化學(xué)熱力學(xué)教學(xué)中課程思政的探索與實(shí)踐*

李延紅，韓民樂，吳海霞

(洛陽師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，河南 洛陽 471934)

2016年習(xí)近平總書記在全國高校思想政治工作會(huì)議上強(qiáng)調(diào)，高校要堅(jiān)持把立德樹人作為中心環(huán)節(jié)，把思想政治工作要貫穿教育教學(xué)全過程，各類課程要與思政理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)全程育人，全方位育人[1]?，F(xiàn)在，“課程思政”已經(jīng)全面納入本科教學(xué)新體系，要求動(dòng)員全體教師參與思政教育當(dāng)中，讓每一堂課都成為落實(shí)立德樹人的主渠道[2-6]，本校也全面開展了專業(yè)課程思政教學(xué)。

物理化學(xué)是化學(xué)專業(yè)的四大基礎(chǔ)學(xué)科之一，是化學(xué)學(xué)科的理論基礎(chǔ)，涉及很多抽象的化學(xué)概念和相關(guān)原理，以及一些繁雜的數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)等，通過對(duì)這些知識(shí)的學(xué)習(xí)，不僅可以提高學(xué)生的專業(yè)技能，還可以提升學(xué)生的的邏輯思維能力、數(shù)理能力，物理化學(xué)的學(xué)習(xí)對(duì)學(xué)生的思辨能力、綜合運(yùn)用知識(shí)能力等都具有重要作用。

在物理化學(xué)教學(xué)過程中融入課程思政元素，可以提高學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解和掌握，通過在課堂上的小組合作學(xué)習(xí)讓學(xué)生學(xué)會(huì)合作與溝通，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。通過對(duì)物理化學(xué)課程思政思政的探索和實(shí)踐，不僅可以幫助學(xué)生的形成科學(xué)文化素養(yǎng)，更有利于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思維方法，樹立科學(xué)的人生觀和價(jià)值觀。

在物理化學(xué)教學(xué)中，選用由傅獻(xiàn)彩等[7]編寫，高等教育出版社出版的《物理化學(xué)》(第六版)作為教學(xué)用書，在教學(xué)過程中結(jié)合化學(xué)發(fā)展史、化學(xué)家的主要貢獻(xiàn)、化學(xué)學(xué)科和生產(chǎn)生活的緊密聯(lián)系等內(nèi)容，將課程思政元素融入課堂，不僅可以使學(xué)生開闊眼界、增長見識(shí)，還可以提高學(xué)生運(yùn)用學(xué)科知識(shí)正確認(rèn)識(shí)問題、分析問題和解決問題的能力，更好地掌握事物發(fā)展規(guī)律，成為滿足新時(shí)代社會(huì)發(fā)展需求的接班人。將化學(xué)發(fā)展史和化學(xué)家的主要貢獻(xiàn)與教學(xué)內(nèi)容結(jié)合，可以引導(dǎo)學(xué)生從源頭了解學(xué)科產(chǎn)生和發(fā)展的過程，明確專業(yè)知識(shí)的重要性；將化學(xué)學(xué)科和生產(chǎn)生活的緊密聯(lián)系與教學(xué)內(nèi)容結(jié)合，可以增強(qiáng)學(xué)生的專業(yè)自豪感和社會(huì)責(zé)任感，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力。將中國化學(xué)家在化學(xué)熱力學(xué)中的貢獻(xiàn)與教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合，可以增強(qiáng)學(xué)生的民族自豪感和國家榮譽(yù)感，激勵(lì)學(xué)生刻苦學(xué)習(xí)、奮發(fā)圖強(qiáng)，為建設(shè)中國特色社會(huì)主義事業(yè)筑牢學(xué)科知識(shí)基礎(chǔ)。本文結(jié)合山東大學(xué)張樹永教授給出的課程思政7個(gè)維度[4]以及華南師范大學(xué)孫艷輝教學(xué)團(tuán)隊(duì)制定適用于化學(xué)(師范)專業(yè)的物理化學(xué)課程教學(xué)的8個(gè)目標(biāo)[8]，選取教學(xué)用書中化學(xué)熱力學(xué)中熱力學(xué)第一、第二定律兩章的教學(xué)內(nèi)容，對(duì)教學(xué)中貫徹課程思政的實(shí)施過程進(jìn)行介紹，論述在物理化學(xué)教學(xué)中如何挖掘課程中的思政元素，探索在教學(xué)中的思政教育。

