工科物理化学课程思政教学改革与实践探索研究

摘  要：为实现我国高等教育的高质量发展，围绕品德塑建和能力训练综合培育新时代建设人才，本文以工科物理化学课程思政教学改革与实践为例，介绍了该课程的性质和教学特点，阐述了思政内容融入课程教学改革的必要性和重要意义;探讨了物理化学课程思政教学内容组成构建、课堂思政教学过程的把控要素，以及典型思政教学案例分析;指出了目前课程思政教学中存在的问题与不足;明确了物理化学课程思政教学改革研究的建设方向、目标及内容。

关键词：物理化学;课程思政;教学;改革与实践;探索研究

中图分类号：G642     文献标识码：A     文章编号：1673-7164（2022）18-0097-04

高等教育的根本是“培养什么人，怎样培养人，为谁培养人”，这就要求高校要以立德树人为中心，将价值引导、品格塑造、知识传授、能力训练等融合培养。课程教学是高校教育质量全面提升的基础，也是思政育人的主要战场和主通道，将课程思政贯穿于教学全过程、各环节，对“双一流”高等教育建设和我国高等教育事业的高质量发展以及培养强国建设人才具有举足轻重的作用。课程教学也是专业人才培养的重要环节，改革传统单一课程教学，创新教学模式，将思政内容有机融入课程教学，实现传授知识与品德塑建互助共进，是新时代下教学工作者的重要责任和使命[1-4]。本研究就工科物理化学课程思政教学的改革与实践进行以下讨论。

一、物理化学课程性质与教学特点

物理化学是化学科学中的重要分支，是化学与化工大类专业的必修课，覆盖工科专业广，包括环境、制药、材料、冶金、食品、酿酒、矿业工程等大物质类相关专业，是极为重要的专业基础性课程，是衔接各专业学科和应用学科的桥梁，对后续专业课程的学习及科学研究与实践均有重要指导作用，各高校都十分重视该课程建设。物理化学课程知识内容涉及面宽，有深度和难度，理论与公式推导繁多，逻辑性强，需要有高等数学、大学物理、基础化学（无机化学、分析化学和有机化学）作先置课程学习支持，“门槛高、枯燥、乏味、掌握困难”是学生普遍的学习感受，对教师教学能力要求也较高，难教、难学是该课程教学特点[4-7]。物理化学是典型自然科学学科，其课程思政的核心要点是围绕“科学精神”的培养，培育具有科学奉献精神，勇于创新与责任担当和胸拥家国情怀的新时代高素质专业人才[7]。

二、课程思政教学改革的思考与实践探索

（一）思政知识融入课程教学思考

物理化学课程知识体系涉及面宽广，深、难、繁造成教学难度大。深入研究课程内容可以获知，其理论和应用知识的建立是科学工作者们长期勤勉付出、不断探求创新以及科学发展世代传承的结果，是人类智慧贡献的成果，物理化学知识体系本身就是一部科学理论与应用发展史，蕴含的“科学思维、唯物思哲、求真务实、孜孜探索、创新突破、责任担当、使命奉献以及人文修养、家国情怀”等思政内涵丰富而厚实，意义重大而深远。总结多年的教学实践经验，要实现知识传授与品行育人同行，必须对传统物理化学课程教学模式进行改革创新，挖掘新的知识板块，丰富内含的科学思想，即在原课程体系内容设置中适度引入新的思政内容，如科学理论发展来源、发展历程及应用发展成果，构建新的课程知识体系，教学内容增加思政内容，由课程知识、思政知识构成。

