新时代高校物理化学课程教学改革探索

康丽华

（烟台大学化学化工学院 山东 烟台 264005）

物理化学是用物理的原理和方法来研究化学中最基本的规律和理论的一门学科，也是高校化工专业学生必修的重要专业基础课程之一[1]，要求学生能掌握物理化学的基本知识和基本理论、学会物理化学的科学思维方法，能够利用原理性知识进行相关计算和分析，解决化学化工相关的科学问题。通过系统学习化学热力学、化学动力学、界面现象、电化学等基础知识，了解其在解决复杂工程问题中的作用与应用方法，培养学生获取知识并用来解决实际问题的能力和科学思维的能力，为从事化学和化工以及与化学有关的工作打下坚实的理论基础。

新时代，如何将党的二十大精神有效融入高校教育教学过程中去，如何让学生在双碳背景下面对日常生活需求去思考和运用所学专业基础知识，如何让学生在学习过程中去发散思维，都是新时代高校专业教育需要思考的问题。

1 加强课程思政教育，提升学生的政治素养

2020 年6 月年，教育部为深入贯彻落实习近平总书记关于教育的重要论述和全国教育大会精神，出台了《高等学校思政建设指导纲要》[2]。根据纲要要求，高校要想培养出高质量人才，必须全面推进和加强课程思政建设，把思政教育融入整个人才培养过程中。高校教师在课堂上不仅要把基础的教学工作做好，还要利用好课程教学内容中蕴含的各种思政素材[3]，比如学科的发展史、科学家的成才过程、学科与日常生活的关系，旨在让学生通过课堂学习，不仅可以掌握自然科学事物的发展规律，还产生了修身、齐家、治国、平天下的责任感，努力成为德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人。

2022 年10 月党的二十大召开[4]，明确提出以中国式现代化全面推进中华民族伟大复兴的使命任务，因此，下一个阶段如何将党的二十大精神有效融入高校思想政治教育教学过程中，应是每一位高校任课老师的重要任务。物理化学课程作为高校化学、化工、药学、生物、医学、材料等大类专业的基础课，对这些专业的人才培养起着至关重要的作用，而这些专业的发展与进步将为人们物质生活的提高奠定坚实的基础，同时也是科学技术发展的重要保障。当前我国正在实施“科教兴国”的发展战略，物理化学学科必将继续发挥不可取代的作用。基于物理化学教学内容的重要性，教师应把立德树人作为根本任务，不仅要充分利用好课堂教学的主阵地和主渠道作用，还要灵活运用教学方式和方法，润物细无声地把党的二十大精神装进大学生头脑，提升学生的政治素养，激发他们的学习兴趣，进而提高物理化学教学的有效性。

2 整合教学内容，提高学生的社会责任感

随着生活水平的提高，人们不仅对衣食住行提出了更高要求，对医疗卫生保健等方面的要求也日益增长，为了满足人们对美好生活的向往，化学特别是物理化学发挥了重要作用：人们夏天出门要穿的防晒衣和雨天穿的防水衣蕴含了界面化学的知识；食品的保质期蕴含了反应动力学的知识；房子装修用的涂料涉及多组分热力学的知识；日常出行的汽车所产生的尾气处理同样也蕴含了反应动力学的知识；而医院救助患者使用的呼吸机和检测患者身体指标的心电图都蕴含了电化学的知识[5]。2020 年4 月，中国科学院大连化物所团队成功研发出整体式电极的便携式氢氧仪[6]。该仪器具有体积小、重量轻、气体可选、能耗低、成本低、安全无噪音等特点，它增强了单独吸氢气或氧气的效果，促进氧气快速输送，对多种疾病具有抗炎症、抗氧化等生物学作用，还可用于病患者的辅助治疗与康复。在课堂上，教师可以引导学生从电化学原理上分析，这台仪器是如何通过水直接产生适合人体吸入的氢氧混合气（H2/O2：66.6%/33.3%）。从电化学上来讲，所谓的便携式氢氧仪就是用水做一个电解池，在电能作用下水所发生的氧化还原反应。这个时候教师就可以引入电解池的概念，在一个电解池装置中，加入酸性或碱性电解质水溶液，插入适当的金属作为阳极和阴极，并将其与直流电源相连，使电流通过电解质溶液，就可以在阴极和阳极上分别得到氢气和氧气，这也是电解水制氢的基本原理。作为一名高校物理化学专业的教师，应该以日常生活为出发点，向学生讲解其中的物理化学知识，让更多学生了解物理化学，认识到物理化学离我们很近，许多科研成果也是从最基本的物理化学原理出发；更要让学生明白科技的进步和创新是实现中华民族伟大复兴的翅膀，也是实现人们对美好生活向往的重要保障，美好生活的实现需要我们全国人民共同努力奋斗。

