以学生为主体开展物理化学实验“课程思政”教学实践

何乐芹，师程程，郝勇静，韩帅，孟晓彩，杨甲甲，康莲薇

河北工程大学材料科学与工程学院，河北 邯郸 056038

新时代背景下高等院校的思想政治教育正面临着新的挑战，“课程思政”是当前国内高等院校普遍关注的一个重大课题[1]。课程思政理念主要体现在把思想政治工作和思想价值引领贯穿教育教学全过程和各环节，发挥各门课程的育人功能，发挥广大教师在课程教学中的育人责任，使各类课程与思政课同向同行，形成协同效应[2]。课程思政已在广大教师中形成了共识，教师积极参与探索构建全员、全课程的大思政教育体系[3]。现今各类化学课堂都在进行思政教学尝试，致力于培养具有家国情怀、全球视野、创新精神和实践能力的卓越人才[4,5]。物理化学理论和实验课程是高校化学、化工、环境、生物、能源、材料等大类专业的基础课，其课程改革建设必须紧跟时代步伐，积极探索将思政元素融入专业课程教学的思路[6–8]。物理化学实验是培养学生实践能力的重要环节，在有限的实验教学时间内，既需要使学生巩固课堂教学所学的理论知识、提高学生的实验技能和动手能力、掌握科学研究的正确方法，又需要巧妙有效地融入课程思政教育内容。因此，采用何种方式、方法将思政元素引入实验课堂值得探索。

张树永教授[9]提出课程思政建设应以专业人才培养目标为指引，基于“以学生为中心”“以产出为导向”的理念进行系统设计和实施。课程教学目标的实现有赖于师生的共同努力。教师必须明确告知学生整个课程以及每节课的教学目标，并通过讲授、指导、自学和考核等方式，引导学生达成这一目标[10]。以学生为中心就是不仅要关心教师“教什么”“怎么教”，更应该关注学生“学什么”“怎么学”，使学生成为课程思政学习和实践的主体。基于此，笔者针对所承担的物理化学实验课，开展了以学生为主体融入课程思政的教学实践。在教学过程中，以教师为主导，明确向学生讲解课程的知识技能目标和思政目标，要求学生主动探索课程的思政内容，挖掘课程思政元素，并以课堂案例讲解、课程总结等方式呈现出来，将学生对课程思政的参与情况纳入课程的成绩评定，取得了良好的教学效果。

1 以教师为主导提出思政目标

物理化学实验是培养学生科学的思维方法、实验技能、综合实验能力和创新研究能力的重要环节。物理化学实验教学及实验报告内容一般包括实验目的、实验原理、仪器与试剂、实验步骤、数据记录与处理、思考题六大部分，每一项都蕴含着丰富的思政元素，我们在实验开始即向学生讲解各项内容的总体要求。同时，为了开展以学生为主体的课程思政教育，也以此六项内容为基础，提出了课程的思政教育目标(图1)，引导学生积极参与，与教师共同挖掘课程的思政内容。

图1 物理化学实验课程思政设计

1.1 课程思政设计思路和目标

(1) 实验目的：物理化学实验目的一般给出实验需测定的物理量和测定方法，学生通常只是将实验目的抄写在实验报告上，并未做深入思考。思政教育要求学生就实验目的中提出的基本物理化学概念和测定方法，思考学科发展史、实验方法应用等思政内容，提高科学文化修养。如“燃烧热的测定”实验，可以根据实验目的梳理量热法的科研应用、氧弹量热计的发展历程等。

(2) 实验原理：实验原理给出实验方法的理论推导、相关公式等信息，其中渗透着科学思维和经典理论。课程思政教育要求学生理解各种定律和理论的形成，了解各种理想模型的建立和公式的推导，培养科研精神和创新意识。

(3) 仪器与试剂：对于仪器，学生不仅要了解仪器的原理构造，熟悉仪器的组装和测量方法，还要了解仪器的发明发展历程，通过了解仪器的国内外生产应用现状培养学生的家国情怀和创新意识；对于试剂，学生不仅要了解试剂的物理、化学性质，还要了解试剂的安全性和对环境的影响，培养环保意识，促进形成可持续发展观。

(4) 实验步骤：学生通过实验步骤掌握测量物理量的基本技术，通过分工协作完成实验操作，提高团结合作意识；通过查阅文献资料了解所学测量技术在国内外科研机构的应用进展概况，培养学生的国际视野，促进学生树立就业和未来发展目标。

(5) 数据记录与处理：通过记录实验数据、分析实验结果，提高学生分析问题解决问题的能力，培养学生严谨、求实的科研精神。

(6) 实验拓展：学生完成相关思考题，促进对相关理论知识的理解和应用。进一步可以挖掘与实验相关的科学家生平轶事、科研贡献简介，培养学生坚韧不拔、勇攀科学高峰的精神，体会科学家的奋斗与国家社会发展的关系。

