“物理化学”课程中融入唯物辩证法原理的教学实践

尹昌平 吴楠 刘钧

［摘 要］ 唯物辩证法是马克思主义哲学的核心组成部分，“物理化学”的基本概念、定律及其内在机理等，都蕴含着丰富的辩证唯物主义思想。“物理化学”是化學、材料和生物等专业的学科基础课程，应用唯物辩证法基本原理开展“物理化学”教学的探索与实践，挖掘唯物辩证法与课程内容之间的融入点，可以让学生熟练掌握物理化学基本知识体系和内在规律，养成良好的科学思维习惯，同时培塑学生的世界观和方法论，实现知识传授与价值引领的同向而行。

［关键词］ 物理化学；唯物辩证法；课程思政

［基金项目］ 2020年度湖南省普通高等学校课程思政建设研究项目“应用唯物辩证法原理开展《物理化学》教学的研究与实践”（HNKCSZ-2020-0005）

［作者简介］ 尹昌平（1980—），男，安徽和县人，博士，国防科技大学空天科学学院材料系副主任，教授，主要从事树脂基复合材料研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A［文章编号］ 1674-9324（2023）18-0133-04［收稿日期］ 2022-11-05

2016年12月，习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上强调：“办好我们的高校，必须坚持以马克思主义为指导，全面贯彻党的教育方针。要坚持不懈传播马克思主义科学理论，抓好马克思主义理论教育，为学生一生成长奠定科学的思想基础。”指出：“其他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］这明确指出了各类课程的育人作用。

“物理化学”是化学及材料、生物、环境等专业的基础理论课程，是从物质物理现象和化学现象的联系入手，用物理的研究方法来探求化学变化基本规律的一门科学。教学过程中，教师应注意科学把握课程思政教育的丰富内涵，充分挖掘课程知识体系所蕴含的思政元素［2-3］。针对“物理化学”课程的特点，可凸显马克思主义哲学的世界观和方法论，使学生养成良好的科学思维习惯，挖掘唯物辩证法与课程内容之间的融入点，实现知识传授与价值引领的同向而行。唯物辩证法既是自然科学和社会科学的概括与总结，又是观察、分析、解决各种问题的方法，是马克思主义哲学的核心组成部分，包括三大定律和五大范畴［4-5］。

“物理化学”知识体系主要包括热力学、动力学和表面物理化学，都与辩证唯物主义思想密切相关。教师在教学中传授自然科学知识的同时，可以融入和贯穿唯物辩证法思想。这种结合实际事例分析演绎的唯物辩证法思想教育，言之有物，相较于传统的唯物辩证法思想教育，更容易起到润物无声的作用，有利于学生学习、掌握和应用唯物辩证法原理［6-8］。

一、从燃素说到能量守恒与转换，促进辩证唯物主义自然观的形成

在讲述物理化学发展史时，教师要突出讲授能量守恒与转换规律的发展历程。远古时代，人们就懂得钻木取火，会使用燃烧来服务生活。18世纪，人们开始研究燃烧。随着对燃烧现象认识的深入，人们也开始试图对热现象给予解释。最初的学者认为物质之所以会燃烧，是因为其内含有燃素，也就是所谓的燃素说，物理化学由此萌芽。拉瓦锡通过实验发现，在封闭的容器中加热金属，金属由于表面反应生成了一层氧化层而变重，但是整个容器的重量并未改变。据此，拉瓦锡推断一定是空气中的某种物质参与了反应，这种物质后来被证实是氧气。因此，拉瓦锡提出了氧化理论，并于1783年发表了关于氧化理论的论文，宣告了燃素说的终结。

从提出燃素说到得出能量守恒与转换定律，经历了差不多两个世纪。人类认识能量及其规律的历史，是一个由浅入深、由表及里、由低级到高级、由片面到全面的过程。在这个发展过程中，充满了辩证法与形而上学、唯物主义与唯心主义的斗争。伟大的革命导师恩格斯在《自然辩证法》这部光辉著作中，第一次对能量守恒与转化定律做了全面深刻的说明，指出：“自然界的一切物质都具有能量，能量有各种不同形式，能够从一种形式转化为另一种形式。”能量守恒与转化定律的发现表明：自然界中的一切运动都可以归结为一种运动形式向另一种运动形式不断转化的过程。这就为辩证唯物主义关于物质世界的统一性和物质运动的不灭性提供了精确的自然科学依据，促进了辩证唯物主义自然观的形成［9］。

