新時代高校物理化學課程教學改革探索

康麗華

（煙臺大學化學化工學院 山東 煙臺 264005）

物理化學是用物理的原理和方法來研究化學中最基本的規(guī)律和理論的一門學科，也是高?；I(yè)學生必修的重要專業(yè)基礎(chǔ)課程之一[1]，要求學生能掌握物理化學的基本知識和基本理論、學會物理化學的科學思維方法，能夠利用原理性知識進行相關(guān)計算和分析，解決化學化工相關(guān)的科學問題。通過系統(tǒng)學習化學熱力學、化學動力學、界面現(xiàn)象、電化學等基礎(chǔ)知識，了解其在解決復雜工程問題中的作用與應(yīng)用方法，培養(yǎng)學生獲取知識并用來解決實際問題的能力和科學思維的能力，為從事化學和化工以及與化學有關(guān)的工作打下堅實的理論基礎(chǔ)。

新時代，如何將黨的二十大精神有效融入高校教育教學過程中去，如何讓學生在雙碳背景下面對日常生活需求去思考和運用所學專業(yè)基礎(chǔ)知識，如何讓學生在學習過程中去發(fā)散思維，都是新時代高校專業(yè)教育需要思考的問題。

1 加強課程思政教育，提升學生的政治素養(yǎng)

2020 年6 月年，教育部為深入貫徹落實習近平總書記關(guān)于教育的重要論述和全國教育大會精神，出臺了《高等學校思政建設(shè)指導綱要》[2]。根據(jù)綱要要求，高校要想培養(yǎng)出高質(zhì)量人才，必須全面推進和加強課程思政建設(shè)，把思政教育融入整個人才培養(yǎng)過程中。高校教師在課堂上不僅要把基礎(chǔ)的教學工作做好，還要利用好課程教學內(nèi)容中蘊含的各種思政素材[3]，比如學科的發(fā)展史、科學家的成才過程、學科與日常生活的關(guān)系，旨在讓學生通過課堂學習，不僅可以掌握自然科學事物的發(fā)展規(guī)律，還產(chǎn)生了修身、齊家、治國、平天下的責任感，努力成為德智體美勞全面發(fā)展的社會主義建設(shè)者和接班人。

2022 年10 月黨的二十大召開[4]，明確提出以中國式現(xiàn)代化全面推進中華民族偉大復興的使命任務(wù)，因此，下一個階段如何將黨的二十大精神有效融入高校思想政治教育教學過程中，應(yīng)是每一位高校任課老師的重要任務(wù)。物理化學課程作為高?；瘜W、化工、藥學、生物、醫(yī)學、材料等大類專業(yè)的基礎(chǔ)課，對這些專業(yè)的人才培養(yǎng)起著至關(guān)重要的作用，而這些專業(yè)的發(fā)展與進步將為人們物質(zhì)生活的提高奠定堅實的基礎(chǔ)，同時也是科學技術(shù)發(fā)展的重要保障。當前我國正在實施“科教興國”的發(fā)展戰(zhàn)略，物理化學學科必將繼續(xù)發(fā)揮不可取代的作用。基于物理化學教學內(nèi)容的重要性，教師應(yīng)把立德樹人作為根本任務(wù)，不僅要充分利用好課堂教學的主陣地和主渠道作用，還要靈活運用教學方式和方法，潤物細無聲地把黨的二十大精神裝進大學生頭腦，提升學生的政治素養(yǎng)，激發(fā)他們的學習興趣，進而提高物理化學教學的有效性。

