課程思政元素融入《食品工程原理》教學的分析與實踐

蔣玉梅,李霽昕，張 波，馬云翔，馮麗丹，盛文軍

(甘肅農(nóng)業(yè)大學 食品科學與工程學院，甘肅 蘭州730070)

隨著科技進步，互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)行業(yè)融合，進入了“互聯(lián)網(wǎng)+”時代，開啟了以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，圍繞著現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)的互聯(lián)網(wǎng)配套服務(wù)時代，互聯(lián)網(wǎng)與高等教育教學的融合勢不可擋。互聯(lián)網(wǎng)便捷、高效，信息傳播迅速、開放和共享[1]，給高等教育帶來了更多的生機和機遇，可以促進高等教育快速發(fā)展；但同時也為高等教育帶來了問題和挑戰(zhàn)，互聯(lián)網(wǎng)信息“魚龍混雜”，多元文化碰撞頻繁，學生借助互聯(lián)網(wǎng)學習交流時，容易受到不良信息的干擾，進而一定程度上影響學生的身心健康[2]?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”時代大學生視野廣闊，處于成長關(guān)鍵時期的大學生對新事物敏感、充滿好奇心、接受能力強、渴望關(guān)注和個性展現(xiàn)，容易接受不良思潮和價值 觀的影響[3]，思政教育不能缺席。單一思政學習過程中，太多學生僅是單純記憶思想政治教育內(nèi)容，缺乏思考和積極性，直接影響學生人生觀、價值觀、道德觀和思想形式的塑造[4]。思想政治教育革新迫在眉睫。思政教育目的在育人，育人既需要明理，又需要動情，以情感人，以理服人，才能啟迪心智。

關(guān)于高校思政教育，習近平總書記強調(diào)“做好高校思想政治工作，要用好課堂教學這個主渠道”[5]，關(guān)注思政教育的親和力和針對性。習總書記說“各門課都要守好一段渠、種好責任田，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)”[5]。鼓勵將思政教育貫穿于教育教學全過程，在各個教學環(huán)節(jié)中探索思政教育模式，課程教學既要向?qū)W生傳播知識，又要發(fā)揮“育人”功能，提升學生綜合素質(zhì)和能力，達到知識傳播與價值觀教育、能力培養(yǎng)的有機融合。將 “思政課程”和 “課程思政”緊密結(jié)合，實現(xiàn)同頻共振與和弦同奏，立德樹人潤物無聲，全方位育人，是教育的根本目的。

《食品工程原理》是食品科學與工程和葡萄與葡萄酒工程專業(yè)的學科基礎(chǔ)課。是將科研成果向產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化的橋梁課程。主要講解食品和葡萄酒生產(chǎn)中的工程概念、單元操作原理、計算及通用設(shè)備等內(nèi)容，具有實踐性和工程性強的特點。在《食品工程原理》課堂教學中挖掘課程思政元素，把握思政教育內(nèi)涵，將思政元素貫穿到《食品工程原理》課程教學環(huán)節(jié)，教書育人無縫對接；將精益求精、認真至上、嚴謹、求真務(wù)實的科學精神和工匠精神與課程教學有機結(jié)合，建設(shè)專業(yè)課協(xié)同育人陣地，對培養(yǎng)理論知識扎實、能力出眾、擔當力強和人生觀、價值觀、道德觀正確的高素質(zhì)專業(yè)人才意義重大。

1 食品工程原理中的思政元素

挖掘《食品工程原理》的課程思政元素，探求其思政內(nèi)涵，是建設(shè)《食品工程原理》課程思政的基礎(chǔ)?；趯W科融合思維和文獻調(diào)查，通過觀察、思辨、類比、比較研究和歸納等方法探究《食品工程原理》課程內(nèi)容與思政教育的融合點；從哲學思想、科學精神、工匠精神和綠色發(fā)展4個方面多層次、多角度探求、凝練、提升、優(yōu)化、分類和整理《食品工程原理》教學過程的思政元素，是《食品工程原理》課程思政實施的第一步。