（二）课程思政融入教学过程的实践探索研究

1. 课程思政教学实践探索与案例分析

近年，本研究通过“工科物理化学教学模式改革与实践研究”“物理化学教学体系改革探索与研究”“物理化学课程思政教学改革与实践研究”等教改项目进行物理化学传统教学模式和教学体系的改革创新研究，探索思政教学实践效果。项目研究主要目标体现在以“思政”融入为指引，在课程教学内容中增设适量的理论形成来源（理论建立科学家及历程）和理论应用发展实例知识，将它们有机融合在课程教学中，在教学实践过程逐步建立新的课程教学体系，形成新的课程思政教学目标、教学内容设置。要特别加强对传统课程知识中蕴含思政内涵相关知识点的分析与挖掘，如突显科学家们不畏艰苦、敢于创新、持之以恒的科学精神，发掘总结科学发展的传承精神内容，这类思政内容的增补可使学生在科学知识学习的同时，深刻感悟课程知识体系和应用成果的来之不易，了解人类社会文明的发展归于世代奉献传承[5]。在课程教学改革实践中，总结了将思政知识引入课程教学取得良好教学效果的一些案例，将这些案例持续运用于各相关专业课堂教学，并逐步增补更新。实践证实，教学过程中适度引入典型富含思政内涵的思政知识，将大大提升学生的学习热情和兴趣，益于营造教与学良好互动氛围，促进和加深学生对课程知识学习更加全面系统的认识，对学生主观能动学习意识的培养具有重要推助作用，增强了他们对课程学习的内动力、向往感以及完成课程学习的责任感和使命感，激发学生自觉提升学习能力，努力提高学习效率。还有，这种教学模式改革也催发了教师的教学活力和动力，是提升教学能力的有效手段。教师需要实时关注学科动态，及时跟踪了解物理化学理论及应用发展情况，分析梳理相应思政知识，挖掘思政内涵，组织修改教案，创新教学方法和教学手段，从而使教师教学综合能力得以大大增强。

下面介绍两个课程思政典型教学案例，教学内容设计含“课程内容/知识（也可称为思政产生源）、思政内容/知识、思政内涵/元素”三部分。

案例1：“卡诺定理及热力学第二定律数学表达式”（1学时）

（1）“课程内容”（思政产生源）：为“卡诺定理及热力学第二定律数学表达式”[6-7]。热力学第二定律数学式学习是物理化学热力学部分的教学重点和难点，本次课堂教学首先复习回顾第二定律建立的起源——卡诺循环热机[（循环热机工作经四个可逆过程完成[即理想气体从状态1（T1， P1 ，V1）恒温可逆膨胀到状态2（T1，P2，V2），经绝热可逆膨胀到低温热源T2下的状态3（T2，P3，V3），再經恒温可逆压缩到状态4（T2， P4，V4），最后经绝热可逆压缩升温回到状态1）]，此循环的热功计算及循环热机效率计算的复习通过简要总结串讲，强化掌握卡诺热机效率ηR=（Q1+Q2）/Q1=（T1-T2）/T1及其热温商之和为零（Q1/T1）+（Q2/T2）=0。因可逆过程系统做功最大，推导得卡诺热机效率为最大，并由反证法（简单介绍反证法思路技巧，由学生课下学习理解）得知卡诺定理[即在两个高低温热源之间工作的任一热机（包括不可逆机和可逆机）其效率ηI与可逆热机效率ηR关系为hI≤hr，而且所有可逆热机效率都相等]。进而推知任意可逆循环（设计闭合曲线图表示）热温商之和为零（公式略），同理推导得任意不可逆循环热温商之和小于零（公式略）。继续探讨变化过程热温熵之和：若系统从状态1变到状态2，经历任意可逆过程，其热温商之和 [2][1]（δQR/T）必然相等（通过设计可逆循环闭合曲线推导可逆过程，公式略）;因此得知， [2][1]（δQR/T）的值只取决于系统的始态和终态，与过程途径无关，进而推知有一状态函数存在，SQR/T即为这一状态函数的全微分，由此提出熵概念（为可逆过程热温熵，是状态函数），给出熵定义dS=δQR/T。进一步推导实际不可逆过程的热温商之和，同理采用一闭合曲线表示（不可逆循环）推导得出不可逆过程热温商之和小于可逆过程热温熵之和的结论（同一始态和终态，公式略）。到这里，就获得了热力学第二定律的数学表达式 [2][1]（δQ1/T）< [2][1]（δQR/T）= [2][1]ds=△S或dQ1/T<dQR/T=dS，即不可逆过程的热温商之和一定小于可逆过程的热温商之和（即熵变），也称为clausius不等式。clausius不等式给出了实际不可逆过程热温商之和与可逆过程熵变的关系，建立了热力学第二定律数学表达式。小结本次课程卡诺定理和热力学第二定律数学式，在教学过程中有机引入两理论的主要建立者，两位科学家Carnot和Clausius，围绕两理论简单介绍发展历程，融入思政内容，挖掘思政内涵。

