《无机化学》课程思政优秀教学设计

“德融课堂、盐溶于汤”——无机化学中“原电池”的启发探究式教学设计

化学与环境科学学院  杨大清, 王元媛

课程名称：无机化学

课程性质：专业必修

授课对象：化学学院、生命科学学院、药学院等一年级本科生

教学方式：讲授（板书与PPT相结合）

一、教学目标

1.价值目标

（1）通过创设问题情景，引导学生积极思维，激发学生学习化学的兴趣。

（2）通过讲述2019年诺贝尔化学奖获得者John Goodenough的故事，培养学生严谨的科学态度和合作精神，体验探究过程，激发学习化学兴趣。

（3）通过氧化和还原这一对典型矛盾，培养学生全面看问题以及对立统一的辩证唯物主义观点，帮助学生树立正确的世界观。

2.知识目标

（1）明确氧化数的概念，学会用离子电子法配平氧化还原反应方程式。

（2）明确原电池的概念，会写电极反应，电池反应，电池符号，了解原电池的电动势与Gibbs函数变的关系。

3.能力目标

（1）应用电极电势判断氧化剂、还原剂的相对强弱，判断氧化还原反应进行的方向，确定氧化还原反应进行的限度。

（2）识别Nernst方程成立的条件以及电极电势和电动势的应用。

二、思政育人目标

（1） 采用启发－探究式模式，更新传统教学模式，进一步提高学生自主学习的积极性，增强学生认识世界和改造世界的能力，帮助学生实现人生价值；

（2） 明确培养目标，在传授知识中实现价值引领，除了增强学生的学习兴趣，进一步帮助学生在进行能力培养的同时树立正确的价值观和民族自豪感；

（3） 将知识点和思想政治观点相融合，通过学生的认真思考和积极讨论，增强学生对专业的认同感，帮助学生规划职业目标，从而服务国家与社会。

三、教学内容分析

1.学情分析

（1）学生已有知识分析：学生在高中时期已经对氧化还原反应有初步了解，对原电池原理有了一定的认识，具有一定的实验探究能力。

（2）学生思维能力的分析：学氧化剂和还原剂只有接触才可能发生氧化还原反应。通过深入学习活动对原电池原理形成完整认识，提高探索解决问题的能力。

2.教学重点

（1）离子电子法配平氧化还原反应方程式

（2）原电池的结构、原理，电极反应，电池反应，电池符号

3.教学难点

原电池的电动势与Gibbs函数变的关系；影响电极电势的因素和相关计算（Nernst公式的应用计算、氧化还原反应方向及限度中的Kθ、Eθ、△Gθ计算）。

4.对重点、难点的处理

（1）通过实例，分步讲解，总结思路方法，并结合辅导答疑等，使学生掌握氧化数的概念及计算方法，以及用离子电子法配平氧化还原反应方程式。

（2）在原电池的教学过程中应用启发－探究式教学模式，通过问题（如何通过原电池装置来证实化学反应为氧化还原反应？）激发学生主动积极地参与学习，引导学生发现问题、分析问题，通过探究解决问题。

（3）通过电池电动势和Gibbs自由能变的关系，引导学生层层递进思考和理解Nernst方程。

四、课堂组织与实施

1.教学过程

（1）问题的提出

历史上先发明了原电池再有了氧化还原反应的概念。《无机化学》介绍这部分内容时先给出概念，再介绍原电池。即学生先接触的是氧化还原反应概念（有电子转移的反应）。本着科学质疑的态度，质疑这个概念必然导致问题的产生，氧化还原反应有电子转移吗？如何证明氧化还原反应有电子转移？这样的疑问最终会转化成一个具体的思路：把一个氧化还原反应设计成一个能够获得电流的装置，就可以证明氧化还原反应有电子转移。教师在此启发学生以这２个主要问题展开思考，培养学生勇于提出质疑的学习习惯。