1.1 哲學思想

單元操作是《食品工程原理》的主要研究內(nèi)容[6]，是上百年科學研究和歷史的積淀，包含數(shù)學、物理、化學、工程力學等多種自然學科理論知識，又涉及辯證唯物主義的自然觀、認識論和方法論，單元操作的變化和發(fā)展存在內(nèi)在的客觀性。單元操作是食品和葡萄酒生產(chǎn)過程中共有的且具有相同基本原理的物理性操作[6]，既有共性，又相對獨立，體現(xiàn)了一般與個別的辯證關(guān)系。每一個單元操作的教學和學習過程，既需要具備學習自然科學知識的邏輯思維，又不可或缺解決工程問題理論聯(lián)系實際的辯證思維?！叭齻骼碚摗笔瞧溲芯炕A(chǔ)，質(zhì)量和能量傳遞速率均與推動力成正比、與阻力成反比；平衡關(guān)系是判定傳遞終點的依據(jù)。這些理論和知識的認知都需要“認識事物，要透過現(xiàn)象抓住本質(zhì)”[7]這一哲學觀點的支撐。單元操作就是在不斷透過現(xiàn)象分析本質(zhì)的探索過程中，歷經(jīng)發(fā)現(xiàn)、歸納、凝練，進而形成單元操作理論，指導實踐，解決生產(chǎn)問題。

流體流動單元操認為“流體是由無數(shù)分子微團組成的連續(xù)介質(zhì)”，暫時忽略了流體復雜的分子運動，機械能衡算式伯努利方程是“有條件的成立”。無論是流體的概念還是伯努利方程“有條件的成立”均滲透著“主要矛盾與次要矛盾的辯證關(guān)系”。物質(zhì)是多樣的，運動是錯綜復雜的，抓住主要矛盾，暫時忽略次要影響因素，是推動發(fā)展，解決問題的正確思路，這一思路需要貫穿于食品工程原理的各個單元操作的學習中。

同時，“對立統(tǒng)一”的哲學觀點也貫穿了《食品工程原理》的知識體系。尤其在操作設(shè)備選型和設(shè)計中，當流量確定，流速增加，管徑減小，設(shè)備費降低，但流動阻力增加，操作費增加；當吸收劑用量增加，操作費增加，氣液接觸面積減小，設(shè)備費降低；反之，設(shè)備費增加，操作費降低；由此可見單元操作設(shè)備投資與運行操作費用是一對矛盾體，相互影響、相互制約，設(shè)備選型和設(shè)計需要遵循“對立統(tǒng)一”的哲學觀點，尋求平衡點，使總費用最低。

哲學思想融入《食品工程原理》的教學，既可強化學生對課程知識的理解掌握，又可引導其采用辯證思維分析解決食品和葡萄酒生產(chǎn)問題，幫助學生建立科學的思維和思想模式。

1.2 科學精神

科學精神是實現(xiàn)社會文化職能的科學形式，包括認知方法、行為規(guī)則、優(yōu)良傳統(tǒng)和價值取向。認為科學認識源于實踐，檢驗真理的標準和認識的發(fā)展動力是實踐；提倡自由的科學探索和不斷進取創(chuàng)新；科學是一個開放體系，沒有終極真理，面對不同意見要寬容，不迷信權(quán)威[8]。

《食品工程原理》課程中的定律和公式是解決食品和葡萄酒生產(chǎn)中工程問題的支撐，眾多的物理方程、經(jīng)驗公式、數(shù)學模型和研究計算理論依據(jù)都是經(jīng)過大量實驗及驗證才得以確立，充分體現(xiàn)了“實踐是檢驗真理的唯一標準”。同時為了彰顯科學家的貢獻，許多定律和公式都以科學家命名，如牛頓粘性定律、伯努利方程、雷諾準數(shù)、傅里葉定律、范寧公式、費克定律等。每一個公式和定律的建立都離不開科學家不怕辛苦、不斷探索、實事求是和持之以恒探索真理的科學精神?？茖W家的名字和定律公式已為眾人熟知，然而其背后故事及其蘊含的科學精神卻很少在教學中被提及。

牛頓粘性定律的建立者牛頓，是近代科學精神的代表人物，其在研究、探索和發(fā)布各種定律的過程中始終堅持基于實驗的確定性追求，避免自然哲學和自然科學研究中的形而上學思辨傾向，追求科學理論的準確表達[9]。傅里葉定律的建立者傅里葉，是法國著名的物理學家和數(shù)學家[10]，其相關(guān)研究成果“傅里葉級數(shù)”、“傅里葉積分”等概念已為大學生耳熟能詳，但很少有學生會像追捧影視明星一樣主動關(guān)注傅里葉的成長、學習和研究歷程。傅里葉出身貧寒，9歲淪為孤兒，數(shù)學天賦極高，其研究著作《熱的解析理論》1822年出版之前，1807年就寫成并向巴黎科學院提交了論文《熱的傳播》，但被拉格朗日、拉普拉斯和勒讓德審閱后否決。沒有輕言放棄，繼續(xù)研究修正，1811年再次提交研究修正后的論文，獲得了巴黎科學院大獎。

