浅谈“物理化学”课程中兴趣引导式思政内容建设

刘 胜

（中山大学 化学工程与技术学院，广东 珠海 519082）

工科以培养应用型人才为导向，近些年减少“四大化学”等专业必修课的学时已成大势所趋［1］。与此同时，落实立德树人根本任务正成为新时代高等教育的重中之重，将课程思政融入教育教学全过程正在稳步推进［2-4］。新工科如何在较少学时内有机融合思政元素，实现教书育人与立德树人的有机统一，对高校教师和学生来说是一个全新的挑战［5］。课堂教学与课外学习交互推进是极佳的解决方案。一方面，通过线上学习和课下学习提高课堂教学效率；另一方面，创造条件引导学生利用社团科普活动、全国科技竞赛、大学生创新创业实践等多种方式进行理论知识的升华，培养学生敢于实践、勇于应用的专业素养。

物理化学作为“四大化学”之一，富有原始创新的基础理论性和实践性。物理化学提供了适用于化学和相关领域的基本概念与组织原则，它对化学中核心、统一的概念进行了严格而详细的解释，包含可定量预测的数学模型。作为一门学科，物理化学被描述为由主要事实、概念和相互关系组成的知识体系。大量事实证据作为物理化学的一部分构成了知识，例如开发和使用数学模型，在这些方面，物理化学有别于化学的其他传统分支。在振兴经济、增强国力、科技腾飞及人才培养等诸方面，“物理化学”课程教学始终占有极为重要的战略地位［6］。因此，有必要推动“物理化学”课程教学内容和教学思想的共同发展，以“兴趣”为导引，以思政建设为契机，在与时俱进中实现“物理化学”课程的教学相长，以期有效提升教学质量。

一、兴趣引导式教学

伟大的物理学家爱因斯坦说过，“兴趣是最好的老师”，“兴趣”无疑是引导式教学的很好切入点［7］。教师对学生的重要影响是激发并帮助他们维持对某个话题、人物或想法的兴趣。在多数情况下，教师帮助学生培养敢于面对困难、敢于冒险的信心。为此，教师在教育中提供的支持应包括明确学生的动机和传播正面情绪，以及培养或强化学生勇于挑战的信心。

物理化学应该强调微观模型和宏观现象之间的联系。解决问题是学习物理化学的关键活动，其中涉及数学以及与物理化学概念的联系，评估数学模型预测观察到的有关化学现象的假设、限制和能力在某种程度上是准确的。例如，在讲授《表面物理化学》这一章时，可以引入生活中常见的肥皂泡这一话题，以童年玩乐的回忆调动大家的兴趣和思考。世界上最大的泡泡有多大？如何才能吹出特别大的泡泡？然后从表界面的基本概念入手，循序渐进，层层剖析，使学生牢固掌握表面张力知识，并引导其思考弯曲液面附加压力的问题。引起学生兴趣后，继续就泡泡中蕴藏的科学原理提问：泡泡破裂后，泡泡膜坍塌的原因是什么？发表在国际知名期刊Science上的一篇论文颠覆了人们对重力论的认知，用实验证明了造成黏性气泡破裂的原因不是重力，而是表面张力［8］。可见，生活中简单的小泡泡也蕴藏着深邃的科学问题。大一、大二学生的兴趣受时尚娱乐和手机游戏等影响较大，较少接受科学研究的熏陶，这不利于他们的学业进步和毕业深造，课程思政中应当积极引导学生形成积极向上的价值观。总之，本例以泡泡的各种吉尼斯世界纪录为切入点，用泡泡刺破坍塌的深层原理鼓励学生从自身兴趣出发探索未知，使其善于观察、敢于质疑。在“物理化学”课程教学中潜移默化地融入思政元素，利于消除学生对科研的隔阂，培养学生的创新能力。