[思政之“盐”] 培养学生全面看问题以及对立统一的辩证唯物主义观点。

图1. 典型的氧化还原反应实例。

（2）氧化还原反应的基本概念和氧化还原方程式的配平（离子电子法）

讲述氧化数的概念及计算方法，氧化、还原，氧化剂、还原剂，氧化半反应、还原半反应相关概念的理解；氧化还原反应方程式的配平－离子电子法的步骤及相关应用。

图2. 离子电子法配平氧化还原反应方程式的步骤。

（3）原电池的设计

在课堂上，【1总结规律】和学生一起总结氧化还原反应的重要特征；【2提出问题】能否用实验事实验证此过程？反应产生的化学能能否转化为电能？【3自主探究】根据实验步骤，观察实验装置现象，总结原电池的组成和规律。

图3. 丹尼尔电池（Daniell cell，锌-铜原电池）的组成和相关知识点。

[思政之“盐”] 创设问题情景，引导学生积极思维，激发学生学习化学的兴趣。

（4）原电池相关知识的讲解

介绍原电池的构造；如何用符号表示原电池；讲解电极电势的概念，标准电极电势与电极电势的关系；通过电动势和Gibbs自由能变的关系提出Nernst方程。

图4. 本节内容课堂知识讲解。

[思政之“盐”] 讲述2019年诺贝尔化学奖获得者John Goodenough的故事，培养学生严谨的科学态度和合作精神，体验探究过程，激发学习化学兴趣。

2.教学方法

为了完成和达到本章节的教学任务和要求，在整个教学过程中，需要进行精心的、有针对性的设计，做到因材施教、因需而教。采用启发－探究式模式的教学方法，构建主要以学科知识为出发点，以学生实践为核心，以教师启发和学生探究为主要形式，将启发式和探究式教学相互渗透，最终目的是培养学生的科学辩证思维能力、科学方法和创新精神。

图5. 本节内容教学方法的讲解。

图6. 学生分组讨论相关内容。

图7. 学生在课堂上回答问题。

3.教学活动设计

教师活动

学生活动

设计意图

【新课引入】通过火箭推进剂反应和酒精测试仪等生活中一些重要的实例，引出氧化还原反应的重要应用。

【过渡】回顾一下高中所学，什么是氧化反应？什么是还原反应？

【观察图片、思考、回答】

【回答】得到氧的是氧化反应，失去氧的是还原反应。

通过生活中常见的工作领域以及重要作用引发学生学习分析化学的兴趣。

【讲授】氧化还原反应的定义及相关知识点

【设问】氧化还原反应的配平方式有哪些方法？

【延深】解密魔术：在白色纸张上，老师用淀粉碘化钾溶液写字，他是无色的。大家猜一下，往上喷了什么溶液而导致了无中生有呢？那还有其他的试剂让字显现出来吗？

【引导分析】氧化还原反应有电子转移吗？如何证明氧化还原反应有电子转移？

（把一个氧化还原反应设计成一个能够获得电流的装置，就可以证明氧化还原反应有电子转移。）

【看板书、思考、回答】

【回答】

氧化数法、离子-电子法

【思考】

这些带氧化剂的溶液将碘离子氧化成碘单质而遇淀粉变蓝。

层层深入，逐步推进，引导学生从本质上分析氧化还原反应。

【提出问题】能否用实验事实验证氧化还原反应的特征？反应产生的化学能能否转化为电能？

【自主探究】根据实验步骤，观察实验装置现象，填写列表

【引导分析】导线中由于有电子的定向移动，从而产生电流，观察到电流计的指针发生偏转，从而该装置实现了化学能到电能的转变。

【看板书、小组讨论、总结规律】

让学生积极参与到课堂学习中，通过提出问题-探究问题-思考的模式，促进学生对相关知识的理解。

【讲授】介绍原电池的原理：Cu－Zn原电池

【总结和拓展】原电池的知识、盐桥的作用等

【引导】让学生主动建构模型，下课后利用所学知识设计水果电池。

【看板书、思考、讨论】

通过实验观察电流的产生，更加深学生理解。

使学生从本质上掌握原电池的工作原理。

【引入】学习了原电池的组成，以及书写原电池的半反应式的方法，接下来介绍一个新的概念---电极电势。

【提出问题】为什么在铜锌原电池中，电流从铜电极流向锌电极呢？

【讲解】电极电势是电极中极板与溶液之间的电势差。为了获得各种电极的电极电势数值，通常以某种电极的电极电势作标准与其它各待测电极组成电池，通过测定电池的电动势，而确定各种不同电极的相对电极电势E值。

