“物理化学”课程思政教学案例的思考*

郭佩佩，关 爽，赵振波，尚小红，李 慧

(长春工业大学化学与生命科学学院，吉林 长春 130012)

2016年12月，习近平书记在全国高校思想政治工作会议上指出“要用好课堂教学这个主渠道，思想政治理论课要坚持在改进中加强，提升思想政治教育亲和力和针对性，满足学生成长发展需求和期待，其他各门课都要守好一段渠，种好责任田，使各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应”[1]。物理化学是我校化学工程与工艺、材料、制药工程、环境科学与工程等专业学生的必修课程，是专业课程与基础化学课程的桥梁和纽带，在课程体系中占据重要的地位[2]。作为一门建立在实验基础上的理论学科，物理化学具有很强的理论性和实践性，同时其严密的逻辑体系(热力学体系)、开放的创新平台(动力学体系已有多位诺贝尔奖获得者)，对学生进一步深入学习专业知识，培养创新能力，有着重要的作用。作为化学学科主要世界观和方法论的集成，物理化学的知识内容包含丰富的思政教育元素[3]。因此，在物理化学中融入政治认同、家国情怀、职业操守、科创精神等思政教学有助于实现全程育人、全方位育人。

1 物理化学课程思政案例实施和效果

在教学过程中我们首先对《物理化学》课程内容体系进行了调整，在讲授内容安排上注重理论联系实际。调整了章节顺序，增加了化学学科前沿成果。在教学内容上融入了大量的德育元素[4]。通过更新教学内容，使《物理化学》课程体系更加完整，授课思路更加明确，德育元素更加丰富。

1.1 在物理化学的教学过程中引入马克思主义唯物论和辩证法教育

我国化学家黄鸣龙曾在1956年以“如何向科学进军”为题向青年科学工作者讲述自己的治学方法和治学经验，他说：科学工作者必须十足唯物，不可丝毫唯心[5]。物理化学中的一些重要基本原理和定律比如能量转化和守恒定律包含极为丰富的唯物论和辩证法思想，是进行马克思主义唯物论和辩证法教育的典型素材。而能量转化和守恒定律是哲学上运动不灭的自然科学表述。

1.2 在物理化学的教学过程中培养学生的爱国主义思想和民族自信

法国生物学家巴斯德说：科学虽没有国界，但是学者却有他自己的国家。我国著名科学家钱三强也说过“虽然科学没有国界，科学家却是有祖国的。祖国再穷，是自己的。而且正因她贫穷落后，更需要我们去努力改变她的面貌。”而当今的国际局势则用事实说明了这一点。在现今这个风云变幻的世界局势下，培养学生的爱国意识和民族自信尤为重要。在讲解化学平衡时给同学们介绍我国化学家侯德榜的侯氏制碱法及其在旧中国用几年心血建立起第一流的化工厂—南京永利垭厂。抗日战争爆发后，他发出誓言：宁愿给工厂开追悼会，也决不与侵略者合作[6]。

化学热力学部分的学习过程中结合在热力学领域中标准摩尔生成焓、标准摩尔反应焓等概念的定义对化学反应热力学的重要贡献，联系华为公司5G标准制定的重要意义，从华为在通信、芯片、5G领域的发展历程，讲述新中国在科技领域取得的重大成果和进步，建立民族自信。以美国对华为、大疆等企业和高校的制裁为出发点，告诫学生努力奋斗，为中华民族伟大复兴贡献自己的力量。在化学电源知识点讲述的过程中，联系国内新能源车的蓬勃发展。以比亚迪公司为例，讲述其以中国朝代命名的电动车在不断的追赶甚至赶超特斯拉，2020年比亚迪发布的安全系数更高的磷酸铁锂刀片电池，推出的比亚迪“汉”系列电动车，说明比亚迪不仅仅是电动车领域的销售冠军，在核心部件的研发、高端车型的生产方面都有自己的优势。通过介绍民族企业的发展历程，树立我们的民族自信，发扬习近平主席“撸起袖子加油干”的精神，为实现“中国梦”努力奋斗。

