劉 勝

（中山大學(xué) 化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院，廣東 珠海 519082）

工科以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為導(dǎo)向，近些年減少“四大化學(xué)”等專業(yè)必修課的學(xué)時已成大勢所趨［1］。與此同時，落實立德樹人根本任務(wù)正成為新時代高等教育的重中之重，將課程思政融入教育教學(xué)全過程正在穩(wěn)步推進［2-4］。新工科如何在較少學(xué)時內(nèi)有機融合思政元素，實現(xiàn)教書育人與立德樹人的有機統(tǒng)一，對高校教師和學(xué)生來說是一個全新的挑戰(zhàn)［5］。課堂教學(xué)與課外學(xué)習(xí)交互推進是極佳的解決方案。一方面，通過線上學(xué)習(xí)和課下學(xué)習(xí)提高課堂教學(xué)效率；另一方面，創(chuàng)造條件引導(dǎo)學(xué)生利用社團科普活動、全國科技競賽、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐等多種方式進行理論知識的升華，培養(yǎng)學(xué)生敢于實踐、勇于應(yīng)用的專業(yè)素養(yǎng)。

物理化學(xué)作為“四大化學(xué)”之一，富有原始創(chuàng)新的基礎(chǔ)理論性和實踐性。物理化學(xué)提供了適用于化學(xué)和相關(guān)領(lǐng)域的基本概念與組織原則，它對化學(xué)中核心、統(tǒng)一的概念進行了嚴(yán)格而詳細(xì)的解釋，包含可定量預(yù)測的數(shù)學(xué)模型。作為一門學(xué)科，物理化學(xué)被描述為由主要事實、概念和相互關(guān)系組成的知識體系。大量事實證據(jù)作為物理化學(xué)的一部分構(gòu)成了知識，例如開發(fā)和使用數(shù)學(xué)模型，在這些方面，物理化學(xué)有別于化學(xué)的其他傳統(tǒng)分支。在振興經(jīng)濟、增強國力、科技騰飛及人才培養(yǎng)等諸方面，“物理化學(xué)”課程教學(xué)始終占有極為重要的戰(zhàn)略地位［6］。因此，有必要推動“物理化學(xué)”課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)思想的共同發(fā)展，以“興趣”為導(dǎo)引，以思政建設(shè)為契機，在與時俱進中實現(xiàn)“物理化學(xué)”課程的教學(xué)相長，以期有效提升教學(xué)質(zhì)量。

一、興趣引導(dǎo)式教學(xué)

偉大的物理學(xué)家愛因斯坦說過，“興趣是最好的老師”，“興趣”無疑是引導(dǎo)式教學(xué)的很好切入點［7］。教師對學(xué)生的重要影響是激發(fā)并幫助他們維持對某個話題、人物或想法的興趣。在多數(shù)情況下，教師幫助學(xué)生培養(yǎng)敢于面對困難、敢于冒險的信心。為此，教師在教育中提供的支持應(yīng)包括明確學(xué)生的動機和傳播正面情緒，以及培養(yǎng)或強化學(xué)生勇于挑戰(zhàn)的信心。

物理化學(xué)應(yīng)該強調(diào)微觀模型和宏觀現(xiàn)象之間的聯(lián)系。解決問題是學(xué)習(xí)物理化學(xué)的關(guān)鍵活動，其中涉及數(shù)學(xué)以及與物理化學(xué)概念的聯(lián)系，評估數(shù)學(xué)模型預(yù)測觀察到的有關(guān)化學(xué)現(xiàn)象的假設(shè)、限制和能力在某種程度上是準(zhǔn)確的。例如，在講授《表面物理化學(xué)》這一章時，可以引入生活中常見的肥皂泡這一話題，以童年玩樂的回憶調(diào)動大家的興趣和思考。世界上最大的泡泡有多大？如何才能吹出特別大的泡泡？然后從表界面的基本概念入手，循序漸進，層層剖析，使學(xué)生牢固掌握表面張力知識，并引導(dǎo)其思考彎曲液面附加壓力的問題。引起學(xué)生興趣后，繼續(xù)就泡泡中蘊藏的科學(xué)原理提問：泡泡破裂后，泡泡膜坍塌的原因是什么？發(fā)表在國際知名期刊Science上的一篇論文顛覆了人們對重力論的認(rèn)知，用實驗證明了造成黏性氣泡破裂的原因不是重力，而是表面張力［8］。可見，生活中簡單的小泡泡也蘊藏著深邃的科學(xué)問題。大一、大二學(xué)生的興趣受時尚娛樂和手機游戲等影響較大，較少接受科學(xué)研究的熏陶，這不利于他們的學(xué)業(yè)進步和畢業(yè)深造，課程思政中應(yīng)當(dāng)積極引導(dǎo)學(xué)生形成積極向上的價值觀?？傊?，本例以泡泡的各種吉尼斯世界紀(jì)錄為切入點，用泡泡刺破坍塌的深層原理鼓勵學(xué)生從自身興趣出發(fā)探索未知，使其善于觀察、敢于質(zhì)疑。在“物理化學(xué)”課程教學(xué)中潛移默化地融入思政元素，利于消除學(xué)生對科研的隔閡，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

