运用HPS教学模式助力结构化学课程思政建设

时间：2024-05-07

任莉君闫雪田靖靖赵瑞娇李慧勤

*项目来源：陕西省“十四五”教育科学规划2022年度课题“基于HPS教学模式的高中化学课程思政建设研究”（基金编号：SGH22Y1408）；宝鸡文理学院第十四批教育改革项目“以结构化学课程教学改革促进本科生综合素质能力”（基金编号：19JGYB48）资助。

作者简介：任莉君，通信作者，博士，副教授；李慧勤，博士，副教授；赵瑞娇，宝鸡文理学院化学化工学院硕士研究生在

读；田靖靖，博士，讲师。

DOI：10.3969/j.issn.1671-489X.2024.02.065

摘要在结构化学课堂中引入HPS教学模式，精准实施高校课程思政建设，贯彻落实全方位育人理念。在课堂中以教学内容为基础，从科学史、科学哲学和科学社会学三方面入手设计教学案例，完善本科生的结构化学专业基础理论和知识结构，促进哲学观和科学观形成。激励学生用所学专业知识为人类社会发展服务，从而达到立德树人的目的。

关键词 HPS教学模式；结构化学；课程思政；立德树人

中图分类号：G642.4 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2024）02-0065-03

0 引言

2016年，***总书记在全国高校思想政治工作会议上指出，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[1]。2020年，《高等学校课程思政建设指导纲要》中指出，要积极落实课程思政建设，充分结合课程的学科特点，发掘知识中蕴含的思想价值和文化教育内容，将其融入课程的教学中，以达到培养全方位发展的新时代人才培养要求[2]。课程思政建设是对高等学校课程的一次改革，高校专业课教师需要认真践行，积极探索有效的课堂形式。结构化学是研究物质的结构及其变化规律的科学，既有系统的知识结构，也与其他化学学科有着紧密联系，能够体现哲学观、科学观等思政元素。教师可以围绕专业特性，在结构化学课堂中运用合理的教学方式，挖掘课程与社会主义核心价值观的结合点，实现科学思想和社会价值引领，达到立德树人目的。

1 结构化学课程融入HPS教学模式的必要性

HPS教学模式是将科学史、科学哲学及科学社会学融入日常教学中，以提高学生科学素养的教学模式简称[3]，该教学模式不局限于科学知识本身的学习，还可以反映人们在学习具体知识过程中的科学思想和方法。例如，将结构化学内容放在科学史的坐标系中学习，从知识发生过程中学习专业理论和知识，要比照本宣科更有趣味，也更易理解和掌握[4]。基于此模式的学习过程中，学生不仅掌握了科学家研究理论过程所得出的成功结论，还学习到了科学家们在提出理论过程中所用的科学方法和所遇到的经验教训，使他们能够辩证看待已经有的理论成果。同时，运用HPS模式进行结构化学课堂教学可以促使学生了解结构化学的社会应用价值，能够根据所学内容主动思考并积极解决实际问题，突出了课程育人目标。

在结构化学课堂教学设计中引入科学史，挖掘科学大师、理论专家不懈奋斗的成长故事，用榜样人物的成长经历激励学生，将专业知识传授与科学精神培养结合起来[5]；在讲解分析结构化学基础理论知识的过程中，凝练哲学思想，使辩证唯物主义思想内化于心；在扩展与结构化学基础知识相关的前沿领域时，让学生既要专攻博览，又要关心国家、人民和世界，学会担当社会责任，鼓励学生把爱国精神转化成为国奉献的实践行动。因此，基于HPS教学模式建立的结构化学课程授课模式高度符合高校课堂思政建设需求，将其应用于教学中不仅有助于专业知识的学习，同时可体现学习过程中的思想和方法，并能增强学生投身专业研究回报社会的使命感[6-8]。

2 基于HPS教学模式的结构化学课程思政

建设

将结构化学中的内容进行提炼，在讲授的过程中融入一些历史性故事、提炼科学思想方法，应用实例阐明所学知识的社会应用价值，不仅提升了化学课堂的趣味性，并且能在潜移默化中提升学生的综合素质。根据结构化学教学的需要，结合多媒体、网络平台等资源，设计出有特色的教学素材、案例和课件，不断优化课程质量，达到提升学生学习主动性和课堂教学效率的目的。

2.1 HPS科学史教学模块

在绪论中通过介绍诺贝尔奖资助者诺贝尔本人的生平事迹，让学生感受到诺贝尔的人格魅力和对科学研究的执着热爱与坚定信念，分析他在炸药研发领域的成果给人类社会带来的双面性（在战争中带给人类的伤痛和在工业领域中的矿石开采与开山辟路给人类带来的便利），激励学生致力于用所学专业知识造福人类社会；随后，介绍学科发展史，量子力学和量子化学中诺贝尔奖获得者的主要理论及其成长史，使学生不仅对量子力学的诞生及发展过程有所了解，而且能从诺贝尔奖获得者的成长史中汲取智慧和营养，激发学生更加热爱科学；课堂上通过播放原子结构模型发展史视频，从原子结构的“梅子布丁”模型、卢瑟褔模型、玻尔模型一直到现代量子模型，视频动态的播放效果能让学生更深刻理解原子结构及电子的运动特征，为引出实物微粒运动状态波函数和薛定谔方程打下基础；在学习实物微粒的运动规律——薛定谔方程时，引入科学史内容，介绍奥地利物理学家薛定谔的事迹，他建立的薛定谔方程是量子力学中描述微观粒子运动状态的基本定律，使学生认识到薛定谔方程的重要作用[9]；在利用Slater规则计算原子轨道能时，介绍稀土之父徐光宪院士对Slater法的改进，他的教学生涯及对我国稀土分离方面的重大贡献，使我国稀土分离技术从“卡脖子”到国际领先，从徐光宪院士的生平事跡中，感受他科研报国的热情，为人师表的真诚，对科学的严谨和迎难而上的高贵品质；学习布拉格方程时，介绍布拉格父子因骨折而引发的X射线研究，所谓上阵父子兵，学生感受到科学魅力也能增进亲情交流互动，对良好亲情的建立有了更深的体会；在课堂上通过与学生分享与学科有关的历史事件、理论及人物故事，使同学们能够充分体会科学精神的内涵，在以后的学习和工作中，能够乐学善学、勤于思考、积极探索并学以致用。

