呂曉君 李惠云 郝龍平

摘要：基于化學(xué)史融合課程思政的教學(xué)實踐中，以“合成氨”化學(xué)史為例，從合成氨的提出、合成氨的實驗室研究、合成氨的工業(yè)化生產(chǎn)、合成氨的未來四個方面入手，深挖課程思政元素，有機融入課堂教學(xué)，旨在充分發(fā)揮高中化學(xué)課程的育人功能，幫助學(xué)生達成思政目標。綜合運用問卷和深度訪談相結(jié)合的方式評價教學(xué)效果，為教師在教學(xué)中更好地落實課程思政提供借鑒。

關(guān)鍵詞：中學(xué)化學(xué)；化學(xué)史；課程思政；合成氨

文章編號：10056629（2023）12004206

中圖分類號：G633.8

文獻標識碼：B

1 問題的提出

2022年11月，中共中央教育部在《關(guān)于進一步加強新時代中小學(xué)思政課建設(shè)的意見》中提出，要構(gòu)建大思政體系，充分發(fā)揮思想政治課主陣地作用，深入挖掘其他學(xué)科蘊含的思政資源，將課程思政有機融入各類課程教學(xué)，深入實施跨學(xué)科育人^［1］。課程思政指以構(gòu)建全員、全程、全課程育人格局的形式將各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)，把“立德樹人”作為教育根本任務(wù)的一種綜合教育理念^［2］。課程思政旨在通過各門學(xué)科的課堂教學(xué)，潛移默化地滲透思想政治教育，發(fā)揮課堂教學(xué)的育人功能^［3］。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)^［4］，有部分教育從業(yè)者認為，學(xué)生的思想政治教育應(yīng)該由思政課教師或班主任承擔(dān)，其他學(xué)科較少或不必強調(diào)思政教育；還有部分教師已經(jīng)意識到課程思政的重要性，但在實際教學(xué)中不知從何入手，或以為課程思政教學(xué)以說教為主，難以引起學(xué)生共鳴，使得教學(xué)效果不佳；大部分教師認為，任何課程的教師都有思想政治教育的責(zé)任^［5］?；谝陨锨樾魏蛦栴}，教師應(yīng)該深挖各類課程中蘊含的思政教育資源，有機融入課堂，引起學(xué)生在情緒情感上的共鳴，打造高效課堂。這在一定程度上可有效推動高中課堂改革，實現(xiàn)學(xué)校課堂教學(xué)更深層次的教育目標，完成課程思政的育人目標。

高中化學(xué)課程思政素材的來源非常廣泛，可以是實驗素材、生活素材、生產(chǎn)素材、社會素材、科技素材、化學(xué)史素材等。人教版高中化學(xué)教材中提供了豐富的化學(xué)史素材。經(jīng)統(tǒng)計，在人教版高中化學(xué)必修教材中，相關(guān)的化學(xué)史資源共有36

個^［6］?！耙允访骼?、以史為鑒”，科學(xué)史是最好的課程思政素材^［7］?；瘜W(xué)史不僅可以讓學(xué)生了解科學(xué)家們研究問題、知識與原理的過程，還可以體會科學(xué)家探索過程的艱辛，學(xué)習(xí)科學(xué)家的科學(xué)精神。高中化學(xué)教師要充分利用教材提供的化學(xué)史資源，細挖關(guān)于教學(xué)內(nèi)容的思政元素，并有機融入化學(xué)課程教學(xué)中，實現(xiàn)學(xué)科育人價值與專業(yè)知識技能的同向同行、協(xié)同效應(yīng)^［8］。

