“物理化學(xué)”課程中融入唯物辯證法原理的教學(xué)實(shí)踐

尹昌平 吳楠 劉鈞

［摘 要］ 唯物辯證法是馬克思主義哲學(xué)的核心組成部分，“物理化學(xué)”的基本概念、定律及其內(nèi)在機(jī)理等，都蘊(yùn)含著豐富的辯證唯物主義思想?！拔锢砘瘜W(xué)”是化學(xué)、材料和生物等專(zhuān)業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)課程，應(yīng)用唯物辯證法基本原理開(kāi)展“物理化學(xué)”教學(xué)的探索與實(shí)踐，挖掘唯物辯證法與課程內(nèi)容之間的融入點(diǎn)，可以讓學(xué)生熟練掌握物理化學(xué)基本知識(shí)體系和內(nèi)在規(guī)律，養(yǎng)成良好的科學(xué)思維習(xí)慣，同時(shí)培塑學(xué)生的世界觀和方法論，實(shí)現(xiàn)知識(shí)傳授與價(jià)值引領(lǐng)的同向而行。

［關(guān)鍵詞］ 物理化學(xué)；唯物辯證法；課程思政

［基金項(xiàng)目］ 2020年度湖南省普通高等學(xué)校課程思政建設(shè)研究項(xiàng)目“應(yīng)用唯物辯證法原理開(kāi)展《物理化學(xué)》教學(xué)的研究與實(shí)踐”（HNKCSZ-2020-0005）

［作者簡(jiǎn)介］ 尹昌平（1980—），男，安徽和縣人，博士，國(guó)防科技大學(xué)空天科學(xué)學(xué)院材料系副主任，教授，主要從事樹(shù)脂基復(fù)合材料研究。

［中圖分類(lèi)號(hào)］ G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A［文章編號(hào)］ 1674-9324（2023）18-0133-04［收稿日期］ 2022-11-05

2016年12月，習(xí)近平總書(shū)記在全國(guó)高校思想政治工作會(huì)議上強(qiáng)調(diào)：“辦好我們的高校，必須堅(jiān)持以馬克思主義為指導(dǎo)，全面貫徹黨的教育方針。要堅(jiān)持不懈?jìng)鞑ヱR克思主義科學(xué)理論，抓好馬克思主義理論教育，為學(xué)生一生成長(zhǎng)奠定科學(xué)的思想基礎(chǔ)?！敝赋觯骸捌渌鏖T(mén)課都要守好一段渠、種好責(zé)任田，使各類(lèi)課程與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)?！保?］這明確指出了各類(lèi)課程的育人作用。

“物理化學(xué)”是化學(xué)及材料、生物、環(huán)境等專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)理論課程，是從物質(zhì)物理現(xiàn)象和化學(xué)現(xiàn)象的聯(lián)系入手，用物理的研究方法來(lái)探求化學(xué)變化基本規(guī)律的一門(mén)科學(xué)。教學(xué)過(guò)程中，教師應(yīng)注意科學(xué)把握課程思政教育的豐富內(nèi)涵，充分挖掘課程知識(shí)體系所蘊(yùn)含的思政元素［2-3］。針對(duì)“物理化學(xué)”課程的特點(diǎn)，可凸顯馬克思主義哲學(xué)的世界觀和方法論，使學(xué)生養(yǎng)成良好的科學(xué)思維習(xí)慣，挖掘唯物辯證法與課程內(nèi)容之間的融入點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)傳授與價(jià)值引領(lǐng)的同向而行。唯物辯證法既是自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)的概括與總結(jié)，又是觀察、分析、解決各種問(wèn)題的方法，是馬克思主義哲學(xué)的核心組成部分，包括三大定律和五大范疇［4-5］。

“物理化學(xué)”知識(shí)體系主要包括熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)和表面物理化學(xué)，都與辯證唯物主義思想密切相關(guān)。教師在教學(xué)中傳授自然科學(xué)知識(shí)的同時(shí)，可以融入和貫穿唯物辯證法思想。這種結(jié)合實(shí)際事例分析演繹的唯物辯證法思想教育，言之有物，相較于傳統(tǒng)的唯物辯證法思想教育，更容易起到潤(rùn)物無(wú)聲的作用，有利于學(xué)生學(xué)習(xí)、掌握和應(yīng)用唯物辯證法原理［6-8］。

