2020年教育部在《高等学校课程思政建设指导纲要》中提出，立德树人成效是检验高校一切工作的根本标准。高校要全面推进课程思政建设，寓价值观引导于知识传授和能力培养之中。物理化学是化学学科最为重要的理论基础课程^[1]。在其发展过程中涉及科学发展史、哲学内涵、科学伦理、美学内涵，以及科学家的人文情怀和科学精神^[2]。同时物理化学的原理是辩证唯物主义客观规律的鲜活例证。此外，物理化学的基本原理在日常生活以及中华传统优秀文化中得以体现，在生产实践、科技创新中得到应用。这些素材为课程思政提供了大量的思政元素。同时物理化学课程是理工科众多专业的必修基础课程。因此，深入挖掘物理化学课程中的思政元素，发挥课程的思政功能，是落实立德树人根本任务的重要举措。

王旭珍等人^[3]提出把化学史、优秀传统文化等思政素材与科学知识有机融合。孙越等人^[4]梳理了物理化学实验教学中开展课程思政的思路。郭畅等人^[5]提出融合课程思政特色的“1421”专业课程建设模式。这些教研教改为物理化学课程思政建设提供了重要的借鉴。但总体而言，物理化学课程仍存在不足：专注知识传授、忽视思政教育；思政教学设计缺乏系统性；部分思政素材和元素与课程内容联系不紧密。此外，具体的可资借鉴的课程思政教学设计实例较少。

基于思政素材创设课堂情境，能够构建思政元素与学科核心概念的内在联系，为学生化学学科核心素养提供真实的表现机会。本文采用知识学习与思政教育有机融合的教学设计理念，充分发挥显性与隐性课程教育的协同效应。并以“界面现象”内容的教学为例，充分挖掘与界面现象相关的思政素材，并阐述了将知识线与思政线“双线融合”的教学设计思路和教学实施过程，以期实现知识传授、价值塑造和能力培养的多元统一，促使学生自由而全面的发展。

物质的存在形态有气、液、固三种，在相态交界的地方，就会产生界面。由于界面层中的分子所处的环境与本体中的不同，因此界面层产生了一些与本体不同的性质，由此产生了许多特殊的现象和性质，称之为界面现象。例如：曙光、雨滴、露珠、彩虹等自然现象都与界面现象有关。同时界面现象的原理也应用于染色、吸附和界面反应等领域。这些均体现了界面现象与实际生活、科技前沿的紧密联系。

本节课以天津大学《物理化学(下册)》第六版^[6]第十章“界面现象”为教学内容，展开界面现象第一课时教学。课程的主要内容包括：(1) 界面的定义与类型；(2) 界面现象产生的原因；(3) 从力、表面功和表面自由能等角度分析表面张力；(4) 结合热力学讨论表面张力等。

本节课以现象–本质–规律的知识线展开教学，同时以思政育人目标为导向，创设思政线，将知识线与思政线“双线融合”，将思政教育有机融入到各个教学环节中。

结合高等学校化学类专业物理化学课程教学内容与教学要求^[7]，设计知识能力目标和思政目标如下。

(1) 通过自主阅读教材，能总结界面的基本概念和类型，及其产生的微观本质。

(2) 通过液膜收缩实验，能推导出表面张力、表面功和表面吉布斯函数的表达式，理解表面张力的含义。

(3) 了解日常生活中的界面现象，能够应用表面张力的相关知识解释日常生活中的界面现象。

(4) 通过小组交流讨论，加深对界面现象的理解，同时提高小组协作能力。

(1) 通过古文《爱莲说》，感受中华优秀传统美德，坚定文化自信。

(2) 借助天宫一号中的水膜张力实验、我国科学家江雷院士设计制备的新型界面材料，增加民族自豪感和科技报国的使命感，厚植家国情怀。

(3) 了解国内外纳米超疏水自清洁材料，开拓科学视野，增强投身社会主义现代化强国建设的热情。

(4) 从现象–本质–规律的学习逻辑中，增强思维的逻辑性、辩证性、全局性，培养分析问题、解决问题的能力和探究精神。

(5) 通过课后查找与界面相关的研究成果、日常现象并撰写论文，提高思政自我教育^[8]的主动性。

界面现象的教学流程分为六个环节。在教学过程中，教师通过界面现象，引导学生深入探究界面现象的本质和规律，同时涉及对学生理想信念、人文情怀、精神追求、科学思维等方面的思政教育，表 1以知识线和思政线展示了教学过程中的主要师生活动。

