有機(jī)化學(xué)課程思政元素的挖掘與融入
——以“烷烴”為例

林麗萍

(福建農(nóng)林大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，福建 福州 350002)

課程思政是新形勢下高等教育課程改革的方向，也是落實(shí)立德樹人根本任務(wù)的重要舉措。習(xí)近平總書記在全國高校思想政治工作會(huì)議上強(qiáng)調(diào)“要堅(jiān)持把立德樹人作為中心環(huán)節(jié)，把思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過程，實(shí)現(xiàn)全程育人、全方位育人，努力開創(chuàng)我國高等教育事業(yè)發(fā)展新局面”[1]。因此，全國高校都在貫徹這一重要講話精神，大力推進(jìn)課程思政工作，鼓勵(lì)老師們積極挖掘課程思政元素，探尋課程思政元素的融入方式，做到充分利用課堂教學(xué)這一主渠道，實(shí)現(xiàn)“各類課程都要與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)”[1]，為祖國培養(yǎng)有理想、有本領(lǐng)、有擔(dān)當(dāng)?shù)纳鐣?huì)主義建設(shè)者和接班人。

有機(jī)化學(xué)是一門基于實(shí)驗(yàn)發(fā)展起來的學(xué)科，涉及的內(nèi)容與我們的日常生活密切相關(guān)。在我校眾多專業(yè),如生命科學(xué)、食品科學(xué)、材料科學(xué)、植物保護(hù)、生態(tài)學(xué)等,近千名學(xué)生需要學(xué)習(xí)本課程，因此，在有機(jī)化學(xué)課堂中進(jìn)行課程思政可以讓更多的學(xué)生受益。而且有機(jī)化學(xué)包含的思政元素較多，如中國優(yōu)秀傳統(tǒng)文化、有機(jī)化學(xué)發(fā)展史、有機(jī)化學(xué)家的故事、時(shí)事熱點(diǎn)、學(xué)科前沿等，若能將這些思政元素很好地融入課堂，則可以讓學(xué)生在掌握理論知識的同時(shí)養(yǎng)成一定的專業(yè)素養(yǎng)，拓寬眼界，增長見識，增加專業(yè)認(rèn)同感、文化自信和民族自豪感，厚植愛國情懷，培養(yǎng)用辯證思維分析問題和解決問題的能力。本文以《有機(jī)化學(xué)》第二章“飽和脂肪烴”的第一節(jié)“烷烴”[2]為教學(xué)內(nèi)容，挖掘思政元素，設(shè)計(jì)思政元素融入方式，并對實(shí)施過程進(jìn)行介紹。

1 學(xué)情分析

《有機(jī)化學(xué)》為我校大一下學(xué)期的課程。學(xué)生在大一上學(xué)期已經(jīng)完成對《普通化學(xué)》的學(xué)習(xí)，對雜化軌道理論、價(jià)鍵理論有一定的理解；同時(shí)學(xué)生也具備了在MOOC平臺(tái)進(jìn)行預(yù)習(xí)、測驗(yàn)和利用百度等平臺(tái)搜索資訊、查閱文獻(xiàn)的能力。但是參加新高考的學(xué)生有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)參差不齊，對有機(jī)物的命名、結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)等掌握不夠，需要進(jìn)一步學(xué)習(xí)。本節(jié)內(nèi)容包含“烷烴的命名”“烷烴的結(jié)構(gòu)和構(gòu)象”“烷烴的物理性質(zhì)”和“烷烴的化學(xué)性質(zhì)”四個(gè)部分，知識點(diǎn)相對簡單，通過通俗易懂的教學(xué)方式，讓學(xué)生能夠很好掌握相關(guān)內(nèi)容，對學(xué)生建立學(xué)好有機(jī)化學(xué)的信心具有重要意義。

2 教學(xué)目標(biāo)

