“物理化學(xué)”課程思政教學(xué)案例的思考*

郭佩佩，關(guān) 爽，趙振波，尚小紅，李 慧

(長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130012)

2016年12月，習(xí)近平書記在全國(guó)高校思想政治工作會(huì)議上指出“要用好課堂教學(xué)這個(gè)主渠道，思想政治理論課要堅(jiān)持在改進(jìn)中加強(qiáng)，提升思想政治教育親和力和針對(duì)性，滿足學(xué)生成長(zhǎng)發(fā)展需求和期待，其他各門課都要守好一段渠，種好責(zé)任田，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)”[1]。物理化學(xué)是我?；瘜W(xué)工程與工藝、材料、制藥工程、環(huán)境科學(xué)與工程等專業(yè)學(xué)生的必修課程，是專業(yè)課程與基礎(chǔ)化學(xué)課程的橋梁和紐帶，在課程體系中占據(jù)重要的地位[2]。作為一門建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的理論學(xué)科，物理化學(xué)具有很強(qiáng)的理論性和實(shí)踐性，同時(shí)其嚴(yán)密的邏輯體系(熱力學(xué)體系)、開(kāi)放的創(chuàng)新平臺(tái)(動(dòng)力學(xué)體系已有多位諾貝爾獎(jiǎng)獲得者)，對(duì)學(xué)生進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)，培養(yǎng)創(chuàng)新能力，有著重要的作用。作為化學(xué)學(xué)科主要世界觀和方法論的集成，物理化學(xué)的知識(shí)內(nèi)容包含豐富的思政教育元素[3]。因此，在物理化學(xué)中融入政治認(rèn)同、家國(guó)情懷、職業(yè)操守、科創(chuàng)精神等思政教學(xué)有助于實(shí)現(xiàn)全程育人、全方位育人。

1 物理化學(xué)課程思政案例實(shí)施和效果

在教學(xué)過(guò)程中我們首先對(duì)《物理化學(xué)》課程內(nèi)容體系進(jìn)行了調(diào)整，在講授內(nèi)容安排上注重理論聯(lián)系實(shí)際。調(diào)整了章節(jié)順序，增加了化學(xué)學(xué)科前沿成果。在教學(xué)內(nèi)容上融入了大量的德育元素[4]。通過(guò)更新教學(xué)內(nèi)容，使《物理化學(xué)》課程體系更加完整，授課思路更加明確，德育元素更加豐富。

1.1 在物理化學(xué)的教學(xué)過(guò)程中引入馬克思主義唯物論和辯證法教育

我國(guó)化學(xué)家黃鳴龍?jiān)?956年以“如何向科學(xué)進(jìn)軍”為題向青年科學(xué)工作者講述自己的治學(xué)方法和治學(xué)經(jīng)驗(yàn)，他說(shuō)：科學(xué)工作者必須十足唯物，不可絲毫唯心[5]。物理化學(xué)中的一些重要基本原理和定律比如能量轉(zhuǎn)化和守恒定律包含極為豐富的唯物論和辯證法思想，是進(jìn)行馬克思主義唯物論和辯證法教育的典型素材。而能量轉(zhuǎn)化和守恒定律是哲學(xué)上運(yùn)動(dòng)不滅的自然科學(xué)表述。

1.2 在物理化學(xué)的教學(xué)過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的愛(ài)國(guó)主義思想和民族自信

法國(guó)生物學(xué)家巴斯德說(shuō)：科學(xué)雖沒(méi)有國(guó)界，但是學(xué)者卻有他自己的國(guó)家。我國(guó)著名科學(xué)家錢三強(qiáng)也說(shuō)過(guò)“雖然科學(xué)沒(méi)有國(guó)界，科學(xué)家卻是有祖國(guó)的。祖國(guó)再窮，是自己的。而且正因她貧窮落后，更需要我們?nèi)ヅΩ淖兯拿婷??！倍?dāng)今的國(guó)際局勢(shì)則用事實(shí)說(shuō)明了這一點(diǎn)。在現(xiàn)今這個(gè)風(fēng)云變幻的世界局勢(shì)下，培養(yǎng)學(xué)生的愛(ài)國(guó)意識(shí)和民族自信尤為重要。在講解化學(xué)平衡時(shí)給同學(xué)們介紹我國(guó)化學(xué)家侯德榜的侯氏制堿法及其在舊中國(guó)用幾年心血建立起第一流的化工廠—南京永利埡廠?？谷諔?zhàn)爭(zhēng)爆發(fā)后，他發(fā)出誓言：寧愿給工廠開(kāi)追悼會(huì)，也決不與侵略者合作[6]。

