课程思政在有机化学教学中探索

课程思政在有机化学教学中探索

[摘要]烯烃是一类与我们日常生活息息相关的有机化合物,“烯烃”是有机化学课程中的重要章节,其化学性质复杂,反应种类多样且反应机理抽象难懂,在课堂上大多重视传授专业知识而忽略思政教育。本文深入探索了烯烃中的课程思想政治元素,旨在为高校有机化学教师活跃课堂氛围,提高学生兴趣,开拓学生思维,实行全方位育人提供参考。

[关键词]课程思政;有机化学;烯烃

中学教育和大学教育的本质都是为了传授知识,但侧重点完全不同,中学教育主要是讲授基础文化知识,强调解题思路与方法,为高考作准备,而大学教育是为社会生产建设与发展培养高素质人才,这就要求当今青年高校学生不仅具备扎实的文化知识,还应具备较高的政治素质,要树立正确的世界观,人生观,价值观。在全国高校思想政治工作会议中强调:“高校思想政治教育工作关系到高校培养什么样的人、如何培养人以及为谁培养人这个根本问题。要坚持把立德树人作为中心环节,把思想政治工作贯穿教育教学全过程,实现全程育人、全方位育人,努力开创我国高等教育事业发展新局面[1]”。因此,不论是从学生自身发展还是社会需求方面,高校教师要能够将专业知识与课程思政教育有机结合,将思想政治教育元素,包括思想政治教育的理论知识、价值理念及精神追求等融入到各门课程中去,潜移默化地对学生的思想意识、行为举止产生影响,培养全面发展的人才。有机化学与化学化工、医药、生命科学、食品、农学、环境、材料等领域密切相关,是这些专业本科教育的重要基础课程,主要研究有机化合物的命名,结构,理化性质,机理,合成及应用等,在各类专业理论课学习及实践中起着具有举足轻重的地位[2-3]。而由于有机化合物结构多样,反应条件及反应类型复杂多变,机理抽象难懂,合成应用综合性强等特点,在课堂上教师大多重视传授专业知识而忽略思政教育。因此,在新时代背景下,更高的高校“德育”工作要求下,在传授有机化学专业知识于学生的同时,挖掘思政元素如化学史,行业新闻,热点问题,前沿科学及相关的国计民生等并贯穿于课堂教学中,于无形中活跃课堂气氛,激发学生兴趣,提高教学效率,并引导学生实现正确的价值观,积极推动全程育人、全方位育人,成为高校有机化学教师教学改革的一项重要任务[4-5]。针对这个问题,本文以“烯烃”章节的教学为例,阐述能够渗透的思政元素。

1以最简单的烯烃在生活中的应用为切入点的思政元素

乙烯是最简单的烯烃,是一种促进器官成熟的物质,又被称为催熟剂,由于这一特性常被用于催熟果实,如已经成熟的香蕉柔软不易运输、储存、容易变质,为了满足市场需要,便将尚未成熟的较硬的香蕉从南方运往其他地方,到达目的地后使用适量的溶于水后便能释放乙烯气体的乙烯利(2-氯乙基磷酸),绿色的香蕉便能变成黄橙橙的香蕉。生活中大家也有经验,将未成熟的水果如猕猴桃等与苹果放在一起会熟的更快,这正是因为成熟的苹果释放出乙烯气体的原因。乙烯的催熟过程对人体健康不产生毒害作用,是科学、安全的,是世界上香蕉生产应用广泛的技术。2011年4月,一家媒体由于拍摄到香蕉催熟操作过程,未向专家求证便报道“误服乙烯利会出现呕吐、恶心及灼烧感,长期服用对人体有害而无利”的言论,该不实报道对部分消费者产生了误导,对海南的香蕉产业产生了严重的不良影响。通过这个事例能够激发学生的兴趣,将注意力集中于课堂,并主动了解催熟剂乙烯利的结构及作用机制,同时培养学生运用专业知识分析社会生活现象,激发学生对专业的热爱,认识科学的严谨性,培养职业素养和社会责任感。

