化学热力学教学中课程思政的探索与实践*

李延红，韩民乐，吴海霞

(洛阳师范学院化学化工学院，河南 洛阳 471934)

2016年习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上强调，高校要坚持把立德树人作为中心环节，把思想政治工作要贯穿教育教学全过程，各类课程要与思政理论课同向同行，形成协同效应，实现全程育人，全方位育人[1]。现在，“课程思政”已经全面纳入本科教学新体系，要求动员全体教师参与思政教育当中，让每一堂课都成为落实立德树人的主渠道[2-6]，本校也全面开展了专业课程思政教学。

物理化学是化学专业的四大基础学科之一，是化学学科的理论基础，涉及很多抽象的化学概念和相关原理，以及一些繁杂的数学公式推导等，通过对这些知识的学习，不仅可以提高学生的专业技能，还可以提升学生的的逻辑思维能力、数理能力，物理化学的学习对学生的思辨能力、综合运用知识能力等都具有重要作用。

在物理化学教学过程中融入课程思政元素，可以提高学生对基础知识的理解和掌握，通过在课堂上的小组合作学习让学生学会合作与沟通，进而培养学生的团队协作精神。通过对物理化学课程思政思政的探索和实践，不仅可以帮助学生的形成科学文化素养，更有利于培养学生科学的思维方法，树立科学的人生观和价值观。

在物理化学教学中，选用由傅献彩等[7]编写，高等教育出版社出版的《物理化学》(第六版)作为教学用书，在教学过程中结合化学发展史、化学家的主要贡献、化学学科和生产生活的紧密联系等内容，将课程思政元素融入课堂，不仅可以使学生开阔眼界、增长见识，还可以提高学生运用学科知识正确认识问题、分析问题和解决问题的能力，更好地掌握事物发展规律，成为满足新时代社会发展需求的接班人。将化学发展史和化学家的主要贡献与教学内容结合，可以引导学生从源头了解学科产生和发展的过程，明确专业知识的重要性；将化学学科和生产生活的紧密联系与教学内容结合，可以增强学生的专业自豪感和社会责任感，激发学生的学习动力。将中国化学家在化学热力学中的贡献与教学内容相结合，可以增强学生的民族自豪感和国家荣誉感，激励学生刻苦学习、奋发图强，为建设中国特色社会主义事业筑牢学科知识基础。本文结合山东大学张树永教授给出的课程思政7个维度[4]以及华南师范大学孙艳辉教学团队制定适用于化学(师范)专业的物理化学课程教学的8个目标[8]，选取教学用书中化学热力学中热力学第一、第二定律两章的教学内容，对教学中贯彻课程思政的实施过程进行介绍，论述在物理化学教学中如何挖掘课程中的思政元素，探索在教学中的思政教育。

1 以化学发展史为纲线，对知识点进行串联

人类诞生伊始，即开始创造、开发能够持续做功的工具，风车、水车即是其中的代表，但这些工具受到自然条件的限制，不能广泛使用。为了研发能够持续做功的工具，分为了两个流派，一个流派执着于开发一种不需要外界提供能量而且能持续对外做功的工具(即永动机，为了和后面出现的概念永动机做区别，称为第一类永动机)；另一个流派聚焦于开发能转换能量的机器。第一个流派证明了第一类永动机不可能造成，第二个流派开发出了蒸汽机，在此基础上，形成了热和功的概念，并在焦耳、迈耶等人的努力下，证明了热和功可以相互转化，总结出了热力学第一定律，形成了热力学能的概念。在这个过程中，逐渐形成了热平衡和温度的概念，总结出了热力学第零定律。

评价工具优劣的标准一是做功的大小，一是做功的效率。怎样提高蒸汽机的效率以及蒸汽机效率的极限是多少，就是人们研究的焦点。一部分集中于开发一种能够把所吸收的热量全部转变为功而无其他影响的机器(即第二类永动机)，另一部分聚焦于如何改进机器以提高效率，以及效率的极限。卡诺设计了一个可逆热机，算出了可逆热机的效率公式，指明了蒸汽机提高效率的方法和改进仪器的方向，利用当时流行的“热质说”证明了卡诺定理，得出了热机效率的极限。克劳修斯对卡诺的结论进行变形，提出了“热温商”的概念，并创造性的把可逆过程的热温商定义为“熵”，在实践的基础上，总结出第二定律的克劳修斯说法，对卡诺定理做出了正确的证明。开尔文在总结第二类永动机的研制经验时，提出了第二定律的开尔文说法。在实际使用过程中，为了方便，新引入了“焓”、“亥姆霍兹自由能”和“吉布斯自由能”三个物理量，可以使用熵、亥姆霍兹自由能和吉布斯自由能作为判据，判断一个过程能否自发发生，由此就可以引入化学中，判断化学变化能否自发发生。此后，有人提出热死论、麦克斯韦妖等现象来质疑这两个定律，但事实证明，这些现象都是错误的，反而更加证明这些定律是颠扑不破的真理。同样的，热力学第三定律也是对实验现象和实践的总结。目前发展了非平衡态热力学。

热力学第一、第二、第三定律的完整的理论体系的形成，都不是一蹴而就。首先由大量的实践经验结果作为基础，经过科学家的不断探索进而形成严谨的数学公式，然后经过对大量实验现象和实践的总结，最终形成完整的理论体系。

通过上述热力学建立过程和发展史的学习，学生可以认识到学科知识如何适应社会发展，渗透个人发展与社会发展的协调统一，渗透科学的世界观、方法论，帮助学生形成科学文化素养，培养学生严谨求实、科学探索、坚韧不拔的精神。

