肖 利，蔣漫文，蘇振江，唐嫻敏

(湖南工業(yè)大學(xué)材料與先進(jìn)制造學(xué)院，湖南 株洲 412007)

2014年上海最早提出“課程思政”概念，上海大學(xué)“大國(guó)方略”通選課，“中國(guó)系列”課程是整個(gè)高校思想政治教育體系中重要的創(chuàng)造性環(huán)節(jié)，探索在綜合素養(yǎng)課和專業(yè)課程中融入思政元素，把做人做事的基本道理、把社會(huì)主義核心價(jià)值觀的要求、把實(shí)現(xiàn)民族復(fù)興的理想和責(zé)任融入各類課程教學(xué)之中，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)。2016年12月，全國(guó)高校思想政治工作會(huì)議，習(xí)近平主席強(qiáng)調(diào)：培養(yǎng)什么人，是教育的首要問(wèn)題，要深化教育體制改革，健全立德樹(shù)人落實(shí)機(jī)制，思想政治工作是學(xué)校各項(xiàng)工作的生命線，要用好課堂教學(xué)這個(gè)主渠道，思想政治理論課程要堅(jiān)持在改進(jìn)中加強(qiáng)，其他各門(mén)課都要守好一段渠、種好責(zé)任田，使各類課程與思政理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)[1]。2017年8月，教育部長(zhǎng)陳寶生在《光明日?qǐng)?bào)》撰文指出，把立德樹(shù)人、規(guī)范管理的嚴(yán)格要求和春風(fēng)化雨、潤(rùn)物無(wú)聲的靈活方式結(jié)合起來(lái)，把解決師生的思想問(wèn)題和教學(xué)科研、學(xué)習(xí)就業(yè)等實(shí)際問(wèn)題結(jié)合起來(lái)，使高校始終充滿積極向上的正能量[2]。2021年11月，教育部長(zhǎng)懷進(jìn)鵬在《學(xué)習(xí)時(shí)報(bào)》撰文指出，完善思想政治工作頂層設(shè)計(jì)，統(tǒng)籌思政課一體化建設(shè)，在全國(guó)所有高校、所有專業(yè)推進(jìn)課程思政建設(shè)[3]。2020年5月印發(fā)的《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》中指出，要科學(xué)設(shè)計(jì)課程思政教學(xué)體系，對(duì)于專業(yè)教育課程，要根據(jù)不同學(xué)科專業(yè)的特色和優(yōu)勢(shì)，深入研究不同專業(yè)的育人目標(biāo)，深度挖掘提煉專業(yè)知識(shí)體系中所蘊(yùn)含的思想價(jià)值和精神內(nèi)涵，科學(xué)合理拓展專業(yè)課程的廣度、深度和溫度，從課程所涉專業(yè)、行業(yè)、國(guó)家、國(guó)際、文化、歷史等角度，增加課程的知識(shí)性、人文性，提升引領(lǐng)性、時(shí)代性和開(kāi)放性[4]。因此，課程思政的目的是全面高質(zhì)量的育人，是對(duì)單一知識(shí)技能教育的糾偏，是建設(shè)有“靈魂”課程，是在知識(shí)傳播中實(shí)現(xiàn)價(jià)值引領(lǐng)，將知識(shí)轉(zhuǎn)化或延伸為德行，再上升為自己的價(jià)值要求，最后成為認(rèn)識(shí)和改造世界的能力和方法。

