化学工程学院
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无机化学(2)
 

 一、课程和案例的基本情况

课程名称:无机化学

授课对象:能化、化工

课程性质:专业基础课程

课程简介:

无机化学是大学阶段为应用化学、能源化学工程、环境工程等相关专业开设的学科专业基础课程。无机化学面向化学工程学院约310名大一新生,把握化学学科的特点,注重与中学化学知识的衔接,整合无机化学原子结构、化学基本原理、配位化学、氧化还原反应,元素化学,课程设置注重知识的广度和深度满足理学大类招生及“厚基础、宽口径”培养的需要。为后续专业课程如物理化学、分析化学、化工原理等奠定基础,满足专业分流的需要。

案例简介:

从知识传授、能力培养、价值塑造三个方面进行讲授。

知识传授:①掌握原电池的组成、工作原理及电极反应式的书写。② 理解原电池的电动势与电极电势的关系。③了解常见原电池的类型及其应用。

能力培养:培养学生的观察能力、分析能力。通过小组合作学习,培养学生的团队合作精神和沟通表达能力。

价值塑造:①通过介绍我国科学家在原电池领域取得的成就(列举陈立泉院士、孙世刚院士),增强学生的民族自豪感和爱国情怀。

②通过探讨原电池在新能源领域的应用,培养学生的环保意识和社会责任感。(列举比亚迪、宁德时代例子)

③通过分析原电池发展历程中的科学精神,引导学生树立严谨求实的科学态度和勇于创新的科学精神。

案例蕴含的思政元素分析

陈立泉院士: 被誉为“中国锂电之父”,带领团队开发出中国第一块锂离子电池,并推动了中国锂离子电池产业的快速发展。吴锋院士: 长期从事新型二次电池及其关键材料研究,在锂离子电池、固态电池等领域取得了一系列重要成果,推动了我国电池技术的进步。孙世刚院士:  致力于锂离子电池正极材料研究,开发出多种高性能正极材料,为提高锂离子电池的能量密度和循环寿命做出了重要贡献。新能源汽车的发展离不开原电池的开发,以中国科学家在原电池研究工作的前言成果为出发点,结合原电池相关知识,一方面使学生全角度地深刻理解相关的原电池的理论知识,另一方面培养学生用辩证唯物主义的世界观分析和认识问题,还能学习科学家们在追求真理的道路上不畏艰难、一往无前的探索精神

相较于国外新能源电池的研究,我国的研究起步较晚,在国外特斯拉的一枝独秀与国外技术的封锁,宁德时代、比亚迪这些民族企业,肩负重任,提升自我研发能力、技术革新。在教学过程中坚定学生的文化自信,激发学生的爱国主义情感和民族意识。

2019年10月4日,瑞典皇家科学院在斯德哥尔摩宣布将2019年度诺贝尔化学奖授予给美国科学家John B. Goodenough,表彰锂离子电池** 开发方面的贡献。古迪纳夫等人的工作彻底改变了我们的生活。锂离子电池广泛应用于手机、笔记本电脑、电动汽车等设备,为现代社会提供了便携、高效的能源解决方案。诺贝尔奖不仅是对他们个人成就的认可,也是对锂离子电池技术巨大影响力的肯定。课程中融入2019诺贝尔化学奖学科最新成就,可以引导学生学习 Goodenough坚持不懈、永攀科学高峰的精神、钴酸锂和磷酸铁锂等材料的开发,可以引导学生学习科学家勇于创新,培养批判性思维和创新能力。引导学生科技报国、服务人类社会的精神。

案例教学整体设计

(一)教学设计

无机化学课程确立了价值塑造、知识传授和能力培养三位一体的课程目标,深入梳理课程内容,结合课程特点、思维方法和价值理念,深入挖掘课程思政元素,主要从①科学世界观、辩证唯物主义思想树立;②科研思维、创新能力培养;③职业素养和科学精神教育;④社会主义核心价值观和爱国主义教育几个方面下功夫践行“课程思政”理念,落实立德树人根本任务。在教学中,融入思政元素注重适时恰当,不生搬硬套,达到润物细无声、水到渠成的对学生进行思想教育的效果。

(二)教学实践

教学内容:

一、 原电池的组成和工作原理

通过实验演示铜锌原电池的工作原理,引导学生观察实验现象,并分析原电池的组成和工作原理。

讲解原电池的电极反应式、电池符号的书写方法。

二、 原电池的电动势与电极电势

讲解原电池的电动势的概念及其与电极电势的关系。

介绍标准电极电势表,并举例说明如何利用标准电极电势判断氧化还原反应的方向。

三、 常见原电池的类型及其应用

教学方法:

讲授与课堂讨论法结合;运用启发式;贯彻理论联系实际。

教学过程:


教学内容

       

 

引入:播放一段关于我国新能源汽车发展的视频,引导学生思考:新能源汽车的动力来源是什么?

10.1原电池

1. 定义

化学能          电能

2. 

装置

正极:Cu2+ + 2e= Cu

负极:Zn  2e = Zn2+

盐桥: 沟通整个电路,维持平衡

电子流动方向:负极到正极

电流方向:正极到负极

3. 电池符号

-Zn(s)|Zn2+(aq)||Cu2+(aq)|Cu(s) (+)

书写规则: 左负右正;“|”表示相界面;“||”表示盐桥

         离子浓度、气体分压要在()表示;电极材料如不

导电要引入惰性电极。

10.2 电极电势和电动势

1. 电极电势(E

  产生原因

  EθZn2+/ZnEθ(氧化数高/氧化数低)

2. 原电池的电动势

   定义:E = E+ - E-

        Eθ = Eθ+ - E-θ

3. 标准氢电极

EθH+/H2= 0V

 

问题启发:

提到新能源汽车,汽车的动力来源?

 

你认为原电池的定义是什么?

 

 

观看实验视频

小组合作学习原电池装置,培养学生培养学生的观察能力、分析能力、团结合作的精神

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

启发提问:

为什么Cu做正极,Zn做负极?

 

 

 

 

 

教学内容

       

 

4. 其他类型的电极

金属离子电极

气体离子电极

金属难溶盐离子电极

氧化还原电极

5. 标准电极电势表

 

 

理论联系实际:

从生活中找到一些原电池,分析电极的组成,启发思考电极的类型

 

 

 

 

思政元素

通过锂电池的研究发展及应用,说明具有自主产权的先进技术对国家发展的重要性,同时借助诺奖得主Goodenough教授的科研生涯与工作热情,鼓励学生“撸起袖子加油干”。

 

 

 

 

 

(三)教学反思

本节课将思政元素融入专业知识教学中,通过案例分析和讨论,引导学生思考科学技术的价值和社会责任,取得了较好的教学效果。

在今后的教学中,可以进一步探索思政元素与专业知识有机融合的方式方法,提高课程思政的实效性。

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