以學(xué)生為主體開展物理化學(xué)實驗“課程思政”教學(xué)實踐

何樂芹，師程程，郝勇靜，韓帥，孟曉彩，楊甲甲，康蓮薇

河北工程大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，河北 邯鄲 056038

新時代背景下高等院校的思想政治教育正面臨著新的挑戰(zhàn)，“課程思政”是當(dāng)前國內(nèi)高等院校普遍關(guān)注的一個重大課題[1]。課程思政理念主要體現(xiàn)在把思想政治工作和思想價值引領(lǐng)貫穿教育教學(xué)全過程和各環(huán)節(jié)，發(fā)揮各門課程的育人功能，發(fā)揮廣大教師在課程教學(xué)中的育人責(zé)任，使各類課程與思政課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)[2]。課程思政已在廣大教師中形成了共識，教師積極參與探索構(gòu)建全員、全課程的大思政教育體系[3]?，F(xiàn)今各類化學(xué)課堂都在進(jìn)行思政教學(xué)嘗試，致力于培養(yǎng)具有家國情懷、全球視野、創(chuàng)新精神和實踐能力的卓越人才[4,5]。物理化學(xué)理論和實驗課程是高校化學(xué)、化工、環(huán)境、生物、能源、材料等大類專業(yè)的基礎(chǔ)課，其課程改革建設(shè)必須緊跟時代步伐，積極探索將思政元素融入專業(yè)課程教學(xué)的思路[6–8]。物理化學(xué)實驗是培養(yǎng)學(xué)生實踐能力的重要環(huán)節(jié)，在有限的實驗教學(xué)時間內(nèi)，既需要使學(xué)生鞏固課堂教學(xué)所學(xué)的理論知識、提高學(xué)生的實驗技能和動手能力、掌握科學(xué)研究的正確方法，又需要巧妙有效地融入課程思政教育內(nèi)容。因此，采用何種方式、方法將思政元素引入實驗課堂值得探索。

張樹永教授[9]提出課程思政建設(shè)應(yīng)以專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)為指引，基于“以學(xué)生為中心”“以產(chǎn)出為導(dǎo)向”的理念進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計和實施。課程教學(xué)目標(biāo)的實現(xiàn)有賴于師生的共同努力。教師必須明確告知學(xué)生整個課程以及每節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)，并通過講授、指導(dǎo)、自學(xué)和考核等方式，引導(dǎo)學(xué)生達(dá)成這一目標(biāo)[10]。以學(xué)生為中心就是不僅要關(guān)心教師“教什么”“怎么教”，更應(yīng)該關(guān)注學(xué)生“學(xué)什么”“怎么學(xué)”，使學(xué)生成為課程思政學(xué)習(xí)和實踐的主體。基于此，筆者針對所承擔(dān)的物理化學(xué)實驗課，開展了以學(xué)生為主體融入課程思政的教學(xué)實踐。在教學(xué)過程中，以教師為主導(dǎo)，明確向?qū)W生講解課程的知識技能目標(biāo)和思政目標(biāo)，要求學(xué)生主動探索課程的思政內(nèi)容，挖掘課程思政元素，并以課堂案例講解、課程總結(jié)等方式呈現(xiàn)出來，將學(xué)生對課程思政的參與情況納入課程的成績評定，取得了良好的教學(xué)效果。

1 以教師為主導(dǎo)提出思政目標(biāo)

物理化學(xué)實驗是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思維方法、實驗技能、綜合實驗?zāi)芰蛣?chuàng)新研究能力的重要環(huán)節(jié)。物理化學(xué)實驗教學(xué)及實驗報告內(nèi)容一般包括實驗?zāi)康?、實驗原理、儀器與試劑、實驗步驟、數(shù)據(jù)記錄與處理、思考題六大部分，每一項都蘊含著豐富的思政元素，我們在實驗開始即向?qū)W生講解各項內(nèi)容的總體要求。同時，為了開展以學(xué)生為主體的課程思政教育，也以此六項內(nèi)容為基礎(chǔ)，提出了課程的思政教育目標(biāo)(圖1)，引導(dǎo)學(xué)生積極參與，與教師共同挖掘課程的思政內(nèi)容。

圖1 物理化學(xué)實驗課程思政設(shè)計

1.1 課程思政設(shè)計思路和目標(biāo)