一、從燃素說(shuō)到能量守恒與轉(zhuǎn)換，促進(jìn)辯證唯物主義自然觀的形成

在講述物理化學(xué)發(fā)展史時(shí)，教師要突出講授能量守恒與轉(zhuǎn)換規(guī)律的發(fā)展歷程。遠(yuǎn)古時(shí)代，人們就懂得鉆木取火，會(huì)使用燃燒來(lái)服務(wù)生活。18世紀(jì)，人們開(kāi)始研究燃燒。隨著對(duì)燃燒現(xiàn)象認(rèn)識(shí)的深入，人們也開(kāi)始試圖對(duì)熱現(xiàn)象給予解釋。最初的學(xué)者認(rèn)為物質(zhì)之所以會(huì)燃燒，是因?yàn)槠鋬?nèi)含有燃素，也就是所謂的燃素說(shuō)，物理化學(xué)由此萌芽。拉瓦錫通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在封閉的容器中加熱金屬，金屬由于表面反應(yīng)生成了一層氧化層而變重，但是整個(gè)容器的重量并未改變。據(jù)此，拉瓦錫推斷一定是空氣中的某種物質(zhì)參與了反應(yīng)，這種物質(zhì)后來(lái)被證實(shí)是氧氣。因此，拉瓦錫提出了氧化理論，并于1783年發(fā)表了關(guān)于氧化理論的論文，宣告了燃素說(shuō)的終結(jié)。

從提出燃素說(shuō)到得出能量守恒與轉(zhuǎn)換定律，經(jīng)歷了差不多兩個(gè)世紀(jì)。人類(lèi)認(rèn)識(shí)能量及其規(guī)律的歷史，是一個(gè)由淺入深、由表及里、由低級(jí)到高級(jí)、由片面到全面的過(guò)程。在這個(gè)發(fā)展過(guò)程中，充滿(mǎn)了辯證法與形而上學(xué)、唯物主義與唯心主義的斗爭(zhēng)。偉大的革命導(dǎo)師恩格斯在《自然辯證法》這部光輝著作中，第一次對(duì)能量守恒與轉(zhuǎn)化定律做了全面深刻的說(shuō)明，指出：“自然界的一切物質(zhì)都具有能量，能量有各種不同形式，能夠從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式?！蹦芰渴睾闩c轉(zhuǎn)化定律的發(fā)現(xiàn)表明：自然界中的一切運(yùn)動(dòng)都可以歸結(jié)為一種運(yùn)動(dòng)形式向另一種運(yùn)動(dòng)形式不斷轉(zhuǎn)化的過(guò)程。這就為辯證唯物主義關(guān)于物質(zhì)世界的統(tǒng)一性和物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的不滅性提供了精確的自然科學(xué)依據(jù)，促進(jìn)了辯證唯物主義自然觀的形成［9］。

二、內(nèi)因外因辯證關(guān)系在教學(xué)中的應(yīng)用

唯物辯證法原理告訴我們，內(nèi)因是事物發(fā)展變化的根據(jù)，外因是事物發(fā)展變化的條件，它能加速或延緩事物發(fā)展的進(jìn)程，但必須通過(guò)內(nèi)因而起作用。明白了內(nèi)因與外因的辯證關(guān)系，教師可引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用唯物辯證法的基本原理來(lái)對(duì)物理化學(xué)知識(shí)進(jìn)行梳理、歸納和總結(jié)，建立知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，了解掌握紛繁復(fù)雜的物理化學(xué)定律和公式背后的對(duì)立統(tǒng)一規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生以辯證唯物主義的視角來(lái)理解物理化學(xué)知識(shí)。這有助于學(xué)生整體把握物理化學(xué)的知識(shí)脈絡(luò)體系。

以熱力學(xué)平衡為例，當(dāng)某一體系反應(yīng)達(dá)到熱力學(xué)平衡之后，反應(yīng)物和產(chǎn)物的濃度不再變化。宏觀上看，該體系看似是靜止的、不變的；但從微觀角度看，正、逆反應(yīng)并沒(méi)有停止，仍然處于不斷進(jìn)行之中。從該例給出的經(jīng)驗(yàn)可知，事物體系的特征既對(duì)立又統(tǒng)一，可以相互轉(zhuǎn)化，因而在教學(xué)過(guò)程中要善于運(yùn)用辯證的觀點(diǎn)和一分為二的觀點(diǎn)來(lái)看待事物運(yùn)動(dòng)的變化與發(fā)展，由表及里，透過(guò)事物的表象把握其本質(zhì)，并統(tǒng)籌宏觀和微觀兩個(gè)方面。

