物理化學(xué)課程思政教學(xué)的人文性

彭繼明 蔡業(yè)政 黃有國(guó) 胡思江

摘? 要：全面推進(jìn)課程思政建設(shè)是落實(shí)立德樹(shù)人根本任務(wù)的戰(zhàn)略舉措。物理化學(xué)是化學(xué)化工等理工科專業(yè)的基礎(chǔ)必修課程。該文結(jié)合物理化學(xué)課程教學(xué)在人文性面臨的難點(diǎn)，秉持將知識(shí)傳授與思政元素有機(jī)融合的理念，以膨脹功教學(xué)為例，深度挖掘提煉該知識(shí)內(nèi)容與經(jīng)典唐詩(shī)的契合點(diǎn)，闡述潤(rùn)物無(wú)聲式的思政教學(xué)設(shè)計(jì)思路，以期為物理化學(xué)教師提供以“人文性”的課程思政教學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)例。

關(guān)鍵詞：物理化學(xué)；課程思政；人文性；膨脹功；教學(xué)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G641? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-000X（2023）32-0173-05

Abstract： Comprehensive framework for promoting ideological and political education is a strategic initiative to achieve the fundamental task of moral education. Physical Chemistry is an introductory required course for students majoring in science and engineering， such as chemistry and chemical engineering. Integrating science knowledge learning with ideological and political education is challenging in physical chemistry teaching. To organically fusing with these elements， this paper demonstrates a design concept of course ideology and politics in the form of moistening everything silently. Taking the teaching of "expansion work" as an example， this paper provides an excellent model in humanistic education of curriculum ideology and politics in Physical Chemistry.

Keywords： Physical Chemistry; curriculum ideology and politics; humanistic education; expansion work； instructional design

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“杯醌成鍵涂層富鋰錳基正極材料的制備及其構(gòu)效關(guān)系的研究”（22169004）；廣西研究生教育創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目“一流學(xué)科建設(shè)驅(qū)動(dòng)化學(xué)類研究生‘五位一體’培養(yǎng)模式的探索”（JGY2022031）、“OBE理念下化工專業(yè)研究生‘五個(gè)一’人才培養(yǎng)模式的探索與實(shí)踐”（JGY2021022）

第一作者簡(jiǎn)介：彭繼明（1984-），女，漢族，湖北紅安人，博士，講師。研究方向?yàn)椴牧想娀瘜W(xué)。

*通信作者：胡思江（1984-），男，漢族，湖北麻城人，博士，副教授，碩士研究生導(dǎo)師。研究方向?yàn)樾履茉床牧吓c器件及其相關(guān)基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題。

2020年教育部《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》（以下簡(jiǎn)稱《綱要》）中指出，把思想政治教育貫穿人才培養(yǎng)體系，全面推進(jìn)高校課程思政建設(shè)，發(fā)揮好每門(mén)課程的育人作用，提高高校人才培養(yǎng)質(zhì)量?！毒V要》明確了課程思政建設(shè)目標(biāo)要求和內(nèi)容重點(diǎn)，提出加強(qiáng)中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化教育。大力弘揚(yáng)以愛(ài)國(guó)主義為核心的民族精神和以改革創(chuàng)新為核心的時(shí)代精神，教育引導(dǎo)學(xué)生傳承中華文脈，富有中國(guó)心、飽含中國(guó)情、充滿中國(guó)味。因此，結(jié)合物理化學(xué)課程教學(xué)目標(biāo)，深入挖掘中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化元素是實(shí)現(xiàn)課程思政建設(shè)目標(biāo)的重要立足點(diǎn)。

張樹(shù)永[1]系統(tǒng)論述了物理化學(xué)課程思政建設(shè)的目標(biāo)與實(shí)現(xiàn)途徑，強(qiáng)調(diào)必須防止出現(xiàn)強(qiáng)力灌輸、生拉硬拽、牽強(qiáng)附會(huì)等問(wèn)題。王旭珍等[2]提出通過(guò)科學(xué)發(fā)展史、中國(guó)物理化學(xué)家、優(yōu)秀傳統(tǒng)文化、學(xué)科交叉與創(chuàng)新和身邊的科學(xué)家等方面開(kāi)展課程思政教學(xué)。孫艷輝等[3]從學(xué)科發(fā)展史、科學(xué)家簡(jiǎn)介、經(jīng)典理論和方法、學(xué)科交叉、科學(xué)發(fā)展前沿及物理化學(xué)在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用6個(gè)方面梳理物理化學(xué)課程蘊(yùn)含的思政教育要點(diǎn)。郭暢等[4]提出構(gòu)建“1421模式”提升課程育人實(shí)效。左晶等[5]探討了物理化學(xué)課程思政教學(xué)內(nèi)容組成構(gòu)建、課堂思政教學(xué)過(guò)程的把控要素。這些探討與實(shí)踐為物理化學(xué)課程思政建設(shè)提供借鑒。但物理化學(xué)教師在實(shí)踐過(guò)程中仍存在思政元素和課程知識(shí)聯(lián)系不緊密的問(wèn)題。尤其在中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化教育方面，可借鑒的課程思政教學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)例較少。

