HPS模式在農業大學物理化學課程思政教學中的實踐

陶亞奇，朱映光，李國華

南京農業大學理學院，南京 210095

1 引言

物理化學是自然科學類專業課程，教師往往更關注于培養學生的專業基礎知識、理論和技能，而忽略其與思想政治教育的融合。2019年8月14日，中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發了《關于深化新時代學校思想政治理論課改革創新的若干意見》，要求深度挖掘高校所有課程蘊含的思想政治教育資源，解決好各類課程與思政課相互配合的問題，發揮所有課程育人功能，構建全面覆蓋、類型豐富、層次遞進、相互支撐的課程體系，使各類課程與思政課同向同行，形成協同效應[1]，把思想政治工作貫穿教育教學全過程，實現全程育人、全方位育人，這是新時期思想政治教育新的重要方向[2]。南京農業大學的物理化學課程是理學院應用化學專業學生的重要專業課，同時也是農學、動物科學、生命科學、環境科學、食品科學等學院學生的學科基礎課或選修課，課程覆蓋廣，選課學生多。因此在物理化學課程中發揮思想政治教育功能，培養德、智、體、美、勞全面發展的社會主義建設者和接班人，對實現中華民族的偉大復興中國夢有著十分重要的意義[3]。

2 HPS教學模式實踐

2.1 HPS教學模式實踐過程設計

基于HPS教學模式，課程從歷史的角度考查物理化學學科發生、發展的過程及規律。化學史不僅記錄了人類通過化學知識認識和改造世界的過程，還記錄了歷史長河中一代代化學家們為發現真理而付出艱辛努力的精神財富。這些豐富有趣、生動鮮活且與農業大學專業特色相關的化學史知識，能讓學生深入了解化學學科的發展歷程，培養學生嚴謹求實的科學精神，還可以提高學生的批判性思維能力和科學素養。

HPS教學模式實踐過程設計見圖1。首先，創設情境，提出問題。例如，講到表面化學中固體吸附理論時，通過土壤吸附重金屬污染物銅離子的實驗數據，教師提出問題——等溫條件下吸附量和溶液濃度存在什么關系。然后，學生討論，教師引導。在此過程中教師要適當進行提示，以免天馬行空，沒有重點和方向。根據討論結果，讓學生發現吸附量和溶液濃度的函數關系，得出固體等溫吸附的Freundlich經驗式。接著，學習歷史，邏輯推理。教師和學生一起學習化學歷史資料，重現當時科學家推導氣體單分子層吸附及BET多分子層吸附公式的過程。之后，內化知識，培養素養。教師講解教材中固體吸附理論，突出重點和難點，構建新的知識結構。最后，師生評價和教師反思。學生進行學習總結，完成線上線下作業，教師結合學生學習過程的反饋開展教學反思，提升教學實踐的能力[5]。實踐證明，HPS模式教學可以很好地融入課程思政教育，培養學生的唯物主義歷史觀、愛國主義情操、正確的價值觀及社會責任感。

圖1 HPS教學模式實踐過程設計

2.2 結合課程內容選擇適合HPS教學的素材

物理化學是一門研究化學變化規律的基礎學科，具有基礎性、理論性、先導性和綜合性等特點。教師在選擇開展HPS模式進行教學的內容時，需要考慮已有化學史素材與物理化學課程內容的匹配度、學生的認知能力以及專業特色，注重將思政元素與科學精神、創新意識、邏輯思維及專業發展等相互融合。化學史素材非常多，為達到良好的教學效果，教師要思考選擇哪些內容、如何引入問題、如何邏輯推理等。選擇的主要原則：是否是化學史上的重大事件；是否有助于深化概念的理解；是否展現科學素養；與學生專業相關度是否高等。化學史素材中離不開化學家們的身影，在教學中融入化學家的故事開展課程思政教育。表1中歸納了適合在物理化學課程中開展HPS教學實踐的部分素材。

表1 物理化學課程HPS素材[6,7]

2.3 課程內容體現農業大學特色

物理化學是農業生產和農業科學的一塊重要基石，是高等農業院校多個專業課程的理論和實驗基礎。它在生物學、土壤學、食品科學、環境科學、農藥學、動物醫學、生命科學等許多領域起著重要作用。因此，在開展HPS模式教學時，教師應構建符合學科特點的教學設計，例如，在食品科學專業教學中融入食品熱力學、食品添加劑等相關的物理化學知識；在環境科學專業教學中融入土壤污染控制、大氣環境監測等相關的物理化學知識；在動物藥學專業教學中融入制藥、醫學材料等相關的物理化學知識；在生命科學專業教學中融入生物電分析、酶催化反應機理等相關的物理化學知識。加強物理化學知識與專業知識的結合，增強學生分析問題與解決問題的能力，培養他們多學科交叉與創新意識，進一步激發他們的內在潛能，使之成為國家需要的棟梁之才[8]。

