挖掘物理化學課程中思政元素的思考*

黃振旭，丁遠菲，毛海榮，孫海杰

(1 鄭州師范學院化學化工學院， 河南 鄭州 450044；2 許昌市禹州市朱閣鎮(zhèn)第二初級中學， 河南 許昌 461670)

習近平總書記在全國高校思政工作會議上強調(diào)：“要用好課堂教學這個主渠道，思想政治理論課要堅持在改進中加強，立德樹人是高校的中心工作，也是高校的立身之本”[1]。我們必須深入貫徹習總書記關于思想政治教育的重要論述，實現(xiàn)“立德”與“樹人”的有機統(tǒng)一。物理化學課程是一門理論性很強的課程，是“化學中的哲學”，其中具有豐富的隱性思政教學資源，我們高校教師應充分發(fā)掘物理化學課程中的思政元素，將德育知識有機融入整個教學過程中，實現(xiàn)課程與思政的自然融合，那么物理化學課堂就會變得更加地豐富多彩，所謂的理論化學會更貼近學生生活，使學生在物理化學課堂中不僅學習到物理化學知識，還能使學生有更深刻的思考。我們挖掘物理化學課程中的一些思政元素，以供同行在物理化學課程思政教學改革方面參考。

1 物理化學課程中思政元素挖掘

1.1 熱力學第一定律的思政元素挖掘

熱力學第一定律是能量守恒與轉(zhuǎn)化定律在熱現(xiàn)象領域內(nèi)所具有的特殊形式，說明熱力學能、熱和功之間可以相互轉(zhuǎn)化，但總的能量不變。其可表述為“能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，只能從一個物體傳遞給另一個物體，而且能量的形式也可以互相轉(zhuǎn)換”。也可以表述為：第一類永動機是不可能造成的。對于這一知識點。講解熱力學第一定律時，可以先介紹第一類永動機可以不消耗能量而永無止境的運動，而我們知道系統(tǒng)的能量永遠是守恒的[2]，就是說能量不能平白無故的產(chǎn)生，也不能無故的消失。進而引導學生去思考“一分耕耘，一分收獲”的道理，天下沒有免費的午餐，天上不會掉餡餅，生活工作一切都是如此。只有努力刻苦地學習，才能取得好成績。在講解熱力學第一定律的數(shù)學表達式ΔU=Q+W時，穿插焦耳的生平故事，他從小從來沒有受過正規(guī)的教育，憑著自己的努力，后來在熱力學和電學方面都有建樹，建立了熱力學第一定律，熱和功的單位都以他的名字命名。這告訴我們只要踏實努力，終會成功。

在介紹范德華方程時，教學穿插范德華的生平故事、范德華方程的由來及推導過程，可以激發(fā)學生學習的興趣和創(chuàng)新的熱情。范德華的父親是名木匠，家庭不富裕，幾度中斷學業(yè)， 他在36歲的時候才完成了博士論文。在他的博士論文中發(fā)表了范德華方程。又經(jīng)過了7年，他經(jīng)過研究提出了臨界參數(shù)，使范德華狀態(tài)方程的形式更加簡單。他成為了1910年諾貝爾物理學獎的獲得者。

道爾頓分壓定律也是物理化學課程中非常重要的知識點?？梢韵?qū)W生介紹道爾頓幾十年如一日的記錄氣象觀測，一直堅持到他去世的那天早上的故事。讓學生知道執(zhí)著堅守、永不言棄的精神多么令人欽佩。

我們講解熱力學第一定律“狀態(tài)函數(shù)的變化值僅和始末態(tài)有關，與變化的途徑無關”時。啟發(fā)學生在生活中解決問題的時候可以從多角度去思考問題，不要鉆牛角尖，學會樹立“條條大路通羅馬”的思想。

在講到燃燒焓的計算的時候，我們可以嘗試引入清潔能源，例如可燃冰、生物柴油、氫能源，啟發(fā)學生思考全球面臨的能源問題，倡導低碳經(jīng)濟，以增強學生的社會責任感。

