新時代背景下物理化學實驗的課程思政教學初探

孫越，楊鉆

遼寧師范大學化學化工學院，遼寧 大連 116029

1 引言

隨著經濟全球化的快速發展，各種文化思潮和價值觀念大量涌入，極大地沖擊了我國高校學生的思想，這種時代背景下，僅靠傳統的幾門思政課程，很難做好高校學生的思想政治工作[1]。2016年12月全國高校思想政治工作會議的召開，推動了“課程思政”建設的發展[2]。習總書記在會議上表示，高校立身之本在于立德樹人。而課程思政就是把立德樹人作為教育的根本任務，通過各類課程與思想政治理論結合，培育德才兼備、全面發展的人才[3]。2020年6月，教育部印發了《高等學校課程思政建設指導綱要》(以下簡稱綱要)，綱要中明確指出，要把思想政治教育貫穿于人才培養的全過程，高校課程思政要融入課堂教學建設，這意味著課程思政教育正式進入關鍵發展階段。很顯然，這要求教師改變傳統的以傳授知識為主的教育思想，還應該以育人成長為己任，真正做到傳道授業。目前很多高校已經開始探索如何利用課堂教學這個主要教學手段，以春風化雨的形式實現以文育人，并已經取得一定的成效[4–7]。

化學是一門以實驗為基礎的自然科學，物理化學實驗是研究物質化學行為的原理、規律的實驗課程，它在化學教學中十分必要。一方面，實踐是檢驗真理的唯一標準，學生通過實驗理解、掌握所學知識，同時，實驗也可以培養學生發現、解決問題的能力[8,9]。另一方面，物理化學內容抽象、邏輯性強，且傳統物理化學實驗教學以理論知識講解、實驗儀器操作、數據處理分析等為主線，忽略了課程思政教育。基于此，本文以遼寧師范大學為例，介紹其化學化工學院(以下簡稱學院)在新時代背景下，在物理化學實驗教學中實施課程思政的初步探索，以期為高校實驗教學中實施課程思政教學改革提供參考借鑒。

2 物理化學實驗課程思政教學思路

在物理化學實驗課程思政建設過程中，基于“以學生為本，重基礎、求創新，培養具有社會責任感、實踐能力突出的高素質人才”的實驗教學理念，學院教學團隊結合物理化學實驗課程的特點，經過長時間的教學研究，深入挖掘提煉本課程中所蘊含的思政元素，結果如表1所示。

表1 物理化學實驗中的思政元素

根據實驗教學目標，學院以“基本技能–綜合能力–創新能力”為主線，開設基礎實驗–綜合實驗–研究設計型實驗課程。其中，物理化學學科分支中開設基礎物理化學實驗(80學時)、理化測試(綜合實驗，物理化學部分24學時)、中級物理化學實驗(研究設計型實驗，48學時)三門實驗課程。實驗教學中，授課教師積極探索各實驗項目中所蘊含的思政要點和承載的德育功能，結合表1所列出的思政元素，其結果如表2所示。從表2中可以看出，每個實驗項目都承載了5–8個思政元素，但受學時限制，以及考慮不同實驗題目采用相同的思政教學案例時，學生容易失去興趣，因此，實際僅挑選較為突出的思政元素開展教學，見表2中的思政教學思路。

表2 不同實驗項目中的思政元素及思政教學思路

(續表2)