《物理化學(xué)》是研究物理性質(zhì)與化學(xué)反應(yīng)相互影響規(guī)律的一門(mén)學(xué)科，也是其他化學(xué)分支學(xué)科的理論基礎(chǔ)，因此，各高等院校的化學(xué)、化工、材料、生物、制藥、食品、環(huán)境等諸多工科專業(yè)都把《物理化學(xué)》作為專業(yè)必修的主干課程和基礎(chǔ)課程[5-7]?！段锢砘瘜W(xué)》在大學(xué)課程體系中占據(jù)著非常重要的地位。因此，針對(duì)《物理化學(xué)》課程思政的教學(xué)改革進(jìn)行探討和研究，引導(dǎo)學(xué)生樹(shù)立正確的價(jià)值觀念，以期達(dá)到良好的教學(xué)效果，從而實(shí)現(xiàn)黨中央提出“三全育人”的教育要求和“立德樹(shù)人”的教育目標(biāo)。國(guó)內(nèi)學(xué)者孟志新等[8]研究了《物理化學(xué)》課程思政的融入點(diǎn)，探討了在講解理論知識(shí)時(shí)融入愛(ài)國(guó)熱情和社會(huì)責(zé)任感；王旭珍等[9]研究了化工專業(yè)的《物理化學(xué)》課程思政案例；毛雙[10]研究了《物理化學(xué)》中水的相圖教學(xué)中引入課程思政案例?！段锢砘瘜W(xué)》課程教學(xué)中蘊(yùn)含了大量的課程思政元素，但是提煉的卻很少。因此，以課堂教學(xué)為主渠道、《物理化學(xué)》專業(yè)知識(shí)為載體，通過(guò)精心的教學(xué)設(shè)計(jì)、合理的教學(xué)方法和信息化的教學(xué)手段引領(lǐng)學(xué)生的思想導(dǎo)向，提高育人效果，這樣不僅能夠豐富學(xué)科專業(yè)教學(xué)的內(nèi)容，而且能夠增加學(xué)科專業(yè)內(nèi)容的深度。

《物理化學(xué)》是很多工科專業(yè)核心課程，《自然科學(xué)學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略調(diào)研報(bào)告(物理化學(xué))》指出，“凡具有較好物理化學(xué)素養(yǎng)的大學(xué)本科畢業(yè)生，均能較快適應(yīng)工作的變動(dòng)，開(kāi)辟新的研究陣地，從而有可能站在國(guó)際科技發(fā)展的前沿”[11]。目前的《物理化學(xué)》教學(xué)中存在許多問(wèn)題，一方面《物理化學(xué)》涉及的理論知識(shí)比較枯燥難懂，學(xué)生經(jīng)常困惑這些復(fù)雜難懂的理論究竟解決了哪些關(guān)鍵性的行業(yè)發(fā)展的瓶頸問(wèn)題；另一方面，長(zhǎng)期以來(lái)，《物理化學(xué)》教學(xué)要求注重基礎(chǔ)理論知識(shí)傳播，課堂氛圍沉悶，學(xué)生難以將理論知識(shí)與行業(yè)的進(jìn)步、國(guó)家的發(fā)展密切聯(lián)系起來(lái)。因此，針對(duì)《物理化學(xué)》課程思政的教學(xué)改革研究，在課堂上隱形地傳播《物理化學(xué)》理論知識(shí)與行業(yè)的進(jìn)步、國(guó)家的發(fā)展之間的關(guān)聯(lián)，引導(dǎo)學(xué)生樹(shù)立正確的價(jià)值觀念，從而實(shí)現(xiàn)黨中央提出“三全育人”的教育要求和“立德樹(shù)人”的教育任務(wù)，變成新時(shí)代中國(guó)高校課程教學(xué)改革面臨的重要任務(wù)之一。本文以《物理化學(xué)》電化學(xué)部分的“法拉第定律”為例，深度挖掘課程思政元素，研討在教學(xué)中開(kāi)展課程思政。

1 課程分析

“法拉第定律”是電化學(xué)這章的第一節(jié)，電化學(xué)章節(jié)包括了法拉第定律、離子的電遷移和遷移數(shù)、電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)率、強(qiáng)電解質(zhì)的活度、原電池、電池電動(dòng)勢(shì)測(cè)定及應(yīng)用等教學(xué)內(nèi)容。在本節(jié)之前，學(xué)生們已經(jīng)在《無(wú)機(jī)化學(xué)》課程中學(xué)習(xí)了氧化還原反應(yīng)，了解了一些電化學(xué)知識(shí)，這是“法拉第定律”學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。這一節(jié)之后，將進(jìn)行離子遷移率的學(xué)習(xí)，需要學(xué)生具備運(yùn)用“法拉第定律”的基本能力。因此，“法拉第定律”教學(xué)有承上啟下的作用。結(jié)合高等學(xué)校材料類專業(yè)物理化學(xué)相關(guān)教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)要求的建議[5]，通過(guò)本課堂的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)該掌握“法拉第定律”的應(yīng)用。