1.3 在物理化学教学过程中引入物理化学家的典型事迹培养学生的职业操守、科创精神等

能斯特方程把化学能和原电池电极电位联系起来，在电化学方面有重大贡献，故以其发现者德国化学家能斯特命名，能斯特曾因此获1920年诺贝尔化学奖。能斯特的研究成果很多，主要有：发明了闻名于世的白炽灯(能斯特灯)，建议用铂氢电极为零电位电极、能斯特方程、能斯特热定理(即热力学第三定律)，低温下固体比热测定等。他把成绩的取得归功于导师奥斯特瓦尔德的培养，因而自己也毫无保留地把知识传给学生，先后有三位诺贝尔物理奖获得者(米利肯1923，安德森1936年，格拉泽1960年)。师徒五代相传是诺贝尔奖史上空前的。法拉第定律在任何温度和压力下均可使用，没有使用的限制条件。而且实验越精确，所得结果与法拉第定律吻合越好。在讲述法拉第定律时，介绍英国科学家法拉第的生平。法拉第是著名的自学成才的科学家，出生于萨里郡纽因顿一个贫苦铁匠家庭，仅上过小学。1831年，他做出了关于电力场的关键性突破，永远改变了人类文明。1831年10月17日，法拉第首次发现电磁感应现象，并进而得到产生交流电的方法。1831年10月28日法拉第发明了圆盘发电机，是人类创造出的第一个发电机。由于他在电磁学方面做出了伟大贡献，被称为“电学之父”和“交流电之父”。

早在二十年代，我国著名物理化学家黄子卿留美期间测得了当时最精确的水的三相点(0.009 8 ℃)，这一成果被国际温标组织采纳，公认为国际上通用的标准数据[7]。由于科学研究中的卓著成绩，黄子卿曾被载入美国1948年出版的世界名人录。他一生勤奋好学，勇于探索，50多年的科学生涯中，涉足多个科研领域，被誉为我国物理化学的一代宗师。黄子卿毕生从事化学教育事业，不遗余力地教育人才。他为中国物理化学的奠基人之一。同学们要胸怀大志，学以致用，报效祖国。

1.4 在物理化学教学过程中注重理论联系实际，用所学知识点解释生活中的常见问题

在讲解胶体的光学性质时可以先向学生提问天空为什么是蓝色的？如果是在月球上，天空又将呈现什么颜色？然后利用瑞利散射解释在一天中的不同时刻，日光变色的原因。比如，白天当日光经过大气层时，与半径远小于可见光波长的气体分子发生瑞利散射，而瑞利散射的强度与光的波长相关，波长越短瑞利散射越强。与红光相比波长较短的蓝光被散射从而布满整个天空，使天空呈现蓝色。当日落或日出时，太阳几乎在我们视线的正前方，此时太阳光在大气中要走相对很长的路程，你所看到的直射光中的蓝光大量都被散射了，只剩下红橙色的光，这就是日落时太阳附近呈现红色，而云也因为反射太阳光而呈现红色的原因。如果是在月球上，因为没有大气层，不存在散色，因此天空即使在白天也是黑的。

在讲解表面张力的现象和应用时，可以先向学生提问为什么露水总是尽可能的呈球型，某些昆虫则利用表面张力漂浮在水面上。此外，还可以利用天宫课堂的视频让大家了解失重环境下液体表面张力特性这一物理现象。2013年6月20日王亚平利用水袋和金属圈做成了一个水膜，展示失重状态下水的表面张力发挥作用。液体表面层内分子间存在着的相互吸引力就是表面张力，它能使液面自动收缩。表面张力是由液体分子间很大的内聚力引起的，在太空与地面液滴产生表面张力的原理以及表面张力大小都是一样的。只是，在失重的状态下，表面张力表现更为明显。失重时，水珠之间没有了重力的挤压，液滴在表面张力的作用下，都形成了最完美的球形。2022年3月23日进行的天宫课堂第二课中叶光富向王亚平手持的两片塑料板表面分别挤上水，随着两板逐渐接近，水在板间连成了一座“桥”。王亚平又慢慢将塑料板的距离拉远，“桥”也没有断开。这便是“液桥现象”。其实，在地面环境下也可以搭建液桥。我们洗手时将两根湿漉漉的手指贴合，再缓慢分开一小段距离，指间会出现一段小液柱，这就是液桥。不过，由于液体表面张力很弱，在正常的重力环境下，液桥的尺寸通常难以超过几毫米。而在空间站微重力环境下，表面张力便能“大显神通”，可以维持大尺寸的液桥不会垮塌。