【引导】双电层理论：通过介绍金属在盐溶液当中的溶解和沉积，引出“电荷局部过剩”的概念，提出电极电势的实质。

【看板书、小组讨论、总结规律、记录】

了解科学家前辈的故事：德国化学家能斯特提出了双电层理论解释电极电势的产生的原因。

引导学生从结构上分析反应机理。通过使学生体会了知识的应用。

【讲解】由电动势或电极电势计算Gibbs自由能变，并进行推导，引出电池反应的Nernst方程。同时讲解Nernst方程的意义。

【看板书、思考、尝试回答、记录】

使学生认真思考，独立完成。

4.课程思政理念及分析

课程思政是将思想政治教育融入课程教学的各环节、各方面，以“隐性思政”的功用，与“显性思政”--思想政治理论课共同构建全课程育人格局。本节授课中，我们基于课堂教学的主渠道，将无机化学中“氧化还原反应”作为基础，融入了四个“隐性思政元素”（1、全面看问题以及对立统一的辩证唯物主义观点；2、创设问题情景，引导学生积极思维，激发学生学习化学的兴趣；3、通过诺贝尔化学奖获得者的故事，培养学生严谨的科学态度和奋斗精神，向科学家学习；4、通过电池的发展历程，让学生了解我国在世界新材料、新技术发展中所发挥的重要作用，增强民族自豪感、荣誉感，增强民族自信），实现“思政寓课程，课程融思政”的理念，将思政元素与知识传授巧妙融合，春风化雨、润物无声地发挥课程育人的重要作用。

图8. 给学生讲解诺贝尔奖获得者的人生经历。

五、教学效果分析

著名化学家戴安邦教授曾说过“化学教学既传授化学知识和技术，更训练科学方法和思维，还培养科学精神和品德”。针对课堂教学，课后就学习兴趣、参与度、知识的掌握情况、能力的培养等与学生进行了访谈。根据师生交流情况及教学过程的观察，得出下列教学效果：

（1）启发－探究式教学模式较传统教学模式更受欢迎。

（2）学生学习兴趣浓厚。在教师的循循善诱下，可以激发学生的学习积极性。

（3）学生参与度较高。说明该教学过程非常适合学生的认知过程。

（4）对该部分知识的掌握情况较传统的教授模式，明显效果更好。这一点通过学生对基本概念的理解，对原电池原理的掌握以及在后续电极电势的教学反馈中可见。

（5）接受过启发－探究式教学的学生，在今后的学习中，思维模式会受到该模式的影响，在学习过程中会尝试性主动提出问题、思考问题、探究问题、解决问题。这即是对能力培养的体现。

启发－探究式教学模式，教师最主要的工作就是启发和引导。关于启发以及启发方式，关键在于找到前后知识的关联点。如果有前期知识的储备，那就找到它（关联点）；如果没有，就从常识入手引导到需要的那个知识点。就无机化学而言，所有的知识都可以在高中的知识储备中找到关联点，只是关联程度大小而已。一旦找到关联点，如何引导学生解决问题成为教学成功与否的关键。最常用的引导方法就是通过创设问题情境，当学生感到所提问题的意义和力量，或者感到所提问题的趣味和价值，他们才肯努力去寻求解答。教师可将授课内容分编成若干个启发问题，一步一步地引导启发学生进行逻辑推理，在师生的互动和讨论中达到教学目的，并最终完成启发－探究式教学。

为实现在“课程育人”过程中落实“立德树人”的根本任务，化学与环境科学学院一直在群策群力，积极调动全体师生将“德融课堂、盐溶于汤”思政理念贯穿到教学过程的每个环节，包括教学大纲设置、授课计划编写、课堂教学组织、课外资料学习、课程考核形成性评价机制等环节。以培养学生树立正确的人生观、价值观和世界观，培养学生的爱国主义情怀、科学精神和环保意识等为目标，牢牢把握课堂阵地，将课程思政作为三全育人中“课程育人”的重要抓手，同时积极进行相关教育教学改革与党建方面的研究工作，以确保有效完成“立德树人”润物无声的根本任务。