1 以化學(xué)發(fā)展史為綱線，對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行串聯(lián)

人類誕生伊始，即開始創(chuàng)造、開發(fā)能夠持續(xù)做功的工具，風(fēng)車、水車即是其中的代表，但這些工具受到自然條件的限制，不能廣泛使用。為了研發(fā)能夠持續(xù)做功的工具，分為了兩個(gè)流派，一個(gè)流派執(zhí)著于開發(fā)一種不需要外界提供能量而且能持續(xù)對(duì)外做功的工具(即永動(dòng)機(jī)，為了和后面出現(xiàn)的概念永動(dòng)機(jī)做區(qū)別，稱為第一類永動(dòng)機(jī))；另一個(gè)流派聚焦于開發(fā)能轉(zhuǎn)換能量的機(jī)器。第一個(gè)流派證明了第一類永動(dòng)機(jī)不可能造成，第二個(gè)流派開發(fā)出了蒸汽機(jī)，在此基礎(chǔ)上，形成了熱和功的概念，并在焦耳、邁耶等人的努力下，證明了熱和功可以相互轉(zhuǎn)化，總結(jié)出了熱力學(xué)第一定律，形成了熱力學(xué)能的概念。在這個(gè)過程中，逐漸形成了熱平衡和溫度的概念，總結(jié)出了熱力學(xué)第零定律。

評(píng)價(jià)工具優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)一是做功的大小，一是做功的效率。怎樣提高蒸汽機(jī)的效率以及蒸汽機(jī)效率的極限是多少，就是人們研究的焦點(diǎn)。一部分集中于開發(fā)一種能夠把所吸收的熱量全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣Χ鵁o其他影響的機(jī)器(即第二類永動(dòng)機(jī))，另一部分聚焦于如何改進(jìn)機(jī)器以提高效率，以及效率的極限?？ㄖZ設(shè)計(jì)了一個(gè)可逆熱機(jī)，算出了可逆熱機(jī)的效率公式，指明了蒸汽機(jī)提高效率的方法和改進(jìn)儀器的方向，利用當(dāng)時(shí)流行的“熱質(zhì)說”證明了卡諾定理，得出了熱機(jī)效率的極限?？藙谛匏箤?duì)卡諾的結(jié)論進(jìn)行變形，提出了“熱溫商”的概念，并創(chuàng)造性的把可逆過程的熱溫商定義為“熵”，在實(shí)踐的基礎(chǔ)上，總結(jié)出第二定律的克勞修斯說法，對(duì)卡諾定理做出了正確的證明。開爾文在總結(jié)第二類永動(dòng)機(jī)的研制經(jīng)驗(yàn)時(shí)，提出了第二定律的開爾文說法。在實(shí)際使用過程中，為了方便，新引入了“焓”、“亥姆霍茲自由能”和“吉布斯自由能”三個(gè)物理量，可以使用熵、亥姆霍茲自由能和吉布斯自由能作為判據(jù)，判斷一個(gè)過程能否自發(fā)發(fā)生，由此就可以引入化學(xué)中，判斷化學(xué)變化能否自發(fā)發(fā)生。此后，有人提出熱死論、麥克斯韋妖等現(xiàn)象來質(zhì)疑這兩個(gè)定律，但事實(shí)證明，這些現(xiàn)象都是錯(cuò)誤的，反而更加證明這些定律是顛撲不破的真理。同樣的，熱力學(xué)第三定律也是對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)踐的總結(jié)。目前發(fā)展了非平衡態(tài)熱力學(xué)。

熱力學(xué)第一、第二、第三定律的完整的理論體系的形成，都不是一蹴而就。首先由大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)結(jié)果作為基礎(chǔ)，經(jīng)過科學(xué)家的不斷探索進(jìn)而形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)公式，然后經(jīng)過對(duì)大量實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)踐的總結(jié)，最終形成完整的理論體系。

通過上述熱力學(xué)建立過程和發(fā)展史的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以認(rèn)識(shí)到學(xué)科知識(shí)如何適應(yīng)社會(huì)發(fā)展，滲透個(gè)人發(fā)展與社會(huì)發(fā)展的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，滲透科學(xué)的世界觀、方法論，幫助學(xué)生形成科學(xué)文化素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)、科學(xué)探索、堅(jiān)韌不拔的精神。

