一、课程和案例的基本情况
课程名称：物理化学实验
授课对象：工学大类/应用化学、环境工程、能源化工、化学工程与工业生物
课程性质：专业基础课程
课程简介：
《物理化学实验》是继无机化学实验、有机化学实验和分析化学实验之后开设的一门基础实验课。它综合了化学领域中各分支所需的基本研究工具和方法，是任何一个从事化学相关专业工作的学生所必需的基本训练。通过本实验的学习，使学生初步了解物理化学实验的研究思路，掌握物理化学的基本实验技术和技能，学会一些重要物理化学性能能的测试方法，加深对物理化学基本理论的理解，增强应用物理化学实验技能解决实际问题的能力。使学生能够将其用于复杂化学工程问题的表述、理解、分析和解决，为学习后继课程和进一步掌握专业课的科学知识打下坚实的基础。课程设置注重知识的广度和深度满足工学大类招生的需要。课程团队为应对我校新时代化学教育的需要，持续开展课程建设及教学创新改革，建设在线开放课程，运用信息技术进行课程设计和教学方法改革。同时，在专业课程教学中融入思想政治教育元素，使学生在学习专业课知识教育的过程中，潜移默化地进行思想道德和政治觉悟教育，弘扬科研兴国的情怀为使命，培养学生求真务实的科学精神和勇于创新的意识与能力，实现全方位育人的培养目标
案例简介：
知识传授：锡-铋二元合金相图的绘制
能力培养：①能够将基础知识用于工程问题的恰当表述；②能够基于相关理论，设计相关实验方案。
价值塑造：①感受合金在中华文明、文物保护、日常生活中的应用魅力，介绍中国古代青铜冶炼技术（铜锡合金），体会大国工匠精神，激发学生对传统文化的兴趣，增强民族自豪感，培养学生对于物理化学实验的兴趣；②介绍金展鹏院士的人物事迹和科学故事，传播科学家精神，介绍科学家如何通过反复实验验证相图的准确性，强调“实践是检验真理的唯一标准”树立正确的人生观与价值观。
二、案例蕴含的思政元素分析
青铜是金属冶铸史上最早的合金，在纯铜（紫铜）中加入锡或铅的合金，有特殊重要性和历史意义，与纯铜（紫铜）相比，青铜强度高且熔点低（25%的锡冶炼青铜，熔点就会降低到800℃。纯铜（紫铜）的熔点为1083℃）。青铜铸造性好，耐磨且化学性质稳定。以司母戊鼎、四羊方尊为代表的青铜器，体现着中国古代高度发达的青铜文明。实验内容中引入青铜器的历史，激发学生对传统文化的兴趣，增强文化自信。
金属相图是描述金属和合金在不同温度、组成条件下的组织特性和相变规律的图，是设计和优化金属合金的重要工具。它是材料科学与工程中研究合金组织、性能及工艺的重要基础。“金氏相图”发明人金展鹏院士从相图热力学与相变动力学研究入手。发展了结构特点不同的相的热力学模型和相图优化计算方法，构筑了一系列金属合金、氧化锆基陶瓷及人工晶体材料的相图。发展了研究相图等温截面和等温四面体的多元扩散偶方法，金展鹏研究发明了“金氏相图测定法”，奠定了其在国际相图界的权威地位；该方法被称为材料科学的“地图”。通过金展鹏院士人物事迹和科学故事，激发学生学习兴趣，传播科学家精神，坚定文化自信，加强情感认同，提升民族自豪感。
三、案例教学整体设计
（一）教学设计
物理化学实验确立了价值塑造、知识传授和能力培养三位一体的课程目标，深入梳理课程内容，结合课程特点、思维方法和价值理念，深入挖掘课程思政元素，主要从①科学世界观、辩证唯物主义思想树立；②创新思维、应用能力培养；③社会主义核心价值观和爱国主义教育几个方面下功夫践行“课程思政”理念，落实立德树人根本任务。在教学中，融入思政元素注重适时恰当，不生搬硬套，达到润物细无声、水到渠成的对学生进行思想教育的效果。
（二）教学实践
教学内容：
锡-铋二元合金相图的绘制
教学方法：
讲授与课堂讨论法结合；运用启发式；贯彻理论联系实际。
教学过程：
锡-铋二元合金相图的绘制 一、实验目的 1.学会用热分析法测绘Sn－Bi二元合金相图； 2.了解KWL-09可控升降温电炉结构及测量温度的方法； 3.了解纯物质的步冷曲线和混合物的步冷曲线的形状的异同，掌握相变点的温度的确定方法。 二、实验原理 物质在不同的温度、压力和组成下，可以处于不同的状态，其变化关系可以用几何图形表示出来，相图就是用几何方法表示体系相平衡状态的图形。二组分体系的相图可以分为二组分气—液体系和二组分固—液体系两大类，后者属于凝聚体系，受压力的影响较小，其相图用温度—组成（T-X）的平面图表示。 所谓热分析法是将所研究的二组分体系，配成一系列不同组成的样品，加热使之完全熔化，然后再均匀降温，每隔一定时间记录一次温度，记录温度随时间的变化曲线—称之为“步冷曲线”。。当熔融体在均匀冷却过程中无相变时，其温度将连续均匀下降，得到一光滑的冷却曲线；体系若有相变，必然产生相变热，使降温速率减慢，则在步冷曲线上会出现“拐点”或“平阶”，从而可以确定出相变温度。以横轴表示混合物的组成，纵轴上标出开始出现相变的温度，把这些点连接起来，就可绘出相图。
