研究的必要性,而现象与本质的统一则决定了科学研究的可能性。以此研讨问题为基础,引导学生科学研究实践中应把现象作为入门的导向,通过现象去认识事物的本质,同时也应辩证地思考现象与本质之间的对立统一关系。

2.3 共轭效应引申出家国情怀,激励学生传承报国精神

有机化学的共轭体系是指相邻原子或基团的电子轨道发生重叠或相互作用,导致电子发生离域运动。在共轭体系中,电子云不再定域于成键原子之间,而是离域于整个分子,形成了整体的分子轨道。每个成键电子不仅受到成键原子的原子核作用,而且也受到分子中其它原子核的作用,因而分子整体能量降低,体系趋于稳定,而共轭体系中原子之间相互影响的电子效应被称为共轭效应[10]。根据此知识点,提出研讨性问题:共轭效应的存在对于共轭体系中不同位置的原子会产生什么样的影响?共轭体系中某一个原子周围电子云密度的变化,是如何引起其它部分的电子云密度改变的?学生根据共轭体系的形成原理和电子云分布特征展开相关讨论,并充分发表自己的意见,通过研讨使学生理解共轭效应可以在整个共轭体系内传递,无论共轭体系有多大,共轭效应都能传递到体系末端,而且此效应不会因为传递距离增加而减弱,当分子中某一个原子周围电子云密度变化是,马上会引起其它部分的电子云密度呈正负交替分布。

此研讨问题所引申出的思政元素在于将共轭效应导致体系电子离域、单双键键长平均化以及体系稳定性增强等特征演化出对国家体系的类比,在新冠疫情、河南洪灾等困难和风险面前,我们中华民族与国家融合在一起,同呼吸共命运,展现出了强大的国家凝聚力,就如一个稳定的共轭体系一般,人人生命平等,一方有难八方支援,共度难关。在本知识点的教学中,通过将理论知识与社会生活相关联,激发学生的民族自豪感,鼓励学生以抗疫精神为勉励,以民族精神为指引,遇到困难不畏惧、不退缩,坚决维护国家和人民的共同利益。

1. 有机化学以课程思政为牵引的研讨式案例

知识点

研讨问题

思政元素

偶极-偶极作用

产生偶极-偶极作用的分子特征有哪些?偶极-偶极作用是否有方向性,产生此作用的本质原因是什么?

偶极-偶极作用的规律遵循库仑定律,即同性相斥、异性相吸,这是自3000多年前我国祖先在基于自然界雷电的观察中就发现的自然规律。自然界是客观存在的,人类的认识活动能让自然界变得更有序、美好、和谐,但是却不会改变自然规律。基于此知识点,可以培养学生唯物主义世界观,根植马克思主义唯物主义在学生心中。

相似相溶

 

以真实案例为引子:苏州一男童的奶奶给男童喂橙子时导致男童手中气球爆炸,气球碎片飞入男童喉咙危及男童生命。

提出问题:用相似相溶原理解释导致此案例发生的科学原因。

日常生活中看似平常的小事就可能发生危险情况,甚至可能危及人身安全。通过案例引导学生思考,解释是由于橙皮中有机成分(柠檬烯和芳香烃类化合物)溶解橡胶,导致气球爆炸。物质分子间相互作用力导致相似相溶产生的原因。

利用此问题的探讨,引导学生从科学层面解释生活中遇到的化学现象,培养学生主动思考、解决问题的能力。并以此为警示,提醒学生在工作和生活中需善于观察、善于思考,避免因自身疏忽导致失误或危险的发生。

构象异构体

构象异构体产生的原因是什么?稳定构象具有什么样的特征?

 

在构象异构体中,稳定构象具有一系列构象中最低的能量,因此其最稳定、存在时间最长或几率最大。这是一个典型量变引起质变的案例。“不积跬步,无以致千里;不积细流,无以成江海”,以此案例激励学生在学习和生活中都应不断学习、积累自身的知识并提升自己的能力,才能做到博观约取、厚积薄发。

 

甲烷氯化反应势能图

甲烷氯化反应发生的难度在哪一步?影响多步骤反应进行快慢的根本原因是什么?

 

通过反应活化能判断反应的速控步骤,理解多步骤反应中活化能较高的步骤将直接影响到整个反应的进行速度。此案例可以启发学生:生活中也会遇到较难达成的目标,某种程度上也是由于活化能过高,只有通过实践克服了活化能的阻碍,才有希望达到自己的目标。以此鼓励学生勇于不畏艰难、上下求索。

 

碳正离子稳定性

 

在有机化学课堂教学中,碳正离子的形成涉及到多个有机化学相关反应,碳正离子的稳定性直接决定了反应进行的可行性。因此,提出探讨问题:如何比较碳正离子稳定性,相连基团对碳正离子稳定性如何影响?