(1) 實驗?zāi)康模何锢砘瘜W(xué)實驗?zāi)康囊话憬o出實驗需測定的物理量和測定方法，學(xué)生通常只是將實驗?zāi)康某瓕懺趯嶒瀳蟾嫔?，并未做深入思考。思政教育要求學(xué)生就實驗?zāi)康闹刑岢龅幕疚锢砘瘜W(xué)概念和測定方法，思考學(xué)科發(fā)展史、實驗方法應(yīng)用等思政內(nèi)容，提高科學(xué)文化修養(yǎng)。如“燃燒熱的測定”實驗，可以根據(jù)實驗?zāi)康氖崂砹繜岱ǖ目蒲袘?yīng)用、氧彈量熱計的發(fā)展歷程等。

(2) 實驗原理：實驗原理給出實驗方法的理論推導(dǎo)、相關(guān)公式等信息，其中滲透著科學(xué)思維和經(jīng)典理論。課程思政教育要求學(xué)生理解各種定律和理論的形成，了解各種理想模型的建立和公式的推導(dǎo)，培養(yǎng)科研精神和創(chuàng)新意識。

(3) 儀器與試劑：對于儀器，學(xué)生不僅要了解儀器的原理構(gòu)造，熟悉儀器的組裝和測量方法，還要了解儀器的發(fā)明發(fā)展歷程，通過了解儀器的國內(nèi)外生產(chǎn)應(yīng)用現(xiàn)狀培養(yǎng)學(xué)生的家國情懷和創(chuàng)新意識；對于試劑，學(xué)生不僅要了解試劑的物理、化學(xué)性質(zhì)，還要了解試劑的安全性和對環(huán)境的影響，培養(yǎng)環(huán)保意識，促進(jìn)形成可持續(xù)發(fā)展觀。

(4) 實驗步驟：學(xué)生通過實驗步驟掌握測量物理量的基本技術(shù)，通過分工協(xié)作完成實驗操作，提高團結(jié)合作意識；通過查閱文獻(xiàn)資料了解所學(xué)測量技術(shù)在國內(nèi)外科研機構(gòu)的應(yīng)用進(jìn)展概況，培養(yǎng)學(xué)生的國際視野，促進(jìn)學(xué)生樹立就業(yè)和未來發(fā)展目標(biāo)。

(5) 數(shù)據(jù)記錄與處理：通過記錄實驗數(shù)據(jù)、分析實驗結(jié)果，提高學(xué)生分析問題解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、求實的科研精神。

(6) 實驗拓展：學(xué)生完成相關(guān)思考題，促進(jìn)對相關(guān)理論知識的理解和應(yīng)用。進(jìn)一步可以挖掘與實驗相關(guān)的科學(xué)家生平軼事、科研貢獻(xiàn)簡介，培養(yǎng)學(xué)生堅韌不拔、勇攀科學(xué)高峰的精神，體會科學(xué)家的奮斗與國家社會發(fā)展的關(guān)系。

1.2 思政教育實現(xiàn)方法

實驗課學(xué)時有限，在每一個實驗開始前，教師先梳理實驗中的思政元素，引導(dǎo)學(xué)生在完成實驗知識技能目標(biāo)的同時，與教師共同挖掘?qū)嶒炛械乃颊亍?/p>

(1) 我們把每班學(xué)生分成6個小組(每組4–5人)，在某個實驗即將開始前，教師提前與某個小組的同學(xué)進(jìn)行面對面的溝通，探討各項實驗內(nèi)容中可能存在的思政元素，確定該實驗的思政點，我們把與教師溝通的小組稱為“思政值日小組”。各小組輪流作為思政值日小組，在教師的引導(dǎo)下按照上述各項思政目標(biāo)挖掘各實驗的思政元素，由值日小組將各實驗對應(yīng)的思政內(nèi)容總結(jié)整理成PPT文檔，上傳至本課程的學(xué)習(xí)通在線平臺上，設(shè)置任務(wù)點供全班同學(xué)共同學(xué)習(xí)。

(2) 學(xué)生進(jìn)入實驗室以后，思政值日小組選1–2名學(xué)生代表講解思政PPT，用時10–15分鐘。學(xué)生不僅講解搜集到的思政內(nèi)容，還加入自己的感想，激勵全班同學(xué)。教師對學(xué)生的講解進(jìn)行點評，將思政內(nèi)容總結(jié)升華，激發(fā)起學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，隨后再引導(dǎo)學(xué)生完成實驗的各項知識技能任務(wù)。