物理化學(xué)學(xué)科萌芽于18世紀(jì)中葉，如今已成為化學(xué)、材料學(xué)、物理學(xué)等學(xué)科的前沿研究熱點(diǎn)和相鄰學(xué)科的交叉點(diǎn)。縱觀物理化學(xué)的發(fā)展史，不難發(fā)現(xiàn)很多理論知識(shí)是由歐洲科學(xué)家提出，中國(guó)元素占比很少。如何結(jié)合課程知識(shí)融入中國(guó)元素，弘揚(yáng)中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化，是課程思政教學(xué)中的難點(diǎn)。為此，本文秉持將知識(shí)傳授與思政元素有機(jī)融合的理念，闡述了潤(rùn)物無(wú)聲式的思政教學(xué)設(shè)計(jì)思路。并以膨脹功知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)，展示了膨脹功與經(jīng)典唐詩(shī)有機(jī)融合實(shí)現(xiàn)中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化教育的實(shí)例。

一? 教學(xué)內(nèi)容分析

熱力學(xué)第一定律（dU=δQ+δW）的一個(gè)重要應(yīng)用就是計(jì)算系統(tǒng)和環(huán)境之間的熱交換。熱力學(xué)能是系統(tǒng)的狀態(tài)函數(shù)，比較容易從系統(tǒng)的其他性質(zhì)計(jì)算出來(lái)。確定了功和熱力學(xué)能的變化量，對(duì)封閉系統(tǒng)任何過(guò)程，就可以計(jì)算相對(duì)不好直接測(cè)量的熱。功包括機(jī)械功和非機(jī)械功。在經(jīng)典熱力學(xué)中，一般只考慮機(jī)械功。對(duì)于氣態(tài)封閉系統(tǒng)，機(jī)械功就是體積變化所引起的功，即膨脹功（部分教材用體積功表示）。功與變化的具體途徑有關(guān)。因此，在功的計(jì)算中必須聯(lián)系具體的過(guò)程。

本節(jié)課以南京大學(xué)《物理化學(xué)第六版（上冊(cè)）》[6]第二章“準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程與可逆過(guò)程”為教學(xué)內(nèi)容，進(jìn)行膨脹功的教學(xué)。課程的主要內(nèi)容包括：膨脹功的定義；膨脹功與過(guò)程；結(jié)合熱力學(xué)第一定律討論膨脹功的應(yīng)用等。

二? 教學(xué)設(shè)計(jì)理念

本節(jié)課以定義—過(guò)程—應(yīng)用的知識(shí)線開(kāi)展教學(xué)，以設(shè)問(wèn)—思考—回應(yīng)的思政線為導(dǎo)向，將思政教育有機(jī)融入到教學(xué)環(huán)節(jié)中。

三? 教學(xué)目標(biāo)

依據(jù)《高等學(xué)?；瘜W(xué)類專業(yè)物理化學(xué)相關(guān)教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)要求建議（2020版）》[7]，分為知識(shí)與能力目標(biāo)、過(guò)程與方法目標(biāo)和課程思政目標(biāo)。

（一）? 知識(shí)與能力目標(biāo)

1）理解功的本質(zhì)。

2）掌握膨脹功的求算。

3）理解可逆過(guò)程的特點(diǎn)。

（二）? 過(guò)程與方法目標(biāo)

1）通過(guò)膨脹功的推算，學(xué)習(xí)科學(xué)探究的方法，培養(yǎng)邏輯思維能力。

2）通過(guò)比較不同狀態(tài)下膨脹功求算公式的區(qū)別，建立知識(shí)相關(guān)聯(lián)的學(xué)習(xí)方法，掌握本專業(yè)研究的思路和方法。

