大学化学, 2021, 36(3): 2010076-0 doi: 10.3866/PKU.DXHX202010076

课程思政建设专刊

物理化学MOOC课程思政探索与实践

张进,, 刘利, 姚思童

Exploration and Practice of Course Ideology and Politics Education in Physical Chemistry MOOC

Zhang Jin,, Liu Li, Yao Sitong

通讯作者: 张进, Email: ssgzh@163.com

收稿日期: 2020-10-28   接受日期: 2021-01-6  

Received: 2020-10-28   Accepted: 2021-01-6  

Abstract

In order to achieve the goal of all-round education, the ideological and political elements contained in physical chemistry courses were actively excavated and integrated into the teaching of MOOC. The ideological and political aspects of physical chemistry MOOC were explored and practiced. The ideological instances of "the physical chemistry and philosophical thinking", "approaching the chemist", "enjoying classical Chinese poems and learning physical chemistry" and "environmental protection" were chosen as the main topics. The new three-stage teaching mode of physical chemistry MOOC, "guiding-studying-thinking" was practiced so as to improve the teaching quality and students' ideology and morality.

Keywords: Physical chemistry ; MOOC ; Course ideology and politics ; Three-stage teaching mode

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张进, 刘利, 姚思童. 物理化学MOOC课程思政探索与实践. 大学化学[J], 2021, 36(3): 2010076-0 doi:10.3866/PKU.DXHX202010076

Zhang Jin. Exploration and Practice of Course Ideology and Politics Education in Physical Chemistry MOOC. University Chemistry[J], 2021, 36(3): 2010076-0 doi:10.3866/PKU.DXHX202010076

习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上强调,做好高校思想政治工作,要用好课堂教学这个主渠道,各门课都要守好一段渠、种好责任田,使各类课程与思想政治理论课同向同行,形成协同效应[1]。新时代要求我们回归教育的初心和本源,重视并重新定位课程的育人功能[2]。在信息化时代的今天,慕课(大规模网络开放课程,MOOC)是借助“互联网+教育”催生的一种新课形式,因其具有大规模、开放性、交互性和自主性的特征,更能充分拓宽课程育人主渠道,筑牢全方位网络育人的主阵地。我们在MOOC教学中积极挖掘专业课程中蕴含的思政元素,精心设计主题内容,做到专业知识教育与思想政治教育相结合,创建了物理化学与哲学思维、走近化学家、赏古诗学物化、学物化倡环保等学习专题,践行“导学-研学-思学”三阶段MOOC课程思政教学模式。

1 物理化学MOOC课程思政的思考

“物理化学”是化学学科体系中的理论基础和灵魂。在融合了“互联网+”和“智能+”技术的在线教学已经成为中国高等教育和世界高等教育在教与学方面的重要发展方向的背景下,2019年沈阳工业大学物理化学MOOC课程在中国大学MOOC平台第一次开课,课程推介语为“请大家跟随我们‘悟’变化之理;‘悟’反应之理;‘悟’平衡之理;乃至‘悟’人生之理。我们相信学习完这门课程以后,你一定会站在一个新的高度来看待化学,看待科学,乃至看待整个世界。欢迎走进充满魅力的物理化学!”,这是我们的初心也是我们的目标。秉承着这样的理念,我们带着“责任”和“爱”建设这门慕课,不仅要把握好授课“质量”,做到“开放”和“分享”,还要深入挖掘物理化学课程思政的元素,让学生通过课程的学习把知识技能上的“成长”和精神上的“成人”有机结合起来,让学生“悟到人生之理”,同步实现专业知识学习与道德情操修为的统一,做到“知行合一”。