“合成氨—實驗室研究與工業(yè)化生產(chǎn)”在人教版高中化學(xué)選擇性必修1《化學(xué)反應(yīng)原理》第二章第四節(jié)中以“科學(xué)·技術(shù)·社會”欄目形式呈現(xiàn)。大部分一線教師在實際教學(xué)中只注重對課本正文知識的講授，對合成氨發(fā)展歷程的內(nèi)容一帶而過或者不提及，這導(dǎo)致化學(xué)教學(xué)更多的是“教書”，而忽視了“育人”。本課例以合成氨的提出、合成氨的實驗室研究、合成氨的工業(yè)化生產(chǎn)、合成氨的未來四個方面為主線，設(shè)置問題情境，層層推進，增加學(xué)生對合成氨發(fā)展歷程的體驗性。課前，通過查閱大量資料豐富教學(xué)內(nèi)容，并在教學(xué)過程中融入思政教育，充分發(fā)揮化學(xué)課堂教學(xué)的育人功能。

2 教學(xué)設(shè)計的前期分析

2.1 學(xué)習(xí)任務(wù)分析

教育部關(guān)于印發(fā)的《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》中指出^［9］，不同學(xué)科課程思政元素挖掘的重點不同，各學(xué)科可以圍繞自己的學(xué)科特點，構(gòu)建自己的課程思政內(nèi)容體系。本文參考王思琦“基于核心素養(yǎng)培養(yǎng)的高中化學(xué)課程思政的教學(xué)實踐研究”^［10］一文，并添加具體要求，構(gòu)建了新課標高中化學(xué)課程思政內(nèi)容體系。具體見表1。

化學(xué)學(xué)科的育人價值能否體現(xiàn)，關(guān)鍵在于化學(xué)核心素養(yǎng)能否有效落實。高中化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與平衡思想、證據(jù)推理與模型認知、科學(xué)探究與創(chuàng)新意識和科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任五個維度。

通過梳理發(fā)現(xiàn)，高中化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)中的“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”與表1中課程思政元素存在重合和交叉的關(guān)系。由此可見，在化學(xué)課堂中實施課程思政可以強化學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的養(yǎng)成。因此，課程思政在化學(xué)教學(xué)中的融合有利于體現(xiàn)或提升學(xué)科育人價值。

課例“合成氨—實驗室研究與工業(yè)化生產(chǎn)”以“合成氨的發(fā)展歷程”為主線，在各個環(huán)節(jié)有機融入思政教學(xué)內(nèi)容，包含的主要思政元素有：科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度、科學(xué)精神、辯證思維、綠色化學(xué)、服務(wù)人民、愛國主義等。

2.2 學(xué)習(xí)者分析

學(xué)生通過第1課時“化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控”的學(xué)習(xí)，已初步了解化學(xué)反應(yīng)的方向與反應(yīng)的焓變和熵變有關(guān)，知道溫度、催化劑等外部條件能影響化學(xué)反應(yīng)的速率，認識濃度、壓強、溫度對化學(xué)平衡狀態(tài)的影響。但在綜合分析化學(xué)反應(yīng)原理對化工生產(chǎn)條件實施優(yōu)化的能力上還有欠缺。

在課程思政方面，學(xué)生在小學(xué)、初中階段已經(jīng)學(xué)習(xí)了思政相關(guān)課程；高中新課程改革中選課實施走班制，選修政治課的學(xué)生將系統(tǒng)地學(xué)習(xí)思政知識，但不選政治課的學(xué)生有可能弱化政治科目的學(xué)習(xí)；另外，除思政課外，學(xué)生從其他學(xué)科獲取的思政相關(guān)知識較少。

2.3 教學(xué)目標

（1）通過了解合成氨的研究背景，認識化學(xué)在人類進步中的作用，樹立服務(wù)社會的意識；通過對數(shù)據(jù)的處理和分析，能利用化學(xué)平衡常數(shù)對化學(xué)變化做出解釋或預(yù)測；能根據(jù)吉布斯自由能變ΔG來判斷化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)，構(gòu)建判斷反應(yīng)方向的模型。

（2）通過對哈伯研究合成氨過程的學(xué)習(xí)，體會科學(xué)家嚴謹求實的科學(xué)態(tài)度和勇于質(zhì)疑創(chuàng)新的科學(xué)精神，發(fā)展“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”的核心素養(yǎng)；通過對合成氨裝置的評價，了解“循環(huán)法”能提高原料利用率，提升分析問題的能力。