(3) 要求所有學(xué)生在實驗報告中總結(jié)自己感興趣的思政內(nèi)容和感悟到的思政目標(biāo)。為了督促學(xué)生積極參與，將學(xué)生參與挖掘思政元素積極性、學(xué)生在實驗報告中對思政內(nèi)容的總結(jié)情況納入期末成績評定。

2 以學(xué)生為主體挖掘思政元素

為了使學(xué)生深度參與課堂思政教學(xué)，我們要求學(xué)生在上課時講解所挖掘的思政內(nèi)容。學(xué)生在上課時通過PPT總結(jié)和講解的思政點如表1所示。我們嘗試過將思政內(nèi)容錄制講解視頻發(fā)給學(xué)生，但遇到的問題是學(xué)生課業(yè)任務(wù)繁重，課前對視頻的觀看率并不高。所以我們注重凝練上課時前10–15分鐘講解的思政點，學(xué)生結(jié)合PPT和板書講解，教師及時總結(jié)升華，高效地完成了思政教育目標(biāo)。課前講解思政點是在教師的引導(dǎo)下，由教師和學(xué)生共同仔細(xì)篩選出來的，在進(jìn)行思政教育的同時，對達(dá)到實驗的知識技能目標(biāo)也起到了促進(jìn)作用。

表1 物理化學(xué)實驗教學(xué)中引入的思政元素

2.1 課堂思政教學(xué)過程舉例

2.1.1 靜態(tài)法測定液體的飽和蒸氣壓

本實驗的目的是用靜態(tài)法測定乙醇在不同溫度下的飽和蒸氣壓，進(jìn)而用作圖法求出乙醇在該溫度區(qū)間的平均摩爾蒸發(fā)焓。教師通過與學(xué)生交流了解到，很多學(xué)生對飽和蒸氣壓的概念理解不到位，有的同學(xué)甚至不能回答“液體蒸氣壓越高，沸點越低還是越高?”的問題，說明學(xué)生在理論學(xué)習(xí)時，對此知識點學(xué)習(xí)的不扎實。因此，教師給思政值日小組的學(xué)生布置任務(wù)：理解飽和蒸氣壓的概念，并給同學(xué)講解清楚。學(xué)生不僅查閱課本整理了有關(guān)飽和蒸氣壓的概念、習(xí)題和工業(yè)應(yīng)用，還檢索了相關(guān)科研文獻(xiàn)[11]分享至本課程的學(xué)習(xí)通平臺。本實驗原理的主要依據(jù)是描述純液體飽和蒸氣壓與溫度關(guān)系的克勞修斯-克拉貝龍方程，教師引導(dǎo)思政值日小組同學(xué)介紹科學(xué)家克勞修斯、克拉貝龍的科研貢獻(xiàn)，介紹克勞修斯-克拉貝龍方程的推導(dǎo)和適用條件。本實驗需要用作圖法處理數(shù)據(jù)，以往學(xué)生多用坐標(biāo)紙或Excel軟件作圖。Origin軟件是科研中常用的軟件，教師建議學(xué)生學(xué)習(xí)并使用Origin軟件作圖，學(xué)生積極下載安裝Origin軟件，學(xué)習(xí)軟件的用法，帶動全班同學(xué)在需要用作圖法處理實驗數(shù)據(jù)時，也都學(xué)習(xí)使用Origin軟件。學(xué)生講解后，教師及時總結(jié)，引導(dǎo)學(xué)生對于每一個實驗涉及的基本物理化學(xué)概念都要認(rèn)真理解和應(yīng)用，學(xué)會實驗測量方法，提高自主學(xué)習(xí)能力，養(yǎng)成終身學(xué)習(xí)習(xí)慣。