二、内因外因辩证关系在教学中的应用

唯物辩证法原理告诉我们，内因是事物发展变化的根据，外因是事物发展变化的条件，它能加速或延缓事物发展的进程，但必须通过内因而起作用。明白了内因与外因的辩证关系，教师可引导学生运用唯物辩证法的基本原理来对物理化学知识进行梳理、归纳和总结，建立知识网络，了解掌握纷繁复杂的物理化学定律和公式背后的对立统一规律，培养学生以辩证唯物主义的视角来理解物理化学知识。这有助于学生整体把握物理化学的知识脉络体系。

以热力学平衡为例，当某一体系反应达到热力学平衡之后，反应物和产物的浓度不再变化。宏观上看，该体系看似是静止的、不变的；但从微观角度看，正、逆反应并没有停止，仍然处于不断进行之中。从该例给出的经验可知，事物体系的特征既对立又统一，可以相互转化，因而在教学过程中要善于运用辩证的观点和一分为二的观点来看待事物运动的变化与发展，由表及里，透过事物的表象把握其本质，并统筹宏观和微观两个方面。

在讲解电化学中的极化时，教师可以指出当电流通过电极时，即电流不为零，电极上实际以一定速率发生电子得失、物质的析出与溶解、离子的产生与消失、物质的扩散等一系列变化，这就是电极的极化。由于阳极和阴极的极化程度不同，不管是浓差极化还是电化学极化，电极都表现出不同的正负性，阴极和阳极的电极电位会发生变化；但其中也包含着同一性，即电极电位都会偏离平衡值，体现出同一性与斗争性之间的关系［10］。

在讲解合成氨反应时，教师可以基于化学热力学视角，让学生了解温度越低，平衡转化率就越高；基于化学动力学视角，温度越低，反应速度越慢。改变反应温度，可以抑制副反应，但对主反应影响很大，从而作用于生产效率。因此，温度对合成氨反应的热力学平衡转化率和动力学反应速率的影响是一对矛盾，但它们也是统一的。矛盾的统一体现在既要保证高的平衡转化率，又要维持高的反应速率。反应正向进行，系统体积是缩小的，所以高压有利于反应正向进行，但是压力越高，对系统设备及其材料的要求也就越高，因此工业生产上一般采用中压，如此矛盾双方在此条件下得到统一。

在讲解化学平衡时，教师可让学生清楚地知道正、逆反应是两个相反的过程，是一对矛盾，相互对立，共存于一个化学反应体系中，正、逆反应速率决定化学平衡移动的方向。当化学反应进行到一定程度时，正、逆反应速率相等，化学反应达到平衡。一切化学平衡都是基于特定条件的特定运动的动态平衡，因为平衡是相对的、有条件的，而不平衡是绝对的、永恒的，维持平衡的双方互相牵制，是对立统一的关系，若平衡条件被打破，化学平衡也就不复存在。这就是对立统一规律在化学平衡中的体现。

讲解金属结晶过程中的形核率时，教师应让学生明确形核率会在不同条件下受到不同主导因素的影响。一方面，随着过冷度从低到高，形核率会呈现出先上升后下降的趋势；另一方面，当过冷度达到一定值时，影响形核率的主导因素就变成了原子的扩散能力。

三、量变质变辩证关系在教学中的应用

唯物辩证法指出，量变是质变的准备，质变是量变的必然结果，量变与质变是相互渗透的。高校教师在教学过程中要着重掌握适当、适时、适量这一“三适”原则，让学生在日积月累的量变过程中实现质的突破［11］。元素的性质会随着元素原子核电荷数递增达到某一程度之后呈现出周期性变化。以在澄清石灰水中滴入磷酸溶液为例，从磷酸溶液由少到多地滴入所引起的沉淀产生再到沉淀消失的过程揭示了量变引起质变的规律。

讲解热力学第一定律时，对于准静态过程和可逆过程，教师要让学生明白，当内外的压力差无限小，活塞的移动非常慢，速度接近于0，在过程进行的每一瞬间，系统都接近平衡状态，以致整个过程可以看成一系列接近平衡的状态所构成的，这就是准静态过程。准静态是一种理想的过程，实际上是不存在的。因此，教师要引导学生用辩证的观点来看待“过程的不平衡”与“准静态过程是由一系列接近平衡的状态所构成”的关系（如图1）。

热力学上的可逆过程，是指过程反向之后，什么痕迹都没有留下，即“双复原”。系统复原的时候，环境也复原，意思是可逆过程中环境得到的热和功，在逆过程的时候又原原本本地还给了系统。可逆过程是一个动力无限小，速度无限慢，时间无限长，经历了量变，到一定程度后引起质变的过程。但它是一个概念，在有限的时间内是看不到一个可逆过程完成的，也就是动力无限小，速度无限慢。