如表2所示，目前學院所開設的所有物理化學實驗項目的思政教學思路，歸納起來大體可分為如下幾個方面。

(一) 深挖實驗哲學思想，提升學生的政治素養。

教學中有意識地挖掘馬列主義的哲學思想，是學院物理化學實驗課程思政的主要做法。例如，在“原電池電動勢的測定和相關熱力學函數的計算”實驗中，實驗前筆者對學生進行預習提問，如“化學熱力學與電化學聯系的橋梁是什么？”“什么情況下測得的電池電動勢可用于相關熱力學函數的計算？”“實驗中如何實現這一條件？”等，通過一系列提問促使學生將理論知識與實驗操作結合起來，實驗后通過實驗測定值與文獻值進行對比，可使學生深入理解實踐是檢驗真理的唯一標準的哲學思想。還比如，在“利用旋光法測定蔗糖水解反應的速率常數”實驗中，可通過讓學生觀察旋光度與時間的變化關系、蔗糖濃度對體系旋光度變化的影響等，引導學生總結一級反應的特點，再與理論課上所學到的知識進行對照，培養學生理論聯系實際的能力。類似的，“乙酸乙酯皂化反應速率常數的測定”實驗則可通過理論課與實驗課中關于二級反應的特點，培養學生理論聯系實際的能力。另外還有，“電導法測定水溶性表面活性劑的臨界膠束濃度”實驗，在學生如實記錄實驗數據的過程中，可適時引導學生觀察數據的變化情況，使學生感受事物發展是由量變到質變的轉變過程。“絡合物的磁化率測定”和“循環伏安法測定電極在鐵氰化鉀溶液中的電化學行為”實驗，則可引導學生從實驗機理出發，思考產生實驗現象的本質原因，加深學生對透過現象看本質哲學思想的理解。“氣相色譜法測定非電解質溶液的熱力學函數”實驗，可引導學生體會分析化學實驗技術在物理化學研究中的應用，強化世界是普遍聯系的哲學思想。而在“甲醛分子的結構和性質的計算化學研究”實驗時，可引導學生開展量子化學相關進展的討論，結合1998年及2013年諾貝爾獎都頒給了理論化學家，使學生了解化學不再是純實驗科學了，現階段化學的兩大支柱是實驗和形式理論，從而使學生強化用發展的眼光看問題的哲學思想。

(二) 關注實驗教學內容，培養學生的社會責任感。

培養學生的社會責任感，是學院物理化學實驗課程思政的另一重要方面。例如，在“燃燒熱的測定”實驗中，可適時引導學生對當前世界的能源問題進行簡單討論，并引入清潔能源——可燃冰，從我國可燃冰儲量世界第一出發[10]，可激發學生的愛國主義情感，培養學生為國家做貢獻的社會責任感。環境問題是人類生存面臨的一個主要問題，在實驗教學中有意識地培養學生的環保意識，是化學實驗課程必須承擔的思政內容。除了貫穿于所有實驗的“三廢”處理問題，筆者也會針對一些典型實驗項目，更加強調環境保護的重要性。例如，“凝固點降低法測定摩爾質量”是一個經典的基礎物理化學實驗，傳統教材中一般使用“苯-萘”體系進行測試[11]，苯是一種致癌物質，人暴露在大量的苯中會引起白血病。學院教師經過一系列探索，成功選擇水為溶劑測定葡萄糖的摩爾質量。通過現行實驗項目的“水-葡萄糖”體系與傳統的“苯-萘”體系作對比，可很好地培養學生綠水青山就是金山銀山的環保理念。同時，安全責任意識的培養也不能忽視，筆者所在學院經過教學實踐的逐步探索，已經將實驗安全教育列為實驗教育的重要環節。在實驗開始之前，教師通過課前提問促使學生主動思考實驗中可能遇到的安全問題，并通過引導、討論，啟發學生解決問題。實驗完成后，學生要通過小組討論、文獻查閱等方式對實驗中涉及的安全主題進行總結，并以匯報的形式在班級內展示。例如，在“氨基甲酸銨分解反應平衡常數的測定”實驗中，學生通過“真空實驗技術的比較”“真空實驗的操作安全”等討論、匯報環節，強化安全責任意識的同時，也通過安全隱患等的講解看到了實驗課程的本質特性，以便之后實驗中更好地發揮主觀能動性，減少化學事故的產生。

(三) 立足實驗教學環節，培養學生的科研態度。

培養求真務實的科學態度一直是理科實驗教學的重要目標，也是課程思政的主要內容之一。事實上，所有的物化實驗項目都應注意科學態度的培養，只不過學時有限，有的實驗承載了其他的思政元素，科學態度就不再單獨拿出來強調了。這里僅舉幾個典型實驗項目，用于介紹學院在培養嚴謹求實的科學態度方面的做法。例如，在“雙液系的氣-液平衡相圖”實驗過程中，所需記錄的數據量較大，消耗時間長，儀器操作和數據處理較為復雜，教師通過引導學生耐心進行實驗操作，精確讀取相關數據及準確繪制組成圖，可培養學生嚴謹細致的科學態度。另外，“黏度法測定水溶性高聚物相對分子質量”實驗中，也可通過引導學生多次實驗，準確讀取溶劑及不同濃度高聚物溶液的流出時間，培養學生嚴謹細致的科學態度和精益求精的工匠精神。此外，為了發揮學生在教學中的主體作用，筆者所在學院設有開放實驗室、大學生創新創業訓練計劃項目等，學生可以選擇自己感興趣的項目深入研究、積極探索，最大限度地發揮自己的科研潛力。