2.1.2 燃燒熱的測定

本實驗的目的是用氧彈量熱計測定蔗糖的燃燒熱。教師先帶領(lǐng)思政值日小組的同學(xué)到實驗室認(rèn)識實驗儀器，學(xué)生紛紛提出問題：“老師，我們學(xué)會了用氧彈量熱計測燃燒熱，除了幫助理解這一部分的理論知識，對以后的學(xué)習(xí)有什么用？”“氧彈量熱計在實際生產(chǎn)生活有應(yīng)用嗎？”在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生積極查閱網(wǎng)絡(luò)資料和科研文獻(xiàn)[12]，了解到用氧彈量熱計能準(zhǔn)確快速測量出煤炭、石油和食品等的熱值，在能源、建筑、消防行業(yè)有廣泛應(yīng)用。了解了國內(nèi)外氧彈量熱計發(fā)展現(xiàn)狀，氧彈量熱計的工作原理、基本結(jié)構(gòu)和分類。學(xué)生尤其關(guān)注到國外氧彈熱量計最主要的生產(chǎn)企業(yè)以美國Parr公司和德國IKA公司為代表，美國Parr公司是氧彈量熱計的創(chuàng)始者和最早的專業(yè)生產(chǎn)企業(yè)，從1899年S. W. Parr教授研發(fā)第1臺商業(yè)熱量計至今，已經(jīng)歷了100多年的歷史。國內(nèi)對氧彈量熱計的生產(chǎn)和應(yīng)用還落后于國際水平，進(jìn)一步激發(fā)了學(xué)生努力學(xué)習(xí)，參與到國家基礎(chǔ)建設(shè)的熱情。在建設(shè)祖國大目標(biāo)的指引下，學(xué)生產(chǎn)生了現(xiàn)階段努力的小目標(biāo)：考研。學(xué)生講解量熱學(xué)在科研中的應(yīng)用舉例、介紹中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所熱化學(xué)實驗室，教師適時總結(jié)、引導(dǎo)學(xué)生要有時代緊迫感和責(zé)任感，學(xué)好專業(yè)本領(lǐng)和技能，志存高遠(yuǎn)。學(xué)生受到激勵和鼓舞后，在后續(xù)完成各步實驗任務(wù)時格外認(rèn)真，并利用課堂時間積極向老師提出關(guān)于該部分理論知識的問題，很多同學(xué)向老師咨詢考研該如何準(zhǔn)備。在完成實驗報告時認(rèn)真處理實驗數(shù)據(jù)，總結(jié)自己的收獲。

2.1.3 二組分氣液相圖的繪制

本實驗可以加深學(xué)生對相圖、相律等基本概念的理解。相律為多相平衡系統(tǒng)的研究建立了熱力學(xué)基礎(chǔ)，是物理化學(xué)中最具普遍性的規(guī)律之一。相律的提出者是美國物理化學(xué)家吉布斯，吉布斯在論文《論復(fù)相物質(zhì)的平衡》中，首次提出了獨立組分并明確了相的概念，進(jìn)而分析所有熱力學(xué)量之間的獨立關(guān)系得出了相律。吉布斯對化學(xué)熱力學(xué)的貢獻(xiàn)還包括：發(fā)展了熱力學(xué)第二定律，提出平衡穩(wěn)定性判據(jù)；引入函數(shù)與化學(xué)勢，提出熱力學(xué)基本方程，創(chuàng)建了化學(xué)熱力學(xué)這個分支學(xué)科；開創(chuàng)了表面熱力學(xué)的研究。吉布斯縝密嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)，邏輯推繹歸納的能力，將數(shù)理知識遠(yuǎn)見卓識地融于熱力學(xué)之中，使他最終登上了熱力學(xué)的高峰。學(xué)生在PPT講解中還介紹了對相平衡研究有卓越貢獻(xiàn)的黃子卿先生、趙慕愚先生的貢獻(xiàn)，激發(fā)了學(xué)生的愛國情懷和社會責(zé)任感。本實驗在操作中需要用沸點儀測定不同組成溶液的沸點、用折光儀測定所得氣、液相的折光率、測一組標(biāo)準(zhǔn)溶液的折光率并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，教師引導(dǎo)學(xué)生做好分工，合作完成實驗任務(wù)，培養(yǎng)了學(xué)生團結(jié)協(xié)作的職業(yè)素養(yǎng)。通過學(xué)生講解思政點、教師總結(jié)思政目標(biāo)后，所有學(xué)生都得到了激勵和引導(dǎo)，在實驗過程中學(xué)生積極和教師探討相圖的應(yīng)用、相圖的讀圖方法、儀器的不足與改進(jìn)、用Origin軟件繪制相圖的方法等，以及有哪些科研院所或高校在相平衡方面做得好等問題。教師充分利用實驗課可以與學(xué)生面對面討論問題的優(yōu)勢，對學(xué)生給以指導(dǎo)，要求學(xué)生將自己感興趣的問題總結(jié)到實驗報告中。學(xué)生在學(xué)習(xí)實驗技能、接受思政教育的同時，也提高了文獻(xiàn)查閱、總結(jié)的能力。

