关于军队院校利用大学物理知识增强大学化学教学效果的思考

郑舒月 孙杰化

摘  要  化学与物理两大自然基础学科在学科发展历程中互相促进。作为两大基础科文课程，大学化学与大学物理课程不是彼此孤立的，利用两者的联系进行教学，可以有力地增强大学化学教学效果，对提高军队院校教学效率具有促进作用。

关键词  大学物理；大学化学；军队院校；课程思政

中图分类号：E251.3   文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2022）18-0114-03

1  研究背景

化学和物理作为两大自然基础学科，发展历史悠久，在发展过程中并不是完全独立、互不相干，而是相互促进、共同发展，在近现代体现得尤为明显，现代化学的发展可以说得益于物理学的发展。而现代科学发展的趋势更是多学科融合发展，汲取各自所长，共同解决现实问题，在近几年的诺贝尔奖中可以看到化学与其他学科融合的例子。从学科角度来说，1887年，奥斯特瓦尔德与范霍夫共同创建的《物理化学杂志》的正式出版，标志着物理与化学两大学科的正式融合。纵观整个化学学科的发展史，有很多突破性进展都是在物理化学领域取得的[1]，可以说物理与化学有着密切的联系。而大学化学与大学物理是现代军队院校学员重要的基础科文课程（科学文化课程），利用大学物理与大学化学课程内容之间的内在联系，对于增强学员的大学化学学习效果大有益处。

2  问题提出

在陆军步兵学院基础部，大学化学与大学物理课程各自按部就班地开展，教员上课相对独立，完成各自的教学内容，也达到相应的教学效果。但是，笔者在化学教学过程中发现一些问题。

2.1  学员面临的现实问题

2.1.1  大学化学课时较少

大学物理作为先修课程被安排在整个大二学期，而大学化学则被安排在物理课程之后，安排在大二下学期开课。虽然学员在学过物理之后再来学习大学化学，但大学化学课时很少，大学物理课时较多，有的学员想当然地认为大学化学比较简单，重要性不够，就轻视这门学科。另外，由于大学化学课时较少，教员要完成大学化学的课时内容不得不加大一堂课的内容，使一堂课的知识点过于丰富，学员难以接受。

2.1.2  学科之间知识重复率较高

在大学化学与大学物理课程中有许多内容是重复的，只不过站在不同的学科角度强调的重点有所不同，比如大学化学中化学热力学和物质结构部分与大学物理当中的热力学基础以及近代物理（量子力学）有极大的重叠。但面对重复的内容，教员往往还是按照教材安排各自讲各自的，并没有将该部分内容进行分类整理，浪费本就不多的课时。

2.1.3  学员的学习效率不高

军队院校的学员与普通大学生不同，除了学习之外还有体能活动等其他安排占用时间和精力，要想较好地完成学习任务，就必须提高学习效率。面对与大学物理中类似的知识，学员仍需在大学化学课程中再次学习“看似学过”的内容，有的学员有厌烦情绪；面对大学化学中与大学物理相同知识的不同理解，有的学员感到不解，又不深层思考比较，只停留在表面识记，有越学越迷糊的感受，存在“一说就会，过后就忘”的现象。

2.2  军队人才培养的实际需求

现代战争是以各种高端技术为基础的战争，战场是高端技术混合运用的战场，而各种高端技术的背后是各学科的相互交融。无论是化学还是物理，都是自然科学中重要的基础学科，为以后更高层次的学习打下知识基础[2]。同时，通过对两个自然学科的交互学习，学员可以更好地理解科学知识、掌握科学方法、理解科学精神的本质，提升科技素养。本科阶段主要培养的是初级指挥官，是直接面向基层的，他们的科技素养的提高对于加速我军向质量效能型和科技密集型转变有推进作用。

3  问题的探讨

下面以陆军步兵学院基础部为例，谈一谈军队院校利用大学物理课程中的相关知识，如何从加强学员对知识的理解、提高学员学习效率、增强课程思政效果等角度，提高大学化学课程教学质量。