1.2 熱力學第二定律的思政元素挖掘

我們講授熱力學時，熱力學第一定律是闡述系統(tǒng)的能量守恒，也就是能量不能無故產(chǎn)生，也不能無故消失；根據(jù)第一定律可以計算變化過程中的能量變化。但是不違背熱力學第一定律的現(xiàn)象有時是不能自動發(fā)生的，這需要熱力學第二定律來闡明，即描述與熱現(xiàn)象相關的各種過程進行的方向、條件及限度的定律。第一、第二定律是熱力學的主要基礎，二者是緊密相連、密不可分的。在講解卡諾定理時，可以以穿插小故事的形式激發(fā)學生興趣，比如卡諾通過“紙上談兵”的方式設計出他認為這是效率最高的熱機，即“卡諾熱機”。然而沒人理會他。二十多年以后，焦耳建立熱力學第一定律后，卡諾的師弟克勞修斯受到“卡諾熱機”的啟發(fā)，建立了熱力學第二定律，并推導出來熱力學第二定律的數(shù)學表達式，提出來了熵的概念。讓學生知道我們需要科學的嚴謹和知識的傳承。

1.3 多相平衡的思政元素挖掘

多相平衡章節(jié)包含了相律、單組分系統(tǒng)的相圖以及二組分系統(tǒng)的氣-液相圖、液-液相圖和固-液相圖等教學內(nèi)容。相律為多相平衡系統(tǒng)的研究建立了熱力學基礎，是物理化學中最具普遍性的規(guī)律之一。相律是美國物理化學家吉布斯首先提出來的，吉布斯在論文《論復相物質(zhì)的平衡》中，首次提出了獨立組分并明確了相的概念，又分析所有熱力學量之間的獨立關系，進而得出了相律。在學習“相律的表示式”這一知識點時，以講小故事的形式作為導入：當年吉布斯將相律的推導過程發(fā)表在一個名氣不太大的雜志上，而十多年未受到人們的關注，后來人們才發(fā)現(xiàn)相平衡系統(tǒng)中還有一個如此重要的規(guī)律。這一點可以啟發(fā)學生“是金子總會發(fā)光的”，要學會擔當。

講解水的三相點時，讓學生了解我國著名物理化學家黃子卿教授測到水的三相點為(0.00980±0.00005) ℃[3]。在當時的實驗條件下，測定如此高的精度是非常不簡單的。測到的水的三相點還作為熱力學溫標的基準點被國際上推崇，并作為通用的標準數(shù)據(jù)。此數(shù)據(jù)非常精確，獲得美國國家標準局的認可，并以此為標準確立了絕對零度。成功源自艱辛地付出，源自嚴謹、科學的工作作風和探究精神，這也正是我們工作中需遵守的準則。此不僅激發(fā)了學生的學習熱情，并且民族自豪感油然而生。

“外壓與蒸氣壓的關系”這一知識點，可以講述傅鷹先生在非常簡陋的條件下，以瓦片作為氣-液隔膜，測定了不同外壓與蒸氣壓的關系?？梢越逃覀兊膶W生要開動腦筋、因陋就簡，照樣可以取得不凡的成績。

1.4 多組分系統(tǒng)的思政元素挖掘

吉布斯提出了吉布斯自由能和化學勢等非常重要的物理化學概念，發(fā)展了熱力學第二定律，提出平衡穩(wěn)定性判據(jù)；引入函數(shù)與化學勢，提出熱力學基本方程，創(chuàng)建了化學熱力學這個分支學科；開創(chuàng)了表面熱力學的研究。讓我們對化學平衡、相平衡、表面吸附的本質(zhì)有了更加清晰的認識。奧斯特瓦爾德稱他“賦予了物理化學整整一百年”。可他的經(jīng)歷鮮有人知。他剛剛進入耶魯大學學習時，他的家庭慘遭噩運，他的爸爸、媽媽與二個妹妹都失去了生命?？蛇@一切并沒有擊垮他，他反而更加努力學習，他三百多頁的論文被認為是化學史上最重要的論文之一。這個故事非常勵志，學生容易引起情感共鳴，更能激勵學生的學習動力。

