“物理化學”課程中能力培養(yǎng)與素質教育融合的探索與實踐

劉玉文 夏美榮 于升學 張 琳 李雪愛 張 璐 諶 巖 王艷芝 邵光杰

(燕山大學 環(huán)境與化學工程學院，河北 秦皇島 066004)

建設教育強國是中華民族偉大復興的基礎工程。2016年12月習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上明確提出，用好課堂教學主渠道，各門課程都要“守好一段渠、種好責任田”，各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應。用好課程思政改革的紅利，推進能力培養(yǎng)與素質教育融合，實現(xiàn)第二個百年目標，是新時代賦予我們教育工作者的使命?！爸泻弦?、潤物無聲”是物理化學課程思政改革者的共識，也是保證課程思政永續(xù)發(fā)展的動力源泉。

“物理化學”課程是培養(yǎng)高素質化學化工專門人才的學科基礎課，是一門無處不在的學科，也是通往科學之巔的學科。如何守住“物理化學”這段渠？本文進行了深入的探索和實踐。

1 “物理化學”課程思政的理論分析

“課程思政”的內涵豐富而有生命力，在提高教師和學生專業(yè)能力和思想素質方面發(fā)揮著重要作用。“物理化學”課程思政包含社會主義核心價值觀、唯物主義辯證法、科學倫理以及創(chuàng)新精神。正確的價值觀和科學觀與知識體系的構建和解決問題能力是學生成為國家棟梁的關鍵。

“物理化學”課程是用物理學、數學的方法研究化學中最基本規(guī)律的學科，它遵循自然科學研究問題的一般原則：歸納大量事實，得出經驗規(guī)律，思維加工提出假說，實踐檢驗形成理論。也就是按照“實踐、認識、再實踐、再認識”的過程，符合辯證唯物主義的認識論?！拔锢砘瘜W”課程是課程思政的“原住民”，它的知識理論體系的建立和發(fā)展符合事物發(fā)展的一般規(guī)律，助力學生科學觀的養(yǎng)成。

2 “物理化學”課程中能力培養(yǎng)與素質教育的實踐

本文以燕山大學物理化學教研室參與編寫的《物理化學》教材為依托，挖掘課程中的思政元素，實現(xiàn)學生能力培養(yǎng)與素質教育的融合。

緒論：可以植入物理化學的發(fā)展史、科學家的勵志名言、耳熟能詳的文學素材等，培養(yǎng)學生的責任擔當和人文素養(yǎng)。例如，物理化學體系的構建涉及到多位諾貝爾獎得主和著名的科學家，洛蒙諾索夫、范托夫、阿侖尼烏斯、奧斯特瓦爾德、吉布斯、朗繆爾、玻爾茲曼和普朗克。借用《霧里看花》中幾句經典歌詞描述物理化學的地位，“物理化學將借給你一雙慧眼，讓你把與化學相關的學科領域內部最深奧的秘密看得清清楚楚、明明白白，將給你插上一雙翅膀，讓你自由地翱翔在化學的昨天、今天和明天，領略到化學和物質科學無邊的魅力?！薄锻馈分小皶斄杞^頂，一覽眾山小?！奔顜熒鷮⒈緯鴮W完以后，站在一個新的高度來看待化學，看待科學，乃至看待整個世界。在談及學習方法時，引用我國數學家華羅庚的一句話，“在學生時代，別人花1小時，我就花2小時，而到工作時，別人花1小時能夠解決的問題，我可能用更少的時間就解決了?！?/p>

熱力學第一定律：古人云，“有所不為才能有所作為”和“舍得”的哲學對理解“熱力學的特點和局限性”貼切而含義深遠。“絕熱反應(最高反應溫度的計算)”與火箭推進劑的選擇，值得驕傲的航天科技發(fā)展。科學家焦耳的故事，熱和功的單位都以他的名字“焦耳”命名。

熱力學第二定律：《虞美人》中，“問君能有幾多愁？恰似一江春水向東流”引出“自發(fā)過程”。石灰石和芒硝不能自發(fā)形成純堿，路布蘭法→氨堿法→侯氏制堿法，通過改變條件使不可能變成可能，而且工藝不斷綠色化。利用這一創(chuàng)新案例說明自發(fā)變化的方向和平衡條件。從熵增加原理與垃圾分類的關系理解國家政策實施的必要性，體現(xiàn)責任擔當[1]。熱機與內燃機、高鐵，理論與實踐的結合，民族自信。卡諾、克勞修斯對熱力學第二定律的貢獻，他們的故事體現(xiàn)科學的傳承及科學精神。熱力學第三定律的建立是多位科學家不斷探索得出的，包括理查茲、能斯特、普朗克、路易斯和吉布斯，它們的勵志故事催人奮進。例如，吉布斯：美國物理化學家、數學物理學家，從小體弱多病，日常活動就是在附近的小山上慢慢地獨行，這有助于他的肺部，也使他養(yǎng)成善于思考的習慣。在他進入耶魯大學工程系不久，家里慘遭不幸，一下子奪去了他爸媽與二個妹妹的生命。但這些并沒有使他倒下去，他慢慢由痛苦的深淵中爬出來，繼續(xù)讀書，發(fā)表了奠定化學熱力學基礎的經典之作《論非均相物體的平衡》。

溶液：亨利定律與氣泡水飲料、水產養(yǎng)殖的關系；稀溶液的依數性在實際生產生活中的廣泛應用，例如，凝固點降低與冷凍液，滲透壓與反滲透凈化海水、血液透析，提升學生解決實際問題的能力[2]。分配定律與萃取精餾。