二、学科前沿知识的引入

物理化学教材的革新明显滞后于物理化学学科的快速发展，且经典教学内容明显与前置课程重复内容较多。例如：“大学物理”课程已经讲授了气体分子动理论和热力学三大定律，“无机化学”课程讲授了气体、化学热力学、化学动力学和化学平衡等知识。但是，受考研等惯性思维的影响，“物理化学”课程无论是在教材中还是授课学时上都依旧使用化学热力学和化学动力学等传统内容，甚至占据主体地位，重复授课明显，导致部分学生学习“物理化学（上）”时感觉乏味，学习深度不够，一旦进入“物理化学（下）”又因基础不扎实而感觉困难重重。在充分了解学生先行课程的基础上，授课教师应大胆改革教学内容，重点讲授新知识，使学生能够深入浅出地学好“物理化学”课程。

针对学生明显缺乏对物理化学的学习兴趣的情况，建议重新组织课程内容，关注量子力学的研究，并使学生接触更加现代化的实验室。通过早期量子力学的引入，“物理化学”课程能更好地满足学生的兴趣，比如化学键、分子间相互作用和光谱学等知识。同样，通过调整“物理化学”实验课程和仪器，学生将会对学习物理化学更感兴趣。物理化学教学宜采取合作学习的策略，以引导学生完成数据分析、模型开发和问题导向型概念应用等周期性学习。到目前为止，关于本科“物理化学”课程的教学目的，普遍的理念是帮助学生理解基础概念，包括热力学、统计力学、化学动力学、量子力学和光谱学等。这一理念的形成在一定程度上是由物理化学的学科本质所决定的。因此，“物理化学”课程教学的目的应侧重于帮助学生理解数学模型实践的本质。与只关注概念学习不同的是，当“物理化学”课程在教学不明确时，学生在学习机理模型时会遇到困难。当解释某种化学现象时，要求学生能够运用所学的概念知识理解数学模型。

在讲授“物理化学”各章节时，建议从基本原理出发，适当引入学科前沿知识，使学生不仅具有扎实的基本功，还具有探索精神，了解学科前沿发展动态。当前教学内容过于强调“物理化学”发展的第一和第二阶段，自20世纪60年代开启的第三阶段往往仅作为补充知识，教材略有提及，授课时基本忽略。要彰显物理化学第三阶段的成果，学科前沿知识的引入正当其时。更关键的是，改革开放后，中国的经济实力正在迅速崛起，中国科学家也开始在世界舞台上大放异彩。例如，“中国天眼”射电望远镜、“墨子号”量子通信卫星、“蛟龙”号深海探测器和“嫦娥工程”等成就震撼世界，涌现了潘建伟、施一公、马伟明和黄大年等一大批助力祖国建设的科学家。在新工科建设背景下，适宜将工业技术的新发展、企业招聘人才的新要求等引入教学过程，更新物理化学教学内容，丰富能够满足行业发展需要的课件资源，打通新时代育人的“最后一公里”。推动高校教师将重要前沿研究成果及时转化为通俗易懂的课堂教学内容，向学生介绍物理化学研究新进展，积极探索综合性课程、问题导向课程、交叉学科研讨课程等，提高学生对课程的兴趣和学业挑战度。

因此，适时引入学科前沿知识可以激发大学生的兴趣和认同感，有利于他们为中华民族的“强国梦”而拼搏奋斗，从而使课程思政像“盐溶于水”一样深入人心，促进高校学生的全面发展，培养新工科人才的核心素养，强化新工科学生的家国情怀和低碳意识，培养理念思维、工程思维和数字化思维，提升自主终身学习和沟通协商能力等。

三、思政元素的有机融合

“物理化学”课程理论性强，逻辑性强，学习难度大，教师和学生都需要投入大量精力进行教与学，因而课程思政建设必须做到润物无声。在绪论或者章节引导时，思政元素的融入较为简单有效，但形式上明显单一，内容也不宜过多。在遵循“物理化学”课程自身教学规律的基础上，以学科前沿知识为媒介，以学生的兴趣点为导引，可以更好地将思政元素无声无息地融入日常课堂教学。当然，要做好思政建设，首先要依据学科发展前沿广泛收集思政元素，授课教师必须舍得花时间和精力，寻找物理化学专业知识与爱国主义情怀、文化精神、励志事迹、国家安全、海洋强国、生态文明等的融合点，巧妙设计教学内容，将“爱国情、强国志、报国行”等理念融入日常教学，积极推动“教书育人”［9］。