2 以緊密聯(lián)系生產(chǎn)生活為血肉，塑造學(xué)生的世界觀

卡諾定理指明了提高熱機(jī)效率的方向，即提高高溫?zé)嵩吹臏囟取?860年，法國發(fā)明家勒努瓦，制成了一種靠油在汽缸內(nèi)燃燒的動(dòng)力機(jī)(內(nèi)燃機(jī))，這大大提高了熱源的溫度(油燃燒的溫度比水蒸汽的溫度高很多)，因而提高了效率。1876年，德國一位技師制成了第一臺(tái)四沖程內(nèi)燃機(jī)。1885年，德國工程師戴姆勒和本茨把內(nèi)燃機(jī)用在車子上，造出了新式交通工具——汽車。接著又被科學(xué)家用到飛機(jī)上。使用內(nèi)燃機(jī)的飛機(jī)叫活塞式飛機(jī)，因?yàn)檫@種飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)帶有汽缸和活塞，再由活塞的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)飛機(jī)的螺旋槳旋轉(zhuǎn)。

將卡諾熱機(jī)倒開，就變成了制冷機(jī)。1873年，德國化學(xué)家、工程師卡爾·馮·林德發(fā)明了以氨為制冷劑的冷凍機(jī)。后來，他將工業(yè)用冰箱加以改進(jìn)。使之小型化，于1879年制造出了世界上第一臺(tái)人工制冷的家用冰箱。第一臺(tái)用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)壓縮機(jī)工作的冰箱是由瑞典工程師布萊頓和孟德斯于1923年發(fā)明的。后來一家美國公司買去了他們的專利，1925年生產(chǎn)出第一批家用電冰箱。1902年英國發(fā)明家威利斯·哈維蘭德·卡里爾設(shè)計(jì)并安裝了第一部空調(diào)系統(tǒng)。冰箱和空調(diào)的出現(xiàn)，顯著提高了我們的生活水平。

自從知道鉆石與石墨一樣是由碳元素組成之后，人們合成這種珍貴材料的探索就一直沒有停止。但是經(jīng)過熱力學(xué)計(jì)算，發(fā)現(xiàn)要想在室溫下實(shí)現(xiàn)這個(gè)轉(zhuǎn)化，壓力要大于1.5×109Pa，這個(gè)條件在當(dāng)時(shí)是難以實(shí)現(xiàn)的。直到20世紀(jì)50年代，美國通用電氣公司(GE)以石墨和硫化鐵的混合物為前驅(qū)體，利用兩面頂裝置，高壓高溫條件下成功實(shí)現(xiàn)了鉆石的人工合成(HP-HT法)[9]。

青藏鐵路平均海拔在4500 m以上，有550 km途經(jīng)終年氣溫很低、多年凍土區(qū)，凍土表層隨溫度的變化會(huì)有融化凍結(jié)現(xiàn)象，對(duì)鐵路路基造成巨大的影響。為了最大程度減小凍土隨溫度變化漲縮對(duì)鐵路路基的影響，利用熱力學(xué)原理開發(fā)的低溫?zé)岚艏夹g(shù)，成功的使這個(gè)影響降到了接近于零的程度[10]。

在教學(xué)中，通過了解物理化學(xué)理論在日常生活以及生產(chǎn)中的具體應(yīng)用，將物理化學(xué)教學(xué)與社會(huì)生產(chǎn)、人們生活緊密聯(lián)系。在教學(xué)中可以注重中國元素的介紹，尤其是體現(xiàn)中國勞動(dòng)人民智慧的一些應(yīng)用，以及我國首創(chuàng)或具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)，不僅可以培養(yǎng)學(xué)生的家國情懷和文化傳承，還可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，激發(fā)他們的愛國情懷和民族自豪感。