二、學(xué)科前沿知識的引入

物理化學(xué)教材的革新明顯滯后于物理化學(xué)學(xué)科的快速發(fā)展，且經(jīng)典教學(xué)內(nèi)容明顯與前置課程重復(fù)內(nèi)容較多。例如：“大學(xué)物理”課程已經(jīng)講授了氣體分子動理論和熱力學(xué)三大定律，“無機化學(xué)”課程講授了氣體、化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)動力學(xué)和化學(xué)平衡等知識。但是，受考研等慣性思維的影響，“物理化學(xué)”課程無論是在教材中還是授課學(xué)時上都依舊使用化學(xué)熱力學(xué)和化學(xué)動力學(xué)等傳統(tǒng)內(nèi)容，甚至占據(jù)主體地位，重復(fù)授課明顯，導(dǎo)致部分學(xué)生學(xué)習(xí)“物理化學(xué)（上）”時感覺乏味，學(xué)習(xí)深度不夠，一旦進入“物理化學(xué)（下）”又因基礎(chǔ)不扎實而感覺困難重重。在充分了解學(xué)生先行課程的基礎(chǔ)上，授課教師應(yīng)大膽改革教學(xué)內(nèi)容，重點講授新知識，使學(xué)生能夠深入淺出地學(xué)好“物理化學(xué)”課程。

針對學(xué)生明顯缺乏對物理化學(xué)的學(xué)習(xí)興趣的情況，建議重新組織課程內(nèi)容，關(guān)注量子力學(xué)的研究，并使學(xué)生接觸更加現(xiàn)代化的實驗室。通過早期量子力學(xué)的引入，“物理化學(xué)”課程能更好地滿足學(xué)生的興趣，比如化學(xué)鍵、分子間相互作用和光譜學(xué)等知識。同樣，通過調(diào)整“物理化學(xué)”實驗課程和儀器，學(xué)生將會對學(xué)習(xí)物理化學(xué)更感興趣。物理化學(xué)教學(xué)宜采取合作學(xué)習(xí)的策略，以引導(dǎo)學(xué)生完成數(shù)據(jù)分析、模型開發(fā)和問題導(dǎo)向型概念應(yīng)用等周期性學(xué)習(xí)。到目前為止，關(guān)于本科“物理化學(xué)”課程的教學(xué)目的，普遍的理念是幫助學(xué)生理解基礎(chǔ)概念，包括熱力學(xué)、統(tǒng)計力學(xué)、化學(xué)動力學(xué)、量子力學(xué)和光譜學(xué)等。這一理念的形成在一定程度上是由物理化學(xué)的學(xué)科本質(zhì)所決定的。因此，“物理化學(xué)”課程教學(xué)的目的應(yīng)側(cè)重于幫助學(xué)生理解數(shù)學(xué)模型實踐的本質(zhì)。與只關(guān)注概念學(xué)習(xí)不同的是，當(dāng)“物理化學(xué)”課程在教學(xué)不明確時，學(xué)生在學(xué)習(xí)機理模型時會遇到困難。當(dāng)解釋某種化學(xué)現(xiàn)象時，要求學(xué)生能夠運用所學(xué)的概念知識理解數(shù)學(xué)模型。