讲解相平衡章节中钢的热处理时，教师要引导学生发现，随着冷却速度的加快，过冷度也随之增加，最终达到一定条件后，过冷奥氏体就会分别转变为珠光体、贝氏体和马氏体，在量变的基础上实现质变。在储氢合金的吸氢反应中，固溶于金属的氢向内部扩散是量变的过程，而固溶体一旦被氢饱和，就会由固溶体变成氢化物，即发生了质变。同样，对于水的相变过程，在标准气压下，水在0～100 ℃之间的性质变化属于量变，而在100 ℃时，水开始沸腾并转化为水蒸气，以另一种形态存在，实现了质变［12］。如图2所示。

物理化學中全面渗透着质量互变的规律，教师要抓住这一基本规律，在教学中将表面无关的知识点串联起来，让学生掌握其中质的区别和量的变化，往往能产生事半功倍的效果。

四、实施过程及效果

在湖南省普通高等学校课程思政建设研究项目启动后，课题组集体开会，分析、讨论、总结了“物理化学”课程教学中蕴含的唯物辩证法原理和基本方法，整理、修订了相关原理的表述，融入了新版物理化学课程标准，进一步强调了树立辩证唯物主义和历史唯物主义世界观。

自2021年春始，国防科技大学材料科学与工程专业学生的“物理化学”课程皆按照修订后的教学大纲实施教学计划，在教学过程中，教师要注意采用唯物辩证法基本原理和方法从整体教学内容、章节教学内容和具体知识点等多个层次，引导学生运用唯物辩证法基本原理和方法分析、梳理、总结、理解和运用物理化学反应规律。学生普遍反映基本掌握了物理化学的基本原理和方法，能够清晰地把握物理化学反应规律的变化脉络。这表明，不仅任课教师进一步厘清了讲课思路，增强了授课内容的逻辑性和前后联系，听课学生也不再迷茫，构建起比较完整、清晰的物理化学知识体系，增强了学生进一步学好材料专业后续课程的信心。

主讲教师得到听课学生的优良评价，并多次获得校级优质课程的荣誉。团队及时对“物理化学”课程中的成功做法进行总结，并推广至其他课程。同组教师尝试将唯物辩证法原理融入“复合材料结构设计原理”和“冲击波物理”的教学（例如：冲击波在介质中传播的过程，介质的物理性质是内因，外力的作用是外因，内因在外因的作用下发挥作用），也取得了较好的教学效果，先后获得学校教学能手比赛一等奖和湖南省普通高校教师课堂教学竞赛二等奖。

结语

教师在“物理化学”课程教学中融入唯物辩证法原理，利用唯物辩证法原理来观察和分析各种物理化学问题及反应规律，使学生除了在传统的思想政治理论课上获得相关知识之外，增加了接触、了解和学习唯物辩证法原理的途径和方法，更科学地对物理化学知识进行梳理、分析、归纳和总结，从而建构起相应的知识网络，方便学生摸清纷繁复杂的物理化学知识背后的反应规律，有利于学生整体把握物理化学的知识脉络，对学生学习和掌握物理化学知识起到事半功倍的作用。

相应地，学生一旦掌握唯物辩证法基本原理在学习自然科学知识中的作用，就会举一反三，自发在课程学习和工作实践中进行总结、验证，潜移默化中达到润物无声的效果，笃信马克思主义哲学的正确性和指导性。这种教学方法有利于培养学生以辩证的观点看待各个知识点，防止理解的教条化和片面化，帮助学生学习、树立和巩固马克思主义世界观、人生观、价值观，对于提高人才培养质量和效率、更好地满足国民经济发展对新型复合型人才的需求具有重要的意义。

参考文献

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The Teaching Practice of Integrating the Principles of Materialistic Dialectics in Physical

Chemistry Teaching

YIN Chang-ping， WU Nan， LIU Jun

（Academy of Aerospace Science， National University of Defense Technology， Changsha，

Hunan 410073， China）

Abstract： Materialistic dialectics is the core component of Marxist philosophy， and the basic concepts， laws and their intrinsic mechanisms of physical chemistry are rich in dialectical materialist ideas. As a fundamental course in chemistry， materials and biology， the exploration and practice of teaching physical chemistry by applying the basic principles of materialistic dialectics and exploring the integration point between materialistic dialectics and course contents can enable students to master the basic knowledge system and inner laws of physical chemistry， develop good scientific thinking habits， and at the same time cultivate students worldview and methodology， so as to realize the simultaneous transfer of knowledge and value.

Key words： Physical Chemistry; materialistic dialectic; curriculum ideology and politics