基于工程实际无机化学课程思政教学案例设计—以溶度积为例

基于工程实际无机化学课程思政教学案例设计—以溶度积为例

陈静怡

合肥大学能源材料与化工学院安徽 合肥 230601

摘要：本文以环境治理领域重金属废水处理实际工程案例为导向，以筑牢专业知识、助塑工程思维、铸造实践创新能力为目标，培养学生严谨的科学态度，通过案例教学中合理沉淀剂的添加量计算培养学生观察、思考和判断的能力，增强他们的创新意识和实践能力树立批判质疑，勇于探究的科学精神，通过溶度积规则应用讲解在线pH控制原理，引导学生深入思考，学思践悟，培养工程应用能力。

关键词：案例教学，任务驱动，无机化学

《无机化学》是面向环境工程专业学生进入大学的第一门化学基础课，是培养环境工程专业人才整体知识结构和能力结构的重要组成部分。该课程是连接中学和大学化学的桥梁，同时也为环境工程专业类课程打下基础。本课程重点讲授化学热力学、化学动力学、化学反应平衡、氧化还原反应、电化学等化学反应的基本原理及其应用，培养学生运用无机化学的理论去解决一般环境化学问题的能力，以及学生的科学思维和创新精神，提高学生在后续与化学相关的基础化学课程或者专业课程中解析问题的能力，努力使学生学会认知、学会创新、学会发展，认识化学与环境领域和生活实践相关联系。

1学情与痛点分析

1.1学情分析

由于学生通常来自高中的不同学术背景，他们对无机化学的认知和基础呈现较大差异。一部分学生可能在高中阶段就已具备扎实的化学基础，而另一部分学生则可能对化学感到陌生，特别是对于复杂的化学反应和理论概念的理解。这种差异对课程的教学提出了较高的要求，需要教师能够灵活调整教学策略，满足不同学生的需求。环境工程专业性质和主要教学内容为无机化学课程融入思政教育提供了天然优势。学生对环境保护的关注可以转化为学习动力，通过课程学习深化对环境科学和工程解决方案的理解。

1.2课程思政教学重点

通过丰富的实验设计和工程案例分析，加深学生对无机化学知识的理解和应用能力。利用学生对环境问题的关注，将环保思想和社会责任感融入无机化学教学中，培养学生的责任感和实际操作能力。系统化强调无机化学的基础理论，同时结合国家发展需求和科技前沿，激发学生的爱国情怀和科研兴趣。课程在传授核心化学知识的同时，有效地进行思政教育，培养环境工程专业学生的专业技能、社会责任感和国家意识，为他们未来的职业生涯和个人发展奠定坚实的基础。

2.溶度积规则在环境领域的应用课程思政教学设计

2.1课程思政内容：

通过含锌废水的工程案例，讲解环境问题与溶度积规则的关系，引导学生关注当前环境问题，并培养他们的环保意识和责任感，激发学生的创新思维和探究精神，让学生能够运用所学知识解决实际问题。

2.2课程思政教学实施

课前：复习溶度积常数的定义和表达方式；复习溶度积和溶解度计算；预习溶度积规则内容。

课中：案例导入。首先引入环境工程案例：某钢铁污水处理厂排放的废水中Zn2+浓度严重超标，采用澄清石灰水进行处理，处理后，取样测验时候发现废水治理出口时 Zn2＋离子浓度达标，但流出5米以外后，Zn2＋离子浓度却超标了。随后提出四个问题，带入本节课教学内容。（1）含Zn2＋废水为什么要处理？标准是什么？（2）石灰水处理含Zn2＋废水的原理？

（2）在不知道Zn2＋废水初始浓度的情况下如何控制石灰水的投加量？（4）为什么流出5米后会再次超标？

【思政融入--培养学生对学科专业的感情】：“含锌工业废水处理案例”的核心思想是揭示在工业重金属污染废水中沉淀法去除的反应原理，学生学习之后可以了解化学反应原理在生产中的应用以及对社会生活进步的巨大影响，从而产生学科专业的神圣感，培养学生对学科专业的感情。