(四) 聆聽實驗背后科學家的故事，學習科學家的精神。

聆聽實驗背后科學家的故事，學習科學家的精神，是比較簡單的思政手段，但往往會有意想不到的教學效果。例如，在“電勢-pH曲線的測定與應用”實驗中，筆者引入了比利時科學家布拜的故事[12]。布拜和同事在20世紀60年代初一起完成了所有元素的電勢-pH圖，當時布拜不到20歲，跟做實驗的學生年齡差不多。布拜的最后一部著作是《氣相存在下化學和電化學平衡圖集(固–氣平衡)》一書，他出版這部專著時已經92歲高齡。每每講到這兩個故事，學生都會一片沸騰，既感動于布拜的努力及對科學的酷愛，也折服于他對科學孜孜不倦、為科學奮斗終生的精神。往常一講到科學家的故事，教師往往介紹的都是國外科學家，容易讓學生誤認為國內科學家比不上國外科學家，在“生物酶催化反應動力學常數的測定”實驗中，筆者引入我國著名科學家——單分子酶學的創始人謝曉亮教授的故事[13]，通過講述謝曉亮教授全職在北京大學工作，以及他在基礎研究、技術開發和醫學研究三個領域的成就，引導學生學習他淡泊名利、潛心研究的奉獻精神，以及勇攀高峰、敢為人先的拼搏精神[14]。在“溶液法測定極性分子的偶極矩”的實驗中，則可通過講解計算偶極矩的復雜公式，引導學生學習科學家不畏困難、刻苦鉆研的精神。除了國內外著名科學家，學院老教師的事跡也是思政育人的落腳點之一。他們在過去市場經濟很不發達的年代，甚至計算機都沒有幾臺的時代，潛心開發出實驗數據處理軟件用以滿足教學(如圖1A所示)，十分不易；還比如，20年前，為了完善實驗教學內容，老教師采用舊電線、大玻璃缸、大玻璃管組成了簡易的凝固點降低法實驗裝置用于教學(如圖1B所示)，這種勇于擔當、甘于奉獻的精神同樣值得學習。

圖1 學院老教師15年前開發的物理化學實驗數據處理系統(A)和舊凝固點降低法實驗裝置(B)

(五) 重視研究設計型實驗，強化創新精神以及團隊意識。

研究設計型實驗難度一般比較大，在實驗過程中常存在著挫折和失敗，盡管如此，這類實驗對培養學生的科研態度、創新精神以及團隊意識很重要，一定要重視他們的思政作用。例如，“質子交換膜燃料電池組裝活化及性能測試”“光催化劑的合成及對有機物的降解研究”“計算化學方法確定單分子的穩定結構參數”是筆者所在學院常開的三個研究設計型實驗，對于這類實驗項目，教師一般會給出實驗課題，每組學生任選一個并完成。學生在實驗中發揮主體作用，通過查閱中英文文獻，自主設計實驗方案，并對實驗中可能出現的問題進行分析、解決。同時，我們要求學生按科學論文的格式完成實驗報告，論文主體要說清楚三個問題：一是為什么要做實驗，即實驗目的是什么；二是怎么做的實驗，即具體的實驗方案是什么；三是得到了什么結論，即實驗結果和討論，并指出若想實驗結果更完善，還需要做哪些努力。實驗報告不僅在內容上要與科學論文看齊，在形式上也要與科學論文一致，論文須有摘要、關鍵詞，最后還要列出參考文獻。通過進行實驗方案交流，進行互為補充或互為驗證的合作性實驗，進行實驗論文報告的討論交流等必要環節，可大大提高學生的創新精神、思維能力、歸納總結能力、交流表達能力以及團隊合作意識，有效促進學生多樣化成才。

3 結語

經濟全球化的快速發展以及各種文化思潮、價值觀念的大量涌入，極大地沖擊著我國高校學生的思想，在這種時代背景下，高校課堂全面實施“課程思政”十分必要。物理化學實驗對于理解物質化學性質和行為十分重要，在化學教學中必不可少,將思政教育融入此課程更是亟不可待。本文僅從幾個大的方面剖析了物理化學實驗課程的思政元素，課程中還有很多的思政教育觀點需要高校教師結合自身的教學方式去剖析、挖掘，從而應用到教學實踐中。總之，在新時代背景下，思政教育改革需要各高校把國家意識、人格養成等思想政治教育導向與各類課程知識有機融合，實現顯性和隱性教育的有機結合，從而為國家培養更多德智體美勞全面發展的人才。