【教师引导，学生思考】展示图 1–图 3：肥皂泡、荷叶上的水珠为什么一般接近球形？莲为什么能出淤泥而不染？

【设计意图】

(1) 借助生活中常见的界面现象引入课堂并提问，激发学生求知欲，提高学习兴趣。

(2) 借助文学作品《爱莲说》中所描述的莲花出淤泥而不染的自然现象，隐喻公正廉洁的传统美德，弘扬中华优秀传统文化，坚定文化自信，培养学生高尚精神追求。

(1) 请同学们分组讨论分析烧杯中沸腾的水可能存在的界面(图 4)？什么是界面？可能存在哪些类型的界面?

【学生讨论、补充后得到】附着在烧杯内壁的气泡与烧杯壁之间存在气-固界面；气泡与水、空气与液面之间存在气-液界面；水与烧杯壁之间存在液-固界面。密切接触的两相之间的过渡区(约有几个分子的厚度)称为界面，若其中一相为气体，该界面又可称表面。界面的类型根据物质状态的不同，可以分为气-液、气-固、液-液、液-固、固-固等界面。

(2) 请同学们讨论分析液体表面层分子与液体内部分子受力有何不同(图 5)？为什么荷叶上的露珠接近球形(图 2)？

【学生B】液体内部的分子受到周围分子的吸引力，这些力球形对称，彼此抵消。而处于液体界面层的分子，由于气相分子间距离较远，表面层分子受到的体相分子的吸引力远远大于气相分子的吸引力，导致液体表面层分子所受的力无法抵消，合力方向指向液体内部，这样表面层分子趋向于液体内部运动，因此液体表面存在缩小的趋势，最终形成如同一层绷紧的富于弹性的膜。这也是荷叶上的露珠接近球形的原因。

【教师】对学生回答予以评价。

【设计意图】

(1) 以问题驱动，引导学生分析沸水中的各种界面，实际了解存在哪些界面，总结出界面的定义和类型，培养学生自主学习和独立思考的习惯。

(2) 从界面现象探寻露珠接近球形的原因，促进学生形成现象–本质–客观规律科学探究模式，培养学生逻辑思维和科学探究精神，渗透从宏观到微观的事物认识规律、透过现象看本质的哲学思想。

(请学生们自主分析液膜收缩实验(图 6)，并从金属丝所受液膜的拉力、液膜面积扩大时所作的可逆表面功、可逆表面功与吉布斯函数的关系探究表面张力。并对学生的自学成果予以评价。)具体教学内容参考天津大学《物理化学(下册)》第六版^[6]第十章“界面现象”，可得：

(1)$ 表面张力： \text{γ}\text{}\text{=}\text{}F\text{/2}l $

(2)$ 表面功： \text{γ}\text{}\text{=}\text{}\text{δ}{{W}_{\text{r}}}^{\text{'}}\text{/d}{A}_{\text{s}} $

(3)$ 表面吉布斯函数： \text{γ}\text{=}{\left(\text{∂}G/{\text{∂}A}_{\text{s}}\right)}_{T\text{,}p} $

【同学自主知识小结】表面张力、表面功、表面吉布斯函数三者关系(见表 2)。

【设计意图】

通过实验，引导学生从力、表面功、表面吉布斯函数三个不同角度思考表面，了解三者异同，帮助学生理解表面张力的本质；渗透对立统一的辩证唯物主义规律；激发学生探索未知、追求真理的精神。

(1) 请同学们由单相多组分系统的四个热力学基本公式推导表面热力学基本公式(具体教学内容参考天津大学《物理化学(下册)》第六版^[6]第十章“界面现象”)。

(2) 请同学们讨论并进一步分析：为什么自然界中气泡、露珠一般都成球形或接近球形？

【小组B】根据$ \text{d}{G}_{T,p}^{\text{s}}\text{}\text{=}\text{}\text{γ}\text{d}{A}_{\text{s}\text{}}\text{+}\text{}{A}_{\text{s}}\text{d}\text{γ} $^[6]，系统的表面积越小，表面吉布斯函数越小。而同样体积球体具有最小的表面积。因此，为了降低表面吉布斯函数，液体都有自动收缩为球体的趋势，所以气泡和小液滴都呈球形。