3.1  利用两学科相同概念在理解上的异同，增强对大学化学知识的理解

大学化学中有的内容在大学物理中也出现过，但是根据学科的理解不同，有的概念是一样的，有的却不一样，利用相同理解的概念能够正向强化对大学化学知识的理解，利用不同理解的概念能够反向强化对大学化学知识的理解。以化学热力学这一章为例，一些基本概念如环境和系统、功和热、自发过程、热力学基本定律基本内容等是相通的，在大学化学课堂中可以直接沿用大学物理中的概念，复习强化概念理解。再比如在物质结构这部分中，波粒二象性、四个量子数、能带等基本概念与物理当中的都是一样的，可以直接简单复习强化记忆，不需要再耗费时间讲解这些比较抽象、难以理解的概念。

以化学热力学这一章中的基本概念等温过程为例，大学物理中的等温过程是初始温度与终态温度相等且整个过程都一直等于环境温度的过程，而在大学化学中这个概念就变成只要初始温度等于终态温度等于环境温度的过程就可以称为等温过程。两者明显不同，通过对比教学反向强化对比记忆，增强对概念的理解。再如在热力学第二定律中，关于熵的概念比较难理解，但是应用物理学中对于熵的统计意义——混乱度——去理解就会容易很多。用身边的例子讲解：一盒粉笔从高处落向地面，粉笔会散落一地，而散落的粉笔在原条件下不会自动回到盒子里。这就是一个典型的自发过程是朝着熵增大方向进行的例子，更方便学员理解。

3.2  通过省略大学物理中已学的知识提高大学化学教学效率

大学化学中有些内容与大学物理中的相同，可以省略这部分知识的教学，给新的知识点让出更多的时间。比如在物质状态这一章教学的理想气体状态方程与大学物理中的克拉柏龙方程是一样的，在教学过程中就可以直接运用其结论。其中，将理想气体假设成弹性小球的这种模型化研究问题的方法在大学物理教学中经常使用，其实在大学化学教学中也会建立简单模型，研究复杂问题，如研究化学反应速率理论中的简单碰撞理论也是建立刚性小球这种简单的模型。这种科学的研究方法是互通的，激发学员开阔视野，从不同科学学科中总结一些通用科学的方法。

比如在原子结构部分，与大学物理近代部分当中量子物理基础有很大的知识重叠，大学化学课程由于受课时限制，并不能够具体深入地介绍这部分内容，而大学物理教学中会十分详细地介绍光的波粒二象性、玻尔的氢原子理论、德布罗意物质波、薛定谔方程、氢原子结构以及原子中电子的分布等相关知识，包括相关的计算、推导等。在大学化学教学中可以略去复杂的计算推导过程而直接引用物理当中的结论，进而得到原子轨道、多电子原子的核外电子排布，而后分析元素周期律，更加侧重这部分知识在化学中的应用。这种教学方法有利于学生温故知新，既有对旧知识的复习，又有对新知识的探索，在二者之间建立联系，让学员保持对化学学习的兴趣。

3.3  利用两学科交叉知识提高所学知识的可实践性，增强课程思政效果

化学与物理都是在人们对于世界不断认识中逐渐发展起来的，现在这种交叉学科研究问题是探索解决问题的趋势，这种思想和方法是教员要传递给学员的，就像现代军事当中为了达到共同的目标采取协同作战是一个道理。对于军校学员，科文基础是为军事服务的，无论何种教学方式，最终都要应用到军事上。例如：飞机、导弹等武器装备的设计中要利用到化学热力学与化学动力学的相关知识；在不同武器装备中的弹丸发射出去之后能够到达多远的距离、能否击中目标、最终达到什么样的爆炸效果，除了需要化学知识，还要有物理知识才能解答。利用两学科知识可以一起分析弹丸运动的整个过程的热、动能等内容，使理论知识能够更好地应用在实际中，对于学员以后任职有指导意义。

分析化学学科发展历程，特别是现代化学从19世纪末开始的发展可以说是得益于物理学的三大发现（X射线、元素放射性和电子），到20世纪随着相对论和量子力学的发展，化学的发展也走向纵深。科学研究过程中的科学团队精神、批判精神都是可以向学员传达的。到了21世纪，化学发展主要是自身的发展和与其他相关学科的融合发展，研究科学基本问题和解决现实问题。比如现在比较热门的研究，能源化学、材料化学等都与物理学科有关，在大学化学课程教学中引入这些前沿内容，既有助于激发学员学习兴趣，又能达到课程思政的效果。