“促进人与自然和谐共生”是中国式现代化的本质要求之一，人与自然和谐共生意味着降碳、减污、扩绿、增长。比如，聚氯乙烯作为广泛应用的工程塑料之一，其单体氯乙烯能发生共聚反应用于制备聚氯乙烯（PVC），这是塑料工业原料的重要成分。目前氯乙烯的工业生产主要使用的是氯化汞催化剂，这种催化剂在使用过程中会对环境产生污染。这就涉及化学反应动力学这一章节中催化剂的基本特征及催化作用原理的知识。催化剂是少量使用就能显著地加快化学反应的速度，而本身并不损耗的物质，大多数化学品的生产需要催化剂。人们要做的就是通过发展新型的高效催化剂，使用的过程可以回收再利用，真正做到催化剂不污染环境，也就是绿色催化剂。在多组分热力学这一章节中引入溶液里面的溶剂的时候，教师可以给学生讲怎么利用物理化学的知识来制备绿色溶剂，像超临界CO2做溶剂[7]，萃取过程完成后，CO2不会在萃取成分中有残留，同时在整个萃取过程对人体和环境也没有毒害。教师在授课过程中，要让学生意识到如何使化学产品更加清洁和可回收利用，用专业知识来保护生态环境，促进人与自然和谐共生。过去几十年，我国生态环境保护取得了阶段性成果，现在天更蓝、山更绿、水更清。作为当代大学生，更应该站在人与自然和谐共生的高度，从发展的视角，开阔学科思维、领悟科技报国观念、增强社会责任感，让我们的祖国到处都是绿水青山。

3 注重多学科交叉，培养学生的发散思维

物理化学一直被学生认为是四大化学中最难学的课程[8-9]，针对物理化学课程概念多又抽象的特点，要想激发学生的学习兴趣，教师也必须在教学方法上进行自我革命，注重多学科交叉。在概念引入过程中可以从其他学科的思维方式出发，将物理化学中晦涩难懂的理论知识和数学、哲学等学科知识联系，深化学生对知识点的理解，培养学生的发散思维。

数学知识是整个理工科课程的基础，与物理化学有密不可分的关系。借助数学不仅可以帮助学生更直观地理解物理化学课程中公式的推导和应用，还可以从数学角度对物理化学概念进行讲解。例如，热力学第二定律可以对于在一定条件下发生的某一具体过程是可能发生的还是不可能发生的做出判断。如果是可能发生的，人们还要知道它是可逆过程还是不可逆过程，是自发过程还是非自发过程。这就涉及自发过程和不可逆过程的关系。自发过程是指任其自然无须人为施加任何外力就能自动发生的过程。任何自发过程发生之后，都不可能使系统本身和环境都恢复到原来的状态而不留下任何影响，也就是说自发过程是有方向性的，是不可逆的。比如水从高处流下来是一个自发过程，它在流下的过程中对环境产生了影响。自发过程虽然是不可逆过程，但是不可逆过程并不一定是自发过程。这是因为非自发过程也是不可逆过程，比如像利用水泵可以把水从低处抽到高处，这是环境对系统做功了。

哲学探究的是透过看到的自然科学的具体规律和本质，总结出其中所蕴含的更加普遍和深入的规律和本质，而物理化学是从大量的化学反应中总结出具体的规律和本质，因此也被誉为“化学中的哲学”，在学科思维教育方面独具魅力[10-11]。在教学过程中将物理化学课程内容和其中包含的哲学思想相结合，从哲学原理的角度出发，引导和帮助学生逐步掌握物理化学的本质。这样不仅可以激发学生对物理化学的学习兴趣，而且还可以培养学生的发散思维，提高学生的整体思维水平，让学生在以后的学习过程中可以达到举一反三、触类旁通的学习效果。例如，在物理化学热力学第一定律中，一个非常重要的概念是平衡状态，简称平衡态。所谓平衡态，是指在温度、压力及各个组分的物质的量等不随时间变化的条件下，系统中各个相的热力学性质不随时间变化，且将系统与环境隔离后，系统的性质仍不改变的状态。在讲授平衡态之前可以给学生先讲物质运动是绝对的，静止是相对的，运动才是物质的根本属性，进而引出物理化学中的平衡状态其实就是一种动态平衡。比如一个化学反应达到平衡后，从宏观上看，反应物和产物的温度、压力及物质的量等不随时间变化，反应好像已经停止，但从微观角度，大量粒子仍处于永不停息的运动中，只是正逆反应的反应速率相等，所以是一种动态平衡。理解了化学平衡态的概念，这样就很容易在它的基础上再引出热平衡、相平衡、力平衡的概念。

4 结语

新时代，物理化学作为高校很多工科和理科大类专业的必修基础课，通过对课程思政、教学内容和教学方法的探索，教师不仅要给学生传道授业解惑，还应该把新时代的精神和发展需求有机融入专业知识的教学当中，以期从思想上引导学生树立正确的价值观，提高学生的社会责任感、学习兴趣和思维能力，进而培养出满足国家对科技和社会发展需求的建设者和接班人。