“物理化学”课程中能力培养与素质教育融合的探索与实践

刘玉文 夏美荣 于升学 张 琳 李雪爱 张 璐 谌 岩 王艳芝 邵光杰

(燕山大学 环境与化学工程学院，河北 秦皇岛 066004)

建设教育强国是中华民族伟大复兴的基础工程。2016年12月习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上明确提出，用好课堂教学主渠道，各门课程都要“守好一段渠、种好责任田”，各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应。用好课程思政改革的红利，推进能力培养与素质教育融合，实现第二个百年目标，是新时代赋予我们教育工作者的使命。“知行合一、润物无声”是物理化学课程思政改革者的共识，也是保证课程思政永续发展的动力源泉。

“物理化学”课程是培养高素质化学化工专门人才的学科基础课，是一门无处不在的学科，也是通往科学之巅的学科。如何守住“物理化学”这段渠？本文进行了深入的探索和实践。

1 “物理化学”课程思政的理论分析

“课程思政”的内涵丰富而有生命力，在提高教师和学生专业能力和思想素质方面发挥着重要作用。“物理化学”课程思政包含社会主义核心价值观、唯物主义辩证法、科学伦理以及创新精神。正确的价值观和科学观与知识体系的构建和解决问题能力是学生成为国家栋梁的关键。

“物理化学”课程是用物理学、数学的方法研究化学中最基本规律的学科，它遵循自然科学研究问题的一般原则：归纳大量事实，得出经验规律，思维加工提出假说，实践检验形成理论。也就是按照“实践、认识、再实践、再认识”的过程，符合辩证唯物主义的认识论。“物理化学”课程是课程思政的“原住民”，它的知识理论体系的建立和发展符合事物发展的一般规律，助力学生科学观的养成。

2 “物理化学”课程中能力培养与素质教育的实践

本文以燕山大学物理化学教研室参与编写的《物理化学》教材为依托，挖掘课程中的思政元素，实现学生能力培养与素质教育的融合。

绪论：可以植入物理化学的发展史、科学家的励志名言、耳熟能详的文学素材等，培养学生的责任担当和人文素养。例如，物理化学体系的构建涉及到多位诺贝尔奖得主和著名的科学家，洛蒙诺索夫、范托夫、阿仑尼乌斯、奥斯特瓦尔德、吉布斯、朗缪尔、玻尔兹曼和普朗克。借用《雾里看花》中几句经典歌词描述物理化学的地位，“物理化学将借给你一双慧眼，让你把与化学相关的学科领域内部最深奥的秘密看得清清楚楚、明明白白，将给你插上一双翅膀，让你自由地翱翔在化学的昨天、今天和明天，领略到化学和物质科学无边的魅力。”《望岳》中“会当凌绝顶，一览众山小。”激励师生将本书学完以后，站在一个新的高度来看待化学，看待科学，乃至看待整个世界。在谈及学习方法时，引用我国数学家华罗庚的一句话，“在学生时代，别人花1小时，我就花2小时，而到工作时，别人花1小时能够解决的问题，我可能用更少的时间就解决了。”

热力学第一定律：古人云，“有所不为才能有所作为”和“舍得”的哲学对理解“热力学的特点和局限性”贴切而含义深远。“绝热反应(最高反应温度的计算)”与火箭推进剂的选择，值得骄傲的航天科技发展。科学家焦耳的故事，热和功的单位都以他的名字“焦耳”命名。

热力学第二定律：《虞美人》中，“问君能有几多愁？恰似一江春水向东流”引出“自发过程”。石灰石和芒硝不能自发形成纯碱，路布兰法→氨碱法→侯氏制碱法，通过改变条件使不可能变成可能，而且工艺不断绿色化。利用这一创新案例说明自发变化的方向和平衡条件。从熵增加原理与垃圾分类的关系理解国家政策实施的必要性，体现责任担当[1]。热机与内燃机、高铁，理论与实践的结合，民族自信。卡诺、克劳修斯对热力学第二定律的贡献，他们的故事体现科学的传承及科学精神。热力学第三定律的建立是多位科学家不断探索得出的，包括理查兹、能斯特、普朗克、路易斯和吉布斯，它们的励志故事催人奋进。例如，吉布斯：美国物理化学家、数学物理学家，从小体弱多病，日常活动就是在附近的小山上慢慢地独行，这有助于他的肺部，也使他养成善于思考的习惯。在他进入耶鲁大学工程系不久，家里惨遭不幸，一下子夺去了他爸妈与二个妹妹的生命。但这些并没有使他倒下去，他慢慢由痛苦的深渊中爬出来，继续读书，发表了奠定化学热力学基础的经典之作《论非均相物体的平衡》。

溶液：亨利定律与气泡水饮料、水产养殖的关系；稀溶液的依数性在实际生产生活中的广泛应用，例如，凝固点降低与冷冻液，渗透压与反渗透净化海水、血液透析，提升学生解决实际问题的能力[2]。分配定律与萃取精馏。

