環(huán)保意識(shí)在化工熱力學(xué)課程教學(xué)中的滲透*

慈成剛，臧杰超，張 琦

(黔南民族師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，貴州省計(jì)算催化化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州 都勻 558000)

化學(xué)工業(yè)為人類(lèi)發(fā)展做出巨大貢獻(xiàn)的同時(shí)，也為人類(lèi)環(huán)境保護(hù)提出了巨大難題?；どa(chǎn)過(guò)程中排放的大量廢棄物，造成了大氣、土壤和水的污染，對(duì)生態(tài)圈產(chǎn)生了巨大影響。目前，環(huán)境保護(hù)已經(jīng)成為人類(lèi)日益面對(duì)的主要問(wèn)題之一。在化學(xué)工程與工業(yè)專(zhuān)業(yè)的高等教育中，明確環(huán)保意識(shí)，樹(shù)立綠色發(fā)展的化學(xué)化工觀念既是人才培養(yǎng)重要目標(biāo)之一，也成為實(shí)現(xiàn)未來(lái)綠色化工生產(chǎn)的重要途徑之一[1-2]。《化工熱力學(xué)》作為一門(mén)兼具基礎(chǔ)性和應(yīng)用性的核心課程，從基礎(chǔ)理論到實(shí)際生產(chǎn)，都與環(huán)境緊密銜接，在化學(xué)工程與工藝專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)中扮演了重要角色[3-4]。因此，在《化工熱力學(xué)》課程中強(qiáng)調(diào)環(huán)境保護(hù)，既可以培養(yǎng)學(xué)生環(huán)保意識(shí)和環(huán)保能力，又可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。本文主要以黔南民族師范學(xué)院2015至2017級(jí)三屆化學(xué)工程與工藝專(zhuān)業(yè)學(xué)生為授課對(duì)象，從環(huán)保意識(shí)的引進(jìn)途徑到滲透方法，以及注意事項(xiàng)等方面討論環(huán)保意識(shí)在《化工熱力學(xué)》課程中的滲透。

1 環(huán)保意識(shí)的滲透途徑

在《化工熱力學(xué)》課程教學(xué)引進(jìn)環(huán)保意識(shí)，滲透途徑的選擇要符合教學(xué)大綱，即在教學(xué)目的，教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)環(huán)節(jié)中引進(jìn)環(huán)保意識(shí)，使環(huán)保教育充分滲透到《化工熱力學(xué)》課程教學(xué)中。

1.1 教學(xué)目的中滲透環(huán)保意識(shí)

《化工熱力學(xué)》課程的教學(xué)目的是培養(yǎng)化學(xué)工業(yè)的專(zhuān)門(mén)人才，使其能夠有效處理化工過(guò)程能量轉(zhuǎn)換，混合物分離的相平衡和原材料到產(chǎn)物轉(zhuǎn)化的化學(xué)平衡等問(wèn)題。在教學(xué)目的加入環(huán)保教學(xué)，從根源上強(qiáng)調(diào)教學(xué)中環(huán)保意識(shí)的重要性，提醒教師時(shí)刻關(guān)注環(huán)保教育，有助于強(qiáng)化化工人才未來(lái)實(shí)際生產(chǎn)中的環(huán)保意識(shí)。例如，在講授流體的PVT性質(zhì)、純組分和混合物熱力學(xué)性質(zhì)時(shí)，通過(guò)介紹污染物流體的性質(zhì)預(yù)測(cè)，讓學(xué)生了解和掌握混合污染物分離、富集的理論基礎(chǔ)。在講授流體動(dòng)力循環(huán)和化工過(guò)程能量分析時(shí)，讓學(xué)生了解和掌握提高化工生產(chǎn)效率，降低污染物排放和節(jié)約能源的基礎(chǔ)理論，從而在學(xué)生思想深處厚植下環(huán)保種子，為未來(lái)綠色化工專(zhuān)門(mén)人才培養(yǎng)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1.2 教學(xué)內(nèi)容中滲透環(huán)保意識(shí)

