“物理化學”理論—實驗教學融合課程思政探索

［摘 要］ 課程思政是貫徹落實習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上堅持把立德樹人作為中心環節，講話精神的重要方法和途徑。物理化學實驗是研究物質的物理性質以及這些性質與其化學反應間的關系的一門科學。作為一門獨立的課程，“物理化學實驗”是一門重要的基礎化學實驗課。結合“物理化學”課程特點，在教學過程中，逐步引入正確的價值觀，通過科學素養的培養進行價值引領，優化教學內容，提升教學實效，充分發揮思想政治教育與課程的學科對話和理論引導。

［關鍵詞］ 物理化學；課程思政；課程改革

［基金項目］ 2021年度廣東工業大學本科教學工程項目“物理化學實驗課中開設綜合性實驗的探索”（1105/211220029）

［作者簡介］ 陳 超（1983—），男，山東曲阜人，博士，廣東工業大學輕工化工學院副教授，主要從事納米多孔材料研究及化工原理教學研究；李 壘（1985—），男，河北石家莊人，博士，廣東工業大學輕工化工學院講師（通信作者），主要從事光電催化研究及物理化學教學研究。

［中圖分類號］ G641 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）34-0101-04 ［收稿日期］ 2023-04-04

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：“要堅持把立德樹人作為中心環節，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，努力開創我國高等教育事業發展新局面”［1］。高等教育不僅要注重專業素質的培養，還要注重大學生思想政治意識及正確的世界觀、人生觀和價值觀的建立。因此，教師需要通過改變教學模式及教學方法，將思政元素與課程緊密結合，在課程中滲透思政元素，在思政元素中體現課程知識體系［2］。物理化學是現代化學、生命科學、材料與環境科學發展的基礎，在資源開發利用、環境保護等攸關社會和經濟發展及人口與健康等方面應用潛力巨大。

一、“物理化學”課程思政的具體要求及必要性

物理化學是基于物質的物理現象和化學變化的聯系研究物質在化學過程中基本規律的一門科學，是研究化學學科中的原理和方法、體系行為最一般規律和理論的學科。理論化、系統化是其核心特征，化學過程的本質及規律蘊含著深刻的哲學辯證思維，即事物的普遍性與特殊性、主要矛盾和次要矛盾及質變與量變等。因此，通過“物理化學”課程的教學，引導學生形成辯證思維，具體到理論聯系實際對“物理化學”知識點進行思考和理解，運用所學理論解釋現象及解決實際問題，學會透過現象看本質，在學習中領會“物理化學”解決實際問題的科學方法。在知行統一中提高學生利用馬克思主義立場觀點方法分析問題和解決問題的能力［3］。“物理化學實驗”課程教學則基于理論學習基礎，通過培養學生利用物理的方法定量地解釋化學過程的規律，學生在頭腦中具象的構建物理—化學現象及相關規律緊密關聯的橋梁。通過系統性、層次化的實驗訓練，掌握物理化學實驗的基本方法和技能，養成嚴謹科學的實驗態度，培養學生進一步從事相關科學研究的能力。當前，“物理化學”課程主要面臨的問題包括基礎理論概念理解模糊不清，相關原理方法掌握困難，理論教學與實驗教學脫節導致難以將理論與實踐相結合等。由此，整體上探討理論與實踐一體融合的理論和實踐問題顯得尤其重要。從宏觀層面建立教育教學目標及微觀層面組織教學實施方案優化，利用理論與實踐相結合的形式在宏觀思考及細節學習兩個方面同時推動學生學習，通過科學的思辨性學習及實踐，培養學生正確的“三觀”。