化学平衡：平衡移动原理与《游山西村》中，“山重水复疑无路，柳暗花明又一村。”；化学平衡条件与合成氨工艺的创新：化学热力学指出，氮气和氢气在一定的温度和压力下可以转变成氨，且加压降温有利于氨的合成，从动力学角度，温度太低反应速率太小。1904年，德国化学家哈伯在常压下用铁作催化剂，在1 000 ℃获得了少量的合成氨，因此获得1918年诺贝尔化学奖。合成氨工业化的关键问题是高效催化剂和耐高温高压的设备，后者由德国巴斯夫公司的工程师博施解决了，开启了高压化工新领域，合成氨肥料开始大批量生产[3]。

化学动力学基础：与一级反应相关的放射性同位素碳14的定年法，可以确定文物、化石等的年代；催化原理与卢嘉锡的“福州模型”、过渡态理论与孙承谔，提升民族自豪感；复杂反应处理方法中速控步法与团队精神；链式反应应用与科普读物《寂静的春天》[4]。

相平衡：吉布斯相律从发现到应用历时几十年，成功往往需要忍辱负重，培养学生的责任担当；黄子卿先生精确测出水的三相点，并被IUPAC确定为热力学温标的基准点，虽然依托于美国的科研环境和实验条件可以有更好的成果，但他依然坚持回到祖国，为祖国发展做出巨大贡献，励志家国情怀。相平衡原理与低温热棒在青藏铁路建设中的应用，民族自豪感[2,5]。

电化学基础：离子独立移动定律与科尔劳许；电离理论：阿仑尼乌斯提出电离理论，当时不被人理解，被保守的教授们嗤之以鼻，认为：“这个理论纯粹是空想，无法相信。”，但是阿伦尼乌斯仔细准备着他的论文， 坚持自己的观点，最终开创了电离学说，他打破学科的局限，从物理与化学的联系上去研究电解质溶液的导电性。电解质溶液与中国科学家李方训、梁敬魁[6]；现代电化学工业与新能源开发利用的蓬勃发展，例如太阳能电池、燃料电池、锂离子电池等能量存贮与转换领域电化学的指导与创新作用，我国企业的领先地位。

表面现象：BET吸附理论与材料表面积测定；表面活性剂在科技前沿领域的应用；荷叶效应与超疏水仿生材料；表面张力与《爱莲说》中“予独爱莲之出淤泥而不染”、《侍宴诗》中 “嫩竹犹含粉，初荷未聚尘”、《暮江吟》中“露似真珠月似弓”、《咏露珠》“秋露滚玉盘”[7]。固体表面吸附与粉尘爆炸。雾霾的表面物理化学原理及其预防，树立“绿水青山就是金山银山”环保意识，人与自然和谐共生。

胶体化学：中国科学家傅鹰出生于国家内外交困的1902年，深感国家频遭外国列强欺侮是国家贫弱和清廷腐败所致，遂萌发了强国富民的愿望，立志走科学救国的道路。尽管在美国有优厚的待遇，然而，傅鹰牵挂着苦难中的祖国和人民，中华人民共和国成立后，历经重重阻挠回到了祖国的怀抱。1954 年他在北京大学创建了我国第一个胶体化学教研室。邓小平同志亲自批示傅鹰先生为“勤勤恳恳、顽强奋斗，为科学和教育事业贡献一生的伟大爱国者”；胶体化学家虞宏正的爱国情怀[8]。

物理化学课程中能力培养与素质教育相融合的手段和模式可以因人、因时、因地而异，先进的教学平台和信息化技术提供了广阔的创新发展空间，利用MOOC、雨课堂、超星泛雅等线上教学平台实施“导学-研学-思学”和“课前、课上和课后”三阶段物理化学课程教学新模式，以小论文、小课题、专题案例等形式展开物理化学的素质教育实现可持续发展[7,9，10]。“至简至趣，润物无声”是物理化学课程能力与素质教育追求的境界，也是其可持续发展的保障[11]。其中“榜样”的力量至关重要，科学家的故事，激励我们在科学的道路上永攀高峰。一线教师是学生身边的榜样，做到“知”已不易，而“行”更具挑战性。做到知行合一，课程思政就会深入师生的内心，悟化为行动，实现能力与素质的融合发展[12]。《荀子·劝学篇》中，“积土成山，风雨兴焉；积水成渊，蛟龙生焉。”从身边的小事做起，潜心教学，关爱学生，坚守“传道、受业、解惑”的职责，做好学生人生发展的领路人。

3 结语

课程思政的春风吹遍祖国的大江南北，生机盎然的教育事业即将到来。我们作为高等教育前沿阵地的冲锋战士，有什么理由不奋勇向前，为祖国的明天培养高素质的建设者和接班人。“跨过鸭绿江”再现革命先驱为祖国的安定视死如归，我们也可以为祖国的教育事业“淡泊名利”、“与时俱进”，坚持“不以恶小而为之，不以善小而不为”的原则，不忘初心，定能为祖国教育事业的发展贡献一份力量。学习有志向，学习有希望！