知識目標(biāo)：1)掌握烷烴的系統(tǒng)命名法、結(jié)構(gòu)和構(gòu)象異構(gòu)體、沸點(diǎn)變化規(guī)律；2)理解鹵代烴自由基取代反應(yīng)歷程；3)掌握不同類型自由基穩(wěn)定性大小的判斷。

能力目標(biāo)：1)通過對烷烴系統(tǒng)命名方法的學(xué)習(xí)，能熟練對烷烴進(jìn)行命名；2)通過對烷烴的結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)的學(xué)習(xí)，能運(yùn)用相關(guān)知識解決實(shí)際問題；3)通過理化性質(zhì)的學(xué)習(xí)，獲得辯證思考的能力。

素質(zhì)目標(biāo)：1)學(xué)習(xí)科學(xué)家們鍥而不舍的科研精神，勇于創(chuàng)新和嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度；2)發(fā)揚(yáng)和傳承中國優(yōu)秀傳統(tǒng)文化，樹立正確的世界觀、人生觀和價(jià)值觀，增強(qiáng)民族自豪感和文化自信心，厚植愛國主義情懷； 3)主動(dòng)關(guān)注環(huán)境問題，提高節(jié)能減排意識，具有社會(huì)擔(dān)當(dāng)和責(zé)任感。

3 教學(xué)過程

3.1 課前準(zhǔn)備

1)查閱文獻(xiàn)，搜索資料，挖掘課程思政元素。

2)布置學(xué)生在MOOC上進(jìn)行預(yù)習(xí)，在網(wǎng)上查閱我國南海海域可燃冰開采和我國對碳中和的規(guī)劃等情況。

3.2 授課過程

3.2.1 課程導(dǎo)入

“烷烴”的導(dǎo)入采取情景教學(xué)法。如圖1所示，展示新聞和資訊中關(guān)于瓦斯爆炸和我國天然氣的使用情況的報(bào)道圖片，讓學(xué)生意識到甲烷的重要性，引導(dǎo)學(xué)生加強(qiáng)安全防范意識，節(jié)約能源，從我做起。通過《天工開物》中關(guān)于天然氣的描述[3]，引起學(xué)生的興趣，增強(qiáng)學(xué)生的文化自信和民族自豪感，厚植愛國主義情懷。在此基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生思考以甲烷為代表的烷烴該如何命名？結(jié)構(gòu)如何？又具有哪些性質(zhì)和應(yīng)用？

3.2.2 融有中國優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的“烷烴的命名”的教學(xué)過程

烷烴是學(xué)生在《有機(jī)化學(xué)》這門課中學(xué)習(xí)的第一類有機(jī)物，其命名規(guī)則大部分也適用于其他類有機(jī)物的命名。因此，熟練掌握烷烴的命名規(guī)則對其他有機(jī)物命名的學(xué)習(xí)具有重要意義。在該部分的教學(xué)過程中，將以中國優(yōu)秀傳統(tǒng)文化作為主要的思政元素，生動(dòng)趣味地介紹烷烴的命名規(guī)則。讓學(xué)生在掌握理論知識的同時(shí)，增加對中國優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的認(rèn)識，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)文化自信和民族自豪感。具體教學(xué)過程設(shè)計(jì)如圖2。

首先對“烷烴”進(jìn)行名詞解釋，“烷”字的“火”字旁來自于“烴”，“完”字代表“完全”，表示碳原子的四個(gè)價(jià)鍵完全與四個(gè)氫原子成鍵。“烴”是只含有碳?xì)鋬煞N元素的一類有機(jī)化合物，其讀音(tīng)取自碳(tàn)的聲母和氫(qīng)的韻母。通過這樣的介紹，讓學(xué)生感受到古人造字的智慧，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)的興趣。