二、“物理化學”教育教學中宏觀認知結構的構建

化學作為一門自然學科，既具有抽象的概念，又具有形象的實驗。物理化學作為物理學和化學兩大分支學科的結合產物，是研究從物質的物理現象和化學現象的聯系入手探索化學變化根本規律的科學，其蘊含著普遍聯系的唯物辯證法，其形成與發展也是唯物辯證法在自然科學領域的實踐。基于此，物理化學所涉及的概念、定律、原理和公式等內容抽象且邏輯演繹性強，在其推導過程中往往基于實際過程的理想化，并使用理想化的方法通過對復雜問題進行必要的抽象化以適用于不同的條件與范圍，從而建立相應的理論模型體系及實際應用模型。基于馬克思主義哲學原理中的普遍性和特殊性以及主要矛盾和次要矛盾關系的原理，可知所學概念、理論往往都是從客觀實際中概括和歸納出來的，學習時如果能時刻都聯系客觀現象進行思考、推理，運用所學理論解釋客觀現象，創造性地解決實際問題，那么就會對理論的實質產生更深一層的認識。人對事物的認知過程正如《認識論》中所指出的：“實踐—認識—再實踐—再認識”［4］。同時，教學過程中始終需要注意在變量發展過程中需注重引導學生關于量變和質變以及普遍性和特殊性的理解。例如，普遍性是事物發展的一般規律，對于任意變化過程，在其核心原理層面必然存在其普遍性，基于此可發展具有普適性的理論模型。但是，基于化學學習可知，特殊性也是普遍存在的，所以針對特定條件下的特殊性需關注理論模型的特殊形式。

模型法是一種常用的科學方法，理想模型巧妙地排除了錯綜復雜的次要矛盾的干擾，突出了事物的主要矛盾，揭示了事物的本質，因而建立最簡單、最具代表意義的理想化科學模型。基于理想模型可研究變化過程的基本規律，再進一步找出理想與實際的偏差，然后針對此偏差做出適當的修正，從而對事物的認識前進一步，實際問題就可以逐漸解決。要求學生總結課程所用到的模型法，領悟其導出的思路。例如，理想氣體模型——真實氣體范德華模型，卡諾循環——熱機與熱泵，離子氛模型、科爾勞斯離子獨立運動定律，經驗方程塔菲爾方程與理論模型巴特勒-福爾摩方程，弗羅因德利希吸附經驗式與朗繆爾單分子層吸附理論模型等。

基于以上思辨性學習，按其內在聯系及發展邏輯將“物理化學”知識綱領化，即首先實現知識結構化。當“物理化學”教學實現以思辨性知識結構為單元進行傳授或思考時，可促進學生對知識的理解、記憶，提高知識應用效率。同時，培養學生有意識地將所學知識與原有知識進行融合，從而建立新的認知結構，最終實現學生良好的學習習慣及思考能力的培養。

三、課程思政引入理論教學設計

“物理化學”課程的目標之一是將哲學思辨原理貫穿人才培養體系，把專業教育與思政教育緊密結合，寓辯證法導引于知識傳授和能力培養之中，切實提高學生思想政治素養和專業學術水平［5-6］。化學是研究微觀世界物質的運動規律，對于很多不能直接觀察的過程，可通過想象和類比使抽象理論形象化。在“物理化學”教學過程中，要著重引導學生著眼于實際過程，演繹推導理想模型，繼而反饋回到實際過程，踐行“實踐—認識—再實踐”；同時系統分析教材中各知識點間的相互聯系及其在知識結構中的位置，從邏輯層面引導學生構建各知識點的關系及演變過程，將各知識點結構化，構建“物理化學”知識結構，培養學生主動構建“物理化學”知識結構的學習習慣。

氣體狀態方程的導出思路：引導學生思考理想氣體狀態方程、真實氣體狀態方程（范德華方程）、對應態原理是如何建立的，使學生從實驗測量設計、數據歸納和處理及歸納規律的過程中，理解科研人員是如何處理理想模型與實際氣體之間的普遍性與特殊性聯系以及合理地抓住主要矛盾，從而有效解決實際問題的。