1.2 思政教育实现方法

实验课学时有限，在每一个实验开始前，教师先梳理实验中的思政元素，引导学生在完成实验知识技能目标的同时，与教师共同挖掘实验中的思政元素。

(1) 我们把每班学生分成6个小组(每组4–5人)，在某个实验即将开始前，教师提前与某个小组的同学进行面对面的沟通，探讨各项实验内容中可能存在的思政元素，确定该实验的思政点，我们把与教师沟通的小组称为“思政值日小组”。各小组轮流作为思政值日小组，在教师的引导下按照上述各项思政目标挖掘各实验的思政元素，由值日小组将各实验对应的思政内容总结整理成PPT文档，上传至本课程的学习通在线平台上，设置任务点供全班同学共同学习。

(2) 学生进入实验室以后，思政值日小组选1–2名学生代表讲解思政PPT，用时10–15分钟。学生不仅讲解搜集到的思政内容，还加入自己的感想，激励全班同学。教师对学生的讲解进行点评，将思政内容总结升华，激发起学生的学习热情，随后再引导学生完成实验的各项知识技能任务。

(3) 要求所有学生在实验报告中总结自己感兴趣的思政内容和感悟到的思政目标。为了督促学生积极参与，将学生参与挖掘思政元素积极性、学生在实验报告中对思政内容的总结情况纳入期末成绩评定。

2 以学生为主体挖掘思政元素

为了使学生深度参与课堂思政教学，我们要求学生在上课时讲解所挖掘的思政内容。学生在上课时通过PPT总结和讲解的思政点如表1所示。我们尝试过将思政内容录制讲解视频发给学生，但遇到的问题是学生课业任务繁重，课前对视频的观看率并不高。所以我们注重凝练上课时前10–15分钟讲解的思政点，学生结合PPT和板书讲解，教师及时总结升华，高效地完成了思政教育目标。课前讲解思政点是在教师的引导下，由教师和学生共同仔细筛选出来的，在进行思政教育的同时，对达到实验的知识技能目标也起到了促进作用。

表1 物理化学实验教学中引入的思政元素

2.1 课堂思政教学过程举例

2.1.1 静态法测定液体的饱和蒸气压

本实验的目的是用静态法测定乙醇在不同温度下的饱和蒸气压，进而用作图法求出乙醇在该温度区间的平均摩尔蒸发焓。教师通过与学生交流了解到，很多学生对饱和蒸气压的概念理解不到位，有的同学甚至不能回答“液体蒸气压越高，沸点越低还是越高?”的问题，说明学生在理论学习时，对此知识点学习的不扎实。因此，教师给思政值日小组的学生布置任务：理解饱和蒸气压的概念，并给同学讲解清楚。学生不仅查阅课本整理了有关饱和蒸气压的概念、习题和工业应用，还检索了相关科研文献[11]分享至本课程的学习通平台。本实验原理的主要依据是描述纯液体饱和蒸气压与温度关系的克劳修斯-克拉贝龙方程，教师引导思政值日小组同学介绍科学家克劳修斯、克拉贝龙的科研贡献，介绍克劳修斯-克拉贝龙方程的推导和适用条件。本实验需要用作图法处理数据，以往学生多用坐标纸或Excel软件作图。Origin软件是科研中常用的软件，教师建议学生学习并使用Origin软件作图，学生积极下载安装Origin软件，学习软件的用法，带动全班同学在需要用作图法处理实验数据时，也都学习使用Origin软件。学生讲解后，教师及时总结，引导学生对于每一个实验涉及的基本物理化学概念都要认真理解和应用，学会实验测量方法，提高自主学习能力，养成终身学习习惯。

2.1.2 燃烧热的测定

本实验的目的是用氧弹量热计测定蔗糖的燃烧热。教师先带领思政值日小组的同学到实验室认识实验仪器，学生纷纷提出问题：“老师，我们学会了用氧弹量热计测燃烧热，除了帮助理解这一部分的理论知识，对以后的学习有什么用？”“氧弹量热计在实际生产生活有应用吗？”在教师的引导下，学生积极查阅网络资料和科研文献[12]，了解到用氧弹量热计能准确快速测量出煤炭、石油和食品等的热值，在能源、建筑、消防行业有广泛应用。了解了国内外氧弹量热计发展现状，氧弹量热计的工作原理、基本结构和分类。学生尤其关注到国外氧弹热量计最主要的生产企业以美国Parr公司和德国IKA公司为代表，美国Parr公司是氧弹量热计的创始者和最早的专业生产企业，从1899年S. W. Parr教授研发第1台商业热量计至今，已经历了100多年的历史。国内对氧弹量热计的生产和应用还落后于国际水平，进一步激发了学生努力学习，参与到国家基础建设的热情。在建设祖国大目标的指引下，学生产生了现阶段努力的小目标：考研。学生讲解量热学在科研中的应用举例、介绍中国科学院大连化学物理研究所热化学实验室，教师适时总结、引导学生要有时代紧迫感和责任感，学好专业本领和技能，志存高远。学生受到激励和鼓舞后，在后续完成各步实验任务时格外认真，并利用课堂时间积极向老师提出关于该部分理论知识的问题，很多同学向老师咨询考研该如何准备。在完成实验报告时认真处理实验数据，总结自己的收获。