2 物理化学MOOC课程思政的实践

物理化学MOOC课程思政的实践包括“建课、用课、评价”等在线教育教学全过程。图 1为课程思政有关的主题及学习和评价流程。下面简述各个主题的实例和教学实施模式。

图1

图1   与课程思政有关的主题及学习和评价流程


2.1 物理化学与哲学思维

物理化学知识体系渗透着哲学的思想和深刻的内涵。有意识地利用哲学的思维来学习和掌握物理化学的基本原理和方法,有利于学生形成科学的世界观及正确的人生观和价值观[3]表 1所列为部分相互关联的哲学思维与物理化学专业知识。在物理化学MOOC建设中,制作相关文档作为“拓展和提升”部分的课程资源阐述哲学思维并介绍相关的专业知识,引导学生有目的地阅读,书写心得体会。

表1   哲学思维与关联的物理化学专业知识

哲学思维关联的专业知识
“一切平衡都只是相对的和暂时的[4]。”各种因素对化学平衡的影响。
“运动,就它被理解为物质的存在方式、物质的固有属性这一最一般的意义来说,涵盖宇宙中发生的一切变化和过程,从单纯的位置变动直到思维[4]。”
物质的根本属性是运动。物质世界的运动是绝对的,而物质在运动过程中又有某种相对的静止[5]
热力学平衡态是一种动态平衡。
“量转化为质和质转化为量的规律[4]。”
“在自然界中,质的变化——在每一个别场合都是按照各自的严格确定的方式进行的——只有通过物质或运动(所谓能)的量的增加或减少才能发生[4]。”
大理石主要成分为CaCO3,常温下是稳定的,温度为298 K时,反应CaCO3(s) = CaO(s) + CO2(g)不能自发进行,当温度升高到1200 K时,反应自发进行,说明温度量变达到一定程度,反应方向发生了质的变化[5]
主要矛盾和次要矛盾二者相互依存,两者在一定的条件下互相转化[5]比如反应条件的选择。影响化学平衡的因素有温度、压力和惰性气体,在实际问题中要弄清楚哪个因素起决定性作用[5]
“个别性、特殊性、普遍性,这就是贯穿全部《概念论》的三个规定[4]。”
客观世界总是彼此相互联系、相互制约、相互渗透的,特殊性寓于共性之中[6]
热功交换的问题,最初局限于讨论热机的效率,热力学第二定律正是抓着了事物的共性,根据热功交换的规律,提出具有普遍意义的熵函数[6]。可逆过程和不可逆过程[5]
毛泽东说:“实践、认识、再实践、再认识,这种形式,循环往复以至无穷,而实践和认识之每一循环的内容,都比较地进到了高一级的程度。这就是辩证唯物论的全部认识论,这就是辩证唯物论的知行统一观[7]。”物理化学发展的过程,就是在物理化学领域通过科学实践不断发现真理,又通过科学实践不断证实真理和发展真理的辩证过程。比如动力学理论的提出、建立与发展[8]
“归纳和演绎[4]。” “归纳和演绎,正如综合和分析一样,必然是相互关联的[4]。”热力学三大定律都是在归纳和总结人类经验和科学实验的基础上得出来的;而焓这个状态函数是以热力学第一定律为基础通过演绎而得来,同样,亥姆霍兹函数和吉布斯函数这两个状态函数是通过联合应用热力学第一和第二定律演绎出来的[9]
真理是绝对真理和相对真理的辩证统一。物理化学中的原理和定律都是有其适用条件的[9]

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现举一应用实例,在化学平衡这一章节中有关“反应方向判断”的知识点中有这样一道例题,“Ag可能受到H2S (理想气体)的腐蚀而发生如下反应:H2S(g) + 2Ag(s) = Ag2S(s) + H2(g),在298 K、100 kPa下,混合气体中H2S的摩尔分数低于多少才不致发生腐蚀?”通过启发学生分析计算得到H2S摩尔分数低于4.96%时不会发生腐蚀。然后提出问题“这道题中是否蕴含着哲学思想呢?”学生不一定能够联想到“当量变达到一定程度的时候就会引起质变”的哲学思维,启发学生并揭晓答案,并引导学生思考还有哪些内容也蕴含着同样的思想,从而帮助学生在学习中逐步树立哲学思维,同时也可以加快学生对基本原理和知识的掌握。