2 教學(xué)流程

課堂教學(xué)以“導(dǎo)入-講授-法拉第定律的應(yīng)用與實(shí)例分析-文獻(xiàn)學(xué)習(xí)和拓展”的思路展開(kāi)，充分使用圖片、視頻、文獻(xiàn)等教學(xué)資源。以下為具體教學(xué)流程：

2.1 導(dǎo) 入

電化學(xué)理論在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位，電化學(xué)是研究化學(xué)現(xiàn)象與電現(xiàn)象之間的相互關(guān)系以及化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)化規(guī)律的學(xué)科。將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置稱為原電池，將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置稱為電解池。原電池和電解池都由兩個(gè)半電池(由金屬或其他導(dǎo)體與相應(yīng)電解質(zhì)組合而成或稱為電極)組成，半電池里發(fā)生反應(yīng)時(shí)，電荷與物質(zhì)之間的計(jì)量關(guān)系就是用“法拉第定律”來(lái)確定。

2.2 講 授

先講述法拉第(Faraday)定律的文字表述，然后引出法拉第定律的數(shù)學(xué)式，最后分析法拉第定律的意義。

(1)法拉第定律的文字表述[12]

在電解過(guò)程中，電極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)的量與通過(guò)電解池中的電量成正比，與該物質(zhì)在電極反應(yīng)中得失電子的數(shù)目成反比。

從法拉第定律的文字表述可知，通電于電解質(zhì)溶液，在電極界面上發(fā)生化學(xué)變化的物質(zhì)的質(zhì)量與通入的電量成正比；如果通電于若干個(gè)電池串聯(lián)的線路中，當(dāng)所取的基本粒子的荷電數(shù)相同時(shí)，在各個(gè)電極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)，其物質(zhì)的量相同。

(2)法拉第定律的數(shù)學(xué)式

根據(jù)電極反應(yīng)式的反應(yīng)進(jìn)度，必須通入的電量為：

Q=zeLξ=zFξ

式中：F為Faraday常數(shù)，其值等于1 mol元電荷的電量。

F=L·e

=6.022×1023mol-1×1.602 2×10-19C

=96 484.6 C·mol-1≈96 500 C·mol-1

如果在電解池的陰極上發(fā)生反應(yīng)：

當(dāng)反應(yīng)進(jìn)度為1 mol 時(shí)，需通入的電量為：

Q=zFξ=z+F×1 mol=z+×96 500 C

(3)法拉第定律的意義

該定律是電化學(xué)上最早的定量的基本定律，揭示了通入的電量與析出物質(zhì)數(shù)量之間的定量關(guān)系；該定律在任何溫度、任何壓力下均可以使用，也沒(méi)有其他使用限制條件。

2.3 法拉第定律的應(yīng)用與實(shí)例分析

運(yùn)用法拉第定律計(jì)算常見(jiàn)鋰離子電池正極材料尖晶石型LiCoO2，尖晶石型LiMn2O4及橄欖石型LiFePO4在電極反應(yīng)中理論容量。

(1)鋰離子電池正極材料尖晶石型LiCoO2在充放電過(guò)程中發(fā)生如下反應(yīng)：

假定充放電過(guò)程中，Li+完全遷移，理論上x(chóng)=1，Qm=z+F=1×96 500=96 500 C，1 mA·h=3.6 A·s=3.6 C