 

相连基团为给电子基团时,其将电子云推向碳正原子,降低了正碳原子的正电性,此碳正离子也就越稳定,越容易生成。以此引申出国家凝聚力的类比,只有全国人民上下一心,奉献自身服务于国家和人民,我们的国家才能更加稳定繁荣。利用此案例提醒同学们应以国家为担当,在追求自身理想与价值的通知,应根植爱国情怀,满怀奉献精神。

芳烃

通过课前文献调研,了解芳烃的认识过程,并在课上进行研讨,学生展示自己的调研结果。

 

芳烃的认识经历了三个重要的阶段:1)从植物胶中取得的具有芳香气味的物质;2)苯和含有苯环的化合物统称;3)具有芳香特性的化合物。

科学界对芳烃的认识是一个从表象到本质、从片面到全面的过程。这说明事物的现象是错综复杂的,事物的本质有一个逐渐暴露、逐层剖析的过程,而我们对于科学的认识不能浅尝辄止,应该循序渐进,逐步认识科学研究的本质,尊重科学认识的一般规律。

手性分子、手性中心、手性碳原子

 

3-羟基丁酸,探讨分子中存在的手性中心、手性碳原子,并讨论其是否存在手性。

以有机分子的结构分析为基础,剖析分子的组成和立体结构,欣赏有机化学中存在的对称之美与结构之美。

吡咯、吲哚等杂环化合物

要求学生课前进行文献调研,研究有关杂环化合物的发现、认识、命名和性质等相关背景知识,在课堂上组织学生以小组的形式,展示和探讨调研结果。

 

本案例旨在介绍吡咯、吲哚等杂环化合物的结构、物理性质和化学性质的过程中,引入著名科学家庄长恭案例,庄长恭作为老一辈的有机化学科学家,倡议了多种杂环化合物的命名,并且确证了麦角甾烷结构,设计了多种重要有机化合物的合成方法。

以此案例为出发点,将能力目标和价值引领嵌入教学,明确学生的学习方向、培养学生学习兴趣、激发学习热情。以老一辈科学家求真、创新、爱国和奉献的精神勉励学生,促进学生对国家科技实力的认同及自信心,提升家国情怀,鼓励学生树立科技强国的远大志向。

甘油的生产和硝化反应

通过分析甘油的结构,探讨其可能的制备途径及可以发生的相关反应类型。

 

本案例旨在讲授基础知识的同时,将积极学习与探索的价值嵌入教学,激发学生对自身专业的认同、认识到所学知识的重要性,了解科学在人类的健康维护、技术进步等方面所起大的巨大作用,增进同学们对专业、对学校以及对科技发展的认同及自信心,提升“四个自信”。

三、 结语

有机化学作为北航材料科学与工程学院本科生必修的重要基础课程,在大学课程体系内应当保持着与时俱进的发展步调。高校教师在尝试教学改革的过程中,应积极结合时代需求,将能激发学生学习兴趣的新方法融入到教学当中。研讨式的教学方法能激发青年学生的学习积极性和创新意识,拓展教学的理论知识层面,并有效培养学生的创新思维能力和科研水平。但对于高校教育而言,确保知识传授的质量不能作为唯一的目标,培养学生正确的价值观念和高尚道德情操同样重要。因此,在教学中结合课程思政元素,既扩展了青年学生的知识和见识,更能增强学生的学科自信和文化自信,培养学生的家国情怀和使命担当,使其成为能为祖国、为社会做出贡献、具有深度科学素养和优秀创新意识的科技型人才。

 

参考文献

[1] 任旭, 王鸿斌, 黄进, 曾丽, 练露. 基于新工科背景环境工程专业“有机化学”“金课”建设的探究——以成都大学为例. 科技与创新 2021(12): 5-6.

[2] 于洪翠, 于波, 乌兰格日乐, 海平, 段莉梅. “课程思政”融入高校有机化学教学中的探索实践 %J 教育现代化. 2020, 7(55): 178-181.

[3] 李清华, 刘堂林. 课程思政在基础有机化学教学中的探索——以“烯烃”为例. 广东化工 2021, 48(12): 221-222.

[4] 徐芷媛, 李茉涵, 张恒, 赵晓霞, 张艳斌, 赵军龙. 基础有机化学教学中课程思政的探索与实践 %J 大学化学. 2020, 35(07): 67-71.

[5] 李鹏, 李志坚, 马杰. 课程思政的关键在于“潜移默化”和“润物无声”——大学物理课程开展课程思政的实践与思考. 物理与工程: 1-6.

[6] 曹敏惠, 徐胜臻, 李雪刚, 岳霞丽, 江洪. 用爱催化有机化学课程思政. 生命的化学: 1-5.

[7] 于美. 以解决复杂问题为牵引的课程思政机制的构建. 教育教学论坛 2020(53).

[8] 曾广植. 理论有机化学的发展及应用. 化学通报 1975(05): 31-40.

[9] 曾凡芝. 浅谈有机化学实验的起源与早期发展 %J 柳州师专学报. 2004(02): 115-117.

[10] 朱秋华. 共轭体系的分类及结构特征 %J 大学化学. 2021, 36(06): 49-62.

 

 

Exploration of Seminar Teaching Method Guided by Curriculum Ideological and Political EducationTaking Organic Chemistry as an Example

AbstractOrganic chemistry is an important fundamental course for students majored in material science and engineering. This course contains a large amount of knowledge topics with tight schedule. The traditional inculcating teaching are not able to stimulate students' subjective initiative in learning. To improve the teaching quality and realize the goal of value guidance, we introduced the seminar teaching method into the organic chemistry class with guiding by curriculum ideological and political education. Combing traditional classroom with "investigation" and "discussion", the students’ ability to independently learn and think can be efficiently improved. Combining with the ideological and political elements into the theoretical knowledge and guiding by the correct ideology, morality and value orientation, students can be freed from the boring classes, and they will acquire knowledge, investigate and solve problems actively. With these, we will be able to cultivate our students into excellent young people of the new era with discipline self-confidence and cultural self-confidence, full of national feelings and mission.

Keywords: Inorganic chemistry, seminar teaching method, curriculum ideological and political education.

 

 

 

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