執(zhí)著堅守的科學精神既成就了科學家本人，也推動了人類科學研究的進程。科學精神自始至終秉承探索世界、崇尚真理，追求真善美，會深刻影響學生品質(zhì)和價值觀的塑造。《食品工程原理》課程教學中融入相關(guān)科學家故事，詮釋工程原理公式和定律蘊含的科學精神，引導學生熱愛科學，尊重科學，勇于探索，將會幫助學生樹立科學探索認知過程中的實證科學精神。

1.3 工匠精神

工匠精神是職業(yè)道德、能力和品質(zhì)的體現(xiàn)，是從業(yè)者的價值取向和行為表現(xiàn)。包括愛崗敬業(yè)、精益求精、專注和創(chuàng)新等內(nèi)涵[11]。習近平總書記關(guān)于弘揚工匠精神的論述強調(diào)：“大力弘揚勞模精神、勞動精神、工匠精神”，“培養(yǎng)更多高技能人才和大國工匠”[12]。未來需要大批具有工匠精神的勞動者，在食品工程原理教學中注重培養(yǎng)學生專注執(zhí)著、精益求精、一絲不茍、追求卓越的工匠精神，意義重大。

食品工程原理在發(fā)展、研究及解決問題的過程中，逐漸建立和使用的數(shù)學分析、量綱分析 、數(shù)學模型、過程分解和三傳類比法等[13,14]呈現(xiàn)了嚴密的科學邏輯，是數(shù)代工程技術(shù)研究者和科學家的心血積累和智慧結(jié)晶[15]，是研究者創(chuàng)新、執(zhí)著的工匠精神和匠心品格的體現(xiàn)。

試差法是“食品工程原理”工程設(shè)計計算的常用方法，當根據(jù)生產(chǎn)或設(shè)備工況條件，不能直接確定工藝或設(shè)備參數(shù)時，需要不斷重復、多次驗證、嘗試、直至接近理想值或真值。通過試差法解決問題的過程中從業(yè)人員需要具備專注、耐心、不斷探索追求真理的工匠精神。這個教學過程中既可以引導培養(yǎng)學生的工匠精神，又可幫助學生形成不怕失敗的抗挫能力。

流體流動單元操作教學，引入大禹治水和都江堰水利工程介紹弘揚中國古人的工匠精神。4000 多年前，為治理黃河水患，大禹在認真分析地貌的基礎(chǔ)上、疏通河道、拓寬峽口，得以讓洪水快速通過，防止了水患；公元前256年，李冰率蜀地人民，充分利用西北高、東南低的地貌，根據(jù)江河出山口的地形、水脈、水勢，因勢利導，設(shè)計修筑了無壩引水，自流灌溉，堤防、分水、泄洪、排沙、控流共存的都江堰水利工程[16]。無論是大禹治水還是都江堰水利工程的建設(shè)原理，均涉及了流體流動的連續(xù)性方程原理“流體速度與流動截面積成反比”以及流動阻力的相關(guān)計算和確定原理。

傳熱單元操作教學引入我國古代建筑“自然空調(diào)房”的設(shè)計建設(shè)理念介紹，分析探討其中涉及的傳熱單元知識點。中國古建筑大多具備冬暖夏涼的特點，主要得益于合理的屋檐尺寸設(shè)計，可以調(diào)控太陽熱量的傳遞過程；獨特的橫梁結(jié)構(gòu)設(shè)計和多層木質(zhì)部件構(gòu)成的屋頂具有良好的隔熱性能。另外，很多古建筑還具備空氣循環(huán)系統(tǒng)，既保證了屋內(nèi)的通風，又可使建筑木構(gòu)件始終處于干燥通風的環(huán)境，使古建筑得以“延年益壽”。這些巧妙的設(shè)計均與傳熱原理及相關(guān)模型應(yīng)用息息相關(guān)。

偉大且歷史悠久的中華民族，能工巧匠輩出，工程奇跡眾多。食品工程原理單元操作知識點講解過程中，結(jié)合介紹中國古代工程建設(shè)原理，既可加深學生對知識點的理解，又可幫助學生樹立文化自信，認識與感觸先輩創(chuàng)造無數(shù)奇跡的工匠精神。

1.4 綠色發(fā)展和環(huán)保理念

十八大以來，習近平總書記反復強調(diào)了綠色發(fā)展的重要性，提出了“綠水青山就是金山銀山”的論斷。十九大報告確定了“綠色發(fā)展，建設(shè)人與自然和諧共生的現(xiàn)代化”定位[17]。《食品工程原理》作為科研成果產(chǎn)業(yè)化的橋梁課程，有必要關(guān)注綠色發(fā)展理念，將綠色發(fā)展理念融入課堂。

