“物理化學”課程中融入唯物辯證法原理的教學實踐

尹昌平 吳楠 劉鈞

［摘 要］ 唯物辯證法是馬克思主義哲學的核心組成部分，“物理化學”的基本概念、定律及其內在機理等，都蘊含著豐富的辯證唯物主義思想。“物理化學”是化學、材料和生物等專業的學科基礎課程，應用唯物辯證法基本原理開展“物理化學”教學的探索與實踐，挖掘唯物辯證法與課程內容之間的融入點，可以讓學生熟練掌握物理化學基本知識體系和內在規律，養成良好的科學思維習慣，同時培塑學生的世界觀和方法論，實現知識傳授與價值引領的同向而行。

［關鍵詞］ 物理化學；唯物辯證法；課程思政

［基金項目］ 2020年度湖南省普通高等學校課程思政建設研究項目“應用唯物辯證法原理開展《物理化學》教學的研究與實踐”（HNKCSZ-2020-0005）

［作者簡介］ 尹昌平（1980—），男，安徽和縣人，博士，國防科技大學空天科學學院材料系副主任，教授，主要從事樹脂基復合材料研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A［文章編號］ 1674-9324（2023）18-0133-04［收稿日期］ 2022-11-05

2016年12月，習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上強調：“辦好我們的高校，必須堅持以馬克思主義為指導，全面貫徹黨的教育方針。要堅持不懈傳播馬克思主義科學理論，抓好馬克思主義理論教育，為學生一生成長奠定科學的思想基礎。”指出：“其他各門課都要守好一段渠、種好責任田，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協同效應。”［1］這明確指出了各類課程的育人作用。

“物理化學”是化學及材料、生物、環境等專業的基礎理論課程，是從物質物理現象和化學現象的聯系入手，用物理的研究方法來探求化學變化基本規律的一門科學。教學過程中，教師應注意科學把握課程思政教育的豐富內涵，充分挖掘課程知識體系所蘊含的思政元素［2-3］。針對“物理化學”課程的特點，可凸顯馬克思主義哲學的世界觀和方法論，使學生養成良好的科學思維習慣，挖掘唯物辯證法與課程內容之間的融入點，實現知識傳授與價值引領的同向而行。唯物辯證法既是自然科學和社會科學的概括與總結，又是觀察、分析、解決各種問題的方法，是馬克思主義哲學的核心組成部分，包括三大定律和五大范疇［4-5］。

“物理化學”知識體系主要包括熱力學、動力學和表面物理化學，都與辯證唯物主義思想密切相關。教師在教學中傳授自然科學知識的同時，可以融入和貫穿唯物辯證法思想。這種結合實際事例分析演繹的唯物辯證法思想教育，言之有物，相較于傳統的唯物辯證法思想教育，更容易起到潤物無聲的作用，有利于學生學習、掌握和應用唯物辯證法原理［6-8］。

一、從燃素說到能量守恒與轉換，促進辯證唯物主義自然觀的形成

在講述物理化學發展史時，教師要突出講授能量守恒與轉換規律的發展歷程。遠古時代，人們就懂得鉆木取火，會使用燃燒來服務生活。18世紀，人們開始研究燃燒。隨著對燃燒現象認識的深入，人們也開始試圖對熱現象給予解釋。最初的學者認為物質之所以會燃燒，是因為其內含有燃素，也就是所謂的燃素說，物理化學由此萌芽。拉瓦錫通過實驗發現，在封閉的容器中加熱金屬，金屬由于表面反應生成了一層氧化層而變重，但是整個容器的重量并未改變。據此，拉瓦錫推斷一定是空氣中的某種物質參與了反應，這種物質后來被證實是氧氣。因此，拉瓦錫提出了氧化理論，并于1783年發表了關于氧化理論的論文，宣告了燃素說的終結。

從提出燃素說到得出能量守恒與轉換定律，經歷了差不多兩個世紀。人類認識能量及其規律的歷史，是一個由淺入深、由表及里、由低級到高級、由片面到全面的過程。在這個發展過程中，充滿了辯證法與形而上學、唯物主義與唯心主義的斗爭。偉大的革命導師恩格斯在《自然辯證法》這部光輝著作中，第一次對能量守恒與轉化定律做了全面深刻的說明，指出：“自然界的一切物質都具有能量，能量有各種不同形式，能夠從一種形式轉化為另一種形式。”能量守恒與轉化定律的發現表明：自然界中的一切運動都可以歸結為一種運動形式向另一種運動形式不斷轉化的過程。這就為辯證唯物主義關于物質世界的統一性和物質運動的不滅性提供了精確的自然科學依據，促進了辯證唯物主義自然觀的形成［9］。