化學(xué)熱力學(xué)部分的學(xué)習(xí)過(guò)程中結(jié)合在熱力學(xué)領(lǐng)域中標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓、標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓等概念的定義對(duì)化學(xué)反應(yīng)熱力學(xué)的重要貢獻(xiàn)，聯(lián)系華為公司5G標(biāo)準(zhǔn)制定的重要意義，從華為在通信、芯片、5G領(lǐng)域的發(fā)展歷程，講述新中國(guó)在科技領(lǐng)域取得的重大成果和進(jìn)步，建立民族自信。以美國(guó)對(duì)華為、大疆等企業(yè)和高校的制裁為出發(fā)點(diǎn)，告誡學(xué)生努力奮斗，為中華民族偉大復(fù)興貢獻(xiàn)自己的力量。在化學(xué)電源知識(shí)點(diǎn)講述的過(guò)程中，聯(lián)系國(guó)內(nèi)新能源車的蓬勃發(fā)展。以比亞迪公司為例，講述其以中國(guó)朝代命名的電動(dòng)車在不斷的追趕甚至趕超特斯拉，2020年比亞迪發(fā)布的安全系數(shù)更高的磷酸鐵鋰刀片電池，推出的比亞迪“漢”系列電動(dòng)車，說(shuō)明比亞迪不僅僅是電動(dòng)車領(lǐng)域的銷售冠軍，在核心部件的研發(fā)、高端車型的生產(chǎn)方面都有自己的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)介紹民族企業(yè)的發(fā)展歷程，樹(shù)立我們的民族自信，發(fā)揚(yáng)習(xí)近平主席“擼起袖子加油干”的精神，為實(shí)現(xiàn)“中國(guó)夢(mèng)”努力奮斗。

1.3 在物理化學(xué)教學(xué)過(guò)程中引入物理化學(xué)家的典型事跡培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)操守、科創(chuàng)精神等

能斯特方程把化學(xué)能和原電池電極電位聯(lián)系起來(lái)，在電化學(xué)方面有重大貢獻(xiàn)，故以其發(fā)現(xiàn)者德國(guó)化學(xué)家能斯特命名，能斯特曾因此獲1920年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。能斯特的研究成果很多，主要有：發(fā)明了聞名于世的白熾燈(能斯特?zé)?，建議用鉑氫電極為零電位電極、能斯特方程、能斯特?zé)岫ɡ?即熱力學(xué)第三定律)，低溫下固體比熱測(cè)定等。他把成績(jī)的取得歸功于導(dǎo)師奧斯特瓦爾德的培養(yǎng)，因而自己也毫無(wú)保留地把知識(shí)傳給學(xué)生，先后有三位諾貝爾物理獎(jiǎng)獲得者(米利肯1923，安德森1936年，格拉澤1960年)。師徒五代相傳是諾貝爾獎(jiǎng)史上空前的。法拉第定律在任何溫度和壓力下均可使用，沒(méi)有使用的限制條件。而且實(shí)驗(yàn)越精確，所得結(jié)果與法拉第定律吻合越好。在講述法拉第定律時(shí)，介紹英國(guó)科學(xué)家法拉第的生平。法拉第是著名的自學(xué)成才的科學(xué)家，出生于薩里郡紐因頓一個(gè)貧苦鐵匠家庭，僅上過(guò)小學(xué)。1831年，他做出了關(guān)于電力場(chǎng)的關(guān)鍵性突破，永遠(yuǎn)改變了人類文明。1831年10月17日，法拉第首次發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，并進(jìn)而得到產(chǎn)生交流電的方法。1831年10月28日法拉第發(fā)明了圓盤發(fā)電機(jī)，是人類創(chuàng)造出的第一個(gè)發(fā)電機(jī)。由于他在電磁學(xué)方面做出了偉大貢獻(xiàn)，被稱為“電學(xué)之父”和“交流電之父”。

早在二十年代，我國(guó)著名物理化學(xué)家黃子卿留美期間測(cè)得了當(dāng)時(shí)最精確的水的三相點(diǎn)(0.009 8 ℃)，這一成果被國(guó)際溫標(biāo)組織采納，公認(rèn)為國(guó)際上通用的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)[7]。由于科學(xué)研究中的卓著成績(jī)，黃子卿曾被載入美國(guó)1948年出版的世界名人錄。他一生勤奮好學(xué)，勇于探索，50多年的科學(xué)生涯中，涉足多個(gè)科研領(lǐng)域，被譽(yù)為我國(guó)物理化學(xué)的一代宗師。黃子卿畢生從事化學(xué)教育事業(yè)，不遺余力地教育人才。他為中國(guó)物理化學(xué)的奠基人之一。同學(xué)們要胸懷大志，學(xué)以致用，報(bào)效祖國(guó)。