2融入在生活中常见烯烃衍生物中的思政元素

还有一些烯烃衍生物如油酸(顺-9-十八碳烯酸)、DHA(顺-二十二碳六烯酸,又称脑黄金)、维生素A等与人们的生命健康息息相关。油酸富含于橄榄油,菜籽油、花生油等中,有益于人类心血管健康,将其氢化可制造人造黄油。DHA是含有六个碳碳双键的不饱和脂肪酸,存在于母乳、鱼类、坚果和藻类等食物中,对人体脑细胞和视网膜细胞发育有重要作用,市场上有很多DHA的营养品,如以“脑聪明,眼睛亮”、“补脑护眼,营养全面”等作为广告宣传语,我们常见的婴幼儿奶粉中就含有DHA,DHA的含量也被作为挑选奶粉的一个标准。有机化学是美好生活的创造者,引导学生运用专业知识创造健康有益的食品造福于人类。在此还可以扩展到反面案例“三聚氰胺毒奶粉事件”、“瘦肉精事件”给社会造成的严重后果,在教学中引入大家熟知的营养品及与食品安全相关的新闻时事,能活跃课堂气氛,引发大家思考讨论,帮助学生培养职业道德、社会责任感,加强法制意识及树立正确的人生观、价值观。

3烯烃的结构与性质中的思政元素

在讲解烯烃的结构时,π键是关键,它与烷烃中σ键有什么不同,以高中的知识学生了解烯烃比烷烃的活性高,能发生一些化学反应如氧化,加成,加聚等,那究其原因是什么?π键具有什么样的特点,是如何形成的?以问题引入式启发学生思考,从实质上理解烯烃的性质,明白高中有机化学更多的是传授部分结论,而大学有机化学更加深入介绍烯烃的结构与性质的关系,引导学生从事物本质分析问题。讲完烯烃后提出问题,烯烃的π键与苯环中的π键有哪些异同,为什么两类化合物化学性质差异如此之大:烯烃主要发生亲电加成反应,氧化反应,催化加氢等,而苯环表现难氧化,难加成,易取代。通过给学生适当“留白”引导学生查阅相关资料,文献,对比分析化合物的构性关系,理解不同化合物间的区别与联系,提高学生的学习及分析问题的能力,启发科学思维。有机化学教学中化合物的化学性质是重难点,各类反应复杂,内容抽象,烯烃的亲电加成是其主要性质,有关烯烃亲电加成的区域选择性有一个重要规则——Markovnikov规则(马氏规则),1870年俄国科学家马尔科夫尼科夫提出:与不对称烯烃发生亲电加成时,HX中的H总是加在含氢较多的碳原子上,X加在含氢较少的碳原子上;而实际上以上的结论对与给电子基团如甲基相连的烯烃是适用的,但对于与吸电子基团如三氟甲基相连的烯烃与HX发生亲电加成反应方式正好相反。从形式上看两者加成的区域选择性相反,但从分子的电性效应分析,两者的反应本质是相同的:不对称的烯烃与不对称亲电试剂的加成反应,总是按照形成更稳定的碳正离子中间体的方向进行,即为广义的马氏规则[6]。实质上,不对称烯烃与卤化氢,与B2H6/THF和Hg(OAc)2/H2O等的加成都遵循这一规则。介绍完烯烃的亲电加成反应后可得出关于各类烯烃的反应活性的结论:烯烃双键上烷基取代基越多,电子云密度越高,反应活性越高;而从烯烃的氢化热得出的结论是烷基取代能够稳定烯烃,取代基愈多,烯烃稳定性愈高。两个结论似乎矛盾,对此可以提出问题:通过文献查找后浅析有机化合物的稳定性与化学反应活性。引导学生用哲学思想研究自然科学,将辩证的思维方式润物细无声地传授给学生:事物是不断发展的,科学研究亦是如此;矛盾的对立统一性。启发学生积极思考、归纳、总结,发掘规律,分析特殊,掌握透过现象看本质的科学方法。纵观烯烃在有机化学中的地位,我们可以发现烯烃与其他章节如烷烃、卤代烃、立体异构体,醇醚、醛酮、羧酸、羧酸酯等都紧密相关。首先烯烃在不同的条件下可以转化为这些化合物:烯烃催化氢化生成烷烃;与卤化氢反应得到卤代烃;与水、醇、酸催化加成可得醇、醚、羧酸酯;氧化可得醛酮、羧酸;另外,当学习到醛酮的结构及其亲核加成反应时,引导学生比较这两类含有双键的化合物在性质上的差异原因。通过烯烃的学习能够正确认识有机化学各类化合物虽然结构、性质不同,但它们并不是孤立的,而是相互联系的,并具备全方位、多角度分析问题、将知识融会贯通的能力。