2 整合教學內(nèi)容，提高學生的社會責任感

隨著生活水平的提高，人們不僅對衣食住行提出了更高要求，對醫(yī)療衛(wèi)生保健等方面的要求也日益增長，為了滿足人們對美好生活的向往，化學特別是物理化學發(fā)揮了重要作用：人們夏天出門要穿的防曬衣和雨天穿的防水衣蘊含了界面化學的知識；食品的保質(zhì)期蘊含了反應(yīng)動力學的知識；房子裝修用的涂料涉及多組分熱力學的知識；日常出行的汽車所產(chǎn)生的尾氣處理同樣也蘊含了反應(yīng)動力學的知識；而醫(yī)院救助患者使用的呼吸機和檢測患者身體指標的心電圖都蘊含了電化學的知識[5]。2020 年4 月，中國科學院大連化物所團隊成功研發(fā)出整體式電極的便攜式氫氧儀[6]。該儀器具有體積小、重量輕、氣體可選、能耗低、成本低、安全無噪音等特點，它增強了單獨吸氫氣或氧氣的效果，促進氧氣快速輸送，對多種疾病具有抗炎癥、抗氧化等生物學作用，還可用于病患者的輔助治療與康復。在課堂上，教師可以引導學生從電化學原理上分析，這臺儀器是如何通過水直接產(chǎn)生適合人體吸入的氫氧混合氣（H2/O2：66.6%/33.3%）。從電化學上來講，所謂的便攜式氫氧儀就是用水做一個電解池，在電能作用下水所發(fā)生的氧化還原反應(yīng)。這個時候教師就可以引入電解池的概念，在一個電解池裝置中，加入酸性或堿性電解質(zhì)水溶液，插入適當?shù)慕饘僮鳛殛枠O和陰極，并將其與直流電源相連，使電流通過電解質(zhì)溶液，就可以在陰極和陽極上分別得到氫氣和氧氣，這也是電解水制氫的基本原理。作為一名高校物理化學專業(yè)的教師，應(yīng)該以日常生活為出發(fā)點，向?qū)W生講解其中的物理化學知識，讓更多學生了解物理化學，認識到物理化學離我們很近，許多科研成果也是從最基本的物理化學原理出發(fā)；更要讓學生明白科技的進步和創(chuàng)新是實現(xiàn)中華民族偉大復興的翅膀，也是實現(xiàn)人們對美好生活向往的重要保障，美好生活的實現(xiàn)需要我們?nèi)珖嗣窆餐^斗。

“促進人與自然和諧共生”是中國式現(xiàn)代化的本質(zhì)要求之一，人與自然和諧共生意味著降碳、減污、擴綠、增長。比如，聚氯乙烯作為廣泛應(yīng)用的工程塑料之一，其單體氯乙烯能發(fā)生共聚反應(yīng)用于制備聚氯乙烯（PVC），這是塑料工業(yè)原料的重要成分。目前氯乙烯的工業(yè)生產(chǎn)主要使用的是氯化汞催化劑，這種催化劑在使用過程中會對環(huán)境產(chǎn)生污染。這就涉及化學反應(yīng)動力學這一章節(jié)中催化劑的基本特征及催化作用原理的知識。催化劑是少量使用就能顯著地加快化學反應(yīng)的速度，而本身并不損耗的物質(zhì)，大多數(shù)化學品的生產(chǎn)需要催化劑。人們要做的就是通過發(fā)展新型的高效催化劑，使用的過程可以回收再利用，真正做到催化劑不污染環(huán)境，也就是綠色催化劑。在多組分熱力學這一章節(jié)中引入溶液里面的溶劑的時候，教師可以給學生講怎么利用物理化學的知識來制備綠色溶劑，像超臨界CO2做溶劑[7]，萃取過程完成后，CO2不會在萃取成分中有殘留，同時在整個萃取過程對人體和環(huán)境也沒有毒害。教師在授課過程中，要讓學生意識到如何使化學產(chǎn)品更加清潔和可回收利用，用專業(yè)知識來保護生態(tài)環(huán)境，促進人與自然和諧共生。過去幾十年，我國生態(tài)環(huán)境保護取得了階段性成果，現(xiàn)在天更藍、山更綠、水更清。作為當代大學生，更應(yīng)該站在人與自然和諧共生的高度，從發(fā)展的視角，開闊學科思維、領(lǐng)悟科技報國觀念、增強社會責任感，讓我們的祖國到處都是綠水青山。

3 注重多學科交叉，培養(yǎng)學生的發(fā)散思維

物理化學一直被學生認為是四大化學中最難學的課程[8-9]，針對物理化學課程概念多又抽象的特點，要想激發(fā)學生的學習興趣，教師也必須在教學方法上進行自我革命，注重多學科交叉。在概念引入過程中可以從其他學科的思維方式出發(fā)，將物理化學中晦澀難懂的理論知識和數(shù)學、哲學等學科知識聯(lián)系，深化學生對知識點的理解，培養(yǎng)學生的發(fā)散思維。

