工科物理化學課程思政教學改革與實踐探索研究

摘? 要：為實現我國高等教育的高質量發(fā)展，圍繞品德塑建和能力訓練綜合培育新時代建設人才，本文以工科物理化學課程思政教學改革與實踐為例，介紹了該課程的性質和教學特點，闡述了思政內容融入課程教學改革的必要性和重要意義;探討了物理化學課程思政教學內容組成構建、課堂思政教學過程的把控要素，以及典型思政教學案例分析;指出了目前課程思政教學中存在的問題與不足;明確了物理化學課程思政教學改革研究的建設方向、目標及內容。

關鍵詞：物理化學;課程思政;教學;改革與實踐;探索研究

中圖分類號：G642? ? ?文獻標識碼：A? ? ?文章編號：1673-7164（2022）18-0097-04

高等教育的根本是“培養(yǎng)什么人，怎樣培養(yǎng)人，為誰培養(yǎng)人”，這就要求高校要以立德樹人為中心，將價值引導、品格塑造、知識傳授、能力訓練等融合培養(yǎng)。課程教學是高校教育質量全面提升的基礎，也是思政育人的主要戰(zhàn)場和主通道，將課程思政貫穿于教學全過程、各環(huán)節(jié)，對“雙一流”高等教育建設和我國高等教育事業(yè)的高質量發(fā)展以及培養(yǎng)強國建設人才具有舉足輕重的作用。課程教學也是專業(yè)人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，改革傳統單一課程教學，創(chuàng)新教學模式，將思政內容有機融入課程教學，實現傳授知識與品德塑建互助共進，是新時代下教學工作者的重要責任和使命[1-4]。本研究就工科物理化學課程思政教學的改革與實踐進行以下討論。

一、物理化學課程性質與教學特點

物理化學是化學科學中的重要分支，是化學與化工大類專業(yè)的必修課，覆蓋工科專業(yè)廣，包括環(huán)境、制藥、材料、冶金、食品、釀酒、礦業(yè)工程等大物質類相關專業(yè)，是極為重要的專業(yè)基礎性課程，是銜接各專業(yè)學科和應用學科的橋梁，對后續(xù)專業(yè)課程的學習及科學研究與實踐均有重要指導作用，各高校都十分重視該課程建設。物理化學課程知識內容涉及面寬，有深度和難度，理論與公式推導繁多，邏輯性強，需要有高等數學、大學物理、基礎化學（無機化學、分析化學和有機化學）作先置課程學習支持，“門檻高、枯燥、乏味、掌握困難”是學生普遍的學習感受，對教師教學能力要求也較高，難教、難學是該課程教學特點[4-7]。物理化學是典型自然科學學科，其課程思政的核心要點是圍繞“科學精神”的培養(yǎng)，培育具有科學奉獻精神，勇于創(chuàng)新與責任擔當和胸擁家國情懷的新時代高素質專業(yè)人才[7]。

二、課程思政教學改革的思考與實踐探索

（一）思政知識融入課程教學思考

物理化學課程知識體系涉及面寬廣，深、難、繁造成教學難度大。深入研究課程內容可以獲知，其理論和應用知識的建立是科學工作者們長期勤勉付出、不斷探求創(chuàng)新以及科學發(fā)展世代傳承的結果，是人類智慧貢獻的成果，物理化學知識體系本身就是一部科學理論與應用發(fā)展史，蘊含的“科學思維、唯物思哲、求真務實、孜孜探索、創(chuàng)新突破、責任擔當、使命奉獻以及人文修養(yǎng)、家國情懷”等思政內涵豐富而厚實，意義重大而深遠?？偨Y多年的教學實踐經驗，要實現知識傳授與品行育人同行，必須對傳統物理化學課程教學模式進行改革創(chuàng)新，挖掘新的知識板塊，豐富內含的科學思想，即在原課程體系內容設置中適度引入新的思政內容，如科學理論發(fā)展來源、發(fā)展歷程及應用發(fā)展成果，構建新的課程知識體系，教學內容增加思政內容，由課程知識、思政知識構成。