2 思政案例挖掘示例

此外，除了自然科学常见的科学家爱国情怀、职业操守、科创精神外相关的思政案例，我们还从社会经济学、心理学与物理化学之间的联系入手挖掘课程中蕴含的德育元素，在实际教学中取得了良好的教学效果。

2.1 熵增加原理

在正常讲述完熵增加原理后，给同学们介绍了玻尔兹曼对“熵”的解释，即任何粒子的常态都是随机运动，也就是“无序运动”，如果让粒子呈现“有序化”，必须耗费能量。所以，能量可以被看作“有序化”的一种度量。热力学第二定律实际上是说，当一种形式的“有序化”转化为另一种形式的“有序化”，必然伴随产生某种“无序化”。一旦能量以“无序化”的形式存在，就无法再利用了，除非从外界输入新的能量，让无序状态重新变成有序状态[2]。如果没有外部能量输入，封闭系统趋向越来越混乱(熵越来越大)。比如，如果房间无人打扫，不可能越来越干净(有序化)，只可能越来越乱(无序化)[8]。另外，米哈里·契克森米哈赖提出精神熵的观点。人的精神思想也总是趋于混乱无序，尤其是在面对巨大困难、挫折和痛苦的时候，熵增变成一种“常态”，而要实现精神的更高层次的有序状态，就需要精神熵减即负熵的能力[9]。最后让学生们思考：对于个人来讲，如何抵御“熵增”，构筑有序人生？这种将日常生活经验和心理体验与物理化学重要概念的结合，不仅让学生加深了对概念的理解，而且促使了对自己生活和学习的思考。

2.2 阿伦尼乌斯方程

瑞典的阿伦尼乌斯所创立的化学反应速率常数随温度变化关系的经验公式。公式写作 k=Ae-Ea/RT(指数式)。k为速率常数，R为摩尔气体常量，T为热力学温度，Ea为表观活化能，A为指前因子(也称频率因子)。在教学过程中我们发现阿伦尼乌斯方程所表现出来的反应速率与温度的关系与经济学中的边际递减效应有异曲同工之妙。边际递减效应简单来说就是随着一种商品的消费越来越多，增加每一数量的消费带来的效用增加(即其边际效益)，会越来越小[10]。类似的，有些化学反应在低温时升高温度，反应速率有明显的提升，而温度升高后再增加同样的温度，反应速率的提升则小于之前。如果再和个人的经历相结合比如当我们非常渴得时候，很想要喝水，那这个时候第一杯水的效用最大，给我们带来的满足感也最强烈。如果再给第二杯水，我们还是需要的，但迫切的程度已经低于第一杯水。如果再继续喝第三杯、第四杯，那么我们对水的需求程度会越来越弱。在整个喝水的过程之中，也越来越难体会到满足感了。

2.3 化学反应动力学中速控步骤

在连续反应中，总反应速率由最慢一步的反应速率所决定，并近似等于该步的速率，这一最慢步骤称为速控步。这一效应很容易使人联想到“木桶效应”，一个木桶能盛装多少水，不是由最长板决定，而取决于构成木桶的最短板。这也启示人们，对团队来讲，团队的成绩是集体中每个成员表现的总和，每个成员都应积极贡献自己的力量，争做长板，不做给集体摸黑，拖后腿的短板；对个人来讲，每个人都是一个矛盾的集合体，优点和缺点共存，缺点常常是阻碍前进的绊脚石，发扬优点，克服缺点，才能真正提高自己，完善自己。

3 结 语

将物理化学中的重要概念和公式和人文社科以及个人生活经历和经验结合起来，不仅能够加深对物理化学理论的深刻理解，感受物理化学的学科魅力，提高授课趣味性，还能促使学生思考自己的学习和生活，在实际教学中获得了良好的立德树人效果。