2.2 學(xué)生實驗報告總結(jié)思政點

教師不僅在課堂教學(xué)中開展課程思政教育，同時利用本課程的學(xué)習(xí)通在線平臺和QQ群在線上開展課后答疑、討論、網(wǎng)上交流等，加強與學(xué)生對話。不僅解答學(xué)生有關(guān)實驗原理、實驗數(shù)據(jù)處理、實驗思考題等理論知識的問題，也注重適時引導(dǎo)學(xué)的思想價值觀，為學(xué)生在就業(yè)、考研方面解惑答疑。教師要求學(xué)生將線上答疑的內(nèi)容和課堂思政內(nèi)容總結(jié)到實驗報告中(圖2)，作為課程成績評定的依據(jù)，督促學(xué)生主動總結(jié)，將理論知識和思政內(nèi)容內(nèi)化入心。

圖2 學(xué)生實驗報告中的部分總結(jié)(燃燒熱測定實驗)

3 教學(xué)效果

通過“教師引導(dǎo)、學(xué)生主體”挖掘課程思政元素，用“學(xué)生講解、教師總結(jié)”的方式向?qū)W生傳達(dá)思政內(nèi)容，對物理化學(xué)實驗課程思政教育起到了促進(jìn)作用。

首先，引入課程思政元素的過程加強了師生交流互動。在確定某個實驗的思政元素之前，教師會仔細(xì)思考實驗環(huán)節(jié)蘊含的思政內(nèi)容，然后與思政值日小組的同學(xué)進(jìn)行面對面的溝通，了解學(xué)生的需求，同時利用課程QQ群與班內(nèi)其他同學(xué)交流。使課堂講解的思政內(nèi)容切實能引起學(xué)生的關(guān)注，解答學(xué)業(yè)困惑和生涯困惑。

其次，以學(xué)生為主體的教學(xué)方式，保證學(xué)生深度參與教學(xué)，保障課程思政教育入心入腦。學(xué)生挖掘思政元素的過程，可以促使學(xué)生相互交流、相互借鑒；學(xué)生總結(jié)、講解思政內(nèi)容的過程可以培養(yǎng)學(xué)生的書面和口頭表達(dá)能力。以學(xué)生為中心的課堂教學(xué)，明顯提升了學(xué)生的積極性，學(xué)生在課前、課中和課后都積極和教師討論問題，甚至結(jié)課后面對考研、就業(yè)問題也經(jīng)常向教師尋求幫助。

第三，及時有效的測評是保證教學(xué)效果的必要手段。本課程注重對實驗知識技能目標(biāo)的檢測，設(shè)置了預(yù)習(xí)測試題、課堂提問、期末測試題、實驗思考題等及時對教學(xué)效果進(jìn)行測評；對于學(xué)生在思政教育中的參與情況也進(jìn)行了測評，依據(jù)作為思政值日小組挖掘思政元素時的積極性、課堂思政講解PPT的質(zhì)量、實驗報告總結(jié)情況給出思政成績，占期末成績的20%，對學(xué)生積極參與思政教學(xué)起到了督促作用。

4 結(jié)語

在物理化學(xué)實驗教學(xué)過程中，通過以學(xué)生為主體開展上述思政教學(xué)活動，加強了師生互動，激發(fā)了學(xué)生的探究興趣和學(xué)習(xí)熱情，讓每一名學(xué)生都成為課前的準(zhǔn)備者、課堂的參與者、課后的思考者，促進(jìn)了在實驗課程教學(xué)中形成“價值引領(lǐng)、能力培養(yǎng)、知識傳授”的育人導(dǎo)向，有利于將思政教育與專業(yè)教育高效融合，全面落實專業(yè)育人目標(biāo)。在今后的實驗教學(xué)中，繼續(xù)設(shè)計和完善以學(xué)生為主體開展思政教育的教學(xué)模式，同時加強線上線下結(jié)合教學(xué)，利用線上教學(xué)平臺和虛擬實驗平臺輔助實驗知識技能目標(biāo)和思政教育目標(biāo)順利完成，是我們努力的方向。