（二）課程思政融入教學過程的實踐探索研究

1. 課程思政教學實踐探索與案例分析

近年，本研究通過“工科物理化學教學模式改革與實踐研究”“物理化學教學體系改革探索與研究”“物理化學課程思政教學改革與實踐研究”等教改項目進行物理化學傳統教學模式和教學體系的改革創(chuàng)新研究，探索思政教學實踐效果。項目研究主要目標體現在以“思政”融入為指引，在課程教學內容中增設適量的理論形成來源（理論建立科學家及歷程）和理論應用發(fā)展實例知識，將它們有機融合在課程教學中，在教學實踐過程逐步建立新的課程教學體系，形成新的課程思政教學目標、教學內容設置。要特別加強對傳統課程知識中蘊含思政內涵相關知識點的分析與挖掘，如突顯科學家們不畏艱苦、敢于創(chuàng)新、持之以恒的科學精神，發(fā)掘總結科學發(fā)展的傳承精神內容，這類思政內容的增補可使學生在科學知識學習的同時，深刻感悟課程知識體系和應用成果的來之不易，了解人類社會文明的發(fā)展歸于世代奉獻傳承[5]。在課程教學改革實踐中，總結了將思政知識引入課程教學取得良好教學效果的一些案例，將這些案例持續(xù)運用于各相關專業(yè)課堂教學，并逐步增補更新。實踐證實，教學過程中適度引入典型富含思政內涵的思政知識，將大大提升學生的學習熱情和興趣，益于營造教與學良好互動氛圍，促進和加深學生對課程知識學習更加全面系統的認識，對學生主觀能動學習意識的培養(yǎng)具有重要推助作用，增強了他們對課程學習的內動力、向往感以及完成課程學習的責任感和使命感，激發(fā)學生自覺提升學習能力，努力提高學習效率。還有，這種教學模式改革也催發(fā)了教師的教學活力和動力，是提升教學能力的有效手段。教師需要實時關注學科動態(tài)，及時跟蹤了解物理化學理論及應用發(fā)展情況，分析梳理相應思政知識，挖掘思政內涵，組織修改教案，創(chuàng)新教學方法和教學手段，從而使教師教學綜合能力得以大大增強。

下面介紹兩個課程思政典型教學案例，教學內容設計含“課程內容/知識（也可稱為思政產生源）、思政內容/知識、思政內涵/元素”三部分。

案例1：“卡諾定理及熱力學第二定律數學表達式”（1學時）

（1）“課程內容”（思政產生源）：為“卡諾定理及熱力學第二定律數學表達式”[6-7]。熱力學第二定律數學式學習是物理化學熱力學部分的教學重點和難點，本次課堂教學首先復習回顧第二定律建立的起源——卡諾循環(huán)熱機[（循環(huán)熱機工作經四個可逆過程完成[即理想氣體從狀態(tài)1（T1， P1 ，V1）恒溫可逆膨脹到狀態(tài)2（T1，P2，V2），經絕熱可逆膨脹到低溫熱源T2下的狀態(tài)3（T2，P3，V3），再經恒溫可逆壓縮到狀態(tài)4（T2， P4，V4），最后經絕熱可逆壓縮升溫回到狀態(tài)1）]，此循環(huán)的熱功計算及循環(huán)熱機效率計算的復習通過簡要總結串講，強化掌握卡諾熱機效率ηR=（Q1+Q2）/Q1=（T1-T2）/T1及其熱溫商之和為零（Q1/T1）+（Q2/T2）=0。因可逆過程系統做功最大，推導得卡諾熱機效率為最大，并由反證法（簡單介紹反證法思路技巧，由學生課下學習理解）得知卡諾定理[即在兩個高低溫熱源之間工作的任一熱機（包括不可逆機和可逆機）其效率ηI與可逆熱機效率ηR關系為hI≤hr，而且所有可逆熱機效率都相等]。進而推知任意可逆循環(huán)（設計閉合曲線圖表示）熱溫商之和為零（公式略），同理推導得任意不可逆循環(huán)熱溫商之和小于零（公式略）。繼續(xù)探討變化過程熱溫熵之和：若系統從狀態(tài)1變到狀態(tài)2，經歷任意可逆過程，其熱溫商之和 [2][1]（δQR/T）必然相等（通過設計可逆循環(huán)閉合曲線推導可逆過程，公式略）;因此得知， [2][1]（δQR/T）的值只取決于系統的始態(tài)和終態(tài)，與過程途徑無關，進而推知有一狀態(tài)函數存在，SQR/T即為這一狀態(tài)函數的全微分，由此提出熵概念（為可逆過程熱溫熵，是狀態(tài)函數），給出熵定義dS=δQR/T。進一步推導實際不可逆過程的熱溫商之和，同理采用一閉合曲線表示（不可逆循環(huán)）推導得出不可逆過程熱溫商之和小于可逆過程熱溫熵之和的結論（同一始態(tài)和終態(tài)，公式略）。到這里，就獲得了熱力學第二定律的數學表達式 [2][1]（δQ1/T）< [2][1]（δQR/T）= [2][1]ds=△S或dQ1/T<dQR/T=dS，即不可逆過程的熱溫商之和一定小于可逆過程的熱溫商之和（即熵變），也稱為clausius不等式。clausius不等式給出了實際不可逆過程熱溫商之和與可逆過程熵變的關系，建立了熱力學第二定律數學表達式。小結本次課程卡諾定理和熱力學第二定律數學式，在教學過程中有機引入兩理論的主要建立者，兩位科學家Carnot和Clausius，圍繞兩理論簡單介紹發(fā)展歷程，融入思政內容，挖掘思政內涵。