2 以紧密联系生产生活为血肉，塑造学生的世界观

卡诺定理指明了提高热机效率的方向，即提高高温热源的温度。1860年，法国发明家勒努瓦，制成了一种靠油在汽缸内燃烧的动力机(内燃机)，这大大提高了热源的温度(油燃烧的温度比水蒸汽的温度高很多)，因而提高了效率。1876年，德国一位技师制成了第一台四冲程内燃机。1885年，德国工程师戴姆勒和本茨把内燃机用在车子上，造出了新式交通工具——汽车。接着又被科学家用到飞机上。使用内燃机的飞机叫活塞式飞机，因为这种飞机的发动机带有汽缸和活塞，再由活塞的运动带动飞机的螺旋桨旋转。

将卡诺热机倒开，就变成了制冷机。1873年，德国化学家、工程师卡尔·冯·林德发明了以氨为制冷剂的冷冻机。后来，他将工业用冰箱加以改进。使之小型化，于1879年制造出了世界上第一台人工制冷的家用冰箱。第一台用电动机带动压缩机工作的冰箱是由瑞典工程师布莱顿和孟德斯于1923年发明的。后来一家美国公司买去了他们的专利，1925年生产出第一批家用电冰箱。1902年英国发明家威利斯·哈维兰德·卡里尔设计并安装了第一部空调系统。冰箱和空调的出现，显著提高了我们的生活水平。

自从知道钻石与石墨一样是由碳元素组成之后，人们合成这种珍贵材料的探索就一直没有停止。但是经过热力学计算，发现要想在室温下实现这个转化，压力要大于1.5×109Pa，这个条件在当时是难以实现的。直到20世纪50年代，美国通用电气公司(GE)以石墨和硫化铁的混合物为前驱体，利用两面顶装置，高压高温条件下成功实现了钻石的人工合成(HP-HT法)[9]。

青藏铁路平均海拔在4500 m以上，有550 km途经终年气温很低、多年冻土区，冻土表层随温度的变化会有融化冻结现象，对铁路路基造成巨大的影响。为了最大程度减小冻土随温度变化涨缩对铁路路基的影响，利用热力学原理开发的低温热棒技术，成功的使这个影响降到了接近于零的程度[10]。

在教学中，通过了解物理化学理论在日常生活以及生产中的具体应用，将物理化学教学与社会生产、人们生活紧密联系。在教学中可以注重中国元素的介绍，尤其是体现中国劳动人民智慧的一些应用，以及我国首创或具有自主知识产权的技术，不仅可以培养学生的家国情怀和文化传承，还可以培养学生的创新意识，激发他们的爱国情怀和民族自豪感。

3 以科学家的事迹为灵魂，塑造学生的人生观和价值观

在热力学建立发展过程中，涌现了大批贡献卓著的科学家，教材中提到的焦耳、汤姆逊(开尔文)、亥姆霍兹、吉布斯、能斯特、范特霍夫等，他们在多个领域都有卓越的贡献。有的为了得到精确的实验结论，持之以恒，多年如一日的重复试验，如焦耳等。有的科学家，如亥姆霍兹等并未接受过高等教育，却依靠自身努力做出杰出成果。值得一提的是，汤姆逊质疑盖-吕萨克-焦耳实验，仍然和焦耳合作设计了新的实验(焦耳-汤姆逊实验)来研究气体的性质，充分说明了科学需要质疑，需要充分的讨论，需要团队合作才可以出创新成果。

通过将化学史渗透到热力学教学中，让学生了解在此发展过程做出突出贡献的科学家，引导学生努力学习，追求真理的科学态度，激发学生发奋图强、追求真理的精神，培养学生求真务实、迎难而上的学习精神。通过了解科学家们如何尊重实验事实、严谨求实的治学态度，向学生传递正能量，激发学生探索求知、创新思维、实事求是、严谨的科学态度以及探究事物本质的能力，培养学生的奉献精神。

4 课程思政的教学实践与效果评价

基于“以问题为导向”的理念进行教学设计和实施。在具体教学实践中，遵循“提出问题——分析问题——解决问题”的理念，进行课堂构建，在讲授过程中，灵活地融入课程思政内容，在学科内容方面做到详略得当，精讲重难点，强调实际应用；教学过程中，为加深学生的基本定律的理解和应用，在教学过程中采用小组合作学习的方式，采用生生互评、小组计分的评价方式，极大程度的调动了学生的学习积极性，同时培养了学生的团队协作精神；在热力学相关内容学完之后，还引导学生对章节内容进行总结，制作思维导图，这样不仅能够促进学生的深入学习，还能够提高学生利用所学知识解决实际问题的能力，进而提升学生的实践应用能力。并以小组合作讨论学习、文献阅读等方式开展课程思政教学。例如：在热力学第二定律结束后，布置课程论文的撰写，要求学生就某一个科学问题，查阅文献，简要阐述该问题的产生以及最终解决过程，并对生产生活的影响和社会发展做评述。该项作业能够帮助学生了解学科发展的进程，启迪学生智慧，从中学习科学家的探索精神，为后续学习打下坚实的基础，提高学生的文化修养并开拓学生的国际视野，有助于培养学生的科学思维，形成正确的世界观、人生观、价值观和科学的方法论。

5 结 语

通过将思政元素与专业基础知识体系教育有机统一，可以使思想教育工作贯穿于学科体系，实现知识传授、能力培养和价值引领“三位一体”的教学目标，实现专业教育与思政课程相统一、育人和育才相统一，全面落实“立德树人”的根本任务，更好地践行和发扬社会主义核心价值观。作为高校教师，必须充分利用好课堂这个主渠道，将思政元素融入课堂教学，主动承担学生的指导者和引路人，不断探索课程思政的有效途径，努力培养社会主义建设者和接班人。