3）通過(guò)小組討論和交流，提升語(yǔ)言表達(dá)能力，發(fā)展團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)。

（三）? 課程思政目標(biāo)

1）通過(guò)學(xué)習(xí)膨脹功的求算及其與過(guò)程的關(guān)系，學(xué)習(xí)馬克思主義唯物辯證的對(duì)立與統(tǒng)一思想，提高學(xué)生正確認(rèn)識(shí)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

2）通過(guò)學(xué)習(xí)膨脹功在經(jīng)典唐詩(shī)中的解釋、西氣東輸?shù)裙I(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，增加課程的人文性，引導(dǎo)學(xué)生靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決工程問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生探索未知、追求真理、勇攀科學(xué)高峰的責(zé)任感和使命感。

四? 教學(xué)環(huán)節(jié)

膨脹功的教學(xué)包括5個(gè)環(huán)節(jié)。教師過(guò)程設(shè)問(wèn)導(dǎo)入新課，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)溫度差異的現(xiàn)象探究其背后的熱力學(xué)本質(zhì)，舉例并講解膨脹功在不同過(guò)程下的計(jì)算方法，最后通過(guò)課堂練習(xí)，對(duì)所學(xué)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行綜合應(yīng)用和鞏固。整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，采用講授法、討論法、練習(xí)法，通過(guò)生活實(shí)例引導(dǎo)學(xué)生思考，通過(guò)完成各種學(xué)習(xí)情境，使學(xué)生掌握本次課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)。表1展示了以知識(shí)線和思政線并軌的教學(xué)環(huán)節(jié)。

五? 教學(xué)過(guò)程

（一）? 導(dǎo)入新課：唐代白居易《大林寺桃花》

教師引導(dǎo)，學(xué)生思考：展示圖1，重溫唐代白居易《大林寺桃花》詩(shī)句，為什么潯陽(yáng)城的桃花已是落英繽紛，廬山大林寺的桃花卻是桃之夭夭？溫差是如何產(chǎn)生的？

設(shè)計(jì)意圖：以古詩(shī)為導(dǎo)入口，多學(xué)科交融學(xué)習(xí)，弘揚(yáng)中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化，堅(jiān)定文化自信。在提升學(xué)生人文素養(yǎng)的同時(shí)結(jié)合提問(wèn)將學(xué)生引入本次課程所學(xué)知識(shí)。

（二）? 構(gòu)建概念：功的定義與一般表達(dá)式

1）請(qǐng)同學(xué)們復(fù)習(xí)回顧功和熱傳輸能量的區(qū)別。

學(xué)生討論總結(jié)：熱是大量質(zhì)點(diǎn)以無(wú)序運(yùn)動(dòng)方式而傳遞的能量；功是大量質(zhì)點(diǎn)以有序運(yùn)動(dòng)方式而傳遞的能量（圖2）[8]。

2）請(qǐng)同學(xué)們結(jié)合機(jī)械功的概念，分析氣體膨脹的做功過(guò)程。功分為膨脹功和非膨脹功。具體教學(xué)內(nèi)容參考南京大學(xué)《物理化學(xué)第六版（上冊(cè)）》[6]第二章“準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程與可逆過(guò)程”，可得

廣義的功：δW=-|F|dz。 （1）

若用pex表示外壓，則|F|=pexA。

因此，δW=-pexAdz。

因?yàn)閐V=Adz，

所以δW=-pexdV。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)知識(shí)回顧讓學(xué)生掌握功的本質(zhì)（功不是狀態(tài)函數(shù)，與變化的途徑有關(guān)）。從機(jī)械功的概念出發(fā)，讓學(xué)生理解功的概念和定義式。

（三）? 剖析本質(zhì)：不同過(guò)程功的計(jì)算

1）請(qǐng)同學(xué)們思考有哪些過(guò)程？自由膨脹、等外壓膨脹、多次等外壓膨脹和可逆膨脹四個(gè)過(guò)程各自條件有何不同。嘗試推導(dǎo)這些條件下功的計(jì)算式。

2）教師講解：可逆過(guò)程與絕熱過(guò)程。

系統(tǒng)從狀態(tài)1變到狀態(tài)2之后，如果能使系統(tǒng)和環(huán)境都恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)而未留下任何永久性的變化，則該過(guò)程稱為熱力學(xué)可逆過(guò)程。

絕熱過(guò)程：ΔU=W。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)對(duì)過(guò)程的思考，理解功與過(guò)程的關(guān)系。