熱力學第一定律與狀態函數：強調狀態函數在熱力學第一定律中的作用，可以通過狀態函數間接解決研究過程的熱效應及難以測量的反應，啟發學生明確人生目標是可以設計不同途徑去實現的，從而堅定理想信念。熱力學第二定律的建立過程：由于早期發明的蒸汽機熱機效率低下，人們逐漸意識到可能有一個本質的東西制約，卡諾理想化循環從根本上回答了熱機效率低下的問題，并引致熱力學第二定律的建立，革命導師恩格斯在他的著作《自然辯證法》中對卡諾做了高度評價。克勞修斯在熱力學第二定律中提出的熵增加原理，為人類社會的可持續發展指明了方向；普利高津提出的耗散結構理論，通過耗散結構理論解釋清朝閉關鎖國導致滅亡的必然性和中國改革開放的必要性。

反應可行性的設計：耦合反應的概念是把不可能發生的反應過程通過對其反應本質的認識，建立起基于合理假設的可能發生反應，即來源于實際而又高于實際的抽象過程，突出研究對象的主要矛盾和主要特征，抓住事物及其變化規律的本質。

以上具體教學過程中還需注意引導學生在原有知識基礎上學習時，通過由現象到本質、從一般到特殊以及由簡單到復雜的思維鍛煉，明確引導學生自我審視原有知識體系與所學新知識之間的異同及發展脈絡，從而實現新知識體系的架構及主動構建新知識體系的能力。

化學也是一門實驗科學，它的許多規律的發現、理論的形成都起源于實際的化學實驗而非基于理想模型推測產生的。例如，化學反應動力學中所學習的化學反應速率，其影響因素有溫度、濃度、壓強、催化劑以及其他條件。以上因素的改變對反應速率的影響是通過化學實驗得出的結論，即實驗結果或客觀事實，實踐出真知。

四、課程思政引入實踐教學設計

“物理化學實驗”課程一般是驗證型實驗，綜合了化學學科領域中各分支學科（無機化學、有機化學和分析化學）所需要的基本操作技能和基本研究方法，在基礎化學實驗教學中占有非常重要的地位。相較于其他分支實驗課程，物理化學實驗更側重于使用物理的方法定量地衡量化學過程，展示其內在規律，架構物理現象和化學現象及規律的聯系。在多層次、全面系統的實驗訓練中，尤其要注重培養學生通過實踐聯系及鞏固“物理化學”理論課程中所學的基本理論和基本概念，通過“實踐—認識—再實踐”的過程掌握物理化學實驗的基本方法和技能，以及深入理解理論課程學習內容。實驗課程教學過程中通過嚴格的物理化學實驗的基本實驗方法和技術的學習要求，培養學生觀察并正確記錄實驗現象和數據的意識，逐步養成實事求是的科學態度和一絲不茍的科學作風等良好習慣，培養學生進行科學研究的能力。同時，通過介紹相關實驗領域當前科研前沿成果、發展方向及痛點，激發學生學習理論知識和勇于實踐的興趣［7-9］。

首先，“物理化學實驗”課程教學是理論教學的延伸，實踐過程所涉及的基本原理都來源于前期理論課程學習所建構的知識體系。基于此，有意識地引導學生從原始概念出發，對實驗所涉及的各個環節進行詳細的了解及解讀，從實驗過程、原則和方法等入手，全方位地解析相關“物理化學實驗”課程的教學內容，深入理解所開設實驗并通過觀察、替代、比較、模擬以及控制變量等實驗方法，為進一步具象化理解理論知識提供模型，在實際操作過程中完成理論知識的升華，使學生具有相對更扎實的理論基礎。

其次，從實際教學現狀入手，基于理論教學內容及知識點，關聯設計實驗教學安排，使得“物理化學實驗”教學不僅可作為理論教學內容的補充或輔助，還可通過實踐教學使學生意識到“物理化學實驗”課程的重要性。在開展理論教學的同時逐漸引入實踐教學內容，在一個知識點完成后立即進入實踐教學，在實踐教學中再深化理解理論教學內容，從而使得學生通過掌握“物理化學實驗”的核心思維和科學辦法的方式進一步深化理解理論教學內容。