其次，烷烴的系統(tǒng)命名規(guī)則主要包括“最長碳鏈、最多支鏈和最低序列”三點(diǎn)。最長碳鏈(主鏈)的碳原子數(shù)目從1到10分別用中國傳統(tǒng)歷法十天干里的“甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸”來表示，這樣的命名規(guī)則既與國際通用命名規(guī)則相契合又具有中國特色。當(dāng)有較多支鏈時(shí)，則按最低序列來編號，最低序列指的是將幾種編號的結(jié)果按支鏈的編號由小到大排列后進(jìn)行比較，最先碰到支鏈編號較小的那一組編號就是最低序列。當(dāng)最低序列編號一樣但是對應(yīng)的支鏈(取代基)不一樣時(shí)，則根據(jù)次序規(guī)則對不同的取代基進(jìn)行排序，排在前面的優(yōu)先基團(tuán)的編號反而要比次優(yōu)先基團(tuán)的編號大。此外，還需注意的是，在命名時(shí)，次優(yōu)先基團(tuán)寫在前面，優(yōu)先基團(tuán)寫在后面，而不是看編號的大小。如果將這些取代基進(jìn)行擬人化，則會(huì)呈現(xiàn)以下情景：排序的時(shí)候，晚輩(次優(yōu)先基團(tuán))尊敬長輩(優(yōu)先基團(tuán))，把“優(yōu)先”的稱號給了長輩，表達(dá)了對長輩的尊敬；在編號和命名的時(shí)候，長輩(優(yōu)先基團(tuán))愛護(hù)晚輩(次優(yōu)先基團(tuán))，把較小的編號和命名時(shí)候書寫順序靠前的位置留給晚輩。這一情景好比生活中和諧美好的場景“尊老愛幼”。通過這樣的擬人化，既生動(dòng)有趣，貼近生活，又有助于學(xué)生理解根據(jù)次序規(guī)則的編號順序，同時(shí)達(dá)到了德育的目的。

最后，在對碳原子種類進(jìn)行分類時(shí)，根據(jù)每個(gè)碳原子直接相連的其他碳原子的數(shù)目不同，將碳原子分類為“伯、仲、叔、季”碳，與伯、仲、叔碳直接相連的氫原子為“伯、仲、叔”氫。這里的“伯仲叔季”引用的就是中國古代兄弟排名的規(guī)則，生活中還有“伯歌季舞”“季友伯兄”等體現(xiàn)兄弟情誼的成語。這樣將化學(xué)知識和傳統(tǒng)文學(xué)知識相結(jié)合，展現(xiàn)了中國傳統(tǒng)文化的博大精深，達(dá)到了增強(qiáng)學(xué)生文化自信和文化認(rèn)同感的目的。

3.2.3 基于有機(jī)化學(xué)立體結(jié)構(gòu)發(fā)展史的“烷烴的結(jié)構(gòu)和構(gòu)象”的教學(xué)過程

物質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定了物質(zhì)的性質(zhì)。因此，在學(xué)習(xí)烷烴性質(zhì)之前要先掌握烷烴的結(jié)構(gòu)。本部分的教學(xué)將從有機(jī)化學(xué)立體結(jié)構(gòu)發(fā)展史入手，介紹烷烴的結(jié)構(gòu)和構(gòu)象。讓學(xué)生從甲烷結(jié)構(gòu)確定的過程學(xué)習(xí)科學(xué)家們鍥而不舍、勇于創(chuàng)新、追求真理的科研精神。具體教學(xué)過程設(shè)計(jì)如圖3。