（3）通過賞析博施在合成氨中的創(chuàng)新與發(fā)展，能分析實驗室反應(yīng)和工業(yè)生產(chǎn)的區(qū)別，樹立節(jié)約成本、綠色化學(xué)的觀念；通過閱讀博施研究過程的相關(guān)數(shù)據(jù)，體會科學(xué)家的科學(xué)精神和探究意識，增強社會責(zé)任感。

（4）通過合成氨工業(yè)流程的優(yōu)化，能評價生產(chǎn)方法的優(yōu)劣，加深對化學(xué)平衡的理解，提升證據(jù)推理能力，發(fā)展“綠色化學(xué)”的觀念；通過了解我國合成氨研究所取得的成就，深化愛國主義思想，樹立民族自豪感和榮譽感。

3 教學(xué)流程

具體教學(xué)流程見圖1。

4 課堂實錄

4.1 合成氨的提出

［情景導(dǎo)入］英國歷史學(xué)家卡爾指出：歷史是今天的社會和昨天的社會之間的對話。只有借助于現(xiàn)在，我們才能理解過去；也只有借助于過去，我們才能充分理解現(xiàn)在。這節(jié)課，就讓我們回到過去，與過去對話，去感受合成氨是如何從實驗室走向工業(yè)生產(chǎn)的？說到科學(xué)研究，第一步是提出問題。

［教師設(shè)問］人們?yōu)槭裁匆铣砂保亢铣砂笔窃谠鯓拥谋尘跋绿岢龅模?/p>

［學(xué)生闡述］化學(xué)家克魯克斯指出“向空氣要面包”，由于人口的增加，土地變得狹窄了，長此下去，糧食不足的時代就會到來，解決的方法必須找到氮肥。

［學(xué)生討論］以小組為單位討論選擇合成氮肥的方式。

［小組匯報］選擇氧化法，因為N₂和O₂原料來源豐富。

［教師點評］很有道理，你是從原料來源考慮的。

［小組匯報］選擇還原法固氮。因為從PPT上可以看出還原法固氮反應(yīng)在25℃時平衡常數(shù)為4.1×10⁶，而氧化法固氮K=5×10^-31，從反應(yīng)限度上看，還原固氮法進行的程度大。

［教師點評］也很有道理，你是從平衡常數(shù)這個角度分析的。老師給大家一個提示，能否根據(jù)PPT上所給數(shù)據(jù)，通過計算來判斷這兩個反應(yīng)的自發(fā)性？

［學(xué)生闡述］通過計算，氧化法固氮的ΔG>0，該反應(yīng)在25℃為非自發(fā)反應(yīng)，還原法固氮ΔG<0，為自發(fā)反應(yīng)，因此，選擇還原法固氮是合理的。

設(shè)計意圖：科學(xué)探究始于問題，利用化學(xué)史素材創(chuàng)設(shè)真實情境——“人類之問”，化學(xué)家克魯克斯指出“向空氣要面包”，引發(fā)學(xué)生思考：我們?yōu)槭裁匆跋蚩諝庖姘保客癸@出化學(xué)在解決糧食危機中的貢獻，使學(xué)生對化學(xué)的應(yīng)用有了更深刻的認識，增強學(xué)生服務(wù)社會的責(zé)任意識。針對固氮反應(yīng)的選擇，教師引導(dǎo)學(xué)生從反應(yīng)方向的角度對常溫下合成氨反應(yīng)的可能性進行探討，構(gòu)建判斷反應(yīng)方向的模型，提升學(xué)生的辯證思維能力。

4.2 合成氨的實驗室研究

［教師引導(dǎo)］還原法固氮經(jīng)理論計算可行，但還需要實驗驗證。歷史上都有哪些科學(xué)家進行研究呢？

［學(xué)生闡述］德國的能斯特明確指出氮和氫在高壓條件下是能夠合成氨的，并提供了一些實驗數(shù)據(jù)。

法國化學(xué)家勒夏特列第一個試圖進行高壓合成氨的實驗，但由于氮氫混和氣中混進了氧氣，引起了爆炸，使他放棄了這一危險的實驗。

哈伯并不盲從權(quán)威，而是依靠實驗來探索，終于證實了能斯特的計算是錯誤的。哈伯以鍥而不舍的精神，經(jīng)過不斷地實驗和計算，終于在1909年取得了鼓舞人心的成果，這就是在500℃的高溫、200個大氣壓和鋨為催化劑的條件下，能得到產(chǎn)率約為8%的合成氨。全世界為之震驚。