在講授“物理化學(xué)”各章節(jié)時，建議從基本原理出發(fā)，適當(dāng)引入學(xué)科前沿知識，使學(xué)生不僅具有扎實的基本功，還具有探索精神，了解學(xué)科前沿發(fā)展動態(tài)。當(dāng)前教學(xué)內(nèi)容過于強調(diào)“物理化學(xué)”發(fā)展的第一和第二階段，自20世紀(jì)60年代開啟的第三階段往往僅作為補充知識，教材略有提及，授課時基本忽略。要彰顯物理化學(xué)第三階段的成果，學(xué)科前沿知識的引入正當(dāng)其時。更關(guān)鍵的是，改革開放后，中國的經(jīng)濟實力正在迅速崛起，中國科學(xué)家也開始在世界舞臺上大放異彩。例如，“中國天眼”射電望遠鏡、“墨子號”量子通信衛(wèi)星、“蛟龍”號深海探測器和“嫦娥工程”等成就震撼世界，涌現(xiàn)了潘建偉、施一公、馬偉明和黃大年等一大批助力祖國建設(shè)的科學(xué)家。在新工科建設(shè)背景下，適宜將工業(yè)技術(shù)的新發(fā)展、企業(yè)招聘人才的新要求等引入教學(xué)過程，更新物理化學(xué)教學(xué)內(nèi)容，豐富能夠滿足行業(yè)發(fā)展需要的課件資源，打通新時代育人的“最后一公里”。推動高校教師將重要前沿研究成果及時轉(zhuǎn)化為通俗易懂的課堂教學(xué)內(nèi)容，向?qū)W生介紹物理化學(xué)研究新進展，積極探索綜合性課程、問題導(dǎo)向課程、交叉學(xué)科研討課程等，提高學(xué)生對課程的興趣和學(xué)業(yè)挑戰(zhàn)度。

因此，適時引入學(xué)科前沿知識可以激發(fā)大學(xué)生的興趣和認(rèn)同感，有利于他們?yōu)橹腥A民族的“強國夢”而拼搏奮斗，從而使課程思政像“鹽溶于水”一樣深入人心，促進高校學(xué)生的全面發(fā)展，培養(yǎng)新工科人才的核心素養(yǎng)，強化新工科學(xué)生的家國情懷和低碳意識，培養(yǎng)理念思維、工程思維和數(shù)字化思維，提升自主終身學(xué)習(xí)和溝通協(xié)商能力等。

三、思政元素的有機融合

“物理化學(xué)”課程理論性強，邏輯性強，學(xué)習(xí)難度大，教師和學(xué)生都需要投入大量精力進行教與學(xué)，因而課程思政建設(shè)必須做到潤物無聲。在緒論或者章節(jié)引導(dǎo)時，思政元素的融入較為簡單有效，但形式上明顯單一，內(nèi)容也不宜過多。在遵循“物理化學(xué)”課程自身教學(xué)規(guī)律的基礎(chǔ)上，以學(xué)科前沿知識為媒介，以學(xué)生的興趣點為導(dǎo)引，可以更好地將思政元素?zé)o聲無息地融入日常課堂教學(xué)。當(dāng)然，要做好思政建設(shè)，首先要依據(jù)學(xué)科發(fā)展前沿廣泛收集思政元素，授課教師必須舍得花時間和精力，尋找物理化學(xué)專業(yè)知識與愛國主義情懷、文化精神、勵志事跡、國家安全、海洋強國、生態(tài)文明等的融合點，巧妙設(shè)計教學(xué)內(nèi)容，將“愛國情、強國志、報國行”等理念融入日常教學(xué)，積極推動“教書育人”［9］。

例如，鋰離子電池因其單體電壓高、比能量高和自放電小等優(yōu)點，在移動電源和電動汽車等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。2019年諾貝爾化學(xué)獎也授予了在鋰離子電池研究方面做出卓越貢獻的約翰·古迪納夫、斯坦利·威廷漢、吉野彰三位科學(xué)家。在鋰離子電池中，電解液是其“血液”，承擔(dān)著運輸鋰離子的重任，是鋰離子電池四大主要組成部分之一。我國的科技界為鋰離子電池付出了巨大努力，我國的鋰離子電池電解液行業(yè)經(jīng)歷了進口依賴、國產(chǎn)替代和國際化階段。經(jīng)過不斷發(fā)展，中國企業(yè)生產(chǎn)的鋰電池電解液性能逐步提升，涌現(xiàn)了廣州天賜高新材料股份有限公司、深圳新宙邦科技股份有限公司、江蘇國泰國際集團股份有限公司、寧波杉杉股份有限公司等優(yōu)秀企業(yè)，保障了鋰離子電池產(chǎn)業(yè)鏈的健康發(fā)展。