數(shù)學知識是整個理工科課程的基礎(chǔ)，與物理化學有密不可分的關(guān)系。借助數(shù)學不僅可以幫助學生更直觀地理解物理化學課程中公式的推導和應(yīng)用，還可以從數(shù)學角度對物理化學概念進行講解。例如，熱力學第二定律可以對于在一定條件下發(fā)生的某一具體過程是可能發(fā)生的還是不可能發(fā)生的做出判斷。如果是可能發(fā)生的，人們還要知道它是可逆過程還是不可逆過程，是自發(fā)過程還是非自發(fā)過程。這就涉及自發(fā)過程和不可逆過程的關(guān)系。自發(fā)過程是指任其自然無須人為施加任何外力就能自動發(fā)生的過程。任何自發(fā)過程發(fā)生之后，都不可能使系統(tǒng)本身和環(huán)境都恢復到原來的狀態(tài)而不留下任何影響，也就是說自發(fā)過程是有方向性的，是不可逆的。比如水從高處流下來是一個自發(fā)過程，它在流下的過程中對環(huán)境產(chǎn)生了影響。自發(fā)過程雖然是不可逆過程，但是不可逆過程并不一定是自發(fā)過程。這是因為非自發(fā)過程也是不可逆過程，比如像利用水泵可以把水從低處抽到高處，這是環(huán)境對系統(tǒng)做功了。

哲學探究的是透過看到的自然科學的具體規(guī)律和本質(zhì)，總結(jié)出其中所蘊含的更加普遍和深入的規(guī)律和本質(zhì)，而物理化學是從大量的化學反應(yīng)中總結(jié)出具體的規(guī)律和本質(zhì)，因此也被譽為“化學中的哲學”，在學科思維教育方面獨具魅力[10-11]。在教學過程中將物理化學課程內(nèi)容和其中包含的哲學思想相結(jié)合，從哲學原理的角度出發(fā)，引導和幫助學生逐步掌握物理化學的本質(zhì)。這樣不僅可以激發(fā)學生對物理化學的學習興趣，而且還可以培養(yǎng)學生的發(fā)散思維，提高學生的整體思維水平，讓學生在以后的學習過程中可以達到舉一反三、觸類旁通的學習效果。例如，在物理化學熱力學第一定律中，一個非常重要的概念是平衡狀態(tài)，簡稱平衡態(tài)。所謂平衡態(tài)，是指在溫度、壓力及各個組分的物質(zhì)的量等不隨時間變化的條件下，系統(tǒng)中各個相的熱力學性質(zhì)不隨時間變化，且將系統(tǒng)與環(huán)境隔離后，系統(tǒng)的性質(zhì)仍不改變的狀態(tài)。在講授平衡態(tài)之前可以給學生先講物質(zhì)運動是絕對的，靜止是相對的，運動才是物質(zhì)的根本屬性，進而引出物理化學中的平衡狀態(tài)其實就是一種動態(tài)平衡。比如一個化學反應(yīng)達到平衡后，從宏觀上看，反應(yīng)物和產(chǎn)物的溫度、壓力及物質(zhì)的量等不隨時間變化，反應(yīng)好像已經(jīng)停止，但從微觀角度，大量粒子仍處于永不停息的運動中，只是正逆反應(yīng)的反應(yīng)速率相等，所以是一種動態(tài)平衡。理解了化學平衡態(tài)的概念，這樣就很容易在它的基礎(chǔ)上再引出熱平衡、相平衡、力平衡的概念。

4 結(jié)語

新時代，物理化學作為高校很多工科和理科大類專業(yè)的必修基礎(chǔ)課，通過對課程思政、教學內(nèi)容和教學方法的探索，教師不僅要給學生傳道授業(yè)解惑，還應(yīng)該把新時代的精神和發(fā)展需求有機融入專業(yè)知識的教學當中，以期從思想上引導學生樹立正確的價值觀，提高學生的社會責任感、學習興趣和思維能力，進而培養(yǎng)出滿足國家對科技和社會發(fā)展需求的建設(shè)者和接班人。