合理修改教學(xué)目的為滲透環(huán)保意識(shí)提供了指導(dǎo)。接下來(lái)，教師還需通過(guò)教學(xué)內(nèi)容的適當(dāng)增加，來(lái)實(shí)施環(huán)保教學(xué)。因?yàn)樵诤线m的教學(xué)內(nèi)容中引入敏感性環(huán)境問(wèn)題，既可以引起學(xué)生對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視，也可以促進(jìn)學(xué)生將理論知識(shí)與實(shí)際問(wèn)題緊密結(jié)合，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的獲得感和成就感。在這里，環(huán)境保護(hù)的材料選取以及與相關(guān)教學(xué)內(nèi)容有機(jī)銜接則成為教學(xué)內(nèi)容中滲透環(huán)保意識(shí)關(guān)鍵。

在環(huán)保教育材料選取方面，中華人民共和國(guó)生態(tài)環(huán)境部，貴州省環(huán)境保護(hù)廳的大數(shù)據(jù)具有可靠說(shuō)服力，成為環(huán)保教育素材的重要來(lái)源。再者，震撼的環(huán)境污染圖片和視頻，特別是針對(duì)本地區(qū)的環(huán)境問(wèn)題可以激發(fā)學(xué)生關(guān)于環(huán)境保護(hù)重要性的共鳴。例如，貴州黔南地區(qū)擁有亞洲重要磷礦資源，磷礦開(kāi)采，磷化工生產(chǎn)的持續(xù)開(kāi)展已經(jīng)對(duì)環(huán)境造成影響。在教學(xué)內(nèi)容中適當(dāng)增加磷礦污染相關(guān)材料，并針對(duì)這些問(wèn)題，開(kāi)展討論如何利用所學(xué)知識(shí)消除或減輕磷礦污染對(duì)環(huán)境的影響，既增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的成就感，也賦予學(xué)生學(xué)習(xí)的獲得感，最終成為學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣激發(fā)點(diǎn)。

在教學(xué)內(nèi)容與環(huán)境保護(hù)銜接方面，需要在恰當(dāng)?shù)闹R(shí)點(diǎn)與相關(guān)環(huán)保素材恰當(dāng)銜接。如《化工熱力學(xué)》課程前半部分的熱力學(xué)定律等章節(jié)理論性強(qiáng)，大量引入環(huán)保教育，會(huì)分散學(xué)生注意力，影響教學(xué)效果。而混合物熱力學(xué)性質(zhì)部分，選取環(huán)境污染性強(qiáng)的氣體作為算例，進(jìn)行實(shí)際氣體狀態(tài)方程(EOS)計(jì)算，讓學(xué)生從理論層面了解污染物氣體物理性質(zhì)的計(jì)算方法，進(jìn)而提出控制其擴(kuò)散的理論依據(jù)，在學(xué)生感受環(huán)境保護(hù)的緊迫性和必要性的同時(shí)，也讓學(xué)生掌握環(huán)境治理的可行性方案，既培養(yǎng)了學(xué)習(xí)興趣，也提高了課堂教學(xué)效果。

1.3 教學(xué)環(huán)節(jié)中滲透環(huán)保意識(shí)