（2）“思政内容”：在介绍卡诺定理时，融入穿插式简介卡诺热机的设计者法国工程师 Carnot的贡献及坎坷。Carnot源于对当时蒸汽机性能改进局限性的关注，并由此产生浓厚兴趣而走上热机理论研究之路。他试图解决有关热机操作的两个问题：热机效率是否存在极限？是否有其他更理想的工作物质（液体或气体）取代蒸汽来加热引擎？在1824年他发表了著作《论火的动力》，该书很重要的部分即介绍了一种理想化的、可以普遍适用于所有热机的比较标准的发动机，并设计了一种效率最大的热机（可逆机）。但当时这项研究成果没有被重视和肯定，Carnot在三十几岁染病去世。约二十年左右后，德国科学家Clausius（热力学的主要奠基人）受卡诺设计热机的启发，重新陈述了卡诺循环和卡诺定理，将热理论推至更真实更完善，建立了热力学第二定律，明确提出熵概念和熵定义[6]。

（3）“思政内涵”：在最后课程理论学习小结之后，深挖思政内涵——科学家在理论建立过程中有很多有趣、艰辛、成功、失败的经历，甚至遭遇不公，但科学的严谨和传承是公平的，符合辩证唯物主义和历史唯物主义的，终会被人们接受和认可。在学习理论的同时了解一点科学探求的历程，不仅可以更深刻认识科学理论的“实用性、有趣性”，也了解其建立过程的“艰辛性”，帮助磨炼坚毅执着的优良品行，树立正确的价值观、科学观、思哲观，激发学生敢于探索、勇于创新、不畏失败，追求理想及成功的热情。两位科学家对热力学第二定律建立发展的付出和贡献强化了学生对该理论的理解掌握和记忆，加深了他们对科学发展过程的正确认识、对科学的崇敬，有助于学生科学精神和专业能力的培养及人才综合素质的提高。

案例2：“拉乌尔定律和亨利定律”（1学时，这里主要突出思政内容介绍）

（1）“课程内容”（思政产生源）：“拉乌尔定律和亨利定律”[6-7]。拉乌尔定律和亨利定律是描述稀溶液性质一般规律的两条基本经验定律，有重要的实际应用意义。由于学生前期基础及实验能力训练不足，对多组分液态系统相关知识了解不够（如浓度的不同表示和换算），应用想象力较弱;加之教学时间有限，学生对这两条定律的学习普遍感到难理解，应用掌握难。本节首先复习归纳多组分系统浓度的表示与换算，再重点介绍稀溶液中：溶剂蒸气压与溶剂含量的关系→拉乌尔定律（公式略），挥发溶质（气体）蒸气压与稀溶液中溶质溶解度的关系→亨利定律（公式略）。在讲这两条定律的应用时，除了必要的应用计算例题讲解，特别引入思政内容，介绍它们与现代科技应用发展关系。

（2）“思政内容”：结合我国现代载人航天技术，提出“为什么我们的航天员在出航前要经历身体“吸氧排氮（血液中）”处理环节的问题思考，技术奥妙在哪里？”通过师生互动分析原因，得到答案：为避免进入低压环境后，航天员血液中溶解氮的析出，会导致在血管中形成气栓，危及生命安全。这项技术应用理论依据就是亨利定律（减压使气体在血液中溶解度降低）。

（3）“思政内涵”：采用“问答式、启发式”介绍“生动实用性”的科技前沿应用信息，同时又融合渗透了丰富的思政内涵。载人航天技术的实现充分展现了我国科学家、宇航员及广大科技工作者不畏艰难和牺牲，敢于探索、务真求实、胆大谨慎、团结协作等崇高的爱国情怀和严谨的科学态度和科学奉献精神，理论的建立是通过“实践—理论—实践”反复过程实现，符合唯物辩证哲学“认识论”，真理源于实践，其正确性需要实践验证。学生很喜欢这类知识引入，由此发现如此的课程思政融合教学，强烈激发了学生好奇心和求知欲，使“枯燥理论及应用”学习变得充满“趣味、生动、实用和向往”，这样的教学“通道”让课程知识容易植入脑海，使学生的知识掌握变得便捷，可起到人才综合素质和能力协同培养的良好效果。