（2）“思政內容”：在介紹卡諾定理時，融入穿插式簡介卡諾熱機的設計者法國工程師 Carnot的貢獻及坎坷。Carnot源于對當時蒸汽機性能改進局限性的關注，并由此產生濃厚興趣而走上熱機理論研究之路。他試圖解決有關熱機操作的兩個問題：熱機效率是否存在極限？是否有其他更理想的工作物質（液體或氣體）取代蒸汽來加熱引擎？在1824年他發(fā)表了著作《論火的動力》，該書很重要的部分即介紹了一種理想化的、可以普遍適用于所有熱機的比較標準的發(fā)動機，并設計了一種效率最大的熱機（可逆機）。但當時這項研究成果沒有被重視和肯定，Carnot在三十幾歲染病去世。約二十年左右后，德國科學家Clausius（熱力學的主要奠基人）受卡諾設計熱機的啟發(fā)，重新陳述了卡諾循環(huán)和卡諾定理，將熱理論推至更真實更完善，建立了熱力學第二定律，明確提出熵概念和熵定義[6]。

（3）“思政內涵”：在最后課程理論學習小結之后，深挖思政內涵——科學家在理論建立過程中有很多有趣、艱辛、成功、失敗的經歷，甚至遭遇不公，但科學的嚴謹和傳承是公平的，符合辯證唯物主義和歷史唯物主義的，終會被人們接受和認可。在學習理論的同時了解一點科學探求的歷程，不僅可以更深刻認識科學理論的“實用性、有趣性”，也了解其建立過程的“艱辛性”，幫助磨煉堅毅執(zhí)著的優(yōu)良品行，樹立正確的價值觀、科學觀、思哲觀，激發(fā)學生敢于探索、勇于創(chuàng)新、不畏失敗，追求理想及成功的熱情。兩位科學家對熱力學第二定律建立發(fā)展的付出和貢獻強化了學生對該理論的理解掌握和記憶，加深了他們對科學發(fā)展過程的正確認識、對科學的崇敬，有助于學生科學精神和專業(yè)能力的培養(yǎng)及人才綜合素質的提高。

案例2：“拉烏爾定律和亨利定律”（1學時，這里主要突出思政內容介紹）

（1）“課程內容”（思政產生源）：“拉烏爾定律和亨利定律”[6-7]。拉烏爾定律和亨利定律是描述稀溶液性質一般規(guī)律的兩條基本經驗定律，有重要的實際應用意義。由于學生前期基礎及實驗能力訓練不足，對多組分液態(tài)系統相關知識了解不夠（如濃度的不同表示和換算），應用想象力較弱;加之教學時間有限，學生對這兩條定律的學習普遍感到難理解，應用掌握難。本節(jié)首先復習歸納多組分系統濃度的表示與換算，再重點介紹稀溶液中：溶劑蒸氣壓與溶劑含量的關系→拉烏爾定律（公式略），揮發(fā)溶質（氣體）蒸氣壓與稀溶液中溶質溶解度的關系→亨利定律（公式略）。在講這兩條定律的應用時，除了必要的應用計算例題講解，特別引入思政內容，介紹它們與現代科技應用發(fā)展關系。

（2）“思政內容”：結合我國現代載人航天技術，提出“為什么我們的航天員在出航前要經歷身體“吸氧排氮（血液中）”處理環(huán)節(jié)的問題思考，技術奧妙在哪里？”通過師生互動分析原因，得到答案：為避免進入低壓環(huán)境后，航天員血液中溶解氮的析出，會導致在血管中形成氣栓，危及生命安全。這項技術應用理論依據就是亨利定律（減壓使氣體在血液中溶解度降低）。