將教學(xué)目的和教學(xué)內(nèi)容中的環(huán)保意識(shí)滲透給學(xué)生，需要具體的教學(xué)環(huán)節(jié)來(lái)有效實(shí)現(xiàn)。因此，課前，課上，課間，課下到考試評(píng)價(jià)等教學(xué)環(huán)節(jié)都成為環(huán)保教育的關(guān)鍵。以黔南民族師范學(xué)院2015-2017級(jí)化學(xué)工程與工藝專(zhuān)業(yè)的《化工熱力學(xué)》教學(xué)實(shí)踐為例。課前，針對(duì)性選取相關(guān)資料來(lái)要求學(xué)生閱讀。例如，讓學(xué)生查找磷化工生產(chǎn)中涉及的氣體類(lèi)型，間接的讓學(xué)生接觸磷化工對(duì)大氣的潛在污染。課上，實(shí)際的環(huán)境問(wèn)題與教學(xué)目標(biāo)結(jié)合，在講授和討論環(huán)節(jié)可以見(jiàn)縫插針的介紹相關(guān)知識(shí)點(diǎn)與環(huán)境的關(guān)系，既了解有害物質(zhì)對(duì)環(huán)境的潛在危害，也驗(yàn)證環(huán)境治理的理論基礎(chǔ)。例如，流體相平衡計(jì)算部分，設(shè)計(jì)討論理論計(jì)算與流體化工廢料處理相關(guān)例題，利用計(jì)算結(jié)果對(duì)相關(guān)的環(huán)境問(wèn)題進(jìn)行討論。在課間休息，可播放5～8分鐘的短視頻，介紹涉及化工熱力學(xué)的環(huán)境問(wèn)題。在課下，多種形式的作業(yè)，如化工設(shè)計(jì)，小論文，調(diào)查報(bào)告等，都成為環(huán)境保護(hù)教育良好方式?？荚囋u(píng)價(jià)時(shí)，學(xué)生注意力高度集中，記憶效果好，選取環(huán)境相關(guān)試題可有效增強(qiáng)學(xué)生對(duì)環(huán)境保護(hù)的記憶。

2 化工熱力學(xué)課程中學(xué)生環(huán)保意識(shí)的滲透方法

為了在《化工熱力學(xué)》課程教學(xué)達(dá)成環(huán)保意識(shí)滲透的目的，教學(xué)方法的選擇要具有可操作性，能夠根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，分階段、分章節(jié)、分課時(shí)的靈活選擇。同時(shí)，結(jié)合學(xué)校周邊地區(qū)環(huán)境問(wèn)題，最大限度的發(fā)揮和運(yùn)用教學(xué)環(huán)境的功能。此處，我們主要通過(guò)情境設(shè)置法、主題教育法和啟發(fā)探究法來(lái)介紹環(huán)保意識(shí)在《化工熱力學(xué)》課程的滲透。

2.1 情景設(shè)置法

基于滲透環(huán)教意識(shí)的教學(xué)目的，科學(xué)適度的創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)際化學(xué)工業(yè)中解決環(huán)境問(wèn)題的創(chuàng)造意識(shí)和探究意識(shí)。例如，在相律和混合物多相平衡組成的教學(xué)中，展示黔南地區(qū)磷礦污染的圖片或視頻，結(jié)合相圖和冷卻曲線(xiàn)知識(shí)點(diǎn)(此部分內(nèi)容學(xué)生已在第三學(xué)期的物理化學(xué)課程中學(xué)習(xí))，組織學(xué)生討論磷石膏分離提純的可行性方案。進(jìn)而，在混合物組成的教學(xué)中，通過(guò)對(duì)有毒、有害、高溫、高壓等極端條件下，組分含量的計(jì)算，組織學(xué)生討論化工生產(chǎn)中，有害物質(zhì)的存在形式和可能的環(huán)境影響，討論各種治理方法，如污染氣體排放的控制，凝聚態(tài)污染物的富集和回收。總之，通過(guò)環(huán)境保護(hù)情境的創(chuàng)設(shè)，讓學(xué)生對(duì)環(huán)境保護(hù)產(chǎn)生好奇心，并通過(guò)解決具體問(wèn)題增強(qiáng)學(xué)生的獲得感和成就感。