1.5 電化學的思政元素挖掘

電化學是研究電和化學反應相互關系的科學，與我們的生活結(jié)合比較緊密，學生學習興趣較高。學習阿倫尼烏斯電離理論時，介紹瑞典物理化學家阿倫尼烏斯當提出電離理論時，被保守的教授們嗤之以鼻，被認為“這個理論純粹是空想，無法相信?！钡撬冀K堅持自己的觀點，最終開創(chuàng)了電離學說[4]。這一學說是物理化學學科發(fā)展初期的重大發(fā)現(xiàn)?？梢砸龑W生要有堅信科學、堅持真理的思想和勇氣。

對于“可逆電池”這一知識點，內(nèi)容緊密聯(lián)系工作生活實際，我們可以從手電筒使用的干電池到宇航、通訊使用的新型鋰電池和鈉電池進行舉例。我們以鋰電池為例，從 2019 年諾貝爾化學獎對鋰電池工作的表彰導入，講解鋰電池發(fā)展的曲折歷程及其為我們帶來的各種便利，了解新能源電池的發(fā)展動向，為學生后續(xù)從事新型原電池的研發(fā)和設計打下基礎，幫助學生初步養(yǎng)成了從傳統(tǒng)基礎到創(chuàng)造性設計的科研創(chuàng)新思路，培養(yǎng)學生正確的人生觀、世界觀和價值觀，領悟個人前途與國家命運的關系，努力擔負起振興祖國的歷史使命。

1.6 表面物理化學的思政元素挖掘

表面化學是一門既有廣泛實際應用又與多門學科密切聯(lián)系的交叉學科。將表面物理化學知識與現(xiàn)實生活相結(jié)合，讓學生明白學以致用，有意識地拓展學生的哲學思維，可以培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性思維，增強其自主創(chuàng)新的意識。

面粉廠爆炸事故我們時有耳聞。我們經(jīng)常要吃的面粉為什么會發(fā)生爆炸呢？我們可以用上冊的熱力學第二定律知識進行分析，又可以用下冊的界面理論來解釋。這樣，讓學生學到了知識，開闊了眼界，又有了學習興趣。

在講解“液-固表面張力”這一知識點時，可以將唐朝韋應物的詩《詠露珠》為導引，即“秋荷一滴露，清夜墜玄天。將來玉盤上，不定始知圓”[5]。課堂通過視頻由荷花的高潔品質(zhì)開篇，荷花出淤泥而不染，引導學生清晰地知道固體表面潤濕性、親水與疏水。通過潤濕作用原理生產(chǎn)的納米防水、防油、免清洗的超疏水材料展示給學生，這樣不僅引入了學科知識，更為學生繪制了一幅“秋露滾玉盤”的生動畫面，使學生感受到中國文化之美，提升文化自信。

在學習表面現(xiàn)象一章時，借助我們時常出現(xiàn)的“霧霾天氣”這一現(xiàn)象，從“霧霾”出現(xiàn)的表面物理化學原理來講解，用圖片和視頻，讓學生從內(nèi)心產(chǎn)生震撼，樹立起了“金山銀山就是綠水青山”的環(huán)保理念。在講解液體的不溶性表面膜時，可以引入富蘭克林做的實驗：為了使水面平靜，使波浪聲消失，將橄欖油灑向水面，散開的油膜平鋪在水面上導致將水面變得平靜[6]。通過這些密切貼近生活的現(xiàn)象，引導學生善于發(fā)現(xiàn)問題、合理分析問題、科學解決問題，可以大大提高課堂授課質(zhì)量，增強育人效果。

2 結(jié) 語

在實施課程思政教學的過程中，教師應該不斷提高自己的職業(yè)道德修養(yǎng)和化學素養(yǎng)，不斷深挖課程內(nèi)容與課程思政元素，深入地去思考。物理化學課程中的思政元素有很多，需要我們不斷地去挖掘。我們還要遵循物理化學課程的自身教學規(guī)律，找準契合點，讓思政元素融入傳統(tǒng)教育教學當中，“如鹽化水”，“如春在花”，力求形式生動靈活，豐富多彩，讓學生喜聞樂見，讓思政教育入耳、入心，寓教于無形、潤物細無聲，使化學專業(yè)學生整體素質(zhì)普遍提高，培養(yǎng)出有專業(yè)素質(zhì)、道德品質(zhì)和理想信念的新時代人才。