物理化学课程和实验教学

物理化学课程和实验教学

专刊投稿截止日期：2024-09-30

专刊客座编辑：

张树永教授
山东大学化学与化工学院，济南250100

侯文华教授
南京大学化学化工学院，南京210023

刘俊吉教授
天津大学理学院化学系，天津300354

田福平高级实验师
大连理工大学化学学院，大连116024

专刊介绍
        物理化学是重要的化学二级学科，物理化学课程和实验教学对培养学生化学的世界观与方法论，增强分析和解决化学及相关学科复杂问题，提升学科素养和创新能力具有重要意义。为了保障和提升化学人才培养质量，教育部化学类专业教学指导委员会制定了《普通高等学校本科教学质量国家标准》、《化学类专业化学理论教学建议内容》和《化学类专业化学实验教学建议内容》，并通过建立项目组，提出了《高等学校化学类专业物理化学相关教学内容与教学要求建议（2020版）》和《高等学校化学类专业物理化学实验教学内容与教学要求建议》。为了推进相关标准和要求的落实，推进物理化学课程与实验教学实现高阶性，以创新性和挑战度引领学生的高质量发展，教育部设立了师范院校物理化学课程虚拟教研室、化学实验教学改革研究虚拟教研室、大学化学实验课程群虚拟教研室、化学类专业基础理论课程虚拟教研室等教研机制。为了展示教研成果，同时引导更广大物理化学课程和实验主讲教师对开展深入、系统教学研究和教学建设，经与《大学化学》编辑部协商，决定编辑“物理化学课程和实验教学”专刊，集中发表与物理化学和实验教学相关的研究成果。专刊主题包括：
        （1）物理化学及实验教学内容的更新和深度阐释；
        （2）物理化学及实验教学模式改革与创新；
        （3）物理化学及实验课程教学目标的升级、落实与达成评价系统设计与实施；
        （4）物理化学及实验课程思政设计与实施的典型案例和经验；
        （5）物理化学及实验教材建设与评价；
        （6）物理化学及实验一流课程建设。
        欢迎各位老师踊跃投稿，共同推进物理化学和实验教学的一流建设。

投稿
请于2024年09月30日前，在大学化学网站(http://www.dxhx.pku.edu.cn/JournalX_uc/authorLogOn.action)完成在线投稿。投稿时请注明“物理化学课程和实验教学”专刊。文章接受后即网络发表，并在特刊网页集中列出。
所投稿件不能已经出版或准备在其他地方出版。所有稿件都须经过严格的同行评议。更详细信息请见大学化学的征稿简则。

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不同晶相纳米MnO₂的制备及其对生物乙醇选择性氧化催化性能的测试——一个科研转化的综合化学实验

岳丽君, 刘思雅, 刘鹏

大学化学 2025, 40 (8): 225 -232. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202410005

摘要（3183）

PDF （1252KB）（466）

开发了四种晶相纳米MnO₂的制备、表征及催化生物乙醇气相选择性氧化的一体式综合化学实验。实验内容涉及无机纳米催化材料的制备、催化剂结构和形貌表征、催化反应性能评价和动力学研究等，教学方法借鉴科研模式。通过实验不仅能够培养学生分析解决问题的能力，还能激发学生的创新意识和科研兴趣，引导学生助力国家“双碳”目标和提高环保意识。

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物理化学综合设计实验教学思考与体会

朱万春, 周兵, 谢腾峰, 管景奇, 赵旭

大学化学 2025, 40 (8): 33 -37. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202409139

摘要（6180）

PDF （357KB）（312）

分析了近年来物理化学基础实验课程改革实践的状况，对物理化学基础实验内容改革进行了思考。介绍了物理化学综合设计实验的开设内容并总结了实践成效及发展经验，提出通过物理化学基础实验课开设综合设计实验，革新了实验教学内容和教学方法，对以学生为中心、能力培养为目标的物理化学实验教学体系建设具有重要作用。

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化学热力学熵变计算的教学探讨

荣春光, 许苗军, 向兴德, 刘松

大学化学 2025, 40 (8): 323 -329. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202409146

摘要（3808）

PDF （671KB）（400）

熵是物理化学中一个重要的函数，熵变的计算涉及到过程方向的最基本判据。在熵变计算的授课中，采用多种方法对熵变的计算公式进行推导，可以提高教学质量，达到更好的教学效果。同时本文也介绍了化学工程中真实气体熵变的计算，拓展了学生的知识面，为学生展示了物理化学与实际化学工程问题的紧密联系。

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探索诺奖：物理化学知识的发现之旅

颜美, 王群, 果崇申

大学化学 2025, 40 (7): 380 -386. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202409063