2.4 布置開放作業

教師在課堂教學中開展課程思政教育，同時結合開放課程APP在線上開展課后答疑、討論、網上交流等，加強與學生對話。設置引申專題，布置開放作業，這樣可以提高學生解決實際問題的能力，將理論和實際聯系起來，同時養成學生合作學習的意識。學生在這一過程中了解相關知識、事實及數據，像科學家一樣去思考與化學相關的專業問題或社會問題，有利于科學素養的培養。例如開放作業“哈珀的榮耀與悲劇”，哈珀是第一個從空氣中制造出氨的科學家，使人類擺脫了依靠天然氮肥的被動局面，加速了世界農業的發展，并由此獲得1918年諾貝爾化學獎。但是哈珀通過氨的催化氧化增產硝酸使戰爭繼續成為可能，還參與了毒氣開發并應用于前線。他是天使，用空氣制造面包，為人類帶來了豐收和喜悅；他也是魔鬼，給人類帶來災難、痛苦和死亡。學生通過這樣的開放作業可進一步思考為國奉獻、社會倫理等問題[9]。

3 HPS教學模式的實踐效果

3.1 HPS教學有利于學生理解抽象概念和原理，提高學習興趣和成績

物理化學課程中抽象概念多、公式多、理論性和邏輯性強，學生在學習過程中感到困難，學習積極性不高，成績不理想。在HPS教學實踐中教師引入化學史是為了使學生了解科學發現的步驟，內化科學研究過程中涉及的抽象概念和原理。在學習自由能和化學勢概念時，介紹物理化學家吉布斯的故事；在學習反應速率與溫度關系時，介紹阿倫尼烏斯在研究蔗糖轉化反應時發現反應速率隨溫度升高而增加的實驗過程，提出活化能、反應速率系數、指前因子等概念。讓學生了解當時的社會背景以及科學家的思維過程，有助于學生理解抽象概念和原理，提高學習興趣和成績。

3.2 HPS教學有利于學生養成理性思維，提高科學探究能力和創新意識

HPS教學模式通過科學研究的情境再現，讓學生像化學家一樣觀察現象、實驗研究和查閱資料，進一步比較、分類、歸納。例如在學習固體吸附理論時，學生查閱資料，了解朗格繆爾研究單分子膜的過程，推導固體吸附公式，并應用吸附理論解決實際問題。這一過程能激發學生探究科學的熱情，有利于培養他們嚴謹科學的態度，有利于提高他們的科學探究能力和創新意識，進而讓他們認識到科學研究在社會主義新時代建設中大有作為，激發他們的社會責任感和使命感。

3.3 HPS教學有利于學生樹立正確的價值觀，提高民族責任感和自豪感

結合HPS教學模式，教師在教學中融入中國科學家如黃子卿、盧嘉錫、傅鷹、徐光憲、梁敬魁等在物理化學發展史中所做的卓越貢獻。例如，在學習膠體化學內容時，介紹中國膠體科學的主要奠基人——傅鷹的生平和科研成果。1928年傅鷹先生謝絕美國公司的高薪而毅然回國任教，1945年再度赴美，1950年這位“美國兩次都留不住的科學家”再次回到了自己的祖國。鄧小平同志親自批示傅鷹先生為“勤勤懇懇、頑強奮斗，為科學和教育事業貢獻一生的偉大愛國者”[10]。這些對培養學生的社會責任感，提高學生的民族自豪感，幫助他們樹立正確的價值觀，實現“立德樹人”的目標有著非常重要的意義[11]。

4 開展HPS教學存在的困難

4.1 專業知識與思政教育融合存在難度

課程思政的難點在于如何將專業知識和思想政治教育相融合。物理化學課程中有各種抽象定理的運用和公式的推導，如何讓課程思政貫穿于教學的全過程，需要任課教師深入挖掘物理化學課程中含有社會主義核心價值觀的素材。而在實際的教學中HPS素材資源非常有限，如何獲取有效的HPS素材并將其融入到教學實踐存在難度[12]，這就要求任課教師充分利用網絡、數據庫等資源，及時更新具有“高階性”“創新性”和“挑戰度”的教學內容，挖掘出更多與思政教育融合的素材。

4.2 教師開展課程思政的能力素養不足

課程思政最終要通過教師這一關鍵主體發揮作用，這對專業課教師開展課程思政的能力提出了挑戰。這就需要專業課教師不僅要掌握專業課知識，還要具備將思想政治教育融入課程教學各個環節的能力，更要有實現知識傳授、價值塑造和能力培養的素養。專業課教師要充分認識到實施課程思政的重要性，努力提升課程思政的意識和能力，不斷豐富和完善HPS教學體系，在傳授專業課知識的同時，加大對學生思政素養的培育，才能適應新時代課程思政的要求[13]。

5 結語

正如我國著名物理化學家傅鷹先生所言：“化學給人以知識，化學史給人以智慧。”高校專業課教師有責任把“培養人”作為根本使命，在專業課教學中對本科生進行價值引領、傳遞正確導向，讓社會主義核心價值觀進課堂、進學生頭腦，構建“全員-全過程-全方位”的“三全育人”大格局[14]。因此，在物理化學課程中采用HPS教學模式實施“課程思政”，減少生硬的單方面灌輸理論知識，結合學校和專業特色增加哲學方法論、化學史的內容，提出前沿性、時代性及專業特色的問題，在課堂教學中調動學生的主觀能動性，鼓勵他們積極思考。同時，教師自身也需要轉變教學觀念，開展以學生為中心的課堂教學，在減輕學生負擔的同時提高他們的學習效率，增加課程學習的挑戰度，充分發揮物理化學課程的育德育人功能。HPS教學實踐對培養農業大學學生的家國情懷、創新意識、科學思維和人文關懷等科學素養具有重要意義，可以為農業大學化學課程思政教學實踐提供一些參考和借鑒。