最后，以興趣為導向，通過實驗幫助學生更好地理解掌握理論知識。在實驗教學過程中，通過相關知識點發展歷史過程及當前前沿研究熱點等引出相應的實驗原理，啟發學生通過辯證思維和科學嚴謹的實驗過程，思考理論學習和實際過程的關系；在實驗進行中，要求學生認真觀察實驗現象，嚴格要求并準確完整地記錄原始數據。同時，可以通過新奇有趣的實驗演示，激發學生的實驗興趣；進一步引導學生學習透過現象看本質，實現實驗現象和理論知識的相互印證，即不僅要知其然更要知其所以然；還可鼓勵學生在前人的基礎上勇于創新，探索新觀點、發現新內容。除此之外，物理化學作為一門學科更是科學，可通過引導學生采用新的實驗方法，在確保實驗科學性的同時保證實驗的可操作性和安全性。

五、理論教學與實踐教學融合設計

在實際教學過程中，通常存在理論課程與實驗課程內容不匹配，或課程開設的時間導致的教學進度不統一的情況，從而導致在課程進行過程中實驗內容與理論課程內容無法相互印證，即理論課程內容無法通過實驗課程體現，而實驗課程又無法得到有效的理論知識支持，從而使得理論課程對于實驗課程的指導作用以及實驗課程對于理論課程的促進作用無法體現。為防止理論教學與實踐教學相脫節，具體實施方法如下：（1）根據實際教學內容要求設計合理的教學安排，實現理論課程與實驗課程內容的匹配。物理化學作為理論性極強的知識體系，須在理論教學環節注重知識的體系化及模塊化，并建立不同模塊間的聯系。同時，基于理論知識體系的建立，根據實際情況設計并整合經典實驗，開發可操作性更強的探究性實驗，使其既要適合現有的教學平臺，又要適應理論課的教學內容，激發學生學習興趣。（2）合理安排理論教學及實驗教學進度。“物理化學”課程理論教學應先于實踐教學，在開展理論教學的同時適當引入實踐教學內容，繼而在實踐學習過程中親自驗證理論原理，深化理解理論教學內容。通過理論課程與實驗課程的合理配合，幫助學生更好地理解和掌握抽象、枯燥的理論知識。

由此，實現理論教學和實踐教學的配合，實現理論聯系實際，理論教學運用實踐案例，實踐教學有理論支持。在理論學習及實踐過程中綜合引導學生利用辯證唯物主義觀點和方法分析、解決問題，提升學生的科學思維方法，提高學生認識問題、分析問題和解決問題能力。

結語

總之，物理化學是一門深蘊馬克思主義哲學原理的學科，將馬克思主義哲學觀貫穿整個教學過程既可以使學生逐步樹立馬克思主義哲學觀點，又可以用馬克思主義科學方法理解物理化學現象。通過“物理化學”理論課程及實踐課程的融合統一教學思考，以及與思政教育有機結合的教學改革，不僅使學生掌握了扎實的理論基礎，還培養了學生理性嚴謹的思維，從而提高學生的科學素養，掌握邏輯縝密的思考方式及科學嚴謹的研究解決問題的方法；同時有效地引導學生樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀，達到高校教書育人目的。

參考文獻

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Exploration of Integrating Curriculum Ideology and Politics into Physical Chemistry Theory and Experiment Teaching

CHEN Chao， LI Lei

（School of Chemical Engineering and Light Industry， Guangdong University of Technology， Guangzhou， Guangdong 510006， China）

Abstract： Curriculum Ideology and politics is important to implement General Secretary Xi Jinping’s speech at the National Conference on Ideological and political work in colleges and universities. Physical chemistry experiment is a subject which studies the physical properties of matter and the nature of the relationship between its chemical reactions. As an independent course， it is an important basic chemical experimental course. Based on the characteristics of physical chemistry， correct values are integrated into the teaching through cultivating scientific literacy， teaching content is promoted， teaching effect is improved， and the integration of ideological and political education and professional courses is achieved.

Key words： Physical Chemistry; curriculum ideology and politics; curriculum reform