摘要（5661）

PDF （1360KB）（339）

物理化学课程包含了众多的理论和难懂的公式，提高学生学习兴趣和强化学生对理论知识的认知是本门课程的授课重点。在物理化学课程中挖掘知识发现之旅，以吉布斯函数为主线，贯穿人物脉络，引导学生追随诺奖获得者探索真理的步伐，学习他们的创新性思维。同时，还引入了学科前沿航天特色案例，助力航天杰出人才的培养。

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物理化学项目驱动式习题课教学改革与实践

郭丽萍, 王红梅, 宋利, 李孟丽, 郭海洋

大学化学 2025, 40 (7): 62 -70. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202409102

摘要（5067）

PDF （2079KB）（226）

物理化学是一门化学化工材料类本科专业基础课，其课程特点要求学生具备一定的逻辑思辨能力。面对物理化学知识学习与运用能力培养的难点，我们针对本校学生的特点，基于“学习金字塔”理论，采用项目驱动式学习法，结合“微课”和“互联网+”等手段，对习题课进行了改革和持续改进，形成了适合于本校学生的习题课模式，也可为其他地方性应用型本科院校提供参考。

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物理化学实验“三组分液-液相图的测绘”内容编写及讲授建议

陈玉静, 欧阳红群, 赵丹, 褚燕燕, 乔正平

大学化学 2025, 40 (7): 359 -366. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202409120

摘要（5748）

PDF （1012KB）（220）

“三组分液-液相图的测绘”是经典的物理化学实验项目，掌握这一实验内容对于学生理解工业领域广泛应用的三角形坐标系以及萃取原理至关重要。本论文针对学生理论知识储备不足及其对实验的理解停留在表面的现象，深入探讨实验教学内容的编排与建议。通过在实验教学内容中增加对三角形坐标系下相图读图方法的详细介绍，阐述组分含量与物系点在坐标轴上的平行线段长度之间的关系，帮助学生更直观地理解混合过程中物系点的移动规律和杠杆规则。通过阐明教学内容中三角坐标系、溶液混合时物系点移动规律和联结线各物系点相互关系三者之间的讲授逻辑与细节，助力教师提升教学效率，使学生获得对三组分液-液相图清晰而深刻的认识。

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民族高校物理化学实验混合式一流课程创新教学设计及实践

阳耀月, 贾维尚, 马朝霞, 姜晓乐, 吴亚娟

大学化学 2025, 40 (7): 71 -78. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202409118

摘要（7104）

PDF （1369KB）（126）

物理化学实验是化学、环境、制药类专业的必修基础课，传统线下实验教学理念和模式不仅难以适应“新工科”人才培养的共性要求，也无法满足民族高校培养服务民族地区人才的独特要求，亟待改革创新。于此，西南民族大学物理化学教学团队获批建设了四川省一流混合式课程(物理化学实验I)，其教学创新主要包括教学模式重构、教学内容升级、教学方法多样化、评价体系多维化等内容，促进“知识–能力–价值”三维教学目标的实现。同时，基本形成了“教学反思–教学改革–课堂应用–成果反馈”的实证分析型教学研究范式，其成果和经验或可推广至其他化学实验课程，为建设高水平混合式一流实验课程提供借鉴。

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计算化学视角下的经典热力学教学内容改革

叶同奇, 王艳青, 王琪, 从怀萍, 孔祥华, 叶跃雯

大学化学 2025, 40 (7): 387 -392. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202409128

摘要（4191）

PDF （850KB）（269）

随着计算机软硬件技术的提高，计算化学已越来越成为化学与材料等相关科研领域重要的研究手段，物理化学作为一门重要的化学基础理论课，与计算化学有着天然的联系。内能、焓和吉布斯函数等能量类函数既是经典热力学和统计热力学的主要研究内容，也是贯穿计算化学的一个主线。因此，在经典热力学能量函数的教学过程中，以量子统计热力学为基础，同时介绍它们在计算化学中的意义和计算方法，可以帮助学生更好地理解和把握这些能量函数的本质和应用，并为本科阶段计算化学的学习打下基础。

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物理化学实验课程思政的建设与实践

田福平, 戴岳, 黄斐斐, 王瑜, 王新葵, 王旭珍, 姜文凤

大学化学 2025, 40 (6): 22 -27. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202408074

摘要（5751）

PDF （918KB）（272）

针对传统物理化学实验教学过程中师生双方更重视知识和技能的提升、而在价值塑造方面相对薄弱的问题，课程教学团队秉承“以学生发展为中心，以能力培养为导向”的教学理念，凝练知识-能力-素养“三位一体”的课程教学目标，实施“三阶递进”课程思政教学设计，建设“六个主题”课程思政素材库，制定“双结合”课程思政育人效果评价体系。打造课程思政全程自然渗透、学生高度参与的活力课堂，实现学生能力培养和价值塑造的同向同行。