所以，尖晶石型LiCoO2的理論容量為274 m·A·h·g-1。

(2)鋰離子電池正極材料尖晶石型LiMn2O4在充放電過(guò)程中發(fā)生如下反應(yīng)：

假定充放電過(guò)程中，Li+完全遷移，理論上x(chóng)=1，Qm=96 500 C。

所以，尖晶石型LiMn2O4的理論容量為148 m·A·h·g-1。

(3)鋰離子電池正極材料橄欖石型LiFePO4在充放電過(guò)程中發(fā)生如下反應(yīng)：

假定充放電過(guò)程中，Li+完全遷移，理論上x(chóng)=1，Qm= 96 500 C。

所以，橄欖石型LiFePO4的理論容量為170 m·A·h·g-1。

從以上計(jì)算可知，理論容量最高的是鈷酸鋰正極材料，鈷酸鋰比錳酸鋰和磷酸鐵鋰都貴，大部分時(shí)候是用于手機(jī)、筆記本電腦和相機(jī)的電池，比較便宜又穩(wěn)定的磷酸鐵鋰用在新能源汽車(chē)比較多，而錳酸鋰電池因?yàn)闆](méi)有容量?jī)?yōu)勢(shì)，盡管很穩(wěn)定，使用量不多。

(4)文獻(xiàn)學(xué)習(xí)和拓展

先播放視頻介紹97歲的“鋰電池之父”約翰·古迪納夫(John B. Goodenough)獲得2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，他是鈷酸鋰、錳酸鋰和磷酸鐵鋰正極材料的發(fā)明人，鋰離子電池的奠基人之一。約翰·古迪納夫21歲在耶魯大學(xué)獲得數(shù)學(xué)系學(xué)士學(xué)位，30歲在芝加哥大學(xué)獲得物理學(xué)博士學(xué)位，然后在林肯實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行材料物理研究。1976年，54歲的約翰·古迪納夫進(jìn)入牛津大學(xué)任教授并作為無(wú)機(jī)化學(xué)研究負(fù)責(zé)人，64歲他開(kāi)始在德州大學(xué)奧斯丁分校擔(dān)任教授，從事能源材料的研究。

1976年，鋰電池問(wèn)世，但是鋰電池在使用過(guò)程中，鋰金屬表面會(huì)逐漸析出鋰結(jié)晶，造成電池內(nèi)部短路，引起電池自燃。這個(gè)問(wèn)題引起了約翰·古迪納夫的思考，他根據(jù)自己的理論推測(cè)氧化物電極或?qū)⒖朔@個(gè)問(wèn)題。1980年，約翰·古迪納夫和他的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了尖晶石型鈷酸鋰材料比金屬鋰更溫和，使鋰枝晶問(wèn)題得到改善，且電池容量更高[13]。1982年他發(fā)現(xiàn)一款更為溫和便宜的材料，錳酸鋰；1991年，約翰·古迪納夫?qū)嶒?yàn)室與索尼公司合作，利用負(fù)極材料石墨與鈷酸鋰相結(jié)合，研究成了可充電鋰電池，這一成果直接改變了電子產(chǎn)業(yè)的格局，可充電鋰電池廣泛應(yīng)用于相機(jī)、隨身聽(tīng)、筆記本電腦、手機(jī)等；1997年，他的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了又一種適合商業(yè)化的鋰離子正極材料，磷酸鐵鋰[14]。電動(dòng)汽車(chē)用電池中，隨著2020年1月比亞迪推出“刀片電池”，低成本的磷酸鐵鋰電池在市場(chǎng)份額中增加至50%左右，更高體積能量密度、更長(zhǎng)使用壽命、不會(huì)自燃和爆炸的新能源汽車(chē)將改變?nèi)蚱?chē)工業(yè)的格局。

比亞迪，這個(gè)專注于技術(shù)創(chuàng)新的企業(yè)，是中南大學(xué)冶金物理化學(xué)專業(yè)畢業(yè)的王傳福于1995年創(chuàng)立，它很快就取代了當(dāng)時(shí)日本電池企業(yè)的壟斷地位，成為一流的電池生產(chǎn)企業(yè)。創(chuàng)始人王傳福上項(xiàng)目有他的獨(dú)特之處，與國(guó)內(nèi)很多企業(yè)盲目花大價(jià)錢(qián)引進(jìn)國(guó)際領(lǐng)先水平的生產(chǎn)線相比，王傳福從頭到尾都是自主開(kāi)發(fā)研制產(chǎn)品，且產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到和領(lǐng)先國(guó)際同行，實(shí)現(xiàn)多領(lǐng)域的國(guó)產(chǎn)替代。王傳福認(rèn)為，年輕的中國(guó)工程師可能勝過(guò)資深的歐美技術(shù)專家，他認(rèn)為什么都可以自己造，而且造的比高價(jià)買(mǎi)的更好用[15]。改革開(kāi)放早期，中國(guó)制造企業(yè)大部分處于全球產(chǎn)業(yè)鏈下游，只是獲得一些利潤(rùn)微薄的初級(jí)產(chǎn)品訂單，王傳福改變了中國(guó)企業(yè)家的創(chuàng)業(yè)思路，這位“技術(shù)派”領(lǐng)軍人物，以拆解跨國(guó)公司的技術(shù)壁壘為己任，狂熱追求技術(shù)創(chuàng)新，并組織了一支真正能征慣戰(zhàn)的本土化的技術(shù)研發(fā)和制造隊(duì)伍，在國(guó)際領(lǐng)先的技術(shù)上做出來(lái)卓越的成就。