3）自由膨脹。因?yàn)閜ex=0，δW1=-pexAdz=0。

4）一次等外壓膨脹（圖3），則

5）多次等外壓膨脹（圖4）?？朔鈮簽閜′ex，體積從V1膨脹到V′；克服外壓為p′ex，體積從V′膨脹到V2，則

W3=-p′ex（V′-V1）-pex（V2-V′）。（4）

外壓差距越小，膨脹次數(shù)越多，做的功也越多。

6）可逆膨脹（圖5）。外壓始終比內(nèi)壓小一個(gè)無(wú)窮小的值，每一步都接近于平衡態(tài)。所做的功為

如果是理想氣體，則

7）學(xué)生小組討論：請(qǐng)同學(xué)們比較這些過(guò)程做的功的多少，可以得出什么結(jié)論？

學(xué)習(xí)小組B：可逆膨脹過(guò)程陰影部分面積最大，做的功最多。

教師評(píng)價(jià)、拓展：回答正確?？赡媾蛎洠到y(tǒng)對(duì)環(huán)境做最大功。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)從四個(gè)相互關(guān)聯(lián)、又有區(qū)別的過(guò)程膨脹功的計(jì)算，培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維能力，培植對(duì)立統(tǒng)一的辯證唯物主義思想。

互動(dòng)練習(xí)：有一高壓鋼筒，打開(kāi)活塞后氣體噴出筒外，當(dāng)筒內(nèi)壓力與筒外壓力相等時(shí)關(guān)閉活塞，此時(shí)筒內(nèi)溫度將（? ? ）。

（A）升高? （B）降低? （C）不變

學(xué)生小組討論：請(qǐng)同學(xué)們完成練習(xí)。

教師評(píng)價(jià)、拓展：應(yīng)用熱力學(xué)第一定律（ΔU=Q+W），壓縮空氣沖出鋼筒時(shí)，筒內(nèi)的氣體對(duì)沖出的氣體做功。由于沖出的速度很快，筒內(nèi)氣體來(lái)不及從環(huán)境吸熱，相當(dāng)于是個(gè)絕熱過(guò)程，所以筒內(nèi)氣體的溫度會(huì)下降。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)互動(dòng)練習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

（四）? 回應(yīng)設(shè)問(wèn)與應(yīng)用拓展

學(xué)生小組討論：“人間四月芳菲盡，山寺桃花始盛開(kāi)”的物理化學(xué)秘密。

教師評(píng)價(jià)、拓展：在白天的時(shí)候，艷陽(yáng)高照，地表快速升溫。與此同時(shí)，地表空氣團(tuán)受熱發(fā)生膨脹導(dǎo)致密度降低，向上運(yùn)動(dòng)（圖6）。由于空氣的導(dǎo)熱性能較差，氣團(tuán)上升過(guò)程較快，該過(guò)程可近似為絕熱過(guò)程。海拔越高，壓強(qiáng)越低，氣團(tuán)不斷膨脹對(duì)環(huán)境做功。根據(jù)熱力學(xué)第一定律，熱力學(xué)能減小，溫度降低。廬山海拔為1 100 m左右，“人間”（潯陽(yáng)城，今九江市區(qū)）海拔在20 m左右。一般而言，海拔相差1 000 m，溫度相差7 ℃左右[9]。因此，廬山上的桃花要比潯陽(yáng)城的桃花晚開(kāi)一個(gè)月左右。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)對(duì)唐詩(shī)中溫差產(chǎn)生原因的分析，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力；將枯燥的理論計(jì)算與有趣的唐詩(shī)聯(lián)系起來(lái)，增加課堂的趣味性和人文性，增強(qiáng)中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化教育。

學(xué)生小組討論：請(qǐng)同學(xué)們思考并分析，如果是環(huán)境對(duì)系統(tǒng)做功，不同過(guò)程的膨脹功又怎樣計(jì)算呢？西氣東輸長(zhǎng)距離輸運(yùn)壓縮氣體應(yīng)該怎樣使用壓縮泵更節(jié)能？

教師評(píng)價(jià)、拓展：功與變化的途徑有關(guān)。不同壓縮過(guò)程膨脹功的計(jì)算與膨脹過(guò)程相同（圖7）?？赡鎵嚎s，環(huán)境對(duì)系統(tǒng)做最小功。因此，多個(gè)泵壓縮更節(jié)能。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)比較膨脹和壓縮過(guò)程的做功情況，學(xué)習(xí)馬克思主義唯物辯證的對(duì)立與統(tǒng)一思想；通過(guò)西氣東輸中壓縮過(guò)程如何節(jié)能的分析，強(qiáng)化學(xué)生工程倫理教育，激發(fā)學(xué)生科技報(bào)國(guó)的家國(guó)情懷和使命擔(dān)當(dāng)。

