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分析化学“酸碱滴定分析法”课程思政教学实践研究

2022-06-18纪万里王小芬张宜凡

卫生职业教育 2022年12期
关键词:指示剂酸碱分析化学

纪万里,王小芬,陆 叶,张宜凡

(上海健康医学院药学院,上海 201318)

教育部印发的《高等学校课程思政建设指导纲要》要求根据不同学科的特点,深入挖掘专业体系所蕴含的育人元素。同时,由于德育是教育的根本,大学生思想政治教育也是高等教育的重要环节[1-2]。在传统教学中,思政课程往往由思想政治专任教师进行授课,很难实现高等学校全过程、多方位及多层次育人目的,这就要求思政教育贯穿于整个教育过程中,从思政课程走向课程思政,真正实现教书育人的根本目的[3-4]。此外,当前处于网络信息化和大数据时代,尚不成熟的大学生容易受社会不良思想文化的影响。因此,学校思政教育对于学生形成正确的价值观显得尤为重要[5]。我国大学坚持社会主义办学理念,是传播先进思想文化的重要阵地,坚持社会主义办学方向,落实立德树人的根本任务,坚持教育为人民服务、为中国共产党治国理政服务、为巩固和发展中国特色社会主义制度服务、为改革开放和社会主义现代化建设服务[6-7],因此,我国高等学校推进课程思政是一项神圣而艰巨的历史使命。

分析化学是医药类专业的必修基础课程,是研究物质的结构、组成和结构信息的一门科学,是贯穿于多个学科的重要分析技术,其本身带有一定的科学规律,然而各个章节知识点繁多,传统教学仅仅讲授知识点,忽略课程中所蕴含的人文思想,对思想政治方面的融入和教学设计不够深入,难以与当前课程思政建设的目标相吻合。基于课程思政的建设视角,本文以分析化学中“酸碱滴定分析法”为例,在各个知识点中融入课程思政元素,进行初步探索与教学实践,以培养学生的人文和科学素养。

1 课程思政融入“酸碱滴定分析法”的课堂教学意义

分析化学中“酸碱滴定分析法”是整个分析化学的开端,是化学分析法的基础章节,包括酸碱质子理论、酸碱平衡理论、酸碱指示剂及酸碱滴定等方面的内容。酸碱滴定法是以酸碱反应—中和法为基础的分析方法,目前,广泛应用于医药、环境领域中,如原料药的含量测定、水质酸度检测、环境污染监测中等。通过对酸碱滴定分析法的学习,掌握基本的滴定分析法,为后续章节的学习打下坚实基础。因此,“酸碱滴定分析法”对于开展分析化学课程思政具有十分重要的意义。

2 课程思政融入“酸碱滴定分析法”课堂教学案例

2.1 酸碱定义及质子理论发展历史的思政元素

对于酸碱的定义,其实大学生并不陌生,在高中基础化学中已经学习过,然而对于酸碱的实质尚不清楚,普遍认为能够电离出氢离子的物质为酸,而能够电离出氢氧根离子的物质则为碱,这样的感性认识其实并不全面,应引导学生更为深入地理解什么是酸碱,引导学生转换思维与观念,能够运用知识打破传统观念与思维定式,让学生具有一定的批判性思维,进而进行思考、探索与创新,更好地适应当前快速发展的科技时代。关于酸碱定义,其实是经历了漫长的历史过程,最初是1666年由英国波义耳提出酸碱的通性描述,提出酸是具有酸味的物质,能够溶解某些金属及碳酸盐,与酸相反的物质称为碱。1770—1780年法国拉瓦锡对酸性又予以解释,提出了“燃烧的氧学说”,认为一般的可燃物质燃烧后通常为酸,氧是酸的本原,一切酸中都含有氧。1789—1836年戴维和利比希纠正了拉瓦锡的错误,提出所有的酸必须是含氢的化合物,而且氢能被金属置换出来。1880—1890年阿伦尼乌斯及奥斯瓦尔德发现前人关于酸碱的错误,进而提出电离理论,并形成酸碱定义。终于在1923年,丹麦的布朗斯特与英国的劳里指出酸碱电离理论具有片面性,于是提出著名的酸碱质子理论,打破了传统意义的酸碱定义,从质子水平解释了酸碱的本质,认为凡是能够给出质子的物质为酸,凡是能接受质子的物质为碱,这样更加扩大了酸碱的范围,形成我们目前学习的酸碱质子理论知识。引导学生站在前人的肩膀上来重新认识酸碱,就非常清楚了,但是早在几百年之前,最先对酸碱进行定义的科学家来说,他们是非常艰难的,发现科学理论是需要经过反复实验的。早在1666年,当时人们并不清楚酸是一个什么物质,最先对它的认识就是粗略的描述,人们对酸碱的认识基本上带有经验性,由于时代科学的局限性,人们缺乏从分子本质进行严密论证。通过讲授这段对于酸碱争论的历史,让学生明白科学研究是发展、变化的,要科学辩证地看待问题,培养学生具备严谨、求实的学习态度。

