“化工原理”課程與思政一體化的教學探索與實踐

王 潔 徐 勇 顧曉利 吳 鋆 姚建峰 陳慕華 李力成 丁美麗

(1. 南京林業(yè)大學 化學工程學院，江蘇 南京 210037； 2. 華東理工大學 化工學院，上海 200237)

“化工原理”是化工類及相關(guān)拓展專業(yè)的一門必修專業(yè)基礎(chǔ)課程，是綜合利用高等數(shù)學、物理化學、化工熱力學等基礎(chǔ)知識系統(tǒng)分析與處理化工過程中各類單元操作問題的工科課程。“化工原理”課程以化工傳遞過程的基本原理與科學方法論為主線，重點研究化學工程生產(chǎn)中單元操作的基本原理及其經(jīng)典設(shè)備的設(shè)計、運行和調(diào)節(jié)規(guī)則?！盎ぴ怼闭n程重點培養(yǎng)學生的工程應(yīng)用觀念、定量運算、實驗操作以及設(shè)計能力，要求學生理論聯(lián)系生活，解釋生活中與化工原理相關(guān)的現(xiàn)象，在工程設(shè)計實踐過程中培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力[1]。南京林業(yè)大學化學工程學院的“化工原理”課程面向全校8個工科專業(yè)，涉及學生人數(shù)眾多，“化工原理”課程與思政的一體化教學在工科類思政教育建設(shè)體系中起著至關(guān)重要的作用。

“化工原理”教學與思政一體化建設(shè)，把化工原理基礎(chǔ)知識和思政教育知識有機融合，使學生用科學的辯證思維來看世界，用正確的人生觀來對待人生，用合理的方法論來處理實際問題，達到培養(yǎng)有責任、有擔當、有愛國情懷的高素質(zhì)應(yīng)用型人才的目的。

1 課程思政教育的重要性及目標

1.1 “化工原理”課程思政建設(shè)的重要性

思政教育對青年大學生建立端正的世界觀、人生觀和價值理念，確定自己的人生成長發(fā)展目標和職業(yè)發(fā)展志向，提高青年大學生的整體綜合文化素養(yǎng)，都發(fā)揮著難以取代的重要功能。學校作為思政教育與德育工作的主陣地，高校教師必須肩負起立德樹人的重擔。在“化工原理”課程中融入思政教育，既可以使學生掌握化學工程生產(chǎn)中的基本理論專業(yè)知識和從事化工相關(guān)產(chǎn)業(yè)工作所需要的基本技能，又可以使學生建立良好的職業(yè)素養(yǎng)和正確的職業(yè)道德觀念，在繼續(xù)深化社會主義核心價值觀的同時強化學生在化工等相關(guān)行業(yè)的安全責任意識。

1.2 “化工原理”課程思政建設(shè)的目的

高等院校課程思政建設(shè)的目的是把思政德育滲透到專業(yè)課程教學的重要環(huán)節(jié)，以做到立德樹人、潤物無聲。

2 “化工原理”課程思政內(nèi)容

“化工原理”課程思政的目的，不僅培養(yǎng)學生用辯證唯物主義思維和科學的方法論去分析和解決工程實踐問題，掌握生產(chǎn)中各物理過程處理的相關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)知識，培養(yǎng)學生的工程觀念、實驗技巧、設(shè)計能力和安全意識，還培養(yǎng)學生成為有高尚的愛國情操、團隊協(xié)作意識、工匠精神、勇于擔當、為國家服務(wù)、德才兼?zhèn)涞摹靶鹿た啤比瞬拧?/p>

2.1 從化工產(chǎn)品研發(fā)和產(chǎn)業(yè)落地培養(yǎng)學生的辯證唯物主義思維和團隊協(xié)作意識

“化工原理”課程蘊含著豐富的哲學思想，例如辯證唯物主義思想和科學方法論。這些哲學思想有利于學生更加客觀地看待復雜系統(tǒng)，幫助學生分清主要矛盾和次要矛盾，同時培養(yǎng)學生的想象力、創(chuàng)造力和批判力[2]。在化工產(chǎn)品研發(fā)的經(jīng)典設(shè)備——精餾塔操作中，如果增加回流比，精餾操作線和提餾操作線都偏離平衡線，理論板數(shù)減小，相應(yīng)設(shè)備耗費也降低，但是冷凝器和再沸器的熱負荷會增大，相應(yīng)操作費用提高?？梢?，設(shè)備耗費與操作耗費既彼此聯(lián)系又互相制約，反映著矛盾的對立統(tǒng)一規(guī)律。 此外，化工產(chǎn)品的研發(fā)需要不同專業(yè)人才之間緊密合作，持之以恒地分析問題和解決問題才能實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)落地。將“化工原理”課程的知識點進一步拓展到實際應(yīng)用的化工產(chǎn)品研發(fā)和產(chǎn)業(yè)落地兩方面，培養(yǎng)學生運用辯證唯物主義思維和科學的方法論分析和解決系統(tǒng)復雜問題，并強化學生的團隊協(xié)作意識。