［教師引導(dǎo)］讓我們一起來看哈伯合成氨所用的實驗裝置。以小組為單位用一個簡單的框圖來表示哈伯合成氨的實驗條件及流程，見圖2。并且大家在繪完圖后討論以下三個問題：

（1）哈伯使用的條件是什么？

（2）如何從產(chǎn)物混合物中分離得到氨？

（3）哈伯是如何處理尾氣的？

［小組匯報］（1）哈伯所用合成氨的條件為500℃，壓強為20MPa，鋨做催化劑。

（2）冷卻可以分離得到氨。

（3）哈伯采用循環(huán)泵將未反應(yīng)的氮氣和氫氣送回到反應(yīng)容器中。

［教師總結(jié)］“循環(huán)”這個詞對我們來說并不陌生，無論是在做題還是在其他化學(xué)反應(yīng)中都有出現(xiàn)。20世紀初，從整個合成氨的發(fā)展史來看，哈伯提出循環(huán)新概念，對原料的利用率有重大意義。同時這個流程并不是煮了一鍋端了一鍋，而是連續(xù)進氣、連續(xù)得到液氨，這是一個非常有趣且有意義的操作。

設(shè)計意圖：當年哈伯對已有結(jié)論和權(quán)威的懷疑和批判，并不斷創(chuàng)新是實驗室合成氨成功的關(guān)鍵。將“科學(xué)家敢于質(zhì)疑創(chuàng)新的科學(xué)精神”融入課堂教學(xué)，體現(xiàn)了科學(xué)理論是不斷被發(fā)展和完善的，提升了學(xué)生科學(xué)創(chuàng)新意識?？茖W(xué)結(jié)論的產(chǎn)生基于科學(xué)實驗證據(jù)，哈伯不盲從權(quán)威，依靠實驗探索，體現(xiàn)了科學(xué)家嚴謹求實的科學(xué)態(tài)度，學(xué)生在學(xué)習(xí)和研究的過程中也要注重實驗探究和嚴謹?shù)倪壿嬐评恚嵘茖W(xué)素養(yǎng)。通過欣賞哈伯處理尾氣的方法——循環(huán)法，學(xué)生能從快慢、限度、原料利用率等角度分析化學(xué)反應(yīng)，最終形成從多角度綜合分析問題的基本思路，提升了分析問題的能力。

4.3 合成氨的工業(yè)化生產(chǎn)

［情景素材］哈伯合成氨裝置取得了重大突破，他靠“循環(huán)”新概念和催化劑革新申請了專利，不久之后，他的專利被德國的一家公司購買。該公司還聘請博施作為項目的總負責(zé)人，自此哈伯和博施就一起踏上了合成氨的工業(yè)化道路?，F(xiàn)在，我們的視角開始轉(zhuǎn)入合成氨的工業(yè)化生產(chǎn)，我們將探討在工業(yè)化進程中是如何進行原料選擇、條件優(yōu)化和流程設(shè)計的？請同學(xué)們閱讀資料，找出科學(xué)發(fā)明轉(zhuǎn)化為工業(yè)生產(chǎn)面臨的技術(shù)問題有哪些？