3 以科學(xué)家的事跡為靈魂，塑造學(xué)生的人生觀和價(jià)值觀

在熱力學(xué)建立發(fā)展過程中，涌現(xiàn)了大批貢獻(xiàn)卓著的科學(xué)家，教材中提到的焦耳、湯姆遜(開爾文)、亥姆霍茲、吉布斯、能斯特、范特霍夫等，他們?cè)诙鄠€(gè)領(lǐng)域都有卓越的貢獻(xiàn)。有的為了得到精確的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，持之以恒，多年如一日的重復(fù)試驗(yàn)，如焦耳等。有的科學(xué)家，如亥姆霍茲等并未接受過高等教育，卻依靠自身努力做出杰出成果。值得一提的是，湯姆遜質(zhì)疑蓋-呂薩克-焦耳實(shí)驗(yàn)，仍然和焦耳合作設(shè)計(jì)了新的實(shí)驗(yàn)(焦耳-湯姆遜實(shí)驗(yàn))來研究氣體的性質(zhì)，充分說明了科學(xué)需要質(zhì)疑，需要充分的討論，需要團(tuán)隊(duì)合作才可以出創(chuàng)新成果。

通過將化學(xué)史滲透到熱力學(xué)教學(xué)中，讓學(xué)生了解在此發(fā)展過程做出突出貢獻(xiàn)的科學(xué)家，引導(dǎo)學(xué)生努力學(xué)習(xí)，追求真理的科學(xué)態(tài)度，激發(fā)學(xué)生發(fā)奮圖強(qiáng)、追求真理的精神，培養(yǎng)學(xué)生求真務(wù)實(shí)、迎難而上的學(xué)習(xí)精神。通過了解科學(xué)家們?nèi)绾巫鹬貙?shí)驗(yàn)事實(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度，向?qū)W生傳遞正能量，激發(fā)學(xué)生探索求知、創(chuàng)新思維、實(shí)事求是、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度以及探究事物本質(zhì)的能力，培養(yǎng)學(xué)生的奉獻(xiàn)精神。

4 課程思政的教學(xué)實(shí)踐與效果評(píng)價(jià)

基于“以問題為導(dǎo)向”的理念進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)施。在具體教學(xué)實(shí)踐中，遵循“提出問題——分析問題——解決問題”的理念，進(jìn)行課堂構(gòu)建，在講授過程中，靈活地融入課程思政內(nèi)容，在學(xué)科內(nèi)容方面做到詳略得當(dāng)，精講重難點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)實(shí)際應(yīng)用；教學(xué)過程中，為加深學(xué)生的基本定律的理解和應(yīng)用，在教學(xué)過程中采用小組合作學(xué)習(xí)的方式，采用生生互評(píng)、小組計(jì)分的評(píng)價(jià)方式，極大程度的調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，同時(shí)培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神；在熱力學(xué)相關(guān)內(nèi)容學(xué)完之后，還引導(dǎo)學(xué)生對(duì)章節(jié)內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，制作思維導(dǎo)圖，這樣不僅能夠促進(jìn)學(xué)生的深入學(xué)習(xí)，還能夠提高學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，進(jìn)而提升學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力。并以小組合作討論學(xué)習(xí)、文獻(xiàn)閱讀等方式開展課程思政教學(xué)。例如：在熱力學(xué)第二定律結(jié)束后，布置課程論文的撰寫，要求學(xué)生就某一個(gè)科學(xué)問題，查閱文獻(xiàn)，簡要闡述該問題的產(chǎn)生以及最終解決過程，并對(duì)生產(chǎn)生活的影響和社會(huì)發(fā)展做評(píng)述。該項(xiàng)作業(yè)能夠幫助學(xué)生了解學(xué)科發(fā)展的進(jìn)程，啟迪學(xué)生智慧，從中學(xué)習(xí)科學(xué)家的探索精神，為后續(xù)學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，提高學(xué)生的文化修養(yǎng)并開拓學(xué)生的國際視野，有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，形成正確的世界觀、人生觀、價(jià)值觀和科學(xué)的方法論。

5 結(jié) 語

通過將思政元素與專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)體系教育有機(jī)統(tǒng)一，可以使思想教育工作貫穿于學(xué)科體系，實(shí)現(xiàn)知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)和價(jià)值引領(lǐng)“三位一體”的教學(xué)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)專業(yè)教育與思政課程相統(tǒng)一、育人和育才相統(tǒng)一，全面落實(shí)“立德樹人”的根本任務(wù)，更好地踐行和發(fā)揚(yáng)社會(huì)主義核心價(jià)值觀。作為高校教師，必須充分利用好課堂這個(gè)主渠道，將思政元素融入課堂教學(xué)，主動(dòng)承擔(dān)學(xué)生的指導(dǎo)者和引路人，不斷探索課程思政的有效途徑，努力培養(yǎng)社會(huì)主義建設(shè)者和接班人。