首先，以最簡單的烷烴——甲烷為例，介紹甲烷的正四面體結(jié)構(gòu)。雖然甲烷的結(jié)構(gòu)比較簡單，但確認(rèn)這一結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了很長一段時(shí)間(1858-1931年)[4]。先是1858年，德國化學(xué)家凱庫勒提出了有機(jī)物分子中碳原子為四價(jià)，且彼此間相互結(jié)合形成碳鏈。再由德國化學(xué)家肖萊馬于1864年通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)乙烷、丙烷都沒有構(gòu)造異構(gòu)現(xiàn)象，碳原子四個(gè)化合價(jià)具有同一性。接著荷蘭科學(xué)家范特霍夫在1875年在其發(fā)表的《空間化學(xué)》一文中首次提出了分子的空間立體結(jié)構(gòu)假說、“不對稱碳原子”的概念和碳的正四面體構(gòu)型假說(即甲烷的四面體結(jié)構(gòu))。最后，美國化學(xué)家鮑林在1931年提出了原子雜化軌道的理論，很好地解釋了甲烷的正四面體結(jié)構(gòu)。由此過渡介紹烷烴中碳原子以sp3雜化方式進(jìn)行成鍵。

接著，介紹烷烴中的價(jià)鍵均為σ鍵。σ鍵具有可以自由旋轉(zhuǎn)的特點(diǎn)，通過旋轉(zhuǎn)，烷烴分子中各個(gè)原子在空間上的相對位置有所不同，從而使總碳數(shù)≥2的烷烴分子產(chǎn)生無數(shù)構(gòu)象異構(gòu)體。在眾多構(gòu)象中，交叉式和重疊式是兩種典型的構(gòu)象，以乙烷和丁烷為例，結(jié)合它們的交叉式和重疊式對應(yīng)的熱力學(xué)能量進(jìn)行分析討論，得出交叉式構(gòu)象是優(yōu)勢構(gòu)象和各構(gòu)象異構(gòu)體之間能量差異較小，不能分離的結(jié)論。

3.2.4 體現(xiàn)馬克思唯物辯證主義思想的“烷烴的物理性質(zhì)”的教學(xué)過程

科學(xué)與哲學(xué)密不可分，有機(jī)化學(xué)作為科學(xué)的一個(gè)分支，不僅是其發(fā)展過程離不開哲學(xué)的思維、判斷與邏輯，其內(nèi)容也包含一定的哲學(xué)思想。本部分的教學(xué)將結(jié)合烷烴物理性質(zhì)的變化規(guī)律，引入“量變引起質(zhì)變”“透過現(xiàn)象看本質(zhì)”等馬克思唯物辯證主義思想，旨在培養(yǎng)學(xué)生的辯證思維。

首先是烷烴的狀態(tài)，碳總數(shù)為1～4的烷烴是氣體，5～16的直鏈烷烴是液體， 17及以上的烷烴是固體。這說明量變引起質(zhì)變，隨著碳總數(shù)的增加，烷烴的狀態(tài)也由氣態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)。其次，烷烴的沸點(diǎn)與烷烴的分子量有關(guān)，一般總碳數(shù)目越多，分子量越大，對應(yīng)的沸點(diǎn)就越高，當(dāng)碳數(shù)目一樣的情況下，支鏈越多沸點(diǎn)越低。在比較不同烷烴的沸點(diǎn)的時(shí)候，要先比較烷烴的分子量，再考慮支鏈的存在。比如，2-甲基丙烷的沸點(diǎn)要高于丙烷，不可以直接認(rèn)為二者都是丙烷，而2-甲基丙烷帶有支鏈，沸點(diǎn)就會(huì)比較低。而是要透過現(xiàn)象看本質(zhì)，雖然二者都是丙烷，但是2-甲基丙烷的分子式是C4H10，丙烷的分子式是C3H8，前者的碳總數(shù)和分子量都大于后者，即2-甲基丙烷的沸點(diǎn)要高于丙烷。