(3) 请同学们查阅资料，解释莲为什么能出淤泥而不染呢？

【学生C】科学家发现莲叶的表面有一层细小的绒毛和微小的疏水性颗粒，由$ \text{d}{G}_{T,p}^{\text{s}}\text{}\text{=}\text{}\text{γ}\text{d}{A}_{\text{s}}\text{}\text{+}\text{}{A}_{\text{s}}\text{d}\text{γ} $可知，如果水在莲叶上铺展，就会形成较大的总表面积，导致水的表面吉布斯函数增大。因此，水趋向于在莲叶表面形成大的接近球形的水珠以减小总的表面积，同时水珠在滚动时会带走淤泥和灰尘，这就是莲叶出淤泥而不染的原因。

【设计意图】

通过思考液滴成球形、莲出于污泥而不染的原因，进一步理解表面吉布斯函数表达式，培养学生应用知识的能力，调动学生学习积极性。

(1) 【教师展示、提问、评价】展示我国宇航员在空间实验室天宫一号内所做的表面张力水膜实验(图 7)，为什么在太空中向液膜中注水可以形成球形液滴？

【学习小组C】液滴由于受到表面张力，有收缩成球形的趋势。在地面上，水滴受到重力的影响，一般成椭球形，而在太空中微重力环境下，液滴几乎成完美的球形。

(2) 【教师拓展】江雷院士课题组仿生荷叶原理(图 8)，制备了一种神奇的能稳定漂浮在水面上的铜片，即使在湍急的水流中，也能漂浮，甚至征服“瀑布”。这种铜片就是下表面为超亲水性涂层，上表面超疏水的涂层。这样下表面就可以牢牢的吸附在水面上。

(3) 【教师展示、提问、评价】如图 9所示，我们发现手机屏幕上不小心洒到水时，水在屏幕上一般形成小液滴？为什么？

【学生D】这是由于屏幕上有一层疏水性纳米薄膜，大幅度降低了屏幕的表面吉布斯函数。同时水保持液滴形态也降低水的表面吉布斯函数，因而水在屏幕表面形成液滴，达到防水、防尘的作用。

【教师评价、拓展】回答准确，这也是仿生荷叶的自清洁原理。目前，这一技术已经应用于屏幕纳米涂层、超疏水自清洁衣服面料(图 10)等领域。

【设计意图】

(1) 展示我国在航天领域的成就以及我国科学家在表面材料领域的研究成果，增强民族自豪感，坚定道路自信，激发学生科技报国的理想信念。

(2) 展示中外科学家在纳米涂层技术、纳米自清洁材料等方面的成果，展示学科原理在科技发展中的应用和价值，培养创新意识和科学精神，拓展学生的国际视野，树立正确的世界观、人生观、价值观。

(1) 请同学们对本节课所学知识进行小结。

【学生E】在本节课中，我们学习了界面的定义与类型、表面张力、表面吉布斯函数、多组分系统热力学公式以及表面张力的影响因素。同时，也明白了日常生活中一些现象的原理，也体会到了中华文化的博大精深，以及中国智慧对科技发展和人类进步的促进作用。作为当代大学生，我们应该树立正确的价值观和人生观，为实现中华民族伟大复兴贡献自己的力量。

(2) 作业布置。

日常生活中还有哪些现象与界面现象有关？哪些科技创新应用到了界面原理？请同学们分析原因，撰写一篇相关论文。

【设计意图】

(1) 在总结知识的同时进行思政引导，强化理论知识学习以及课程思政教育效果。

(2) 学生课后进一步拓展界面现象的知识学习，感受科技原理在日常生活和科技创新中的应用，开展自我思政教育。

以“界面现象”为例的物理化学课程思政教学设计，将串联中华传统文化、生活实例、科技前沿等思政素材的思政线与现象–本质–规律为逻辑的知识线“双线融合”，发挥物理化学课程的育人功能。该教学设计经过3个学年的教学实践和打磨提炼，获得了湖南科技大学课程思政教学比赛一等奖、湖南省高校课程思政教学比赛三等奖。另外，物理化学课程思政还应丰富思政元素融合方式、完善思政教育考核评价体系等，以建立系统的物理化学课程思政体系。