4  问题的思考与建议

要想充分利用好大学物理知识来增强大学化学教学效果，光靠理论分析是远远不够的，更需要学校、教员、学员的共同努力，达到课程效果最优化。

4.1  对于学校而言，要加大政策支持力度

4.1.1  敢于大刀阔斧地进行课程优化，从宏观层面对课程整合给予支持

鼓励将大学化学与大学物理课程进行整合，在原有的教学大纲、教学计划、人员配备的基础上，继续以大学物理为大学化学的先修课程，但是在课程内容中结合大学化学教学内容有侧重点地加强比如量子力学、热力学基础等相关部分的详细计算推导过程。对于大学化学的教学内容中更侧重大学物理中的结论应用，弱化计算推导，节省时间，用以增加化学与军事应用内容，达到学以致用的效果。鼓励增加理化结合类选修课，拓宽学员知识面，更有利于学员对于现代军事技术的了解[3]。同时，可以借鉴一些地方院校成功将两门课程融为一门课程的案例，比如同济大学是国内第一所执行这项改革的院校，把工科但非理化专业的大学化学和大学物理融合成一门课程——大学化学与物理，编写《大学化学与物理》讲义，选择土木工程专业进行试点教学并取得良好的教学效果，极大地增强了大学化学的教学效果[4]。但此项改革涉及面比较广，要从教学大纲、教学计划、教学内容等各个角度对两个学科做全面彻底的改革，要求较高，要从资金、人员、场地等方面加大投入，鼓励相关课程教员进行改革创新。

4.1.2  在改革过程中允许正常试错

改革创新过程中不可避免会出现小错误，但不能被小错误吓到，停滞不前，要允许甚至鼓励可控范围内的试错，不能严格用传统教员考评标准进行限制与约束，学校层面要给予政策支持，让教员放心改、大胆改。

4.2  对于教员而言，提升自身素质才是硬道理

要想利用物理知识使大学化学课程效果达到最大化，教员首先对于大学化学与大学物理知识必须相当熟悉、融会贯通。这就要求教员除了精于自己的化学知识，对于大学物理知识也必须深入研究，“要想给学生一杯水，自己必须有一桶水”，对教员在知识层面提出更高的要求。除了知识层面，怎么安排教学内容，要与大学物理教员共同商议完成，争取实现“双赢”。最后，对于节省出来的课时，可以加入化学与军事、绿色化学等化学应用内容充实课程内容。

4.3  对于学员而言，实际灵活运用才是目标

这种课程融合的方式，不但对教员提高要求，对学员在“学、讲、研、练、考、评”模式的各个阶段也相应地提高标准。学员在课前预习学习阶段对于已经学习过的先修课程要加大对已学知识的复习力度；在教员讲的过程中更加明确学习侧重点，在理解上更明晰；可以研究的范围更大、更广、更前沿，研究所需要的储备知识更加丰富；练习、考试更有针对性。对于学员的评价，不仅仅在考试上，除了学员的平时表现，还可以增加对于先修课程的掌握情况、对于后续化学课程的应用方面的考评，真正让学员做到融会贯通、灵活运用。

5  结束语

军队院校不论采用什么样的教学模式、什么样的教学方法，最终的目的都是为培育出德才兼备的高素质、专业化新型军事人才服务。面对未来高科技的战场，化学等科文类课程就是军事人才脚下的基石，想要基石稳定牢固，就要为提高教学效率、达到最好的教学效果寻找最优解。所有学科的教学并不是孤立的，要为彼此服务，达到利益最大化。大学物理知识可以很好地为大学化学的学习打下基础，帮助学员抓住其中的联系，极大地提高学习效率，减轻学习压力。至于如何利用物理知识来配合大学化学教学，增强教学效果，还要根据实际情况来细化，比如如何安排化学与物理教员上课、教材如何编排等。

参考文献

[1] 张明波，李莉，张旭，等.在物理化学教学中提高大学生的科学素养[J].广州化工，2016，44（12）：204-205.

[2] 郑舒月.大学化学教学中使用化学史案例对提高军校学员科学素养的作用[J].中国教育技术装备，2020（16）：99-102.

[3] 李正群，杜金会.军校理化综合性课程体系的探索与实践[J].高等教育研究学报，2005（2）：80-82.

[4] 吴庆生，王晓岗，宋志怀.工科“大学化学与物理”新型课程的创建与实践[J].化工高等教育，2008（5）：8-11.

作者：郑舒月，陆军步兵学院基础部，研究方向为大学化学教学；孙杰化，陆军步兵学院基础部，研究方向为大学物理实验教学（330103）。