2.2 走近化学家

科学家故事往往渗透着他们艰苦努力、实事求是和追求真理的高尚品德,将国内外著名物理化学家的轶事和成就做成文档或视频,利用他们的故事引导和启发学生,弘扬和传播正能量。比如在气体这一章中,道尔顿分压定律是一个很重要的知识点,在制作这部分内容的教学视频时,利用多媒体技术手段简介他的成就,尤其向学生介绍他几十年如一日书写气象观测记录,直到他去世那天的早上,以此让学生认识到对一件事执着坚守、从不放弃的惊人毅力令人钦佩,更值得我们学习。还有发现热和功的转换并得到能量守恒定律的詹姆斯·普雷斯科特·焦耳,自幼没有受过正规教育,但凭借对物理和化学的兴趣,利用理论和实践相结合的科研方法从事研究,在热学、热力学和电学方面贡献卓著,热和功的单位都以他的名字“焦耳”命名。由此告诉我们兴趣是最好的老师,选准前进方向,脚踏实地、珍惜韶华,把远大的抱负落实到实际行动中,努力前行,终会获得成功。除此之外,还有引入了吉布斯能和化学势的约西亚·威拉德·吉布斯、2008年国家最高科学技术奖获得者徐光宪、1901年诺贝尔化学奖获得者雅各布斯·亨里克斯·范特霍夫、1920年诺贝尔化学奖获得者瓦尔特·赫尔曼·能斯特等的事迹和成就也制作了视频和文档资源。考虑化学家的贡献与每章内容的相关性,将这些文档等资源构建在每一章章末的拓展与提升部分,如气体这一章,介绍的就是约翰·道尔顿。课前发布拓展资源导学任务书引导学生阅读,通过阅读,学生可以学习到科学家们如何在科学道路上孜孜以求,追求真理,并能激发他们的学习欲望及探索精神等。然后教师发布讨论主题或作业,引导学生思学。

2.3 赏古诗学物化

中国是诗词的国度,古诗词是我国文学宝库中的瑰宝,也是我们民族的文化精髓。诗是最美的语言,当你真正用心去研读时,你会发现每一首诗词都是诗人心底情愫的流露。我们如何让古诗词的美和看似难懂、枯燥并充满公式和定律的物理化学课程关联起来呢?在这方面我们做了大胆的尝试。制作了9个视频。主要引用了如下古诗:《暮江吟》《咏煤碳》《石灰吟》《元日》《无题》《折荷有赠》《晓出净慈寺送林子方》《客从》《秋浦歌》《劝学》《昭君怨∙咏荷上雨》等。例如,在为学生讲解真实气体的液化这一知识模块时,我们以一首白居易的诗《暮江吟》作序,利用先进的视频制作技术,引入具有视觉美感的古诗书法和诗人白居易的画像,然后为学生深情朗诵这首诗,“一道残阳铺水中,半江瑟瑟半江红。可怜九月初三夜,露似真珠月似弓。”让学生体会诗词的美和作者所见所感。然后呈现夜晚的露珠,利用视频展现如珍珠般的露珠的美,并和学生共同欣赏晶莹剔透的“九月初三”夜的露珠,是如此惹人怜爱。然后抛出问题,那么如此惹人怜爱的露珠是如何形成的呢?为什么出现在诗人所说的“九月初三”深秋的“夜”,而不是“日”呢?从而引入真实气体液化的条件之一,改变温度。这样的设计和视频制作为学生呈现古诗词之美的同时,也巧妙地引入课程知识模块的内容,并利用诗中“露珠的产生”设疑,引发学生的学习兴趣,使其自主思考并迫切地想追寻问题的答案。这是我们为学生设计的“赏古诗学物化”的教学案例之一。在已进行的三期教学实践中,这样的授课视频也深受学生的喜爱。其实只要我们用心发掘,像这样的古诗词和物理化学知识相关联的例子还有很多。比如在讲解界面现象的润湿这一知识模块时,我们为学生展示不润湿的例子,比如荷叶上滚动的水珠,我们为学生制作漂亮的图片,同时配以南宋诗人杨万里的《昭君怨·咏荷上雨》,“午梦扁舟花底,香满西湖烟水。急雨打篷声,梦初惊。却是池荷跳雨,散了真珠还聚。聚作水银窝,泻清波。”欣赏美图和佳句后,聚焦到物理化学知识点——润湿现象,作者为什么会把荷叶上的水珠比作一窝泛波的水银?从而为学生引出润湿程度的问题。在理工科的课程中引入中华传统文化的精髓——诗词,让我们的课堂诗意盎然,领略古诗词之美,感受中华传统文化的魅力,增强我们每个人的文化自信。