2.2 主題教育法

通過(guò)創(chuàng)設(shè)環(huán)保主題來(lái)培養(yǎng)學(xué)生對(duì)《化工熱力學(xué)》課程的原理與方法的掌握。主題教育法通過(guò)在具體知識(shí)的教學(xué)中，設(shè)計(jì)新穎的知識(shí)探索過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生在建立自身知識(shí)框架時(shí)植入環(huán)保意識(shí)，讓學(xué)生獲得自主且完整思考的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。例如，以我校2015-2017級(jí)三屆化學(xué)工程與工藝專(zhuān)業(yè)學(xué)生為研究對(duì)象，在第五章非均相系統(tǒng)熱力學(xué)性質(zhì)計(jì)算或第六章流動(dòng)系統(tǒng)的熱力學(xué)原理及應(yīng)用的習(xí)題課上，以環(huán)境保護(hù)和修復(fù)為主題，討論《化工熱力學(xué)》與環(huán)境問(wèn)題的銜接，培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)際化工生產(chǎn)中考慮環(huán)保問(wèn)題的習(xí)慣，幫助學(xué)生突破單純追求產(chǎn)率的思維定式，緊密結(jié)合教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)，幫助學(xué)生消化知識(shí)點(diǎn)。通過(guò)對(duì)三屆本科生的主題教育，我們發(fā)現(xiàn)銜接的意義、方式、內(nèi)容、對(duì)策等四個(gè)方面在主題教育中扮演了重要角色。例如，選取的環(huán)境問(wèn)題資料既要意義深刻，還要與課程內(nèi)容高度切合。黔南地區(qū)的磷化工相關(guān)產(chǎn)業(yè)問(wèn)題成為了首選資料。銜接的內(nèi)容一定要與教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)緊密結(jié)合，避免主題教育脫離課程教學(xué)。銜接的方式要具有多種形式，閱讀、討論、考試、觀看視頻、課后作業(yè)等都成為與環(huán)保問(wèn)題的銜接途徑，既加深學(xué)生印象，又強(qiáng)化了知識(shí)點(diǎn)。

2.3 啟發(fā)探究法

美國(guó)教育學(xué)家杜威最早提出在教學(xué)中使用探究方法[5]。教師根據(jù)教學(xué)目的和內(nèi)容，設(shè)立核心問(wèn)題，通過(guò)創(chuàng)設(shè)情境，開(kāi)展學(xué)習(xí)活動(dòng)。進(jìn)而，教師通過(guò)及時(shí)引導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)進(jìn)行探究學(xué)習(xí)的能力在過(guò)程中扮演重要角色。具體的，在《化工熱力學(xué)》課程教學(xué)進(jìn)度完成基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)的前四章后，為了避免學(xué)生對(duì)復(fù)雜知識(shí)的學(xué)習(xí)產(chǎn)生厭煩心理，主要通過(guò)創(chuàng)新作業(yè)減輕學(xué)生學(xué)習(xí)心理負(fù)擔(dān)。通過(guò)開(kāi)放性問(wèn)題情境(主要圍繞環(huán)境問(wèn)題)的設(shè)置，幫助學(xué)生擬定調(diào)研計(jì)劃，介紹調(diào)查報(bào)告的寫(xiě)作方法，提供相關(guān)資料及其查詢(xún)途徑。啟發(fā)學(xué)生通過(guò)思考，閱讀，討論，再思考，在閱讀，再討論的循環(huán)途徑自行發(fā)現(xiàn)化工熱力學(xué)與環(huán)境保護(hù)之間的關(guān)系，幫助學(xué)生在建立認(rèn)知模型和學(xué)習(xí)方法架構(gòu)的同時(shí)，充分考慮到環(huán)境問(wèn)題。有趣的是，經(jīng)過(guò)三年的教學(xué)對(duì)比實(shí)踐，我們發(fā)現(xiàn)班級(jí)人數(shù)接近50人時(shí)，啟發(fā)探究法教學(xué)效果并不理想。盡管可以采用分組形式，仍難以避免渾水摸魚(yú)的情況。而小班教學(xué)(14～20人)啟發(fā)探究法教學(xué)效果較好，可以做到選擇性的分層次布置創(chuàng)新作業(yè)，確保教師全程指導(dǎo)，啟發(fā)學(xué)生獨(dú)立探究。