（五）? 總結(jié)及任務(wù)

1）請(qǐng)同學(xué)們對(duì)本節(jié)課的內(nèi)容進(jìn)行小結(jié)。學(xué)生C：在本節(jié)課中，我們學(xué)習(xí)了膨脹功的定義、計(jì)算及其應(yīng)用、可逆過(guò)程。同時(shí)也明白了生產(chǎn)生活中一些現(xiàn)象的原理，體會(huì)到中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的魅力。作為新時(shí)代大學(xué)生，我們應(yīng)樹(shù)立馬克思主義的世界觀、人生觀、價(jià)值觀，為實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興匯聚源源不斷的青春力量。

2）布置作業(yè)。還有哪些經(jīng)典古詩(shī)詞中的現(xiàn)象可以用膨脹功解釋？生產(chǎn)生活應(yīng)用還有哪些膨脹功應(yīng)用的相關(guān)實(shí)例？哪些最新科技創(chuàng)新應(yīng)用了膨脹功的原理？請(qǐng)同學(xué)們分析背后的原因，撰寫(xiě)一篇論文。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)梳理本節(jié)課所學(xué)的膨脹功的重難點(diǎn)，構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)圖。同時(shí)進(jìn)行思政引導(dǎo)，強(qiáng)化理論知識(shí)和思政教育效果。

通過(guò)學(xué)生拓展膨脹功的知識(shí)，感受物理化學(xué)原理在中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化、日常生活和科技創(chuàng)新中的應(yīng)用，內(nèi)化思政教育。

六? 結(jié)束語(yǔ)

以膨脹功為例的物理化學(xué)課程思政教學(xué)設(shè)計(jì)，將中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化、工程生產(chǎn)實(shí)例等思政元素的思政線與現(xiàn)象—本質(zhì)—規(guī)律的知識(shí)線有機(jī)融合，充分發(fā)揮物理化學(xué)課程的育人功能，讓枯燥的理論學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化為生動(dòng)有趣的知識(shí)盛宴。在教學(xué)過(guò)程中以學(xué)生發(fā)展為中心，做到問(wèn)題驅(qū)動(dòng)、理實(shí)一體、學(xué)練結(jié)合。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張樹(shù)永.高?；瘜W(xué)類專業(yè)課程思政建設(shè)目標(biāo)與實(shí)現(xiàn)途徑芻議——以物理化學(xué)課程教學(xué)為例[J].大學(xué)化學(xué)，2019，34（11）：4-9.

[2] 王旭珍，王新平，王新葵，等.大道至簡(jiǎn)，潤(rùn)物無(wú)聲——物理化學(xué)課程思政的實(shí)踐[J].大學(xué)化學(xué)，2019，34（11）：77-81.

[3] 孫艷輝，南俊民，馬國(guó)正，等.物理化學(xué)課程思政教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐[J].大學(xué)化學(xué)，2021，36（3）：213-218.

[4] 郭暢，方暉，白國(guó)梁，等.構(gòu)建“1421模式”提升課程育人實(shí)效——以物理化學(xué)課程群建設(shè)為例[J].大學(xué)化學(xué)，2022，37（10）：131-138.

[5] 左晶，劉向榮，梁耀東.歷史思維下物理化學(xué)課程思政的思考[J].高教學(xué)刊，2022，8（21）：180-184.

[6] 傅獻(xiàn)彩，候文華.物理化學(xué)上冊(cè)[M].6版.北京：高等教育出版社，2022.

[7] 張樹(shù)永，李金林，范樓珍，等.高等學(xué)?；瘜W(xué)類專業(yè)物理化學(xué)相關(guān)教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)要求建議（2020版）[J].大學(xué)化學(xué)，2021，36（1）：1-10.

[8] ATKINS P， PAULA J D， KEELER J. Atkins' Physical Chemistry[M].U.S.A： Oxford University Press， 2018：36.

[9] 馮學(xué)民，蔡德利.土壤溫度與氣溫及緯度和海拔關(guān)系的研究[J].土壤學(xué)報(bào)，2004，41（3）：489-491.