（3）“思政內涵”：采用“問答式、啟發(fā)式”介紹“生動實用性”的科技前沿應用信息，同時又融合滲透了豐富的思政內涵。載人航天技術的實現充分展現了我國科學家、宇航員及廣大科技工作者不畏艱難和犧牲，敢于探索、務真求實、膽大謹慎、團結協作等崇高的愛國情懷和嚴謹的科學態(tài)度和科學奉獻精神，理論的建立是通過“實踐—理論—實踐”反復過程實現，符合唯物辯證哲學“認識論”，真理源于實踐，其正確性需要實踐驗證。學生很喜歡這類知識引入，由此發(fā)現如此的課程思政融合教學，強烈激發(fā)了學生好奇心和求知欲，使“枯燥理論及應用”學習變得充滿“趣味、生動、實用和向往”，這樣的教學“通道”讓課程知識容易植入腦海，使學生的知識掌握變得便捷，可起到人才綜合素質和能力協同培養(yǎng)的良好效果。

2. 課程思政教學講授過程的重要影響因素

有了好的課程思政教案設計，還需要教師對課堂教學過程各環(huán)節(jié)的良好教學調控能力才能取得預期教學效果。分析總結已實施的教學實踐案例，課程思政的課堂教學把控要素為：（1）思政內容引入量與時間的控制。課堂教學時間有限，教師應選擇適度的有代表性的思政知識融入課堂講學，否則會影響課程教學計劃進度，可以引導學生根據課程要求并結合自身興趣，通過課后自行查閱學習來了解相關思政知識。（2）教師語言講授的調控能力。課程思政的融入需要教師具備較強的對課程知識內容的邏輯梳理能力和準確、流暢的思政語言組串能力及風趣、幽默的表達能力。思政內涵的挖掘過程主要依靠言語傳達，教師必須調控好課堂教學的各環(huán)節(jié)和節(jié)奏，將思政知識有機融合在計劃教學內容點中。將思政融入課程教學，一定要形成二者同向同行的正向協同效應，才能取得預期教學效果，實現人才專業(yè)能力提升和綜合素養(yǎng)培養(yǎng)的目標要求。

三、課程思政教學存在的問題與不足

目前我國高校課程教學中，課程思政教學建設重視度及力度存在差距和不同程度的不足。一些教師對思政理念認識不清晰，課程思政教學體系沒有建立或不完善，理工科專業(yè)課程思政教學問題尤為突出。工科物理化學課程思政教學存在問題主要為：1.課程思政教學建設不足。課程思政教學開展的廣度和深度皆不夠，僅限于部分老師、部分專業(yè)班級，覆蓋零散，不全面、不系統，沒有建立完整課程思政教學體系，如課程思政教學目標、教學大綱、教學內容、考核評價制度等。2. 缺乏典型的教學案例與示范教學。典型教學案例具有啟發(fā)、借鑒作用，對整個課程思政教學還具有以點帶面的效果，特別是在現行教學學時緊張的情況下起到的示范帶動作用很大，對推廣、推進課程思政教學有著十分重要的現實應用意義。

四、總結

新時代下，高等教育的課程思政給教師的教學提出了更高要求。一方面，將課程思政知識引入傳統的課程知識系統，要改革現有的課程教學設置，構建新的課程思政教學體系，在原有課程知識系統上建立新的課程教學目標、教學大綱、教學內容、考核制度等，其中最重要和難點的部分是建立和完善課程思政內容——即課程知識、思政知識、思政內涵。另一方面，教師的教學能力必須適應我國高等教育課程教學發(fā)展新要求。教師在施教過程中不僅要正確傳授課程理論，還須挖掘蘊含思政內涵的相關知識，關注物理化學理論和應用發(fā)展，及時跟蹤學習，積累知識庫，供課程教學中的思政教學可持續(xù)使用。

參考文獻：

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[2] 劉玉文，夏美榮，于升學，等. “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[J]. 化工時刊，2021，35（08）：40-42.

[3] 王女，聞利平，趙勇，等. 工科物理化學課程思政建設的思考與實踐[J]. 教育教學論壇，2021，27（07）：97-100.

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[5] 張國芳，許劍軼，胡鋒，等. 專業(yè)基礎課《材料物理化學》思政教改探索[J]. 廣東化工，2021，48（12）：223+256.

[6] 安燕. 物理化學（第2版）[M]. 貴陽：貴州大學出版社，2019：2.

[7] 天津大學物理化學教研室. 物理化學（第4版）[M]. 北京：高等教育出版社，2003：2.

（責任編輯：莫唯然）