3.2.5 滲透時(shí)事熱點(diǎn)和學(xué)科前沿的“烷烴的化學(xué)性質(zhì)”的教學(xué)過程

由于烷烴結(jié)構(gòu)里都是C—C鍵和C—H鍵，鍵的極性較差，鍵能較大，所以整個(gè)化合物極性較小，反應(yīng)活性較差，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，對應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)較少，主要是鹵代反應(yīng)、氧化和燃燒反應(yīng)以及裂化反應(yīng)。結(jié)合烷烴的鹵代反應(yīng)，鼓勵(lì)學(xué)生不斷提高自身綜合素質(zhì)，提升競爭力。結(jié)合烷烴的氧化和燃燒反應(yīng)以及裂化反應(yīng)，講解我國在節(jié)能減排和為實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)所做的工作，以及新能源的開發(fā)進(jìn)展，展現(xiàn)我國的大國格局，增加民族自豪感，厚植愛國主義情懷，引導(dǎo)學(xué)生樹立節(jié)約能源，保護(hù)生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展理念。具體教學(xué)過程設(shè)計(jì)如圖4。

首先，鹵代反應(yīng)是自由基取代反應(yīng)，在相同實(shí)驗(yàn)條件下，伯、仲、叔氫被取代的反應(yīng)活性順序是叔氫>仲氫>伯氫，雖然伯氫的數(shù)目最多，但是反應(yīng)活性最差，這就映射了大學(xué)生需要學(xué)習(xí)更多的技能(取代基的數(shù)量)，提高自身綜合素質(zhì)，而不要過多的依賴家庭條件(氫原子的數(shù)量)，只有這樣才能在相同的競爭條件下保有強(qiáng)的競爭力。當(dāng)相同類型的碳原子與不同的鹵素單質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)時(shí)，鹵素單質(zhì)的活潑性越好，選擇性反而越差，反應(yīng)產(chǎn)物中副產(chǎn)物越多，產(chǎn)率越低。這就告訴我們越是情況緊急的時(shí)候，越要沉著冷靜，做到有的放矢，一擊即中。

其次，日常生活中我們利用天然氣、汽油、柴油等燃料氧化和燃燒放出大量的熱轉(zhuǎn)化為其他可應(yīng)用的能量形式。但是在氧化和燃燒過程中除了大量的熱還會(huì)有CO2氣體的產(chǎn)生，大量CO2的產(chǎn)生會(huì)引起溫室效應(yīng)，導(dǎo)致全球變暖，進(jìn)而影響我們的生活。我國在2020年9月明確提出在2030年和2060年分別實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”和“碳中和”的目標(biāo)[5]。之后便制定了相關(guān)的行動(dòng)方案，展現(xiàn)了我國在保護(hù)生態(tài)環(huán)境，推動(dòng)構(gòu)建人類命運(yùn)共同體的大國擔(dān)當(dāng)。此外，我國以自主研發(fā)的技術(shù)在南海海域試采可燃冰成功，成為全球首個(gè)可在海域開采可燃冰并能連續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)氣的國家。利用這一成就激發(fā)學(xué)生的愛國情懷和民族自豪感。

3.3 課后任務(wù)

1)在MOOC網(wǎng)上自學(xué)烷烴其他的物理性質(zhì)(熔點(diǎn)、密度等)；2)完成MOOC網(wǎng)上對應(yīng)的測驗(yàn)和書上的課后練習(xí)，鞏固知識點(diǎn)。

3.4 教學(xué)反思

1)除了結(jié)合課程知識挖掘思政元素，還可從學(xué)生專業(yè)角度挖掘和課程知識相關(guān)的思政元素，讓學(xué)生學(xué)有所用，增加對自己專業(yè)的認(rèn)同感；

2)凝練思政元素，探尋思政元素融入課程教學(xué)的教學(xué)方式，提高思政效果。

4 結(jié)語

本文通過挖掘與“烷烴”相關(guān)的思政元素，并嘗試將其融入教學(xué)過程中，在講授理論知識的同時(shí)，對學(xué)生進(jìn)行了科學(xué)精神、家國情懷、文化自信、民族自豪感、環(huán)保意識等方面的德育，對引導(dǎo)學(xué)生建立正確的世界觀、價(jià)值觀和人生觀具有重要意義。同時(shí)思政元素的融入，增加了知識的趣味性，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)的熱情。