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药学专业物理化学教学改革探索与实践

张荣, 潘育方, 罗三来, 王丹

大学化学 2025, 40 (4): 166 -173. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202406101

摘要（2750）

PDF （1006KB）（261）

物理化学是药学专业的必修课程，在药物研发、生产、检验和贮存等方面发挥着重要的理论和实践指导作用。作为广东省一流线下课程，在物理化学课程教学中，贯彻以学生为本，实践“一核心、三融合、三提升”的教学理念。课程与思政、专业知识、科学前沿进行深度融合，激发学生的学习兴趣，培养学生解决实际问题的能力和创新性科学思维，同时课程有丰富的思政教育元素，培养学生正确的世界观和价值观。通过课程学习，全面提升学生的知识水平、能力水平和素质水平，培养学生成为德才兼备的创新型人才。

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经典内容、常教常新——以温-熵图为例

吴强, 侯文华

大学化学 2025, 40 (4): 399 -407. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202407102

摘要（4826）

PDF （979KB）（566）

在热力学可逆循环过程中，用温–熵图(T–S图)表示系统的温度与熵的变化关系，能同时显示出系统所吸的热与所做的功，从而可以方便地计算得到该循环的热功转换效率。本文总结了T–S图在多个经典热功转换循环过程中的应用，还介绍了近期报道的、利用电势的温度效应或浓差效应构建热力学循环，从低品位热能中获取能量的几个新型能量转换过程以及T–S图在其中的指导作用，可加深师生对T–S图的理解和认识，并拓展其应用范围。

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物理化学实验的课程思政设计与混合式教学实践——以“Pb-Sn二元金属相图”为例

陈阳, 王秀英, 贾能勤

大学化学 2025, 40 (3): 223 -229. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202405184

摘要（4797）

PDF （566KB）（517）

以物理化学实验中“Pb-Sn二元金属相图”为例，阐述“认知-学习-实践-反思”过程的课程思政设计，将思政元素有机融入课前预习/感知、课中实践/探究和课后反思/拓展三个环节。通过录制教学视频、搭建在线学习平台、完善评价反馈机制、拓展交流创新空间，开展线上线下混合式教学实践，完成“知识传授-能力培养-价值塑造”的教学目标，学生坚定文化自信、厚植家国情怀、提升科学素养、增强合作和创新意识，实现全方面育人。

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“新工科”背景下的地方院校物理化学课程教学改革与实践

傅杨武, 胡传波, 陈书鸿

大学化学 2025, 40 (3): 237 -244. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202406040

摘要（3987）

PDF （623KB）（300）

物理化学课程以契合新工科教育理念为改革方向，凝练了“一新、两链、三染、四转”课程改革和实施理念，构建了“解构-探究-建构”式教学模式。教学改革以课程资源建设为保障，以教学模式改革为突破口，以未来新工科工程人才核心素养培养为主要目标，构建高效课堂，培养学生的自学能力、科学思维能力和创新能力。

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计算化学辅助偶极矩测定实验的拓展设计

刘柳斜, 何婧, 杜嘉丽, 毛双, 李强根

大学化学 2025, 40 (3): 363 -370. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202407108

摘要（4036）

PDF （557KB）（216）

结合计算化学，对现有的物理化学实验教材中的“偶极矩测定”实验进行拓展，通过势能曲线探究乙酸乙酯的可能结构，并将偶极矩计算与结构相联系，同时考虑不同条件对偶极矩计算结果的影响。实验能够从微观角度对宏观现象进行辨析，并帮助理解结构与性质之间的关系。整个实验坚持“教-学-评”一体化，实验设计与课程思政有机融合，通过案例分享、知识探究，可有效激发学习兴趣和热情，培养思辨的科学研究能力。

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“双线三驱四耦合”精准靶向培养创新型化学专业人才——“物理化学一”课程创新改革探索

阮北, 武克忠

大学化学 2025, 40 (1): 99 -108. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202404140

摘要（2086）

PDF （1227KB）（358）

“物理化学一”是面向高师院校化学专业本科生开设的一门核心必修理论课，其课程创新直面国家创新型人才培养和新时代高质量中学化学教师培养的需要。课程以“知”“能”“意”三维人才培养目标为驱进导向，在“线上线下”的双线融合式教学以及四项创新举措的耦合联动下，有效解决了课程目前所面临的困境和难题，学生学习动力被有效激发，其创新意识和综合素质得到显著提升，为高师院校专业基础理论课程教学的有效开展提供了有益的借鉴和参考。

