课程思政示范课展示月 | 《无机化学与化学分析》教学案例

编者按

为贯彻落实《高等学校课程思政建设指导纲要》，深入推进学校课程思政建设，有效辐射课程思政教学改革成效，天津大学将通过课程思政示范课展示月，陆续推出优秀课程思政教学案例，供广大教师学习、借鉴，以期营造课程思政建设的良好氛围，推动实现全员全过程全方位育人。

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· 课程名称：无机化学与化学分析

· 课程性质：公共基础课

· 教学对象：一年级、材料

· 总学时：80

· 主讲人：马骁飞

· 所在学院：理学院

（一）教学设计：

以学生为中心，利用在线开放课程资源、在线实验教学资源、智慧教学工具、新形态教材等多维信息化资源，协同构建具有全方位育人功能的《无机化学与化学分析》课程体系。在尊重课程自身建设规律的前提下，保证课程的知识传授、能力培养等基本功能同时，在教学中内容拓展、课程思政案例、科教结合、能力培养中融入中国化学家的贡献、世界知名科学家为了探求真理的刻苦钻研精神、体现科学探索的思维方式等，真正做到思政育人的“润物细无声”。

“课程思政”教学改革的创新点：

1.采用“案例教学”，根据课程内容和特点，渗透思政教育，充分挖掘课程中蕴含的思政资源，建成课程思政案例，立足中华优秀传统文化。

2.利用互联网+教材模式，与网络课程资源相结合，实验资源让学生在接触知识点时就对所学内容有感性认识，结合理论学习对知识点可全面理解；弥补了网络课程在实验、实践环节方面不足的缺点。增加科学前沿、名人轶事、生活中化学案例等内容培养学生法治意识、生态意识、工程伦理和人文关怀等科学素养、科学思维、创新意识和学习兴趣。

3.思政环节的考核。设置在线思政测试题、课前测和学生通过学习、收集和整理形成与知识点相结合的含有思政元素的报告，在见面课与同学分享自己的心得体会；这些考核作为期末总评成绩一部分。

（一）案例名称

原子结构与元素周期性课程思政教学案例

（二）案例教学目标

知识目标：熟悉四个量子数对核外电子运动状态的描述；掌握原子核外电子分布的一般规律和各区元素原子价层电子结构的特征；元素性质周期性变化规律。

能力目标：会从原子半径、价层电子结构和有效核电荷了解元素的性质。注重过程考核，提高学生自我学习、分析归纳能力，启发学生高阶思维。

价值目标：实事求是和探索精神; 培养学生科学素养、科学思维、创新意识。

（三）案例教学实施过程

1.课前

观看微课和课件，课程思政案例视频（徐光宪&门捷列夫）必看；根据自己的基础知识和学习能力调整进度，同时通过做网上的单元测试判断自己对知识的掌握情况。看课要求：①课程思政案例（徐光宪&门捷列夫）必看，含课前测两个题目。②熟练掌握主量子数n，角量子数l，磁量子数m之间的制约关系。③元素在周期表的位置,即周期、区、族的确定。

2.见面课

（1）采用慕课堂智慧教学工具，进行课前测，题目含有课程思政案例视频（徐光宪&门捷列夫）的知识点。

（2）串讲内容逻辑关系如下图：

①将思政课程内容引入其中，如中国化学家的贡献、科学家为了探求真理的刻苦钻研精神等，真正做到思政育人的“润物细无声”。以史为鉴，讲解科学规律的研究方法。

光的波动性和粒子性经过几百年的争论，到20世纪初，人们对光的本性有一正确的认识：光的干涉和衍射等现象说明光具有波动性；而光电效应、原子光谱又说明光具有粒子性。因此光具有波粒二象性。

光的波粒二象性的争论启发了法国物理学家德布罗依，他指出：在整个19世纪，物理学界对光的研究只看到波动性，忽略了光的粒子性；而对实物的研究就只看到粒子性，忽略了它的波动性。

1924年德布罗依大胆的假设：实物微粒都具有波粒二象性。即实物微粒除具有粒子性外，还具有波的性质，这种波称为德布罗依波或物质波。

德布罗依的假设在1927年被电子衍射实验所证实。美国物理学家戴维逊和革麦在纽约贝尔电话实验室实现著名的电子衍射实验。

此后又证明中子、质子等微粒都具有波动性。

海森堡测不准原理：1927年德国物理学家海森堡指出：对于微观粒子而言，不可能同时准确测定它们在某瞬间的位置和速度(或动量)，如果微粒的运动位置测得愈准确，则相应的速度愈不易测准，反之亦然。