2.1.3 二组分气液相图的绘制

本实验可以加深学生对相图、相律等基本概念的理解。相律为多相平衡系统的研究建立了热力学基础，是物理化学中最具普遍性的规律之一。相律的提出者是美国物理化学家吉布斯，吉布斯在论文《论复相物质的平衡》中，首次提出了独立组分并明确了相的概念，进而分析所有热力学量之间的独立关系得出了相律。吉布斯对化学热力学的贡献还包括：发展了热力学第二定律，提出平衡稳定性判据；引入函数与化学势，提出热力学基本方程，创建了化学热力学这个分支学科；开创了表面热力学的研究。吉布斯缜密严谨的学风，逻辑推绎归纳的能力，将数理知识远见卓识地融于热力学之中，使他最终登上了热力学的高峰。学生在PPT讲解中还介绍了对相平衡研究有卓越贡献的黄子卿先生、赵慕愚先生的贡献，激发了学生的爱国情怀和社会责任感。本实验在操作中需要用沸点仪测定不同组成溶液的沸点、用折光仪测定所得气、液相的折光率、测一组标准溶液的折光率并绘制标准曲线，教师引导学生做好分工，合作完成实验任务，培养了学生团结协作的职业素养。通过学生讲解思政点、教师总结思政目标后，所有学生都得到了激励和引导，在实验过程中学生积极和教师探讨相图的应用、相图的读图方法、仪器的不足与改进、用Origin软件绘制相图的方法等，以及有哪些科研院所或高校在相平衡方面做得好等问题。教师充分利用实验课可以与学生面对面讨论问题的优势，对学生给以指导，要求学生将自己感兴趣的问题总结到实验报告中。学生在学习实验技能、接受思政教育的同时，也提高了文献查阅、总结的能力。

2.2 学生实验报告总结思政点

教师不仅在课堂教学中开展课程思政教育，同时利用本课程的学习通在线平台和QQ群在线上开展课后答疑、讨论、网上交流等，加强与学生对话。不仅解答学生有关实验原理、实验数据处理、实验思考题等理论知识的问题，也注重适时引导学的思想价值观，为学生在就业、考研方面解惑答疑。教师要求学生将线上答疑的内容和课堂思政内容总结到实验报告中(图2)，作为课程成绩评定的依据，督促学生主动总结，将理论知识和思政内容内化入心。

图2 学生实验报告中的部分总结(燃烧热测定实验)

3 教学效果

通过“教师引导、学生主体”挖掘课程思政元素，用“学生讲解、教师总结”的方式向学生传达思政内容，对物理化学实验课程思政教育起到了促进作用。

首先，引入课程思政元素的过程加强了师生交流互动。在确定某个实验的思政元素之前，教师会仔细思考实验环节蕴含的思政内容，然后与思政值日小组的同学进行面对面的沟通，了解学生的需求，同时利用课程QQ群与班内其他同学交流。使课堂讲解的思政内容切实能引起学生的关注，解答学业困惑和生涯困惑。

其次，以学生为主体的教学方式，保证学生深度参与教学，保障课程思政教育入心入脑。学生挖掘思政元素的过程，可以促使学生相互交流、相互借鉴；学生总结、讲解思政内容的过程可以培养学生的书面和口头表达能力。以学生为中心的课堂教学，明显提升了学生的积极性，学生在课前、课中和课后都积极和教师讨论问题，甚至结课后面对考研、就业问题也经常向教师寻求帮助。

第三，及时有效的测评是保证教学效果的必要手段。本课程注重对实验知识技能目标的检测，设置了预习测试题、课堂提问、期末测试题、实验思考题等及时对教学效果进行测评；对于学生在思政教育中的参与情况也进行了测评，依据作为思政值日小组挖掘思政元素时的积极性、课堂思政讲解PPT的质量、实验报告总结情况给出思政成绩，占期末成绩的20%，对学生积极参与思政教学起到了督促作用。

4 结语

在物理化学实验教学过程中，通过以学生为主体开展上述思政教学活动，加强了师生互动，激发了学生的探究兴趣和学习热情，让每一名学生都成为课前的准备者、课堂的参与者、课后的思考者，促进了在实验课程教学中形成“价值引领、能力培养、知识传授”的育人导向，有利于将思政教育与专业教育高效融合，全面落实专业育人目标。在今后的实验教学中，继续设计和完善以学生为主体开展思政教育的教学模式，同时加强线上线下结合教学，利用线上教学平台和虚拟实验平台辅助实验知识技能目标和思政教育目标顺利完成，是我们努力的方向。