、三、实验仪器
四、实验步骤 1. 样品配制 用感量0.1g的台称分别称取纯Sn、纯Bi各100g，另配制含铋30%、58%、80%的铋锡混合物各100g，分别置不锈钢试管中，在样品上方各覆盖一层松香。（防止金属氧化） 2. 冷却曲线测定 （1）将KWL-09可控升降温电炉按上图连接好。将温度传感器（Pt100）（2支）、加热器分别与后盖板的“传感器插座”、“加热器电源”对应连接。将～220V电源线接入后盖板上的电源插座。 （2）将盛样品的样品管放入加热炉内控制加热区（I区），将传感器Ⅰ插入到被控物中。传感器Ⅱ插入测试区（II区）。 （3）打开数字控温仪电源开关。显示初始状态 (4)设置控制温度 按“工作／置数”钮，置数灯亮。依次按“X100”、“X10”、“X1”、“X0.1”设置“温度Ⅰ”的百、拾、个及小数位的数字，每按动一次，显示数码按0～9依次上翻，至调整到所需“设定温度”的数值。设置完毕，再按“工作／置数”钮，转换到工作状态。温度显示Ⅰ从设置温度置换为控制温度当前值，工作指示灯亮。此时仪器对样品进行加热。注意：置数工作状态时，仪器不对加热器（Ⅰ区）进行控制。 （5）对测试区（Ⅱ区）进行辅助加热， 将KWL-09可控升降温电炉本体上的开关打开，调冷风量调节旋钮使冷风机电压为0V，再调节加热量调节旋钮使加热器电压为60V左右，加热至设置温度后停止加热。 （6）当样品管加热至设置温度后，用样品管夹将样品管移至测试区（II区），此时Ⅰ区Ⅱ区温度大致相同。（请同学思考） （7）设置记录时间 按“工作／置数”钮，置数灯亮，按定时上翻、下翻键调节所需间隔的定时时间，有效调节范围：10S～99S。时间倒数至零，蜂鸣器鸣响，鸣响时间为5S。若无需定时提醒功能，将时间调至00S～09S。时间设置完毕，再按“工作／置数”钮，切换到工作状态）。本次试验设置时间为30s （8）记录 控制降温速度3-4℃/30s(调节冷风机电压3-5V左右)。每半分钟记录一次温度显示Ⅱ窗口的温度值，直至温度降至水平线段以下为止。实验结束后，关闭电源。 五、数据处理 1. 用坐标纸绘出各组成的步冷曲线。 2. 确定各步冷曲线中拐点和平台对应的温度值。 编号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 组成Bi% | 0 | 30 | 58 | 80 | 100 | 设定温度℃ | 300 | 260 | 210 | 320 | 340 | 结束温度 | 200 | 120 | 120 | 120 | 240 | 相变温度Ⅰ℃ | | | | | | 相变温度Ⅱ℃ | | | | | |
3. 绘制各组成下相变温度数据表格。 4. 根据数据表格以温度为纵坐标，以组成为横坐标，绘出Sn－Bi合金相图。 六、注意事项 1.温度设置上限一般应高于相变温度70℃为宜，前40℃用来调节降温速度。 2.用电炉对测试区（Ⅱ区）进行辅助加热时，如温度超过450℃，要及时取出传感器Ⅱ，避免传感器损坏。温度过高样品易氧化变质，温度过低或加热时间不够则样品没有全部熔化，步冷曲线转折点测不出。 | 思政元素：合金材料最早出现在青铜冶炼工艺中，激发学生对传统文化的兴趣，增强文化自信。 重点：回顾并理论课中讲解的步冷曲线。 重点掌握相图的绘制方法 注意实验仪器的正确操作 难点：相变点温度的确定 思政元素：介绍金展鹏院士的人物事迹和科学故事，传播科学家精神，介绍科学家如何通过反复实验验证相图的准确性，强调“实践是检验真理的唯一标准” |
（三）教学反思
物理化学实验旨在培养学生踏实求真的科学态度、严谨细致的实验作风、熟练正确的实验技能、灵活创新的分析和解决问题的能力，在思想政治教育和专业教学中处于非常重要的地位。抓住实验课堂教学的机会开展思政教育，从部分学生的反馈看思政教学取得了较好的效果。实验中，多数学生对思政案例表现出浓厚兴趣，能够积极参与。但仍有部分学生参与热情不高，将思政学习视为 “附加任务”。通过课后交流发现，这些学生认为思政内容与专业知识联系不够紧密，缺乏实际价值。针对这一问题，需要进一步优化思政内容的呈现方式，紧密结合专业知识，让学生切实感受到思政教育对自身成长的重要性。后续实验教学过程中，团队将继续深入开展课程思政的教研工作，挖掘思政元素，并鼓励学生开展相关的科研项目，在实践中培养其创新精神与团队协作能力。
