工科物理化学教学课程思政研究

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[摘要]课程思政在实现价值塑造、知识传授和能力培养三者融为一体的高等学校人才培养目标中发挥着重要的作用。在工科物理化学教学中，以蕴含丰富思政元素的案例系统地进行了课程思政教学。内容包括个人成长篇、科学思维篇和工程应用篇三个部分。培养了学生的个人成长基本素养，创新性探索未知世界的科学思维方法，理论联系实际的工程思维能力。

[关键词]工科物理化学；课程思政；个人成长素养；科学思维方法；工程应用能力

高等学校人才培养必须将价值塑造、知识传授和能力培养三者融为一体，要在知识传授和能力培养之中融入价值观引导，帮助学生建立正确的世界观、人生观、价值观[1]，为民族复兴和国家崛起培养德才兼备的后备人才。2020年5月28日，教育部印发《高等学校课程思政建设指导纲要》，进一步细化了理工类专业课程思政的要求。理学类专业的课程，要训练科学思维方法、加强科学伦理教育，培养学生探索未知、追求真理、勇攀科学高峰的责任感和使命感。工学类专业的课程，要强化工程伦理教育，培养精益求精的大国工匠精神，激发学生科技报国的家国情怀和使命担当[2]。四川大学面向工科学生开设的《物理化学》课程，在大学二年级执行。经过一年的大学学习，有同学仍然没有明确大学的学习目标，出现了学习热情丧失、疲于应付学业的现象；有同学仍然沿用中学时期的题海战术，没有适应大学的学习方法。《物理化学》是化工类各专业本科生一门重要的主干基础课程，具有较强的理论性、系统性和逻辑性。由于学科公式繁多、概念严格及推导复杂，容易导致学生学习困难、理论与实际脱节等问题，不利于大化工类相关专业后续课程的学习。为了解决学生的学习动力与学习方法问题，长期以来，在教学过程中，经过反复锤炼，形成了一套较为完整的融合思政元素的教学内容。课程思政内容包括个人成长篇、科学思维篇和工程应用篇三个部分。目的是提升大学生创新意识和能力、工程应用能力及科学探索精神；在潜移默化中坚定学生实业兴邦的理想信念、厚植爱国主义情怀、加强品德修养，提升学生的综合素质；在教学中陶冶情操、温润心灵、激发创造创新活力。

1课程思政的主要内容

1.1个人成长篇

通过介绍杰出校友的成功案例及科学家的生平事迹，培养学生在个人成长中需要具备的基本素养，提升学生综合素质和能力，陶冶情操、温润心灵。1.1.1案例一：实业兴邦、规划和积累、技能和方法物理化学是所有其他化学课程共同的基础，需要学生一方面学会从理论的高度来认识精彩纷呈的化学现象的本质，另一方面又学会如何通过物理量的测量，来了解某些物理化学过程，从而能够有效地调控其中的关键步骤或整个过程。它对于学生科学思维、工程应用能力、综合素质的培养和提高起着至关重要的作用[3]。因此，要求学生在开始接触物理化学时，就要重视本课程的知识框架和学科的思想方法。在绪论中，以2011年四川大学的杰出校友海普瑞公司董事长李锂致我校校友会的书信开篇；从书信中的“一九八四年的春天，开始了对糖化学和肝素的兴趣和研究。”及李锂的简历推断，一九八四年的春天正值李锂大学一年级下期学习阶段，引出“规划与积累”思政元素；从书信中“系统地受学术思想的影响并且受到适当的技能的培训。”导出“技能与方法”思政元素；结合李锂个人的成长历程，引导学生重视个人能力的成长，并将自身的成长规划与国家的长远目标结合起来，融入自身的思想和行动中，激发科技报国、实业兴邦的家国情怀和使命担当。1.1.2案例二：如何让生命充满生机与活力？在学习吉布斯函数时，介绍对物理化学作出杰出贡献的物理学家吉布斯(GibbsWG)的生平故事。1836年他因为《几何学研究设计火车齿轮》的研究获得美国历史上第一个博士学位，同时也给他带来了巨大的名气和财富之后，不计名利地投身于基础科学问题“如何描述功与热量的关系？”的研究[4]。吉布斯研究的动力是什么？同时也给学生提出思考问题：如何让你的生命充满生机与活力？在课程结束时，分享本人的观点和方法。引导学生在困境中坚强努力、积极向上，陶冶情操、温润心灵、激发创造创新活力。本人观点如下：首先要发现美，介绍中国科学技术大学先进技术研究院和清华大学出版社联合出版的《美丽化学》视频[5]，发现化学中的美；进而发现物理化学的美，如逻辑之美、简约之美等。例如：统计热力学处理纷繁复杂的微观粒子组成的系统，用概率最大的玻尔兹曼分布代替平衡分布，进而根据粒子的能量得到系统的能量，方法之精妙而简洁。其次需要创造成就感，以肺炎爆发时钟南山院士被急招赴武汉动车餐车上的照片和总书记为钟南山院士颁发“共和国勋章”的照片为思政元素，体验成就感有助于享受学习的过程，激发生命的激情与活力。最后需要好的方法，大量时间精力的投入收获不到良好的效果会挫伤学生的积极性，产生学习懈怠与疲惫感。学生的学习需要有以下几个层次，首先向有经验的人学习，然后向书本系统地学习，最后在实践中学习，要向小马过河一样摸索着前进，并不断地自我总结与反思。此外，在讲解可逆过程的概念时，引申出秦始皇派徐福去寻找长生不老的仙药的历史故事，结合李白“君不见高堂明镜悲白发，朝如青丝暮成雪”的诗句，给出“人生就是一个不可逆过程”，规劝年轻的同学们，珍惜生命中的每一天。