在講解電化學(xué)中的極化時(shí)，教師可以指出當(dāng)電流通過(guò)電極時(shí)，即電流不為零，電極上實(shí)際以一定速率發(fā)生電子得失、物質(zhì)的析出與溶解、離子的產(chǎn)生與消失、物質(zhì)的擴(kuò)散等一系列變化，這就是電極的極化。由于陽(yáng)極和陰極的極化程度不同，不管是濃差極化還是電化學(xué)極化，電極都表現(xiàn)出不同的正負(fù)性，陰極和陽(yáng)極的電極電位會(huì)發(fā)生變化；但其中也包含著同一性，即電極電位都會(huì)偏離平衡值，體現(xiàn)出同一性與斗爭(zhēng)性之間的關(guān)系［10］。

在講解合成氨反應(yīng)時(shí)，教師可以基于化學(xué)熱力學(xué)視角，讓學(xué)生了解溫度越低，平衡轉(zhuǎn)化率就越高；基于化學(xué)動(dòng)力學(xué)視角，溫度越低，反應(yīng)速度越慢。改變反應(yīng)溫度，可以抑制副反應(yīng)，但對(duì)主反應(yīng)影響很大，從而作用于生產(chǎn)效率。因此，溫度對(duì)合成氨反應(yīng)的熱力學(xué)平衡轉(zhuǎn)化率和動(dòng)力學(xué)反應(yīng)速率的影響是一對(duì)矛盾，但它們也是統(tǒng)一的。矛盾的統(tǒng)一體現(xiàn)在既要保證高的平衡轉(zhuǎn)化率，又要維持高的反應(yīng)速率。反應(yīng)正向進(jìn)行，系統(tǒng)體積是縮小的，所以高壓有利于反應(yīng)正向進(jìn)行，但是壓力越高，對(duì)系統(tǒng)設(shè)備及其材料的要求也就越高，因此工業(yè)生產(chǎn)上一般采用中壓，如此矛盾雙方在此條件下得到統(tǒng)一。

在講解化學(xué)平衡時(shí)，教師可讓學(xué)生清楚地知道正、逆反應(yīng)是兩個(gè)相反的過(guò)程，是一對(duì)矛盾，相互對(duì)立，共存于一個(gè)化學(xué)反應(yīng)體系中，正、逆反應(yīng)速率決定化學(xué)平衡移動(dòng)的方向。當(dāng)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行到一定程度時(shí)，正、逆反應(yīng)速率相等，化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡。一切化學(xué)平衡都是基于特定條件的特定運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)平衡，因?yàn)槠胶馐窍鄬?duì)的、有條件的，而不平衡是絕對(duì)的、永恒的，維持平衡的雙方互相牽制，是對(duì)立統(tǒng)一的關(guān)系，若平衡條件被打破，化學(xué)平衡也就不復(fù)存在。這就是對(duì)立統(tǒng)一規(guī)律在化學(xué)平衡中的體現(xiàn)。

講解金屬結(jié)晶過(guò)程中的形核率時(shí)，教師應(yīng)讓學(xué)生明確形核率會(huì)在不同條件下受到不同主導(dǎo)因素的影響。一方面，隨著過(guò)冷度從低到高，形核率會(huì)呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì)；另一方面，當(dāng)過(guò)冷度達(dá)到一定值時(shí)，影響形核率的主導(dǎo)因素就變成了原子的擴(kuò)散能力。

三、量變質(zhì)變辯證關(guān)系在教學(xué)中的應(yīng)用

唯物辯證法指出，量變是質(zhì)變的準(zhǔn)備，質(zhì)變是量變的必然結(jié)果，量變與質(zhì)變是相互滲透的。高校教師在教學(xué)過(guò)程中要著重掌握適當(dāng)、適時(shí)、適量這一“三適”原則，讓學(xué)生在日積月累的量變過(guò)程中實(shí)現(xiàn)質(zhì)的突破［11］。元素的性質(zhì)會(huì)隨著元素原子核電荷數(shù)遞增達(dá)到某一程度之后呈現(xiàn)出周期性變化。以在澄清石灰水中滴入磷酸溶液為例，從磷酸溶液由少到多地滴入所引起的沉淀產(chǎn)生再到沉淀消失的過(guò)程揭示了量變引起質(zhì)變的規(guī)律。