降塵室、旋風分離器、袋濾器、過濾機及膜過濾設(shè)備等是流體與顆粒相對流動(機械分離)單元操作的主要設(shè)備，主要用于氣體與顆粒的分離和氣體凈化，是生產(chǎn)中處理生產(chǎn)廢氣，避免空氣污染，實現(xiàn)綠色生產(chǎn)的主體設(shè)備。過濾及其設(shè)備則是生產(chǎn)廢水廢液處理的必備環(huán)節(jié)和設(shè)備。結(jié)合環(huán)保和綠色生產(chǎn)需求實例講解流體與顆粒相對流動單元操作的知識和能力需求，既可理論聯(lián)系實際激發(fā)學生的學習興趣，又可增強學生的環(huán)保意識，幫助學生樹立綠色發(fā)展理念。

換熱、蒸發(fā)、干燥、制冷、蒸餾等單元操作均涉及熱量交換，如何減少熱量損失，做到節(jié)能減排，是這些單元操作工藝和設(shè)備選擇應(yīng)該重點考慮的問題。傳熱中合理的冷熱流體流動方向和設(shè)備選擇、蒸發(fā)中的多級蒸發(fā)工藝設(shè)計、干燥中的余熱回收，蒸餾中最佳回流比的確定，這些食品工程原理問題的解決都需要考慮盡可能高的熱交換效率和最小的熱量損失。節(jié)能減排和綠色發(fā)展理念是優(yōu)化這些單元操作工藝和設(shè)備選型設(shè)計的導向。

《食品工程原理》教學中，融入綠色發(fā)展、節(jié)能減排等可持續(xù)發(fā)展概念、內(nèi)涵的介紹，引導學生建立環(huán)保和綠色發(fā)展的意識，可以為學生提供正確的工藝和設(shè)備設(shè)計導向，引導學生將理論知識與工業(yè)生產(chǎn)實際和社會需求相結(jié)合，在單元操作計算和設(shè)計中關(guān)注和評價環(huán)境保護、生態(tài)可持續(xù)發(fā)展。

2 課程知識、能力與思政元素的融合

如圖1所示《食品工程原理》學習知識目標：

圖1 《食品工程原理》課程知識、能力與思政元素的融合圖

1)食品和葡萄酒生產(chǎn)過程中單元操作原理；

2)典型單元操作的設(shè)備結(jié)構(gòu)、操作和故障處理；

3)典型單元操作設(shè)備的計算、選型或設(shè)計。

《食品工程原理》課程能力目標：

1)基于單元操作基本原理，分析、解決食品和葡萄酒生產(chǎn)中的工程問題；

2)針對食品和葡萄酒生產(chǎn)需求，設(shè)計符合生產(chǎn)需求的單元操作工藝流程；

3)針對生產(chǎn)設(shè)備要求，選擇或設(shè)計單元操作設(shè)備；

4)針對食品工程原理涉及的工程問題，借助工程和信息新技術(shù)工具，對工程問題進行預測、建立數(shù)學模型解決工程問題《食品工程原理》課程思政元素：

1)融入辯證唯物主義的哲學思想，幫助學生對課程知識的理解和掌握，培養(yǎng)學生解決工程問題的辯證思維，幫助學生樹立科學世界觀，提高學生的科學素質(zhì)；

2)融入科學研究故事，詮釋食品工程原理公式和定律蘊含的科學精神，引導學生尊重科學、熱愛科學、勇于探索，幫助學生樹立實證的科學精神；

3)融合介紹中國古代工程涉及的工程原理知識，激發(fā)學生對食品工程原理知識的學習興趣，幫助學生樹立文化自信，培養(yǎng)學生的工匠精神；

4)融入綠色發(fā)展、節(jié)能減排等可持續(xù)發(fā)展概念、內(nèi)涵的介紹，為學生樹立食品和葡萄酒生產(chǎn)工藝和設(shè)備設(shè)計的正確導向，引導學生將理論知識與工業(yè)生產(chǎn)實際和社會需求相結(jié)合。

3 結(jié)束語

“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的《食品工程原理》課程思政，需要高度融合課程知識教學和思政教育。通過準確深入挖掘課程中的思政元素，撰寫《食品工程原理》課程思政標準和教案，借助網(wǎng)絡(luò)平臺、線上課堂、慕課錄像等電子資源將思政元素有效融入課程，則會在潛移默化中對學生進行思政引導，培養(yǎng)學生正確的思維模式、工匠精神和科學精神，幫助其樹立正確的科學觀和人生觀，從而實現(xiàn)教書育人和弦同奏。