1.2科学思维篇

引入物理化学科技发展史的相关内容，通过介绍科学发现过程中蕴含的内在逻辑、思辨方法与关键创新点，渗透唯物论和辩证法教育。培养学生创新性探索未知世界的科学思维方法，创新意识和能力，引导学生树立追求真理、勇攀高峰、求真务实的科学作风。例如：1.2.1案例三：热力学第二定律的发现追溯热力学第二定律的开尔文(Kelvin)说法的发展历程，最早是基于卡诺(CarnotNLS)的工作。卡诺从提高热机效率的目标出发，根据可逆过程系统做功做大、环境做功最小的特点，以极简的四个可逆的卡诺循环，出色地运用了理想模型的研究方法，精心构思了理想化的热机-卡诺热机，提出了作为热力学重要理论基础的卡诺定理，从理论上解决了提高热机效率的根本途径。克拉佩龙(ClapeyronBP)在卡诺工作的基础上，进一步研究，发表了《论热的动力》论文。开尔文读了克拉佩龙的文章后，1851年从热功转换的角度提出了热力学第二定律的开尔文说法。1.2.2案例四：热力学第三定律的发现1902年，理查兹(RichardsTW)在研究低温下凝聚系统电池反应时发现，温度越低，同一电池反应恒温下的ΔrGm和ΔrHm的值越接近。能斯特(NernstWH)根据ΔrGm=ΔrHm-TΔrSm的关系，创新性地思考可能是由于ΔrSm导致的。因而大胆地提出能斯特热定理，后经普朗克(PlanckPM)、路易斯(LewisGN)和吉布森(GibsonGE)等人发展成热力学第三定律。由于能斯特在热力学第三定律发现过程中的开创性工作，获得了1920年诺贝尔化学奖。