［學(xué)生討論］以小組為單位討論以下問題：

（1）廉價原料氣的獲取方法；

（2）尋找高效、穩(wěn)定的催化劑；

（3）開發(fā)適合高溫、高壓下的合成氨的設(shè)備。

［小組匯報］通過閱讀材料可知，采用水煤氣作為氫氣的來源，氮氣來源于空氣。

［教師引導(dǎo)］大家可以試著寫出水煤氣制氫氣的反應(yīng)。產(chǎn)物除了氫氣還有什么？

C+H₂O====CO+H₂

［教師設(shè)問］一氧化碳怎么除去？如果不除去CO將會有什么樣的后果？

［學(xué)生闡述］CO是污染性氣體，因此必須除去。

［教師引導(dǎo)］CO可以繼續(xù)和水蒸氣反應(yīng)除去，它不僅是污染性氣體，更重要的是它將會造成催化劑中毒。那CO₂怎么除去？

［學(xué)生闡述］用氫氧化鈉吸收。

［教師引導(dǎo)］氫氧化鈉如果用作工業(yè)生產(chǎn)的吸收劑將造成很高的成本，不劃算。因此選用堿性稍弱的K₂CO₃吸收。

［教師設(shè)問］鋨、鈾有什么樣的缺點？博施研究出了什么催化劑？

［小組匯報］鋨是稀土金屬，比較昂貴，不適合工業(yè)生產(chǎn)用。鈾有放射性，也不適合。1922年，博施進行了超過2500種配方的20000次實驗，終于篩選出含鉛、鎂促進劑的鐵催化劑。

［教師引導(dǎo)］可見科學(xué)研究并不是一帆風(fēng)順的，需要無數(shù)科學(xué)家鍥而不舍、迎難而上，才能成功。希望同學(xué)們不管在學(xué)習(xí)中還是在日常生活中都應(yīng)該學(xué)習(xí)科學(xué)家的這種精神。接下來，請同學(xué)們以小組為單位用一個簡單的框圖來表示合成氨的工業(yè)流程圖，見圖3。

［教師設(shè)問］第三個問題，哈伯實驗室設(shè)備能用到工業(yè)生產(chǎn)上嗎？

［小組匯報］不能。通過文獻資料可知，在完成展示實驗的第二天，哈伯的試驗設(shè)備就成了一堆廢鐵！因為高溫高壓，低碳鋼制成的反應(yīng)器無法承受氫氣的腐蝕。改用熟鐵做襯里，熟鐵雖沒有強度，卻不怕氫氣的腐蝕。

設(shè)計意圖：本環(huán)節(jié)以真實情境為載體，以問題串形式引導(dǎo)學(xué)生積極思考，能有效培養(yǎng)學(xué)生的問題意識以及應(yīng)用所學(xué)知識解決問題的能力，促進學(xué)生思維品質(zhì)的提升。通過分析原料制備過程中遇到的催化劑中毒及氣體除雜等問題，啟發(fā)學(xué)生分析實驗室反應(yīng)和工業(yè)生產(chǎn)的區(qū)別，促使學(xué)生從節(jié)約成本、綠色化學(xué)等角度，優(yōu)化工業(yè)流程，增強學(xué)生將化學(xué)原理應(yīng)用于生產(chǎn)、生活的意識。催化劑的優(yōu)化是博施經(jīng)過數(shù)萬次實驗后的選擇，學(xué)生在賞析博施科學(xué)探究精神的過程中，體會科學(xué)研究的艱辛?？茖W(xué)研究是一個基于前人的研究成果不斷開拓發(fā)展的過程^［11］，博施對合成氨設(shè)備的改良正是基于哈伯等人的研究，通過繼承、發(fā)展和創(chuàng)新所獲得的。

4.4 合成氨的未來

［內(nèi)容過渡］至此，合成氨的技術(shù)難題終于被解決。哈伯完成了合成氨的基礎(chǔ)研發(fā)工作，博施實現(xiàn)了合成氨的工業(yè)化，二人因此獲得了諾貝爾化學(xué)獎。合成氨從實驗室研究到工業(yè)化生產(chǎn)，科學(xué)家們探索了100多年的時間。合成氨已經(jīng)實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，那是否合成氨的研究到此結(jié)束了呢？接下來我們進入第四部分的學(xué)習(xí)——合成氨的未來。借助前人的研究可以給我們哪些啟發(fā)呢？大家可以暢所欲言，發(fā)表自己的觀點！