2.2 HPS科学哲学教学模块

光电效应实验现象是量子力学诞生的标志性实验之一，历史上科学家对光的本质的争议共经历了四次微粒说和波动说的交锋，直到1905年，爱因斯坦在光电效应实验基础上提出“光子学说”，科学家们才意识到光不仅具有波动性，还具有微粒性，科学家们对光本质的认识过程充分体现了辩证唯物主义认识论；随后，爱因斯坦从能量守恒原理出发，建立光电效应方程并用于解释光电效应，充分体现了运动不灭原理；分析类氢体系和多电子原子体系的薛定谔方程时，引导学生运用矛盾的对立统一观点分析哈密顿算符势能项中的吸引势能和排斥势能，从而更深层次理解原子结构特征和核外电子运动规律；在介绍X射线晶体结构分析原理时，引入伦琴发现X射线的故事，X射线的发现过程充分体现了唯物辩证法的偶然性和必然性的统一；学习原子晶体分析金刚石结构时，通过介绍碳的多种同素异形体，如金刚石、石墨、石墨烯、足球烯和乙炔烯的结构、性质及应用，并引入前沿领域研究成果，在充分体现“结构决定性质、性质反映结构”这一规律的同时，也拓展了学生的知识面。使学生在认识事物时，能够达到追本溯源的认识高度。

2.3 HPS科学社会学教学模块

由于量子概念很抽象，在学习时通过介绍我国的“墨子号”卫星和“新京沪”干线及我国量子通信技术的发展情况，使学生不仅体会到量子技术的巨大科技力量，而且可以激发他们的国家和民族自豪感，让学生立志加入科技创新的队伍，服务国家和社会；在学习羰基配合物时，介绍CO中毒机制及中毒后的急救措施，使学生学习到应急处理方法，保障生命安全，并能够增强学生珍爱生命的意识；在学习合金及其结构时，介绍合金储氢技术的发展现状，增强学生的节约能源意识和环保意识；在介绍分子对称性时，引入中国元素、文物和传统建筑的对称性，不仅能够提高学生的审美情趣，而且也能在他们的内心深处建立文化自信；学习分子对称性后，可以用分子的对称元素种类作为判据判断分子手性，在药物合成中有关分子手性的研究意义重大，通过在课堂上播放与“反应停”事件相关视频，学生了解到“反应停”曾是20世纪中期德国用于治疗女性怀孕早期呕吐的一种手性药物，“反应停”——沙利度胺右旋体具有镇定安眠和止吐作用，但由于其左旋体具有强烈的致畸作用而造成一万多名畸形婴儿诞生，对很多家庭打击沉重，也给当时德国社会带来了很大负面影响。我国的诺贝尔奖获得者——女科学家屠呦呦发现的抗疟药青蒿素和目前许多抗癌药物也都是手性分子。关于手性药物的研发关乎民生，任重道远，以此唤起学生的科研热情，立志做好科研为人类社会发展服务。

在结构化学课堂中尝试融入HPS教学模式后，可将思政元素完美融合在课堂教学中，有很多教学案例能够体现当前高校专业课程思政的要求，表1列举了运用HPS教学模式的课堂教学案例中所体现的思政元素。在实际课堂教学中，灵活运用具体教学案例来实施课程思政建设，在增加课堂吸引力的同时，学生更易理解和掌握专业知识。同时，可使学生对化学专业有更准确的认知，培养他们的思维能力和创新精神，激发爱国热情和民族自豪感。

3 结束语

我国对高校的要求是培养创新型科技人才，高校课程是学生进入社会前接受的最后一次直接教育。因此，高校教育工作者在设计课程内容时，不仅要考虑知识内容深度，还要契合时代背景，思考如何将课程的广度进行拓展。将课程思政逐步融入课程目标、课程设计和课程讲授中，充分考虑学生的实际需求，培养学生成为有理想、有担当的新一代青年。在结构化学课程教学中运用HPS教学模式，是彰显化学学科特点和优势的教学尝试，既丰富了教学内容，也深层次挖掘了基本理论中的思想和方法。在这个过程中，学生对专业知识认识更全面，并能够感受到所学知识的社会价值，进一步提高了学生运用所学知识分析解决实际问题的能力。同时，也激励了学生在知识的学习中不畏艰难，勇攀高峰，为科学研究贡献力量，回报祖国和社会，充分体现了教书育人的目的。

4 参考文献

[1] ***在全国高校思想政治工作会议上强调：把思想政

治工作贯穿教育教学全过程开创我国高等教育事业发展

新局面[N].人民日报，2016-12-09（1）.

[2] 高宁，王喜忠.全面把握《高等学校课程思政建设指导

纲要》的理论性、整体性和系统性[J].中国大学教学，

2020（9）：17-22.

[3] 薛琴.基于核心素养的HPS教学模式探索：以《氯及其

化合物》的教学为例[J].中学教学参考，2021（32）：76-

78.

[4] 陈锋，杨丽娟.基于HPS理论的概念教学范式研究：以

科学史建构科学概念的视角[J].教育参考，2017（5）：