2.2 酸碱指示剂中的思政元素

在酸碱滴定分析中,酸碱反应因无颜色、气味等变化,而且一般反应速度快,很难观察到是否反应到终点、是否定量完成,因此,需要选择合适的指示剂来指示终点。课程中介绍了多种常见的酸碱指示剂,如甲基橙、甲基红及酚酞等。在讲授酸碱指示剂的变色原理时,比如甲基橙在酸性溶液中变成红色醌式双极离子,是其酸式体,在碱性溶液中又变成黄色偶氮式结构(碱式体);又如酚酞指示剂在酸性溶液中形成无色带有羟基的酸式体,而在碱性溶液中形成带有醌式结构红色的碱式体。通过这些实例,可以清楚地说明指示剂的变色原理实质是本身结构的改变,而这种改变正是由于溶液环境的变化。引导学生从自身出发,融入“近朱者赤,近墨者黑”的思政元素(见图1),培养学生多与积极向上的人交流,自己就会变得更阳光。环境对人的影响是潜移默化的,比如耳熟能详的“孟母三迁”的故事就说明此理。因此,没有良师益友的影响,就会随波逐流,好的风气则有好的影响,而坏的风气,则有坏的影响。从酸碱指示剂这一知识点入手,既让学生更加理解酸碱指示剂的变色原理,又在潜移默化中传授为人处世的重要理念。

图1 酸碱指示剂中的思政元素挖掘示意图

2.3 酸碱滴定曲线中的思政元素

酸碱滴定曲线实质是反映了在酸碱滴定过程中,溶液中氢离子的整个变化过程,在科学研究中,也通过以图片的形式展现事物的变化规律。以NaOH(0.100 0 mol/L)滴定HC(l0.100 0 mol/L)20.00 mL为例,具体研究整个滴定过程中溶液中氢离子的变化规律,在滴定开始前,溶液中氢离子的浓度就是HCl(0.100 0 mol/L)中氢离子,计算pH值为1.0,开始滴定,随着NaOH的滴入,溶液中的氢离子不断被中和,pH值逐渐增大,当达到化学计量点前0.1%时,此时加入NaOH19.98 mL,溶液的pH值为4.3,达到化学计量点时,溶液的pH值为7.0,如果继续滴定,当达到化学计量点后0.1%时,此时加入NaOH20.02 mL,溶液的pH值为9.7,继续滴定,依次计算溶液的pH,就形成整个的滴定曲线。引导学生仔细观察滴定曲线,会发现在化学计量点前后0.1%,出现很大的突跃,pH值变化很快,几乎垂直上升,pH值从4.3变化到9.7,而且这只是pH值的变化,如果是氢离子的变化,是105的变化,该变化更大,而NaOH仅仅加了0.04 mL,大约是一滴的量,因此引入“量变引起质变”的思政元素(见图2)。我们有时候会为一些事情奋斗很久,但事情却没有眉目,此时我们容易陷入沮丧的状态,往往会产生放弃的想法,可往往最后再坚持一下就会取得成功,自己之前付出的努力是至关重要的,多次的失败才成就了成功,不断地积累是取得成功的重要基础,所谓厚积而薄发。在唯物辩证法中,重视量的积累,为实现事物的质变创造条件,在传统文化中,也能发现量变引发质变的规律,如不积跬步无以至千里,不积小流无以成江海,以这样的思政元素促使学生形成正确的人生观。

图2 酸碱滴定曲线的思政元素挖掘示意图

2.4 酸碱滴定终点误差中的思政元素

误差是普遍存在的,同样在酸碱滴定分析中,也存在滴定终点误差,以NaOH滴定HCl为例来说明滴定终点误差的存在,在滴定前选择酚酞作为指示剂,前期发现酚酞指示剂的变色范围为8.0~10.0,而NaOH滴定HCl的化学计量点pH值为7.0,那么即使控制滴定操作,滴定终点也只能控制到8.0,所以为了尽可能地接近化学计量点,终点颜色最好控制为淡粉红色。因此,由于滴定终点与化学计量点不一致所造成的误差,定义为滴定终点误差。引导学生辩证地看待滴定终点误差,引入唯物辩证法中的普遍联系的规律,明确只要进行测量和实验,就会有误差,但不能因为存在误差,就置若罔闻了,而应不断地提高操作水平,把误差降到最低,让我们的滴定终点无限地趋近于化学计量点。然而,这种也只能无限地接近,因为滴定终点是指示剂实际测量的值,往往受各种因素的影响,如操作过程中的误差、指示剂的选择及样品因素等影响,而化学计量点却是一个理想值,因此这里可引入理想与现实的辩证统一关系(见图3),辩证唯物主义认为理想高于现实,又源于现实,而只有在现实中付诸行动,才能实现理想。此外,理想与现实又是相互联系、相互嵌合的,正如马克思所说的共产主义的理想,是按照历史发展规律,经过人类社会实践活动所努力实现的目标[8]。在滴定分析中,也要追求这样的理想值,培养学生严谨的实验思维、科学的学习态度,不断提高操作技能,使得滴定终点无限趋近于化学计量点,在讲授专业知识时,细雨润无声地融入辩证思维元素。

图3 酸碱滴定终点误差的思政元素挖掘示意图

3 结语

“酸碱滴定分析法”作为分析化学重要的基础章节,在其中融入思政元素,是提高分析化学课程育人的重要手段。本文以分析化学中酸碱滴定法教学为例,通过系统地梳理章节知识点,结合酸碱质子理论的发展历史及马克思主义哲学辩证唯物论,将育人思政元素有机地融入酸碱滴定分析中,展开课程思政建设的探索,通过此探索与教学实践,可以让学生在掌握枯燥知识的同时,潜移默化地接受科学人文素养的熏陶,提高学生学习分析化学的兴趣,培养学生在之后的人生道路上不畏困难、勇于攀登科学高峰的科学精神,从而实现自己的理想。

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