课中：循序渐进，引出教学内容

（1）含Zn2＋废水为什么要处理？标准是什么？

首先阐述锌的用途。锌是一种化学性质活泼的金属元素，常温下可在表面生成氧化膜，被广泛应用于钢铁、冶金、机械、化工等领域，常用于防止金属腐蚀。

随后，指出锌如果在环境中承载过量的危害，从三个方面进行阐述：一是摄入过量：（20-400mg）中毒；二是锌参与土壤代谢，破坏土体结构，导致地基沉降三是会降低土壤中酶活性，影响农作物生长通过富集作用进入食物链。

然后，引导学生思考，含锌废水是否需要处理？引导学生了解在环境污染物处理方面，有哪些标准应该遵循。以本教学案例为例，应该介绍《钢铁工业污染物控制标准》。这样可以帮助学生更好地认识到污染物处理标准对于环保事业的重要性，提高他们的职业素养。

【思政融入--树立生态环境保护的职业意识】：锌是我国现代工业生产中较为重要的一种资源，其广泛应用于冶炼、化工等行业，在工业生产过程中会产生含锌废水，直接排放会对人体健康造成严重危害，因此，必须对含锌废水进行处理达标。通过讲述一是引发学生梳理环境保护的意识思考，二是激发学生探讨如何运用所学知识解决问题。

（2）回顾高中知识点，石灰水处理含Zn2＋废水的原理？

这里先请同学回答，巩固高中化学知识，明确石灰水处理含Zn

2＋废水的原理就是利用石灰水中OH-会和Zn2＋发生化学反应，生成Zn(OH)2沉淀。

【思政融入--培养学生专业自信心】：利用已有的知识点，帮助学生更好地理解新的概念，提升他们的专业素养和自信心。

（3）如何控制石灰水的投加量？

讲述完沉淀法处理原理之后，要引出本次教学的重点，计算沉淀剂用量，核心就是要利用溶度积规则，通过这个问题，将案例与本节教学重点有机结合起来。在正式讲解溶度积规则之前，要将溶度积规则的内容进行回忆，并将其和第二章中化学反应方向的判断—化学等温方式是的应用有机结合在一起，让学生明确溶度积规则的本质实质就是化学等温方程式在沉淀溶解方向判断中的具体应用。然后，详细讲解如何利用溶度积规则计算沉淀剂用量，计算结果显示的是沉淀剂中OH-的浓度。

设问：OH-的浓度应该如何控制？

引出通过污水体系的pH来控制OH-的浓度。

【思政融入-科学思辨】：将沉淀剂的用量控制转化为控制反应体系的pH，培养学生科学思辨的精神。

设问：是不是只要控制含锌废水的pH大于8即可？

    引出第4个问题，为什么流出5米后会再次超标。

（4）为什么流出5米后会再次超标？

Zn(OH)2的两性物质特性，在pH范围为8~10.5，会有沉淀。进而再一次引起探讨，如何控制pH，引出沉淀完全的化学定义。再一次计算。当沉淀完全时pH应该控制为多少？计算得到的pH的控制范围为8~8.24。

补充知识点，实际工作中，由于钢铁企业废水中还含有其他金属离子，以及溶有 CO2 等酸性气体，这不仅影响离子之间的相互作用，而且也能产生其他金属氢氧化物沉淀，所以实际的 pH 值范围会更大一点。最后介绍pH的几种测定方式，引出工业在线pH计，让学生明白在实际工业污水处理中，是如何精准控制沉淀剂添加量。

【思政融入-实践能力】：结合实际案例，树立严谨匠心精神，提升学生实践能力。

3.总结

通过实际工程案例导入的教学方式自然恰当把学生学习的理论知识融入实际工作需要中，理论联系实际，发挥实用价值，通过含锌废水的工程案例，讲解环境问题与溶度积规则的关系，引导学生关注当前环境问题，并培养他们的环保意识和责任感，激发学生的创新思维和探究精神，让学生能够运用所学知识解决实际问题。

[基金项目]安徽省线上线下混合课程（2023xsxx223）；合肥学院2022年课程思政示范课程(2022hfuszsf04)；安徽省2022课程思政示范课(2022kcsz244)

[作者简介]陈静怡（1991-），女，安徽颍上人，讲师，硕士，主要研究方向为水处理。