1.3工程应用篇

1.3.1案例五：工程应用实例通过将新的研究领域和成果引入课堂教学，讲解将物理化学的基本原理用来解决实际问题的实例，激发学生积极探索、理论联系实际的工程思维能力。例如：在化学动力学中，结合四川大学燃烧动力学中心的研究所涉及的化学动力学知识，将我国航空航天发动机(这一卡脖子的关键问题)设计时所需的碳氢燃料燃烧机理的构建及应用引入课堂，激发学生科技报国的家国情怀和使命担当。在相变热力学中，介绍超临界流体萃取技术原理，以二氧化碳超临界流体萃取为例，介绍萃取工艺和装置，及用于从啤酒花中提取啤酒花浸膏的工程实例。1.3.2案例六：学生训练学习了热力学基础、多相多组分系统热力学、相变热力学和化学反应热力学等章节后，布置课程论文，介绍常用的中文资料获取方法。论文要求将基本原理、装置或工艺及应用实例相结合。如：(1)稀溶液的依数性在化学科学研究或工业生产上的应用，(2)超临界流体萃取的应用，(3)恒沸精馏的应用(萃取精馏、共沸精馏、加盐精馏等)，(4)水蒸气蒸馏在工业生产中的应用，(5)结合自己的专业自拟题目等。对学生的论文仔细批阅，并在课上点评。学习了化学动力学、电化学、表面化学和胶体化学等章节后，开展探究式的小班讨论，强化工程伦理教育，培养精益求精的大国工匠精神。选择完成推荐题目之一：(1)电化学在金属腐蚀与防护的应用，(2)废旧电池的回收与再利用，(3)高能电池、微型电池的发展及研究，(4)燃料电池的进展及应用，(5)生物表面活性剂及其应用，(6)荷叶效应及其应用，(7)自拟题目等。

2学生的收获与反馈

教书必须要育人的宗旨。不少学生慢慢掌握了物理化学的学科思想方法，有同学因为前沿研究内容的介绍，进入大学生创新项目，选择了自己热爱的专业；有同学在进入博士硕士研究生课题时，遇到基础的物理化学问题，也乐于找我讨论，我也收获了教学相长。在课程结束以后，从收集的学生对本课程思政的反馈意见中，发现学生在下面两个方面收获最大。一是关于“发现美和成就感”。理工科学生由于人文知识匮乏，有的学生没有享受学习的过程和结果，缺乏学习内驱力而一味追求高分，反而容易导致心理问题。通过思考，有学生触类旁通，谈到“不仅仅是物理化学，其他的学科，比如物理学中揭示电磁本质的麦克斯韦方程组，用极为简洁的四组方程，将看不见、摸不着的电与磁相结合，揭去它们神秘的面纱，并将它们运用到无所不在的地步。”。并进一步指出：“科学中的美往往让人难以理解，但是它们客观存在，所谓“发现美的眼睛”就是要我们不断增长学识，开拓眼界，培养对科学的兴趣，这样我们才能更容易地在科学之中“发现美”；之后，我们的兴趣更有可能转变为热爱，让我们享受所投身的事情，让生命充满生机与活力。”二是关于学习方法不当。一个大学四年级重修物理化学课程的学生认为自己花了大量的时间和精力，但方法不当造成学习效果差，进而导致学习积极性丧失；他反思，“我们觉得一件事情非常枯燥，并不一定是我们不喜欢它，而是我们没有好好地思考，应该以何种方式去接受它，唯有找对方法才可激发兴趣并长远地走下去。”这样的例子迫使我思考如何更有效地将学习方法的掌握融入知识的传授中。

3结语

课程思政教学既需要始终贯穿于教学中，也需要与时俱进的积累。时代的发展对高等教育提出了新的要求，专业课老师一方面需要研究大学生在新时代下的学习心理，结合工科物理化学学科特色和其中蕴含的科学哲理，反复实践，实现课程思政教学良好的可操作性，避免出现脱离实际的空洞的说教式灌输方式；另一方面也需要密切关注物理化学领域的研究前沿与热点；二者相结合，不断提高自己的教学水平，以收获良好的教学效果。

参考文献

[1]委华，张俊宗．新时代高等教育课程思政的理论基础[J]．中国高等教育，2020，(9)：19-21．

[2]《高等学校课程思政建设指导纲要》．

[3]谈宁馨，朱权．工科物理化学课程小班研讨内容的思考[J]．大学教育，2014，(3)：21-22．

[4]赵蕊愚，肖良质．不求闻达、唯求真知的一生—美国物理学家吉布斯传略[J]．自然杂志，1985，8(6)：466-468．

[5]梁琰．用化学之美打动大众[EB/OL]，2014．

作者：谈宁馨 刘嘉欣 朱权 单位：四川大学化学工程学院