講解熱力學(xué)第一定律時(shí)，對(duì)于準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程和可逆過(guò)程，教師要讓學(xué)生明白，當(dāng)內(nèi)外的壓力差無(wú)限小，活塞的移動(dòng)非常慢，速度接近于0，在過(guò)程進(jìn)行的每一瞬間，系統(tǒng)都接近平衡狀態(tài)，以致整個(gè)過(guò)程可以看成一系列接近平衡的狀態(tài)所構(gòu)成的，這就是準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程。準(zhǔn)靜態(tài)是一種理想的過(guò)程，實(shí)際上是不存在的。因此，教師要引導(dǎo)學(xué)生用辯證的觀點(diǎn)來(lái)看待“過(guò)程的不平衡”與“準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程是由一系列接近平衡的狀態(tài)所構(gòu)成”的關(guān)系（如圖1）。

熱力學(xué)上的可逆過(guò)程，是指過(guò)程反向之后，什么痕跡都沒(méi)有留下，即“雙復(fù)原”。系統(tǒng)復(fù)原的時(shí)候，環(huán)境也復(fù)原，意思是可逆過(guò)程中環(huán)境得到的熱和功，在逆過(guò)程的時(shí)候又原原本本地還給了系統(tǒng)?？赡孢^(guò)程是一個(gè)動(dòng)力無(wú)限小，速度無(wú)限慢，時(shí)間無(wú)限長(zhǎng)，經(jīng)歷了量變，到一定程度后引起質(zhì)變的過(guò)程。但它是一個(gè)概念，在有限的時(shí)間內(nèi)是看不到一個(gè)可逆過(guò)程完成的，也就是動(dòng)力無(wú)限小，速度無(wú)限慢。

講解相平衡章節(jié)中鋼的熱處理時(shí)，教師要引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)，隨著冷卻速度的加快，過(guò)冷度也隨之增加，最終達(dá)到一定條件后，過(guò)冷奧氏體就會(huì)分別轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w、貝氏體和馬氏體，在量變的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)質(zhì)變。在儲(chǔ)氫合金的吸氫反應(yīng)中，固溶于金屬的氫向內(nèi)部擴(kuò)散是量變的過(guò)程，而固溶體一旦被氫飽和，就會(huì)由固溶體變成氫化物，即發(fā)生了質(zhì)變。同樣，對(duì)于水的相變過(guò)程，在標(biāo)準(zhǔn)氣壓下，水在0～100 ℃之間的性質(zhì)變化屬于量變，而在100 ℃時(shí)，水開(kāi)始沸騰并轉(zhuǎn)化為水蒸氣，以另一種形態(tài)存在，實(shí)現(xiàn)了質(zhì)變［12］。如圖2所示。

物理化學(xué)中全面滲透著質(zhì)量互變的規(guī)律，教師要抓住這一基本規(guī)律，在教學(xué)中將表面無(wú)關(guān)的知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)起來(lái)，讓學(xué)生掌握其中質(zhì)的區(qū)別和量的變化，往往能產(chǎn)生事半功倍的效果。

四、實(shí)施過(guò)程及效果

在湖南省普通高等學(xué)校課程思政建設(shè)研究項(xiàng)目啟動(dòng)后，課題組集體開(kāi)會(huì)，分析、討論、總結(jié)了“物理化學(xué)”課程教學(xué)中蘊(yùn)含的唯物辯證法原理和基本方法，整理、修訂了相關(guān)原理的表述，融入了新版物理化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了樹(shù)立辯證唯物主義和歷史唯物主義世界觀。