二、內因外因辯證關系在教學中的應用

唯物辯證法原理告訴我們，內因是事物發展變化的根據，外因是事物發展變化的條件，它能加速或延緩事物發展的進程，但必須通過內因而起作用。明白了內因與外因的辯證關系，教師可引導學生運用唯物辯證法的基本原理來對物理化學知識進行梳理、歸納和總結，建立知識網絡，了解掌握紛繁復雜的物理化學定律和公式背后的對立統一規律，培養學生以辯證唯物主義的視角來理解物理化學知識。這有助于學生整體把握物理化學的知識脈絡體系。

以熱力學平衡為例，當某一體系反應達到熱力學平衡之后，反應物和產物的濃度不再變化。宏觀上看，該體系看似是靜止的、不變的；但從微觀角度看，正、逆反應并沒有停止，仍然處于不斷進行之中。從該例給出的經驗可知，事物體系的特征既對立又統一，可以相互轉化，因而在教學過程中要善于運用辯證的觀點和一分為二的觀點來看待事物運動的變化與發展，由表及里，透過事物的表象把握其本質，并統籌宏觀和微觀兩個方面。

在講解電化學中的極化時，教師可以指出當電流通過電極時，即電流不為零，電極上實際以一定速率發生電子得失、物質的析出與溶解、離子的產生與消失、物質的擴散等一系列變化，這就是電極的極化。由于陽極和陰極的極化程度不同，不管是濃差極化還是電化學極化，電極都表現出不同的正負性，陰極和陽極的電極電位會發生變化；但其中也包含著同一性，即電極電位都會偏離平衡值，體現出同一性與斗爭性之間的關系［10］。

在講解合成氨反應時，教師可以基于化學熱力學視角，讓學生了解溫度越低，平衡轉化率就越高；基于化學動力學視角，溫度越低，反應速度越慢。改變反應溫度，可以抑制副反應，但對主反應影響很大，從而作用于生產效率。因此，溫度對合成氨反應的熱力學平衡轉化率和動力學反應速率的影響是一對矛盾，但它們也是統一的。矛盾的統一體現在既要保證高的平衡轉化率，又要維持高的反應速率。反應正向進行，系統體積是縮小的，所以高壓有利于反應正向進行，但是壓力越高，對系統設備及其材料的要求也就越高，因此工業生產上一般采用中壓，如此矛盾雙方在此條件下得到統一。

在講解化學平衡時，教師可讓學生清楚地知道正、逆反應是兩個相反的過程，是一對矛盾，相互對立，共存于一個化學反應體系中，正、逆反應速率決定化學平衡移動的方向。當化學反應進行到一定程度時，正、逆反應速率相等，化學反應達到平衡。一切化學平衡都是基于特定條件的特定運動的動態平衡，因為平衡是相對的、有條件的，而不平衡是絕對的、永恒的，維持平衡的雙方互相牽制，是對立統一的關系，若平衡條件被打破，化學平衡也就不復存在。這就是對立統一規律在化學平衡中的體現。

講解金屬結晶過程中的形核率時，教師應讓學生明確形核率會在不同條件下受到不同主導因素的影響。一方面，隨著過冷度從低到高，形核率會呈現出先上升后下降的趨勢；另一方面，當過冷度達到一定值時，影響形核率的主導因素就變成了原子的擴散能力。

三、量變質變辯證關系在教學中的應用

唯物辯證法指出，量變是質變的準備，質變是量變的必然結果，量變與質變是相互滲透的。高校教師在教學過程中要著重掌握適當、適時、適量這一“三適”原則，讓學生在日積月累的量變過程中實現質的突破［11］。元素的性質會隨著元素原子核電荷數遞增達到某一程度之后呈現出周期性變化。以在澄清石灰水中滴入磷酸溶液為例，從磷酸溶液由少到多地滴入所引起的沉淀產生再到沉淀消失的過程揭示了量變引起質變的規律。

講解熱力學第一定律時，對于準靜態過程和可逆過程，教師要讓學生明白，當內外的壓力差無限小，活塞的移動非常慢，速度接近于0，在過程進行的每一瞬間，系統都接近平衡狀態，以致整個過程可以看成一系列接近平衡的狀態所構成的，這就是準靜態過程。準靜態是一種理想的過程，實際上是不存在的。因此，教師要引導學生用辯證的觀點來看待“過程的不平衡”與“準靜態過程是由一系列接近平衡的狀態所構成”的關系（如圖1）。

熱力學上的可逆過程，是指過程反向之后，什么痕跡都沒有留下，即“雙復原”。系統復原的時候，環境也復原，意思是可逆過程中環境得到的熱和功，在逆過程的時候又原原本本地還給了系統。可逆過程是一個動力無限小，速度無限慢，時間無限長，經歷了量變，到一定程度后引起質變的過程。但它是一個概念，在有限的時間內是看不到一個可逆過程完成的，也就是動力無限小，速度無限慢。