3 教學(xué)中滲透環(huán)保意識(shí)的常見(jiàn)問(wèn)題及建議

在教學(xué)目的，教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)環(huán)節(jié)中滲透環(huán)保意識(shí)，既培養(yǎng)了學(xué)生的環(huán)保素養(yǎng)，又使理論知識(shí)聯(lián)系實(shí)際應(yīng)用，有助于培養(yǎng)環(huán)保型的化工專(zhuān)門(mén)人才。然而，滲透環(huán)保意識(shí)不是《化工熱力學(xué)》課程的主要教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容，機(jī)械性引入會(huì)占用大量課時(shí)，本末倒置，容易使化工熱力學(xué)課程變成環(huán)境化學(xué)。因此，教學(xué)目的，教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)環(huán)節(jié)中引入環(huán)保意識(shí)需要配合教學(xué)理念的及時(shí)更新。

3.1 抓住重點(diǎn)，做好銜接

環(huán)保教育在《化工熱力學(xué)》課程中的滲透，其目的是培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)，因此，在教學(xué)大綱修改時(shí)，環(huán)保教育不能成為教學(xué)重點(diǎn)或教學(xué)難點(diǎn)，應(yīng)作為了解性知識(shí)點(diǎn)。在教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)環(huán)節(jié)中，環(huán)保教育的素材應(yīng)做到見(jiàn)縫插針的引入，討論和強(qiáng)調(diào)，而非大篇幅的刻意講授，做到潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲。

3.2 改變定向思維，重視環(huán)保

化學(xué)工程作為與時(shí)俱進(jìn)的學(xué)科，刻意的追求高效的化學(xué)反應(yīng)活性和產(chǎn)物選擇性限制了學(xué)生關(guān)于科學(xué)倫理的正確認(rèn)識(shí)?；どa(chǎn)不僅是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要組成，也是國(guó)民生活的重要組成。通過(guò)化工熱力學(xué)的計(jì)算和設(shè)計(jì)，可以為化工生產(chǎn)降低能耗，提高效率，也能為化工廢料的處理提供理論基礎(chǔ)。教師在實(shí)際教學(xué)中，需要制定合適的教學(xué)方法，改變學(xué)生定向思維，重視環(huán)保。

3.3 理論聯(lián)系實(shí)際，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)

基于我們前期關(guān)于物理化學(xué)課程、化工熱力學(xué)課程和化工專(zhuān)業(yè)英語(yǔ)課程引入前沿科技成果的相關(guān)研究，可以發(fā)現(xiàn)環(huán)保意識(shí)在化工熱力學(xué)課程中的滲透也要注意“教”與“學(xué)”的辯證關(guān)系[6-7]。教學(xué)是一種主動(dòng)建設(shè)的過(guò)程，而不是一種“告訴”和“被告訴”的事情，避免教學(xué)活動(dòng)和實(shí)際應(yīng)用被割裂，從做中學(xué)。

4 結(jié) 語(yǔ)

化學(xué)工業(yè)人才的培養(yǎng)在未來(lái)環(huán)境保護(hù)。和治理工作中能夠扮演重要的角色?；崃W(xué)是化學(xué)工程的重要分支，而《化工熱力學(xué)》課程則是理論與實(shí)際緊密結(jié)合的重要專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，在學(xué)生強(qiáng)化基礎(chǔ)、啟發(fā)思維、引導(dǎo)創(chuàng)新等方面具有重要作用。在《化工熱力學(xué)》課程中，從教學(xué)目的、教學(xué)內(nèi)容到具體的教學(xué)環(huán)節(jié)等各方面細(xì)致入微的滲透環(huán)境保護(hù)意識(shí)。同時(shí)，結(jié)合有效的滲透方法，如情境設(shè)置法、主題教育法和啟發(fā)探究法，及時(shí)更新教學(xué)理念。既強(qiáng)化了學(xué)生對(duì)環(huán)保問(wèn)題的關(guān)注度，也為培養(yǎng)學(xué)生在化工生產(chǎn)中體現(xiàn)環(huán)保意識(shí)奠定了思想基礎(chǔ)。