化學平衡：平衡移動原理與《游山西村》中，“山重水復疑無路，柳暗花明又一村?！保换瘜W平衡條件與合成氨工藝的創(chuàng)新：化學熱力學指出，氮氣和氫氣在一定的溫度和壓力下可以轉變成氨，且加壓降溫有利于氨的合成，從動力學角度，溫度太低反應速率太小。1904年，德國化學家哈伯在常壓下用鐵作催化劑，在1 000 ℃獲得了少量的合成氨，因此獲得1918年諾貝爾化學獎。合成氨工業(yè)化的關鍵問題是高效催化劑和耐高溫高壓的設備，后者由德國巴斯夫公司的工程師博施解決了，開啟了高壓化工新領域，合成氨肥料開始大批量生產[3]。

化學動力學基礎：與一級反應相關的放射性同位素碳14的定年法，可以確定文物、化石等的年代；催化原理與盧嘉錫的“福州模型”、過渡態(tài)理論與孫承諤，提升民族自豪感；復雜反應處理方法中速控步法與團隊精神；鏈式反應應用與科普讀物《寂靜的春天》[4]。

相平衡：吉布斯相律從發(fā)現(xiàn)到應用歷時幾十年，成功往往需要忍辱負重，培養(yǎng)學生的責任擔當；黃子卿先生精確測出水的三相點，并被IUPAC確定為熱力學溫標的基準點，雖然依托于美國的科研環(huán)境和實驗條件可以有更好的成果，但他依然堅持回到祖國，為祖國發(fā)展做出巨大貢獻，勵志家國情懷。相平衡原理與低溫熱棒在青藏鐵路建設中的應用，民族自豪感[2,5]。

電化學基礎：離子獨立移動定律與科爾勞許；電離理論：阿侖尼烏斯提出電離理論，當時不被人理解，被保守的教授們嗤之以鼻，認為：“這個理論純粹是空想，無法相信。”，但是阿倫尼烏斯仔細準備著他的論文， 堅持自己的觀點，最終開創(chuàng)了電離學說，他打破學科的局限，從物理與化學的聯(lián)系上去研究電解質溶液的導電性。電解質溶液與中國科學家李方訓、梁敬魁[6]；現(xiàn)代電化學工業(yè)與新能源開發(fā)利用的蓬勃發(fā)展，例如太陽能電池、燃料電池、鋰離子電池等能量存貯與轉換領域電化學的指導與創(chuàng)新作用，我國企業(yè)的領先地位。

表面現(xiàn)象：BET吸附理論與材料表面積測定；表面活性劑在科技前沿領域的應用；荷葉效應與超疏水仿生材料；表面張力與《愛蓮說》中“予獨愛蓮之出淤泥而不染”、《侍宴詩》中 “嫩竹猶含粉，初荷未聚塵”、《暮江吟》中“露似真珠月似弓”、《詠露珠》“秋露滾玉盤”[7]。固體表面吸附與粉塵爆炸。霧霾的表面物理化學原理及其預防，樹立“綠水青山就是金山銀山”環(huán)保意識，人與自然和諧共生。

膠體化學：中國科學家傅鷹出生于國家內外交困的1902年，深感國家頻遭外國列強欺侮是國家貧弱和清廷腐敗所致，遂萌發(fā)了強國富民的愿望，立志走科學救國的道路。盡管在美國有優(yōu)厚的待遇，然而，傅鷹牽掛著苦難中的祖國和人民，中華人民共和國成立后，歷經重重阻撓回到了祖國的懷抱。1954 年他在北京大學創(chuàng)建了我國第一個膠體化學教研室。鄧小平同志親自批示傅鷹先生為“勤勤懇懇、頑強奮斗，為科學和教育事業(yè)貢獻一生的偉大愛國者”；膠體化學家虞宏正的愛國情懷[8]。

物理化學課程中能力培養(yǎng)與素質教育相融合的手段和模式可以因人、因時、因地而異，先進的教學平臺和信息化技術提供了廣闊的創(chuàng)新發(fā)展空間，利用MOOC、雨課堂、超星泛雅等線上教學平臺實施“導學-研學-思學”和“課前、課上和課后”三階段物理化學課程教學新模式，以小論文、小課題、專題案例等形式展開物理化學的素質教育實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展[7,9，10]?！爸梁喼寥ぃ瑵櫸餆o聲”是物理化學課程能力與素質教育追求的境界，也是其可持續(xù)發(fā)展的保障[11]。其中“榜樣”的力量至關重要，科學家的故事，激勵我們在科學的道路上永攀高峰。一線教師是學生身邊的榜樣，做到“知”已不易，而“行”更具挑戰(zhàn)性。做到知行合一，課程思政就會深入師生的內心，悟化為行動，實現(xiàn)能力與素質的融合發(fā)展[12]。《荀子·勸學篇》中，“積土成山，風雨興焉；積水成淵，蛟龍生焉?！睆纳磉叺男∈伦銎?，潛心教學，關愛學生，堅守“傳道、受業(yè)、解惑”的職責，做好學生人生發(fā)展的領路人。

3 結語

課程思政的春風吹遍祖國的大江南北，生機盎然的教育事業(yè)即將到來。我們作為高等教育前沿陣地的沖鋒戰(zhàn)士，有什么理由不奮勇向前，為祖國的明天培養(yǎng)高素質的建設者和接班人。“跨過鴨綠江”再現(xiàn)革命先驅為祖國的安定視死如歸，我們也可以為祖國的教育事業(yè)“淡泊名利”、“與時俱進”，堅持“不以惡小而為之，不以善小而不為”的原則，不忘初心，定能為祖國教育事業(yè)的發(fā)展貢獻一份力量。學習有志向，學習有希望！