講解相平衡章節中鋼的熱處理時，教師要引導學生發現，隨著冷卻速度的加快，過冷度也隨之增加，最終達到一定條件后，過冷奧氏體就會分別轉變為珠光體、貝氏體和馬氏體，在量變的基礎上實現質變。在儲氫合金的吸氫反應中，固溶于金屬的氫向內部擴散是量變的過程，而固溶體一旦被氫飽和，就會由固溶體變成氫化物，即發生了質變。同樣，對于水的相變過程，在標準氣壓下，水在0～100 ℃之間的性質變化屬于量變，而在100 ℃時，水開始沸騰并轉化為水蒸氣，以另一種形態存在，實現了質變［12］。如圖2所示。

物理化學中全面滲透著質量互變的規律，教師要抓住這一基本規律，在教學中將表面無關的知識點串聯起來，讓學生掌握其中質的區別和量的變化，往往能產生事半功倍的效果。

四、實施過程及效果

在湖南省普通高等學校課程思政建設研究項目啟動后，課題組集體開會，分析、討論、總結了“物理化學”課程教學中蘊含的唯物辯證法原理和基本方法，整理、修訂了相關原理的表述，融入了新版物理化學課程標準，進一步強調了樹立辯證唯物主義和歷史唯物主義世界觀。

自2021年春始，國防科技大學材料科學與工程專業學生的“物理化學”課程皆按照修訂后的教學大綱實施教學計劃，在教學過程中，教師要注意采用唯物辯證法基本原理和方法從整體教學內容、章節教學內容和具體知識點等多個層次，引導學生運用唯物辯證法基本原理和方法分析、梳理、總結、理解和運用物理化學反應規律。學生普遍反映基本掌握了物理化學的基本原理和方法，能夠清晰地把握物理化學反應規律的變化脈絡。這表明，不僅任課教師進一步厘清了講課思路，增強了授課內容的邏輯性和前后聯系，聽課學生也不再迷茫，構建起比較完整、清晰的物理化學知識體系，增強了學生進一步學好材料專業后續課程的信心。

主講教師得到聽課學生的優良評價，并多次獲得校級優質課程的榮譽。團隊及時對“物理化學”課程中的成功做法進行總結，并推廣至其他課程。同組教師嘗試將唯物辯證法原理融入“復合材料結構設計原理”和“沖擊波物理”的教學（例如：沖擊波在介質中傳播的過程，介質的物理性質是內因，外力的作用是外因，內因在外因的作用下發揮作用），也取得了較好的教學效果，先后獲得學校教學能手比賽一等獎和湖南省普通高校教師課堂教學競賽二等獎。

結語

教師在“物理化學”課程教學中融入唯物辯證法原理，利用唯物辯證法原理來觀察和分析各種物理化學問題及反應規律，使學生除了在傳統的思想政治理論課上獲得相關知識之外，增加了接觸、了解和學習唯物辯證法原理的途徑和方法，更科學地對物理化學知識進行梳理、分析、歸納和總結，從而建構起相應的知識網絡，方便學生摸清紛繁復雜的物理化學知識背后的反應規律，有利于學生整體把握物理化學的知識脈絡，對學生學習和掌握物理化學知識起到事半功倍的作用。

相應地，學生一旦掌握唯物辯證法基本原理在學習自然科學知識中的作用，就會舉一反三，自發在課程學習和工作實踐中進行總結、驗證，潛移默化中達到潤物無聲的效果，篤信馬克思主義哲學的正確性和指導性。這種教學方法有利于培養學生以辯證的觀點看待各個知識點，防止理解的教條化和片面化，幫助學生學習、樹立和鞏固馬克思主義世界觀、人生觀、價值觀，對于提高人才培養質量和效率、更好地滿足國民經濟發展對新型復合型人才的需求具有重要的意義。

參考文獻

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The Teaching Practice of Integrating the Principles of Materialistic Dialectics in Physical

Chemistry Teaching

YIN Chang-ping， WU Nan， LIU Jun

（Academy of Aerospace Science， National University of Defense Technology， Changsha，

Hunan 410073， China）

Abstract： Materialistic dialectics is the core component of Marxist philosophy， and the basic concepts， laws and their intrinsic mechanisms of physical chemistry are rich in dialectical materialist ideas. As a fundamental course in chemistry， materials and biology， the exploration and practice of teaching physical chemistry by applying the basic principles of materialistic dialectics and exploring the integration point between materialistic dialectics and course contents can enable students to master the basic knowledge system and inner laws of physical chemistry， develop good scientific thinking habits， and at the same time cultivate students worldview and methodology， so as to realize the simultaneous transfer of knowledge and value.

Key words： Physical Chemistry; materialistic dialectic; curriculum ideology and politics