例如，锂离子电池因其单体电压高、比能量高和自放电小等优点，在移动电源和电动汽车等领域得到广泛应用。2019年诺贝尔化学奖也授予了在锂离子电池研究方面做出卓越贡献的约翰·古迪纳夫、斯坦利·威廷汉、吉野彰三位科学家。在锂离子电池中，电解液是其“血液”，承担着运输锂离子的重任，是锂离子电池四大主要组成部分之一。我国的科技界为锂离子电池付出了巨大努力，我国的锂离子电池电解液行业经历了进口依赖、国产替代和国际化阶段。经过不断发展，中国企业生产的锂电池电解液性能逐步提升，涌现了广州天赐高新材料股份有限公司、深圳新宙邦科技股份有限公司、江苏国泰国际集团股份有限公司、宁波杉杉股份有限公司等优秀企业，保障了锂离子电池产业链的健康发展。

显然，“物理化学”课程的教学要服务新工科的建设。为此，教学方式要实现多样化，通过研究式学习、专题研讨会、小组合作学习和挑战性学习等策略提高学生学习物理化学的参与度，帮助学生提高学习兴趣和效果。混合式教学可以转变高校师生的观念，推动现代教育技术的快速发展。建议探讨更多的学习模式，如翻转课堂、慕课、短视频学习、虚拟实验、游戏化学习等，满足知识储备差异明显学生的不同学习要求；展现以学生为中心的学习理念，促进师生互动；发挥时间和空间的灵活性，使学生获得更高的满意度和自信心；支持深度学习，培养专业思维等。

当前，“哔哩哔哩”“抖音”等自媒体平台正在崛起。教师可以充分利用网络信息资源，将“物理化学”课程的前沿知识变为短小精悍的趣味短视频，以新媒体的方式呈现，迅速捕获学生的兴趣点。同时，融入威廉·奥斯特瓦尔德、雅各布斯·亨里克斯·范托夫等化学家的成长故事，使学生接受人文熏陶，培养学生攻坚克难的品质，引导学生独立思考，理性分析，立志成才。同时，结合物理化学实验的实践特点，培养学生团结协作的团队精神、知难而进的科研精神、追求创新的科学精神和爱护环境的环保意识等［10-12］。

在教学中强调辩证唯物主义思想。人类在认识自然的过程中，往往通过实践发现真理，再通过新的实践验证真理。通过具体实例的讲解，使学生从感性认识转为理性认识，形成以理性认识指导实践的科学观。在热力学第二定律部分，可在讲授热机的工作原理和热机效率等问题时利用3～5分钟穿插介绍热机的发展。英国科学家瓦特在1776年制造出了世界上第一台有实用价值的可连续工作的蒸汽机，广泛应用于船舶（1807年）、铁路机车（1825年）等领域，从而掀起了第一次工业革命，使人类进入“蒸汽时代”。从大量科学实践中归纳出的热力学基本定律，在蒸汽机的重大改进中提供了重要的理论指导，由此自然引入我国在超超临界高效火力发电技术方面的成就，实现由“中国制造”向“中国创造”的飞跃，让学生感受原创性知识的重要性。在相平衡部分，从区域熔炼法提纯单晶硅的知识点出发，引导学生关注CPU高端芯片和2020年9月“华为芯片断供”事件，从国家安全层面培养学生的“强国志”。在化学平衡部分，以思政融合我国矿产冶炼的部分历史。例如，攀枝花地区有大量的铁、钒和钛等矿藏，但有不少低品位矿，很难炼成钢。但在20世纪70年代，我国老一辈科研工作者共同努力，充分运用热力学平衡原理，通过分级冶炼，从钒铁杂矿中炼出了钢。结合我国被限制高科技产品的案例，激发学生的民族自信心，奋发学习基础知识，立志投身国家建设，依靠自己的智慧为国家解决“卡脖子”问题。

结语

教师要以“兴趣”为契机，改变以“教”为中心进行教学设计的思路，确立以“学”为中心，变“教学”为“导学”，引导学生自主学习、合作学习、探究学习，使学生将“物理化学”课程学深学透。同时，结合“物理化学”的科学前沿知识，有机融合思政元素，与时俱进地培养德才兼备的优秀大学生。