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以“贺信精神”引领“表面物理化学”课程思政的探索与实践

姚忠平, 宋英, 丛培琳, 李杨, 李春香, 卢松涛, 吴晓宏

大学化学 2025, 40 (1): 109 -113. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202404128

摘要（3323）

PDF （467KB）（269）

对化工学科研究生基础理论课“表面物理化学”进行了课程思政实践和探索。以与课程内容相关的本学院科研成果和工程应用案例为思政切入点，设计思政内容，确定思政目标，建立了“表面物理化学”全链条融合的“321”课程思政模式。在“贺信精神”和“哈工大精神”引领下，开展课上、课下和课外的全过程课程思政实践，将研究生课程的教学目标和思政目标统一于高水平领军人才培养的需求。

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虚实结合、内外双通，打造新工科专业综合设计实验教学的新形态——以锂离子电池设计与制作为例

张晓明, 李传波, 杨玉平, 邹斌, 李东祥

大学化学 2025, 40 (1): 125 -132. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202404107

摘要（4650）

PDF （3607KB）（294）

结合新工科视角，以学生发展为中心、课程目标为导向，以锂离子电池设计与制作实验为例，通过虚拟仿真与操作实践结合、课内课外结合、实验教学与大学生创新创业活动和课程思政结合，努力打造新工科专业综合设计实验教学的新形态。将虚拟仿真练习与实验实践结合，把锂离子电池的基本实验原理、微观电极反应机制、动态老化机制、离子传输机制等可视化，增强了学习兴趣；通过小组合作，引导学生自行设计锂离子电池的总体实验方案和步骤，通过“虚实结合”提高实验教学的效果。将学术成果前沿与企业需求引入课程，推动理论知识与实际应用的紧密结合，推动实验课程与科研活动和大学生创新创业活动相结合，推动实验教学与课程思政结合，形成课内课外互补的实验教学“双通道”模式。教学过程中采用全过程、多维度考核方式，有效调动学生能动性，提升学生综合素养，锻炼学生综合设计能力、分析问题和解决问题能力，获得了良好的教学效果。

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《物理化学实验(思政案例版)》新形态教材简介

沈海云, 朱莉娜, 杜进祥, 李海朝

大学化学 2025, 40 (1): 149 -156. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202405023

摘要（3899）

PDF （1085KB）（673）

天津大学联合对口支援高校青海民族大学共同编写了《物理化学实验(思政案例版)》新形态教材。教材围绕着国内高校广泛开设的物理化学经典教学实验，设置了实验探讨与拓展部分，深入探讨和解释了实验理论、技术、现象等方面的问题，并将相关知识领域的前沿拓展融入其中；同时每个实验都配有规范的实验案例和与实验密切相关的课程思政素材；教材还通过数字技术将实验操作中的难点和要点演示视频、部分课程思政和知识拓展素材与纸质媒体融合，既有效提升了教材的知识容量，又与现代学生的学习方式契合。教材兼具实验指导和实践育人双重功能，为高校实验实践类教材的编写提供了参考。

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热力学第二定律中“方向性”释义

张恩仁

大学化学 2025, 40 (1): 369 -374. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202408054

摘要（2795）

PDF （730KB）（1689）

深入探讨了热力学第二定律中“方向性”的科学内涵，揭示了其蕴含的两重不同涵义：自发变化的单向性与状态变化的双向性。结合封闭系统与环境相互作用的分析框架，阐述了第二定律所揭示的自发变化单向性，以及系统状态变化在不同条件下(等温、等温等容、等温等压)所展现的双向性特征。全面分析了系统状态正反方向变化的路径特征。最后，结合实例应用，展示了热力学定律在指导理解实际变化过程中的重要作用，相关分析结果为物理化学教学提供了参考。

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高频超声法制备聚多巴胺薄膜综合实验

张培育, 宋爱新, 郝京诚, 崔基炜

大学化学 2025, 40 (6): 210 -214. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202407081

摘要（2329）

PDF （806KB）（171）

为使化学及相关专业本科生掌握高频超声产生的物理效应及在薄膜材料制备中的应用，介绍了一个研究型化学综合实验——高频超声法制备聚多巴胺薄膜综合实验。实验主要包括利用紫外-可见光谱仪检测多巴胺的聚合、聚多巴胺薄膜的制备及检测等内容。通过本实验，可加深学生对高频超声物理效应的理解，掌握多巴胺氧化聚合的机制，学会高频超声放大器的使用，同时巩固学生对常见表征方法的应用。通过教学和实验相结合，拓宽学生在化学反应强化手段方面的视野，培养学生的创新能力及科学素养。