1.4 在物理化學(xué)教學(xué)過(guò)程中注重理論聯(lián)系實(shí)際，用所學(xué)知識(shí)點(diǎn)解釋生活中的常見(jiàn)問(wèn)題

在講解膠體的光學(xué)性質(zhì)時(shí)可以先向?qū)W生提問(wèn)天空為什么是藍(lán)色的？如果是在月球上，天空又將呈現(xiàn)什么顏色？然后利用瑞利散射解釋在一天中的不同時(shí)刻，日光變色的原因。比如，白天當(dāng)日光經(jīng)過(guò)大氣層時(shí)，與半徑遠(yuǎn)小于可見(jiàn)光波長(zhǎng)的氣體分子發(fā)生瑞利散射，而瑞利散射的強(qiáng)度與光的波長(zhǎng)相關(guān)，波長(zhǎng)越短瑞利散射越強(qiáng)。與紅光相比波長(zhǎng)較短的藍(lán)光被散射從而布滿整個(gè)天空，使天空呈現(xiàn)藍(lán)色。當(dāng)日落或日出時(shí)，太陽(yáng)幾乎在我們視線的正前方，此時(shí)太陽(yáng)光在大氣中要走相對(duì)很長(zhǎng)的路程，你所看到的直射光中的藍(lán)光大量都被散射了，只剩下紅橙色的光，這就是日落時(shí)太陽(yáng)附近呈現(xiàn)紅色，而云也因?yàn)榉瓷涮?yáng)光而呈現(xiàn)紅色的原因。如果是在月球上，因?yàn)闆](méi)有大氣層，不存在散色，因此天空即使在白天也是黑的。

在講解表面張力的現(xiàn)象和應(yīng)用時(shí)，可以先向?qū)W生提問(wèn)為什么露水總是盡可能的呈球型，某些昆蟲則利用表面張力漂浮在水面上。此外，還可以利用天宮課堂的視頻讓大家了解失重環(huán)境下液體表面張力特性這一物理現(xiàn)象。2013年6月20日王亞平利用水袋和金屬圈做成了一個(gè)水膜，展示失重狀態(tài)下水的表面張力發(fā)揮作用。液體表面層內(nèi)分子間存在著的相互吸引力就是表面張力，它能使液面自動(dòng)收縮。表面張力是由液體分子間很大的內(nèi)聚力引起的，在太空與地面液滴產(chǎn)生表面張力的原理以及表面張力大小都是一樣的。只是，在失重的狀態(tài)下，表面張力表現(xiàn)更為明顯。失重時(shí)，水珠之間沒(méi)有了重力的擠壓，液滴在表面張力的作用下，都形成了最完美的球形。2022年3月23日進(jìn)行的天宮課堂第二課中葉光富向王亞平手持的兩片塑料板表面分別擠上水，隨著兩板逐漸接近，水在板間連成了一座“橋”。王亞平又慢慢將塑料板的距離拉遠(yuǎn)，“橋”也沒(méi)有斷開(kāi)。這便是“液橋現(xiàn)象”。其實(shí)，在地面環(huán)境下也可以搭建液橋。我們洗手時(shí)將兩根濕漉漉的手指貼合，再緩慢分開(kāi)一小段距離，指間會(huì)出現(xiàn)一段小液柱，這就是液橋。不過(guò)，由于液體表面張力很弱，在正常的重力環(huán)境下，液橋的尺寸通常難以超過(guò)幾毫米。而在空間站微重力環(huán)境下，表面張力便能“大顯神通”，可以維持大尺寸的液橋不會(huì)垮塌。

2 思政案例挖掘示例

此外，除了自然科學(xué)常見(jiàn)的科學(xué)家愛(ài)國(guó)情懷、職業(yè)操守、科創(chuàng)精神外相關(guān)的思政案例，我們還從社會(huì)經(jīng)濟(jì)學(xué)、心理學(xué)與物理化學(xué)之間的聯(lián)系入手挖掘課程中蘊(yùn)含的德育元素，在實(shí)際教學(xué)中取得了良好的教學(xué)效果。