4烯烃聚合反应中的思政元素

烯烃的聚合反应与人类生活息息相关,高分子材料聚乙烯,聚丙烯,聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯等被广泛用于日常生活用品、建筑材料、有机光电材料、人造器官等实用性物质中。由美国杜邦公司研制的聚四氟乙烯具有耐高温、耐腐蚀、质地致密光滑的特异性能,被誉为“塑料王”。化学不仅给我们的生活带来了便利,促进了科技的进步,社会的发展,但科技也可能是双刃剑,塑料制品造成“白色污染”,普通塑料袋至少需要几百年才能降解,引导学生铭记“绿水青山就是金山银山”,养成节约资源,垃圾分类,保护环境的习惯,树立绿色生态和可持续发展的理念。2008年北京奥运会标志性建筑物之一“水立方”是世界上最大的膜结构工程,采用最先进的新型环保节能膜材料乙烯-聚四氟乙烯共聚物(ETFE),该材料耐腐蚀性、保温性极强,抗压性好,自清洁能力强。通过真实的案例展现我国的科技创新能力,让学生提高学习兴趣,了解有机化学的实用性,增强民族自豪感。除此之外,以聚乙烯为原料的“石头纸”是一类性能优异、应用广泛且比传统造纸环保的新产品,该项材料与技术的突破同样体现了探索与创新精神对社会发展的重要性。极大地推动聚合物工业发展的一类重要催化剂——齐格勒-纳塔催化剂(四氯化钛-三乙基铝)的应用对人类社会发展作出的贡献无法估量。最初是德国化学家卡尔·瓦尔德马尔·齐格勒在制备三乙基铝的实验中的一个意外发现,这一催化剂使乙烯在常压下聚合,颠覆了人们一直认为的高压是合成聚乙烯的必要条件。后来意大利化学家居里奥·纳塔将其应用于丙烯的聚合,得到高聚合度、高立体规整性的聚丙烯。在此基础上,各国科学家不断努力发明了各具特色的控制性更好的有机金属催化剂,并应用于制造塑料、橡胶、手术器械部件等材料中。由于该催化剂产生的重大影响,1963年,齐格勒和纳塔共同获得了诺贝尔化学奖。通过历史事实引导学生树立严谨细致的科学态度,热爱科学,鼓励学生深入思考问题,培养创新意识,让学生深切体会到有机化学是材料的研制者。

5烯烃在理论基础研究中的思政元素

烯烃类化合物由于其容易获得且价格便宜,并能进行各种转化,不断被应用到工业生产中,为一些功能材料,农药,化妆品和药物等提供关键合成中间体[7-8]。以此将有关烯烃转化方面的基础研究介绍给学生,如烯烃的氢化,氢甲酰化,硼氢化,氢氰化以及双官能化等反应,近期我国科研工作者如武汉大学阴国印研究员团队,中国科学院上海有机化学研究所刘国生研究员团队,南京大学朱少林教授团队等在国际著名杂志上发表的代表性作品[9-11]。引导学生认识基础研究是科技创新的源泉,是高新技术发展的源头,它源于而又高于教材中的理论知识,并了解我国科技工作者在化学基础研究领域的贡献,加强学生对国内科研工作的认可,激发学生对科学研究的热情,增强民族自豪感、文化自信与爱国主义精神。

6结论

从上面的实例可以看出,虽然有机化学课程专业性强,但其中的课程思政元素丰富多样,这样不仅能创新课程教学方式,增添课程趣味性,提高学生的学习兴趣,丰富学生的专业知识,而且从多方面启发学生的科学思维,培养学生的对专业的热爱,增强民族自豪感,坚定文化自信,树立正确的人生观、社会主义价值观。

作者:李清华 刘堂林 单位:西南大学化学化工学院