《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

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）

（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。

（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。

（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。

（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；

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。

（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。

（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

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K^θ、E^θ、△G^θ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。

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。

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。

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。

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。

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。

一、电子守恒法 1、配平原理 发生氧化还原反应时， 还原剂失去电子、 氧化剂得到电子。 因为整个过程的本质好比是还原 剂把电子给了氧化剂， 在这一失一得之间， 电子守恒。 故根据还原剂失去电子的数目和氧化 剂得到电子的数目相等， 结合二者化合价的改变情况， 可以分别把氧化剂、 还原剂的计量数 计算出来，这样整个氧化还原反应就顺利配平了。 2、方法和步骤 ①标出发生变化的元素的化合价，并确定氧化还原反应的配平方向。 在配平时， 需要确定先写方程式那边物质的计量数。 有时先写出方程式左边反应物的计量 数，有时先写出方程式右边生成物的计量数。一般遵循这样的原则： 自身氧化还原反应→ 先配平生成物的计量数； 部分氧化还原反应 → 先配平生成物的计量数； 一般的氧化还原反应→既可先配平生成物的计量数，也可先配平反应物的计量数。 ②列出化合价升降的变化情况。当升高或降低的元素不止一种时，需要根据不同元素的原 子个数比，将化合价变化的数值进行叠加。 ③根据电子守恒配平化合价变化的物质的计量数。 ④根据质量守恒配平剩余物质的计量数。最终并根据质量守恒检查配平无误。 3、实战演练 +7 -1 0 +2 ⑴ KMnO4 ＋HCl ___________ Cl2 ＋ MnCl2 ＋KCl ＋H2O 再根据质量守恒配平剩余的物质，并根据质量守恒检查配平无误。最终配平结果为 2KMnO4 ＋ 16HCl ＝5Cl2 ＋2MnCl2 ＋2KCl ＋8H2O -3 +6 0 +4 ⑵ (NH4)2SO4 __________ NH3 ＋ N2 ＋SO2＋H2O 标出化合价，因该反应是自身氧化还原反应，故确定先配平生成物 N2 和 SO2 ，同时列 出化合价升降的情况，配平化合价变化的物质 数比为 2 ：1，按此比例叠加化合价变化数目） +5 +2 降低 N

《无机化学》课程教学大纲

无机化学是药学一年级新生必须学习的专业基础课，其理论是有机化学、物理化学、生物化学、药理学等后续课程的基础，也是学生进行进一步研究工作的基础。通过无机化学的教学实践，使学生掌握无机化学的一些基本概念，基本理论和基本反应，包括的内容：如溶液与胶体、电解质溶液、物质结构、化学热力学、化学动力学、化学平衡、电化学等。

本课程的目标是使学生掌握无机化学的基本概念、基本理论和基本知识，运用化学的理论观点和方法来分析和解决与专业有关的化学问题的能力，锻炼和培养学生的科学思维和创新意识，树立辩证唯物主义世界观。教学过程注重加强素质教育，培养学生自主学习能力、合作能力、创新能力和知识应用能力；培养学生正确的学习观、世界观、人生观和价值观，通过“产学研用”理论联系实际，激发学生自主学习热情。通过对课堂概念的深入讨论，提升知识点的高阶性。

课程目标1： 理论基础

1．1．为后续有机化学、物理化学、生物化学、药理学等课程的打好基础。

1．2．打好进行进一步研究工作的基础。

2．1使学生掌握无机化学的基本概念、基本理论和基本知识，运用化学的理论观点和方法来分析和解决与药学专业有关的化学问题的能力。

2．2锻炼和培养学生的科学思维和创新意识，树立辩证唯物主义世界观。

3．1 提高学生整体素质，培养学生自主学习能力、合作能力、创新能力和知识应用能力。

3．2培养学生正确的学习观、世界观、人生观和价值观。

3．3通过“产学研用”理论联系实际，激发学生自主学习热情。

（三）课程目标与毕业要求、课程内容的对应关系

表1：课程目标与课程内容、毕业要求的对应关系表

使学生了解化学研究的对象与目的，化学与现代生活的关系。

化学与现代生活的关系。

了解分散系的分类，掌握溶液组成标度的表示法其计算。熟悉稀溶液的蒸气压下降、溶液的沸点升高、凝固点降低和渗透压等依数性。了解晶体渗透压和胶体渗透压。熟悉溶液的蒸气压下降，溶液的沸点升高，溶胶的性质。