由测不准原理推知，不可能同时准确测定电子在某瞬间的位置和速度(或动量) 。但并不是说微粒运动规律是不可知，测不准原理只是反映微粒具有波动性。

不服从经典力学规律，而遵循量子力学所描述的运动规律---薛定谔方程。

②化繁为简，抓住问题的主要矛盾，培养科学素养。

为什么要用三个量子来描述核外电子的运动状态？

要了解核外电子的运动状态，我们可以用波函数来描述它。波函数的合理解可以描述核外电子的这种运动状态，但是波函数的解是一个比较复杂的数学表达式。人们在解这个波函数的时候，首先把这个直角坐标系转化成球坐标系求解，然后把得到的这个波函数的解分成角度部分和径向部分。这样做的目的是为了进一步化繁为简。径向波函数描述了这个电子距核的某个位置出现的一种概率情况。角度波函数是我们研究的重点，因为与原子之间的成键以及杂化轨道有密切关系。我们重点研究原子轨道波函数的角度部分。

根据角度波函数的数学表达式画出它的这个空间图形，书上列举了s轨道和p轨道角度部分的画法，再把这个图形分类，比如：s轨道是球形的，p轨道是哑铃型的，f轨道是花瓣儿形的。了解了每个量子数的含义后，建立图形和三个量子数(n, l, m)对应关系。这样就把一个复杂的波函数的解（也就是薛定谔方程的合理解），用三个量子数的一个合理的组合，也就是原子轨道的符号来描述核外电子的运动状态。

③分组讨论

课前布置讨论题，课上以小组报告的形式完成。

利用知识点分析解决问题，以分组讨论方式进行，教师讲解结合知识点深度拓展。

讨论1多电子原子轨道的能级有很多方法，哪个好？徐光宪规则：n + 0.7l 值。(与思政微课“量子化学开创者徐光宪院士” 志存高远、爱国敬业对应)

讨论2 根据泡利不相容原理、能量最低原理、洪德规则，可以写出元素原子的核外电子分布式。(培养分析归纳能力)

讨论3如何确定基态原子的价层电子构型？(培养解决问题能力)

讨论4 电子分布式 = 原子实 + 价层电子？(特殊性与普遍性的关系)

讨论5 阳离子外电子层电子分布式的确定？以Zn2+和 Pb2+为例。(培养解决问题能力)

讨论6 请说明镧系收缩概念，并解释原因。(培养分析归能力)

（3）课后，完成线上单元测试和线下作业

线上单元测试。每一单元都有一套单元测试，每单元学习结束后由学生自行在线上完成，系统打分，分数计入平时分。本节课学生需要完成SPOC第五章单元测试。

（四）教学效果及反思

混合式教学方式方便融入课程思政元素，得到了学生的高度评价。天津大学化工学院20级领军班的孙文迪同学表示：“慕课式学习提供了更多的学习资源，它与课堂教学互相呼应、互相补充，一方面提高了我们的学习效率，另一方面也为我们初入大学提供了一个良好的适应机会，从而能逐步培养自主学习的能力，有助于我们从被动式的学习向主动式的思考转变。”化学强基班的张妤婕同学认为：“慕课非常的方便，时间由自己把控，可以多次反复观看，不用担心老师课堂上的重点一闪而过，可以自主高效解决自己的疑点。同时课后每章节的测试和课前测都能有效检验学习成果，加深知识记忆。”

校教学督导组组长戴海涛教授对《无机化学与化学分析》课堂教学评价：采用比较新形式的教学方法，课前测试，课中讨论组讲课。能够很好的将知识传授给学生。利用慕课堂，采用讨论式教学，在教学中融入思政内容；以学生为主体采用讨论式教学，能充分调动学生学习的主动性；应用现代信息技术，课堂教学效率高。讲课方式先进。和学生互动非常流畅。

反思：

（1）将思政学习与专业课进一步有机融合，使学生在专业学习的同时自然而然地接受思想政治教育，开拓发展化学与思政结合的新型教育理念。（2）增加理论课与实验课的融合。将理论课与 “无机化学实验”慕课资源以及化学实验虚拟仿真资源更好的结合，做到资源共享、师资共享、平台共享。（3）结合工科专业特点，进一步做到因材施教、因需施教。针对不同专业化学学科的不同要求，从学生实际需求出发，开发出多种不同学时和教学难度的教学方案以及实施计划。（4）进一步提升教师的教学技能，更新教学理念。在以学生为中心的翻转课堂中，教师始终处于引导地位，使教师学会协助学生树立信心、明确目标，引导学生自主参与到学习中来，并帮助他们通过合作学习，真正的理解和掌握知识及学习方法。

图文来源：马骁飞

图文编辑：王贺婷

图文审核：刘洁、张娉婷、杨佳佳