3 挖掘思政元素，培養(yǎng)學(xué)生的終身學(xué)習(xí)的精神和家國(guó)情懷

文獻(xiàn)閱讀部分讓學(xué)生掌握了用法拉第定律分析科學(xué)家約翰·古迪納夫發(fā)現(xiàn)的三種鋰離子電池正極材料LiCoO2，LiMn2O4及LiFePO4在電極反應(yīng)中理論容量與實(shí)際應(yīng)用之間的聯(lián)系。通過(guò)了解科學(xué)家約翰·古迪納夫的生平和科學(xué)精神，鼓勵(lì)學(xué)生在求學(xué)和科研探索的道路上，要持續(xù)、專注、要跟蹤行業(yè)發(fā)展的熱點(diǎn)問(wèn)題，然后用自己累積的理論和實(shí)踐優(yōu)勢(shì)，分析問(wèn)題的關(guān)鍵點(diǎn)，找出可能的解決方案?？v觀約翰·古迪納夫的生平，什么時(shí)候努力都不晚，什么專業(yè)限制都不要管，只要找到熱點(diǎn)問(wèn)題，去解決問(wèn)題，一直努力，一定會(huì)有成功的那一天。課堂教學(xué)與科學(xué)研究相結(jié)合有助于落實(shí)人才培養(yǎng)目標(biāo)中的“具有創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力”。

企業(yè)家王傳福的創(chuàng)業(yè)經(jīng)歷和創(chuàng)新精神，可以幫助同學(xué)們對(duì)中國(guó)制造業(yè)發(fā)展提振信心，這有利于引導(dǎo)學(xué)生感知企業(yè)家的愛(ài)國(guó)情懷、追求卓越的精神，在經(jīng)營(yíng)企業(yè)中追求事業(yè)理想，學(xué)習(xí)企業(yè)家的科學(xué)品質(zhì)和報(bào)效祖國(guó)的拳拳赤子之心，對(duì)標(biāo)畢業(yè)要求“能夠傳播中華優(yōu)秀文化和中國(guó)智慧”。借助物理化學(xué)課程思政，激勵(lì)學(xué)生堅(jiān)定“四個(gè)自信”[16]，厚植家國(guó)情懷尤其重要，如果在專業(yè)基礎(chǔ)課程中植入具有很強(qiáng)的針對(duì)性、親和力、感染力的課程思政案例，可滿足學(xué)生對(duì)個(gè)人發(fā)展的需求和期待，將蘊(yùn)含在案例中的思想價(jià)值潛移默化地傳遞給學(xué)生，使思政教育既能“觸及靈魂”，又能“潤(rùn)物無(wú)聲”，讓學(xué)生聽(tīng)得進(jìn)、記得牢。

4 結(jié) 語(yǔ)

物理化學(xué)課程教學(xué)中蘊(yùn)含了大量的課程思政元素。課程思政服務(wù)于人才培養(yǎng)，以課堂教學(xué)為主渠道、以專業(yè)理論知識(shí)為載體，通過(guò)教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)、采用合理的方法和多媒體教學(xué)手段引領(lǐng)學(xué)生思考，這樣不僅能夠豐富課堂教學(xué)的內(nèi)容，而且能夠增加專業(yè)教學(xué)的深度，提高育人效果。