溶液组成标度的概念。稀溶液的蒸气压下降、溶液的沸点升高、凝固点降低和渗透压的概念及计算。

第三节 溶液组成的标度

第四节 稀溶液的依数性

翻转课堂分组讨论、讲解法

分组比赛、慕课堂作业、课后作业、思维导图等。

第二章 化学热力学基础

掌握状态函数等基本概念。掌握用自由能变来判断化学反应的方法。掌握热力学能（内能）、焓、熵和吉布斯自由能等概念。掌握盖斯定律及其计算，利用生成焓计算反应焓的方法。

理解热力学第一定律、热力学第二定律。

熟悉标准平衡常数的表示方法及其与标准吉布斯自由能的关系，化学平衡的有关计算、化学平衡的移动。熟悉燃烧焓计算反应焓的方法。

了解化学反应等温方程，熵值大小的比较、实验平衡常数。

化学反应的标准摩尔焓变、标准摩尔熵变和标准摩尔吉布斯自由能变等基本概念及其计算方法和判断。标准平衡常数及化学平衡的移动。

第一节 基本概念及术语

第二节 热力学第一定律

第四节 热力学第二定律

第五节 吉布斯函数及应用

第七节 化学平衡的移动

慕课堂作业、课后作业、思维导图等。

第三章 化学动力学基础

掌握浓度对反应速率的因素，速率常数，一级、二级和零级反应特征及有关计算、质量作用定律，基元反应概念，反应级数，温度对速率的影响。

熟悉化学反应速度的表示方法、催化剂对速率的影响、活化能与活化分子概念。

化学反应速率的表示。质量作用定律和零级、一级、二级反应的特征。浓度、温度对化学反应速率的影响。

第一节 化学反应速率的表示法

第二节 反应速率理论简介

第三节 浓度对化学反应速率的影响

第四节 温度对化学反应速率的影响

第五节 催化剂对化学反应速率的影响

慕课堂作业、课后作业、思维导图等。

掌握四个量子数及其表达的核外电子的运动状态。

理解原子核外电子运动的特点(量子化和波粒二象性)，波函数和原子轨道的含义，几率密度中和电子云，氢质子的s、p、d波函数的角度分布及电子云图形，屏蔽效应，钻穿效应，多电子原子的能级。

熟悉原子核外电子的运动规律和排布规律，pauli不相客原理，能量最低原理，Hund规则，原子的电子构型和元素周期表，电子构型与元素某些性质(原子半径、电离能、电子亲和能、电负性)的周期性。