［小組匯報］低溫有利于合成氨，接下來的研究應(yīng)該著眼于低溫催化劑的研究，比如25℃的催化劑，這樣可以節(jié)約能源！

［教師點評］的確如此，我國物理化學(xué)研究所研究團隊研制了一種新型催化劑，將合成氨的溫度和壓強降到了350℃、1MPa。這是我們的努力方向。

［小組匯報］研究的方向可以聚集在設(shè)備上，研究出更堅硬的設(shè)備，這樣就能承受更大的壓強，以及能承受物理核聚變反應(yīng)等！

［小組匯報］氫氣的來源需要消耗大量的化石燃料，造成碳排放，尋找合適的綠色替代方案才是應(yīng)該研究的。

［教師總結(jié)］大家各抒己見，發(fā)表了自己的觀點，說的都很有道理，前人的研究給了我們后續(xù)研究很大的啟發(fā)！同學(xué)們今后可以從事合成氨方面的研究，貢獻自己的一份力量。這節(jié)課我們對合成氨的發(fā)展歷程進行了學(xué)習(xí)，了解到合成氨的研究經(jīng)歷了很多曲折，也讓我們設(shè)身處地體驗了合成氨的研究。

設(shè)計意圖：合成氨的研究先后持續(xù)了一個世紀，從實驗室到工業(yè)化，體現(xiàn)了科學(xué)家頑強不屈、敢于創(chuàng)新的科學(xué)精神。雖然合成氨已經(jīng)實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，但合成氨的研究并未停止。本環(huán)節(jié)學(xué)生開展分組交流，進一步優(yōu)化合成氨的工業(yè)流程，引導(dǎo)學(xué)生在科學(xué)探究中進行科學(xué)思維。在思維成果展示階段，學(xué)生從低溫催化劑研究、降低能耗、設(shè)備、原料來源等角度發(fā)表觀點。低溫催化劑研究是從化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡兩個角度對合成氨條件進行優(yōu)化，低溫可以提高氨產(chǎn)量（限度），催化劑可以加快反應(yīng)速率（速率）。在學(xué)生提出方案的基礎(chǔ)上展示我國科學(xué)家研究的新型催化劑已將合成氨的溫度和壓強降到了350℃和1MPa。學(xué)生在了解我國科研成果的同時，深化了愛國主義思想，增強了民族自豪感和榮譽感。降低能耗、改變原料來源是從“綠色化學(xué)”角度出發(fā)，使學(xué)生了解和重視合成氨工業(yè)與環(huán)境保護的關(guān)系，樹立節(jié)約能源、保護環(huán)境的意識。

5 評價反思

為了解教學(xué)效果，本研究從參與程度、知識技能、思政素養(yǎng)水平三個方面設(shè)計了學(xué)生課后自評量表（見表2），以發(fā)現(xiàn)教學(xué)不足，及時改進。

課后學(xué)生可根據(jù)自身的真實感受評分，1代表非常不同意、2代表比較不同意、3代表中立、4代表比較同意、5代表非常同意。每個評價項目的得分為各題項的平均分，分數(shù)越高代表被測對象該項目越優(yōu)秀。

結(jié)合學(xué)生自評量表及深度訪談可知，學(xué)生在課堂上既學(xué)習(xí)了化學(xué)知識，還學(xué)到了許多與生產(chǎn)、生活等有關(guān)的知識；沿著科學(xué)家探索的足跡認識合成氨的制備過程，遷移應(yīng)用所學(xué)知識解決化工實際問題，更能加深對知識的理解與應(yīng)用；體會科學(xué)家對合成氨工業(yè)化做出的突出貢獻，深刻感受化學(xué)學(xué)科的價值。教師分析學(xué)生的反饋信息，認為本節(jié)課學(xué)生參與度高，學(xué)有所得，教學(xué)目標基本達成。新時代“大思政”背景下，在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中融入課程思政，教師不僅要提高自身的思政素養(yǎng)，還要結(jié)合化學(xué)學(xué)科特點，深入挖掘教材中的思政元素，運用適當?shù)慕虒W(xué)策略開展思政教育，真正實現(xiàn)知識傳授與價值引領(lǐng)的有機統(tǒng)一。

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