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课程思政理念下BOPPPS教学模式在物理化学教学中的应用——以“表面张力”为例

孙博, 周晖, 刘瑞卿, 李美星, 陆峰, 范曲立

大学化学 2024, 39 (12): 40 -46. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202404053

摘要（2567）

PDF （1360KB）（666）

高等教育不仅要传授专业知识，也要注重学生的思想政治教育。本文以“表面张力”一节为例，依托BOPPPS教学模式，从教学目标、教学设计和教学评价等方面进行课程思政教学改革。将课程中的思政要点融入到BOPPPS教学模式的各个环节，丰富科学内涵，进而实现知识传授和价值引领的同向而行，为物理化学课程教学改革的实施提供建议和思路。

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基于OBE理念的物理化学实验线上线下混合式“八环节”教学法的构建与探索

杨绳岩, 孟祥珍, 王新, 张杨

大学化学 2024, 39 (11): 28 -37. DOI: 10.3866/PKU.DXHX202402019

摘要（2163）

PDF （2579KB）（340）

针对当前物理化学实验教学中存在的问题，秉承成果导向(OBE)教育理念，精心设计各个教学环节，将传统的“课前预习、课堂实验、课后报告”三步实验教学模式细分为“课程导入、课前预习、课堂翻转、课程实验、实验报告、课后提升、成绩评定、课程座谈”八个教学环节，在物理化学实验中构建了“一个理念+八个环节”线上线下混合式教学体系。该体系的建立旨在驱动有效的教与学，将知识传授、能力培养、思维训练融入每个环节，培养学生独立思考、自主学习能力，提升学生的综合创新能力，同时也为同类院校的实验教学改革提供借鉴与参考。

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将思政元素融入“化学反应热”教学

吕洋, 贾颖萍, 李艳华, 钟和香, 王新平

大学化学 2024, 39 (11): 44 -51. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202402059

摘要（2482）

PDF （1054KB）（1081）

由于化学热力学知识抽象，因而被认为难以进行课程思政。本文以其中“化学反应热”教学内容为例，给出我们“润物细无声”地把思政元素融入教学的实践过程，以及实现对学生知识-能力-素质“三位一体”培养目标的点滴经验。

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航天视角下电解水产氢高效催化剂的研究性实验课程思政设计

杨爽, 王群, 苗彩琴, 耿子奇, 李欣然, 李杨, 吴晓宏

大学化学 2024, 39 (11): 269 -277. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202403044

摘要（2169）

PDF （2190KB）（642）

电解水分解反应是航天领域地外原位资源利用的核心技术之一，高校自身特色的科研具有促进本校人才培养的重要属性，遵循科教融合原则，将航天特色的科研与本科生教学相结合设计了研究性教学实验。提出运用水热氧化和高温磷化两步法，制备适用于航天微重力空间环境下的具有超亲水超疏气表面的泡沫镍自支撑双金属磷化物电极材料，并对电解水产氢性能进行研究。同时，挖掘并融入对应的本科物理化学课程中相关热力学知识点，有效调动学生的学习主动性，引导学生自主探究问题并建构地外电解水知识体系，传承航天报国精神。

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物理化学实验课程的逆向性教学实践初探——以化学反应动力学为例

谭德新, 梁莉敏, 吕宝苡, 关惠文, 陈海程, 王艳丽

大学化学 2024, 39 (11): 79 -86. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202403048

摘要（2008）

PDF （1080KB）（605）

为促进物理化学及实验教学的模式改革与创新，以化学反应动力学为研究主线，借助逆向性(UbD)教学模式，通过预设学习目的、确定评价体系和设计教学环节，实现高效教学。逆向性教学实践的课程设计，不仅能提高学生自主学习积极性，提升思政、探究以及创新能力，帮助学生构建知识体系，还能让学生知识和技能迁移、原理和态度迁移，为高校人才培养提供新途径。

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物理化学课程思政教学探索与实践——以“表面张力和表面Gibbs自由能”为例

梁红莲, 邝晓哲, 王福萍, 陈钰

大学化学 2024, 39 (10): 433 -440. DOI: 10.12461/PKU.DXHX202405073

摘要（2263）

PDF （2441KB）（460）

在物理化学课程中引入思维导图和探究实验，搭建思政元素与物理化学教学内容的桥梁，培养了学生的创新思维能力和科学探究精神，提升了学生的社会责任感和自豪感。以物理化学课程中“表面张力和表面Gibbs自由能”部分内容作为教学案例，阐述了课程思政融入教学的实施过程。

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