2. 课程思政教学讲授过程的重要影响因素

有了好的课程思政教案设计，还需要教师对课堂教学过程各环节的良好教学调控能力才能取得预期教学效果。分析总结已实施的教学实践案例，课程思政的课堂教学把控要素为：（1）思政内容引入量与时间的控制。课堂教学时间有限，教师应选择适度的有代表性的思政知识融入课堂讲学，否则会影响课程教学计划进度，可以引导学生根据课程要求并结合自身兴趣，通过课后自行查阅学习来了解相关思政知识。（2）教师语言讲授的调控能力。课程思政的融入需要教师具备较强的对课程知识内容的逻辑梳理能力和准确、流畅的思政语言组串能力及风趣、幽默的表达能力。思政内涵的挖掘过程主要依靠言语传达，教师必须调控好课堂教学的各环节和节奏，将思政知识有机融合在计划教学内容点中。将思政融入课程教学，一定要形成二者同向同行的正向协同效应，才能取得预期教学效果，实现人才专业能力提升和综合素养培养的目标要求。

三、课程思政教学存在的问题与不足

目前我国高校课程教学中，课程思政教学建设重视度及力度存在差距和不同程度的不足。一些教师对思政理念认识不清晰，课程思政教学体系没有建立或不完善，理工科专业课程思政教学问题尤为突出。工科物理化学课程思政教学存在问题主要为：1.课程思政教学建设不足。课程思政教学开展的广度和深度皆不够，仅限于部分老师、部分专业班级，覆盖零散，不全面、不系统，没有建立完整课程思政教学体系，如课程思政教学目标、教学大纲、教学内容、考核评价制度等。2. 缺乏典型的教学案例与示范教学。典型教学案例具有启发、借鉴作用，对整个课程思政教学还具有以点带面的效果，特别是在现行教学学时紧张的情况下起到的示范带动作用很大，对推广、推进课程思政教学有着十分重要的現实应用意义。

四、总结

新时代下，高等教育的课程思政给教师的教学提出了更高要求。一方面，将课程思政知识引入传统的课程知识系统，要改革现有的课程教学设置，构建新的课程思政教学体系，在原有课程知识系统上建立新的课程教学目标、教学大纲、教学内容、考核制度等，其中最重要和难点的部分是建立和完善课程思政内容——即课程知识、思政知识、思政内涵。另一方面，教师的教学能力必须适应我国高等教育课程教学发展新要求。教师在施教过程中不仅要正确传授课程理论，还须挖掘蕴含思政内涵的相关知识，关注物理化学理论和应用发展，及时跟踪学习，积累知识库，供课程教学中的思政教学可持续使用。

参考文献：

[1] 毛双. 物理化学课程教学中的课程思政[J]. 大学教育，2021（04）：97-99.

[2] 刘玉文，夏美荣，于升学，等. “物理化学”课程中能力培养与素质教育融合的探索与实践[J]. 化工时刊，2021，35（08）：40-42.

[3] 王女，闻利平，赵勇，等. 工科物理化学课程思政建设的思考与实践[J]. 教育教学论坛，2021，27（07）：97-100.

[4] 孙艳辉，南俊民，马国正，等. 物理化学课程思政教学设计与实践[J]. 大学化学，2021，36（03）：217-222.

[5] 张国芳，许剑轶，胡锋，等. 专业基础课《材料物理化学》思政教改探索[J]. 广东化工，2021，48（12）：223+256.

[6] 安燕. 物理化学（第2版）[M]. 贵阳：贵州大学出版社，2019：2.

[7] 天津大学物理化学教研室. 物理化学（第4版）[M]. 北京：高等教育出版社，2003：2.

（责任编辑：莫唯然）