波粒二象性。四个量子数的物理意义、取值和光谱符号。

原子核外电子的排布式。原子结构和元素周期表的关系、电负性的概念。

第一节 原子核外电子运动特征

第二节 氢原子核外电子运动状态

第三节 多电子原子核外电子运动状态

第四节 原子结构与元素周期性

选择题竞赛、慕课堂作业、课后作业、思维导图等。

掌握价键理论和杂化轨道理论、分子轨道理论的基本要点

理解键的极性与分子的极性、分子的空间构型、氢键的概念、特性、种类及其对物质性质的影响、氢键在生命科学中的重要意义。

共价键的类型(σ键，π键)、共价键的特性、杂化轨道理论特点，sp，sp²,sp³杂化以及等性和不等性杂化、分子轨道能级图等。

第四节 分子间力和氢键

慕课堂作业、课后作业、思维导图等。

掌握酸碱质子理论的基本内容及应用，缓冲溶液的组成和作用原理，掌握一元弱酸、弱碱H⁺浓度和pH值计算以及缓冲溶液pH值计算。

熟悉同离子效应，多元弱酸、弱碱的H+浓度计算，缓冲溶液的配制方法，缓冲容量的概念及缓冲容量与总浓度、缓冲比的关系。

了解电解质溶液表观解离度、活度、活度系数、离子强度、盐效应、缓冲溶液pH值校正等概念，了解缓冲容量的计算。

一元、多元酸碱pH值计算、缓冲溶液pH值计算

第一节 强电解质溶液理论

第三节 水溶液中的酸碱平衡

第四节 质子转移平衡有关计算

慕课堂作业、课后作业、思维导图等。

掌握难溶强电解质的沉淀溶解平衡及表达式。

熟悉溶度积与溶解度的换算 溶度积规则及应用利用溶度积规则讨论沉淀的生成与溶解。

沉淀的生成与溶解的相关计算

第二节 沉淀溶解平衡的移动

慕课堂作业、课后作业。

第八章 配位化合物与配位平衡

掌握配位化合物的定义、组成、类型和命名，配位平衡的概念，配位平衡常数和配位平衡的移动，酸度、沉淀平衡和氧化还原平衡对配位平衡的影响，其他配位平衡的影响及有关计算。

熟悉常见螯合物，配合物价键理论的要点、配合物的杂化轨道和配合物的空间构型，内轨配合物和外轨配合物，磁矩及其在判断配合物的杂化类型和空间构型中的应用，晶体场理论的基本要点及其在解释配合物性质上应用，螯合效应及影响螯合物稳定性的因素。

内、外轨杂化、晶体场理论基本要点以及配位平衡的移动相关计算

第一节 配合物的一些基本概念

慕课堂作业、课后作业、思维导图等。

第九章 氧化还原反应与氧化还原平衡

掌握氧化还原反应的基本概念，标准电极电势表的使用，能斯特方程式及有关计算，电极电势在判断反应方向和限度方面的应用，离子电子法配平氧化还原反应。

熟悉原电池的组成及表示方法，氧化数的概念，元素电势图及其应用。

了解氧化数法配平氧化还原反应  电极电势的产生原理和测量，能斯特方程的推导。

标准电极电势、能斯特方程式相关计算在判断反应方向和限度方面的应用。

第一节 氧化还原基本概念

第二节 氧化还原方程式配平

第四节 电极电势以及电池电动势

第六节 电极电势以及电池电动势的应用

第七节 元素电势图及应用

慕课堂作业、课后作业、思维导图等。

表2：各章节的具体内容和学时分配表

 1．《大学化学》化学工业出版社，周为群、朱琴玉主编，2019。

 2．《大学化学学习指导》化学工业出版社，刘玮、周为群主编，2020。

 3.《无机及分析化学》周为群、朱琴玉主编，苏州大学出版社，2016。

 4. 《无机及分析化学习题课教程》朱琴玉、周为群主编，苏州大学出版社，2016。

 5.《无机及分析化学》，中国大学慕课，苏州大学周为群等，在线开放课程，2019。

（讲授法、讨论法、案例教学法等，按规范方式列举，并进行简要说明）

 1．讲授法：老师课堂结合PPT主讲课堂内容。

 2．讨论法：翻转课堂 老师给出课堂讨论题，学生结合讨论题进行分组讨论，最终给出讨论结果，老师点评。

 3. 竞赛法，翻转课堂：课前老师或学生给出题，课堂上学生分组或个人参与答题比赛。老师和同学一起评分。

 4. 案例教学法，翻转课堂：结合课堂内容，老师引出案例，学生结合课堂内容，对案例进行分析讨论，最终给出讨论结果，老师点评。

八、考核方式及评定方法

（一）课程考核与课程目标的对应关系

表4：课程考核与课程目标的对应关系表

（例：平时成绩：15%，期中考试：30%，期末考试55%，按课程考核实际情况描述）

2．课程目标的考核占比与达成度分析

表5：课程目标的考核占比与达成度分析表