自2021年春始，國(guó)防科技大學(xué)材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生的“物理化學(xué)”課程皆按照修訂后的教學(xué)大綱實(shí)施教學(xué)計(jì)劃，在教學(xué)過(guò)程中，教師要注意采用唯物辯證法基本原理和方法從整體教學(xué)內(nèi)容、章節(jié)教學(xué)內(nèi)容和具體知識(shí)點(diǎn)等多個(gè)層次，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用唯物辯證法基本原理和方法分析、梳理、總結(jié)、理解和運(yùn)用物理化學(xué)反應(yīng)規(guī)律。學(xué)生普遍反映基本掌握了物理化學(xué)的基本原理和方法，能夠清晰地把握物理化學(xué)反應(yīng)規(guī)律的變化脈絡(luò)。這表明，不僅任課教師進(jìn)一步厘清了講課思路，增強(qiáng)了授課內(nèi)容的邏輯性和前后聯(lián)系，聽(tīng)課學(xué)生也不再迷茫，構(gòu)建起比較完整、清晰的物理化學(xué)知識(shí)體系，增強(qiáng)了學(xué)生進(jìn)一步學(xué)好材料專(zhuān)業(yè)后續(xù)課程的信心。

主講教師得到聽(tīng)課學(xué)生的優(yōu)良評(píng)價(jià)，并多次獲得校級(jí)優(yōu)質(zhì)課程的榮譽(yù)。團(tuán)隊(duì)及時(shí)對(duì)“物理化學(xué)”課程中的成功做法進(jìn)行總結(jié)，并推廣至其他課程。同組教師嘗試將唯物辯證法原理融入“復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”和“沖擊波物理”的教學(xué)（例如：沖擊波在介質(zhì)中傳播的過(guò)程，介質(zhì)的物理性質(zhì)是內(nèi)因，外力的作用是外因，內(nèi)因在外因的作用下發(fā)揮作用），也取得了較好的教學(xué)效果，先后獲得學(xué)校教學(xué)能手比賽一等獎(jiǎng)和湖南省普通高校教師課堂教學(xué)競(jìng)賽二等獎(jiǎng)。

結(jié)語(yǔ)

教師在“物理化學(xué)”課程教學(xué)中融入唯物辯證法原理，利用唯物辯證法原理來(lái)觀察和分析各種物理化學(xué)問(wèn)題及反應(yīng)規(guī)律，使學(xué)生除了在傳統(tǒng)的思想政治理論課上獲得相關(guān)知識(shí)之外，增加了接觸、了解和學(xué)習(xí)唯物辯證法原理的途徑和方法，更科學(xué)地對(duì)物理化學(xué)知識(shí)進(jìn)行梳理、分析、歸納和總結(jié)，從而建構(gòu)起相應(yīng)的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，方便學(xué)生摸清紛繁復(fù)雜的物理化學(xué)知識(shí)背后的反應(yīng)規(guī)律，有利于學(xué)生整體把握物理化學(xué)的知識(shí)脈絡(luò)，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握物理化學(xué)知識(shí)起到事半功倍的作用。

相應(yīng)地，學(xué)生一旦掌握唯物辯證法基本原理在學(xué)習(xí)自然科學(xué)知識(shí)中的作用，就會(huì)舉一反三，自發(fā)在課程學(xué)習(xí)和工作實(shí)踐中進(jìn)行總結(jié)、驗(yàn)證，潛移默化中達(dá)到潤(rùn)物無(wú)聲的效果，篤信馬克思主義哲學(xué)的正確性和指導(dǎo)性。這種教學(xué)方法有利于培養(yǎng)學(xué)生以辯證的觀點(diǎn)看待各個(gè)知識(shí)點(diǎn)，防止理解的教條化和片面化，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)、樹(shù)立和鞏固馬克思主義世界觀、人生觀、價(jià)值觀，對(duì)于提高人才培養(yǎng)質(zhì)量和效率、更好地滿(mǎn)足國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)新型復(fù)合型人才的需求具有重要的意義。

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The Teaching Practice of Integrating the Principles of Materialistic Dialectics in Physical

Chemistry Teaching

YIN Chang-ping， WU Nan， LIU Jun

（Academy of Aerospace Science， National University of Defense Technology， Changsha，

Hunan 410073， China）

Abstract： Materialistic dialectics is the core component of Marxist philosophy， and the basic concepts， laws and their intrinsic mechanisms of physical chemistry are rich in dialectical materialist ideas. As a fundamental course in chemistry， materials and biology， the exploration and practice of teaching physical chemistry by applying the basic principles of materialistic dialectics and exploring the integration point between materialistic dialectics and course contents can enable students to master the basic knowledge system and inner laws of physical chemistry， develop good scientific thinking habits， and at the same time cultivate students worldview and methodology， so as to realize the simultaneous transfer of knowledge and value.

Key words： Physical Chemistry; materialistic dialectic; curriculum ideology and politics