2.1 熵增加原理

在正常講述完熵增加原理后，給同學(xué)們介紹了玻爾茲曼對(duì)“熵”的解釋，即任何粒子的常態(tài)都是隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，也就是“無(wú)序運(yùn)動(dòng)”，如果讓粒子呈現(xiàn)“有序化”，必須耗費(fèi)能量。所以，能量可以被看作“有序化”的一種度量。熱力學(xué)第二定律實(shí)際上是說(shuō)，當(dāng)一種形式的“有序化”轉(zhuǎn)化為另一種形式的“有序化”，必然伴隨產(chǎn)生某種“無(wú)序化”。一旦能量以“無(wú)序化”的形式存在，就無(wú)法再利用了，除非從外界輸入新的能量，讓無(wú)序狀態(tài)重新變成有序狀態(tài)[2]。如果沒(méi)有外部能量輸入，封閉系統(tǒng)趨向越來(lái)越混亂(熵越來(lái)越大)。比如，如果房間無(wú)人打掃，不可能越來(lái)越干凈(有序化)，只可能越來(lái)越亂(無(wú)序化)[8]。另外，米哈里·契克森米哈賴提出精神熵的觀點(diǎn)。人的精神思想也總是趨于混亂無(wú)序，尤其是在面對(duì)巨大困難、挫折和痛苦的時(shí)候，熵增變成一種“常態(tài)”，而要實(shí)現(xiàn)精神的更高層次的有序狀態(tài)，就需要精神熵減即負(fù)熵的能力[9]。最后讓學(xué)生們思考：對(duì)于個(gè)人來(lái)講，如何抵御“熵增”，構(gòu)筑有序人生？這種將日常生活經(jīng)驗(yàn)和心理體驗(yàn)與物理化學(xué)重要概念的結(jié)合，不僅讓學(xué)生加深了對(duì)概念的理解，而且促使了對(duì)自己生活和學(xué)習(xí)的思考。

2.2 阿倫尼烏斯方程

瑞典的阿倫尼烏斯所創(chuàng)立的化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)隨溫度變化關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式。公式寫作 k=Ae-Ea/RT(指數(shù)式)。k為速率常數(shù)，R為摩爾氣體常量，T為熱力學(xué)溫度，Ea為表觀活化能，A為指前因子(也稱頻率因子)。在教學(xué)過(guò)程中我們發(fā)現(xiàn)阿倫尼烏斯方程所表現(xiàn)出來(lái)的反應(yīng)速率與溫度的關(guān)系與經(jīng)濟(jì)學(xué)中的邊際遞減效應(yīng)有異曲同工之妙。邊際遞減效應(yīng)簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是隨著一種商品的消費(fèi)越來(lái)越多，增加每一數(shù)量的消費(fèi)帶來(lái)的效用增加(即其邊際效益)，會(huì)越來(lái)越小[10]。類似的，有些化學(xué)反應(yīng)在低溫時(shí)升高溫度，反應(yīng)速率有明顯的提升，而溫度升高后再增加同樣的溫度，反應(yīng)速率的提升則小于之前。如果再和個(gè)人的經(jīng)歷相結(jié)合比如當(dāng)我們非?？实脮r(shí)候，很想要喝水，那這個(gè)時(shí)候第一杯水的效用最大，給我們帶來(lái)的滿足感也最強(qiáng)烈。如果再給第二杯水，我們還是需要的，但迫切的程度已經(jīng)低于第一杯水。如果再繼續(xù)喝第三杯、第四杯，那么我們對(duì)水的需求程度會(huì)越來(lái)越弱。在整個(gè)喝水的過(guò)程之中，也越來(lái)越難體會(huì)到滿足感了。

2.3 化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)中速控步驟

在連續(xù)反應(yīng)中，總反應(yīng)速率由最慢一步的反應(yīng)速率所決定，并近似等于該步的速率，這一最慢步驟稱為速控步。這一效應(yīng)很容易使人聯(lián)想到“木桶效應(yīng)”，一個(gè)木桶能盛裝多少水，不是由最長(zhǎng)板決定，而取決于構(gòu)成木桶的最短板。這也啟示人們，對(duì)團(tuán)隊(duì)來(lái)講，團(tuán)隊(duì)的成績(jī)是集體中每個(gè)成員表現(xiàn)的總和，每個(gè)成員都應(yīng)積極貢獻(xiàn)自己的力量，爭(zhēng)做長(zhǎng)板，不做給集體摸黑，拖后腿的短板；對(duì)個(gè)人來(lái)講，每個(gè)人都是一個(gè)矛盾的集合體，優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)共存，缺點(diǎn)常常是阻礙前進(jìn)的絆腳石，發(fā)揚(yáng)優(yōu)點(diǎn)，克服缺點(diǎn)，才能真正提高自己，完善自己。

3 結(jié) 語(yǔ)

將物理化學(xué)中的重要概念和公式和人文社科以及個(gè)人生活經(jīng)歷和經(jīng)驗(yàn)結(jié)合起來(lái)，不僅能夠加深對(duì)物理化學(xué)理論的深刻理解，感受物理化學(xué)的學(xué)科魅力，提高授課趣味性，還能促使學(xué)生思考自己的學(xué)習(xí)和生活，在實(shí)際教學(xué)中獲得了良好的立德樹(shù)人效果。