2.4 学物化倡环保

习近平总书记明确指出“绿水青山就是金山银山”,建设生态文明是关系人民福祉、关乎民族未来的千年大计,是实现中华民族伟大复兴的重要战略任务[10]。加深学生对生态文明建设内涵的理解并引导学生从身边点滴事情做起,践行环保也是物理化学课程思政的内容。

我们将与环境保护相关的物理化学知识做成文档或视频,共享在物理化学MOOC课程平台每章的“拓展与提升”的“学物化倡环保”专题部分,引导学生进行阅读,同时教师在讨论区发布讨论主题,学生积极参与讨论,使学生在阅读和讨论中提升物理化学专业知识的同时渗透环保的理念。比如在化学动力学章节中,我们制作了“臭氧层破坏原因与保护措施”阅读文档,引入臭氧层破坏机理探究的内容,为学生介绍臭氧是大气平流层中含量不多的气体,它的存在使地球上的生物免受紫外线伤害。依靠化学动力学、光化学知识和现代实验手段已经探明, 由于CFCl3、CF2Cl2等卤化碳污染物进入大气的平流层,这些污染物降解产生的Cl自由原子引发O3分解链反应[11]。清楚了反应机理后,根据物理化学知识应该采取哪些措施使臭氧的含量逐渐恢复?再比如我们根据文献[12]制作了“绿色化学在物理化学实验中的渗透”的学习资料,在课程平台讨论区发布讨论主题“在物理化学实验中,如何做可以使物理化学实验更绿色环保?”学生通过自学并参与讨论,达到良好的拓展学习效果。

2.5 建立“导学-研学-思学”三阶段课程思政教学模式

我们将物理化学MOOC在线教学过程分为三个阶段,即“导学-研学-思学”。“导学”阶段的侧重点在于细化指导。至少一周之前发布“课外学习资源导学任务书”,引导学生完成自学任务。例如在讲解气体这一章节课前,我们将拓展与提升(一)中的相关内容(图 2):走近化学家1——道尔顿(文本资源)、赏古诗学物化——暮江吟(视频资源)、物理化学与哲学思维——物质是运动的(文本资源)、学物化倡环保1——绿色化学理念(视频资源)列入导学任务中,引导学生在课前观看和阅读。“研学”“思学”为知识内化和提升阶段。比如在讲解道尔顿分压定律时,在学生了解道尔顿的生平和轶事的基础上,强调他坚持记录气象观测数据,直到去世的那天早上,为学生展现科学家坚持不懈进行科学研究的事迹,从而对他们进行科学作风的培养;在讲真实气体的液化部分,有机融入古诗《暮江吟》,让学生了解作者简介和写作背景,思考其中蕴含的化学原理,讨论气体液化的条件,用古诗词让物理化学课堂充满诗意和美感的同时激发学生探究科学知识的兴趣;通过阅读“物理化学与哲学思维”,引导学生用哲学思想来分析解决问题,努力做到“学思结合”,并形成文字心得体会发表在线上讨论区,师生共同讨论。图 2以第一章为例,介绍了在“导学-研学-思学”三个阶段融入课程思政的做法。

图2

图2   物理化学MOOC“导学-研学-思学”三个阶段教学实施图


3 结语

在物理化学MOOC教学中,教师必须将思政教育与专业教育高效融合,不断思考、挖掘、收集思政素材,努力寻找课程思政元素与物理化学知识相融合的切入点,引发学生的情感共鸣,做到寓教于无形、润物细无声。

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