顯然，“物理化學(xué)”課程的教學(xué)要服務(wù)新工科的建設(shè)。為此，教學(xué)方式要實現(xiàn)多樣化，通過研究式學(xué)習(xí)、專題研討會、小組合作學(xué)習(xí)和挑戰(zhàn)性學(xué)習(xí)等策略提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理化學(xué)的參與度，幫助學(xué)生提高學(xué)習(xí)興趣和效果?；旌鲜浇虒W(xué)可以轉(zhuǎn)變高校師生的觀念，推動現(xiàn)代教育技術(shù)的快速發(fā)展。建議探討更多的學(xué)習(xí)模式，如翻轉(zhuǎn)課堂、慕課、短視頻學(xué)習(xí)、虛擬實驗、游戲化學(xué)習(xí)等，滿足知識儲備差異明顯學(xué)生的不同學(xué)習(xí)要求；展現(xiàn)以學(xué)生為中心的學(xué)習(xí)理念，促進師生互動；發(fā)揮時間和空間的靈活性，使學(xué)生獲得更高的滿意度和自信心；支持深度學(xué)習(xí)，培養(yǎng)專業(yè)思維等。

當(dāng)前，“嗶哩嗶哩”“抖音”等自媒體平臺正在崛起。教師可以充分利用網(wǎng)絡(luò)信息資源，將“物理化學(xué)”課程的前沿知識變?yōu)槎绦【返娜の抖桃曨l，以新媒體的方式呈現(xiàn)，迅速捕獲學(xué)生的興趣點。同時，融入威廉·奧斯特瓦爾德、雅各布斯·亨里克斯·范托夫等化學(xué)家的成長故事，使學(xué)生接受人文熏陶，培養(yǎng)學(xué)生攻堅克難的品質(zhì)，引導(dǎo)學(xué)生獨立思考，理性分析，立志成才。同時，結(jié)合物理化學(xué)實驗的實踐特點，培養(yǎng)學(xué)生團結(jié)協(xié)作的團隊精神、知難而進的科研精神、追求創(chuàng)新的科學(xué)精神和愛護環(huán)境的環(huán)保意識等［10-12］。

在教學(xué)中強調(diào)辯證唯物主義思想。人類在認(rèn)識自然的過程中，往往通過實踐發(fā)現(xiàn)真理，再通過新的實踐驗證真理。通過具體實例的講解，使學(xué)生從感性認(rèn)識轉(zhuǎn)為理性認(rèn)識，形成以理性認(rèn)識指導(dǎo)實踐的科學(xué)觀。在熱力學(xué)第二定律部分，可在講授熱機的工作原理和熱機效率等問題時利用3～5分鐘穿插介紹熱機的發(fā)展。英國科學(xué)家瓦特在1776年制造出了世界上第一臺有實用價值的可連續(xù)工作的蒸汽機，廣泛應(yīng)用于船舶（1807年）、鐵路機車（1825年）等領(lǐng)域，從而掀起了第一次工業(yè)革命，使人類進入“蒸汽時代”。從大量科學(xué)實踐中歸納出的熱力學(xué)基本定律，在蒸汽機的重大改進中提供了重要的理論指導(dǎo)，由此自然引入我國在超超臨界高效火力發(fā)電技術(shù)方面的成就，實現(xiàn)由“中國制造”向“中國創(chuàng)造”的飛躍，讓學(xué)生感受原創(chuàng)性知識的重要性。在相平衡部分，從區(qū)域熔煉法提純單晶硅的知識點出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注CPU高端芯片和2020年9月“華為芯片斷供”事件，從國家安全層面培養(yǎng)學(xué)生的“強國志”。在化學(xué)平衡部分，以思政融合我國礦產(chǎn)冶煉的部分歷史。例如，攀枝花地區(qū)有大量的鐵、釩和鈦等礦藏，但有不少低品位礦，很難煉成鋼。但在20世紀(jì)70年代，我國老一輩科研工作者共同努力，充分運用熱力學(xué)平衡原理，通過分級冶煉，從釩鐵雜礦中煉出了鋼。結(jié)合我國被限制高科技產(chǎn)品的案例，激發(fā)學(xué)生的民族自信心，奮發(fā)學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識，立志投身國家建設(shè)，依靠自己的智慧為國家解決“卡脖子”問題。

結(jié)語

教師要以“興趣”為契機，改變以“教”為中心進行教學(xué)設(shè)計的思路，確立以“學(xué)”為中心，變“教學(xué)”為“導(dǎo)學(xué)”，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)，使學(xué)生將“物理化學(xué)”課程學(xué)深學(xué)透。同時，結(jié)合“物理化學(xué)”的科學(xué)前沿知識，有機融合思政元素，與時俱進地培養(yǎng)德才兼?zhèn)涞膬?yōu)秀大學(xué)生。