2.2 從學術(shù)前沿成果和多學科交叉融合培養(yǎng)學生的開拓創(chuàng)新和工匠精神

將最新的科研成果融入“化工原理”課程的教學中，以學術(shù)造詣開啟學生智慧之門，培養(yǎng)學生的科學意識。材料學科與化工學科的交叉融合能解決眾多系統(tǒng)里的傳熱難題。在講授“化工原理”課程熱傳導時，選擇學術(shù)前沿成果——氣凝膠和石墨烯解決電子產(chǎn)品、建筑、航天航空等領(lǐng)域的熱傳導問題作為分析案例。新型高性能保溫材料氣凝膠的保溫原理，是因為多孔氣凝膠內(nèi)部80%被空氣占據(jù)，而空氣熱導率非常小，所以氣凝膠可以弱化熱量傳遞，同時有效阻止空氣的對流傳熱和固相傳熱，其在建筑和航天航空等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。此外，熱導率高達5 300 W·m-1·K-1的石墨烯材料被華為公司應(yīng)用在手機散熱系統(tǒng)里，取得了非常出色的散熱效果。石墨烯被大面積鍍在手機的背面內(nèi)部鋼板上，高熱導率的石墨烯材料與較大的傳熱面積相結(jié)合，從而確保較大的傳熱速率，能夠及時將芯片產(chǎn)生的熱量傳導出來，所以手機在使用的時候不會有明顯的溫度升高。宇航員的太空服也用到了多種隔冷隔熱材料，各個國家關(guān)于太空服材料的制備都屬于保密技術(shù)，我國的太空服制備技術(shù)也取得了一定的成就，但與西方技術(shù)還有差距，鼓勵學生需奮發(fā)圖強，追趕或超越西方技術(shù)，形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高科技技術(shù)儲備。在眾多高精尖的技術(shù)里都需要解決熱傳導這一共性問題，新材料的開發(fā)是最佳的解決方案之一。鼓勵學生要拓寬知識面，跨學科學習、開拓創(chuàng)新以解決工程應(yīng)用中散熱問題和保溫問題?？蒲星把爻晒c熱傳導基礎(chǔ)知識相結(jié)合，不僅能夠增強學生的科研興趣，還能夠激發(fā)學生的創(chuàng)新思維，鼓勵學生在掌握專業(yè)基礎(chǔ)知識的基礎(chǔ)上精益求精，追趕或超越西方技術(shù)，使我國成為科技強國，培養(yǎng)學生的工匠精神。

2.3 從“雙碳”目標需求培養(yǎng)學生的勇于擔當、科技報國、綠色環(huán)保意識和社會責任感

在講授“化工原理”課程的精餾基礎(chǔ)知識時，結(jié)合目前我國碳達峰、碳中和目標需求和發(fā)展綠色低碳經(jīng)濟的背景，以CO2低溫液化純化精餾工藝為工程實踐案例，不僅強化學生的工程觀念，還可以讓學生了解精餾技術(shù)在CO2回收應(yīng)用中的工藝流程和價值。從工業(yè)生產(chǎn)廢物中回收的二氧化碳純度高達99.999%，可應(yīng)用于食品行業(yè)，實現(xiàn)變廢為寶，減少CO2在空氣中排放，降低溫室效應(yīng)。相關(guān)綠色化工案例的介紹有利于增強學生環(huán)保意識，有助于學生樹立綠色化工理念。此外，在講授化工原理課程的濕空氣性質(zhì)時，以先進綠色的氫燃料電池技術(shù)為案例，引出濕空氣的技術(shù)價值。由于濕空氣的濕度和溫度相互關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)溫度和濕度的同步精準調(diào)節(jié)，仍是技術(shù)難題。鼓勵學生奮發(fā)圖強，在弄清機理的基礎(chǔ)上，尋找卡脖子技術(shù)的突破口，實現(xiàn)溫度和濕度的精準調(diào)節(jié)。在樹立為國家服務(wù)的意識前提下，學生要努力學習專業(yè)基礎(chǔ)知識，為研究新技術(shù)做準備，努力提高我國的科學技術(shù)水平，科技報國。

2.4 從中國石油化工和基礎(chǔ)建設(shè)工程的發(fā)展培養(yǎng)學生的家國情懷

中國石油化工集團公司是國內(nèi)最大的成品油和石化產(chǎn)品供應(yīng)商以及第二大油氣制造商，同時是世界第一大煉油公司和第三大化工公司。在“化工原理”課程講授時介紹我國石油化工的發(fā)展歷史和當前我國石油行業(yè)的地位，讓學生對石油化工技術(shù)建立民族自信心，培養(yǎng)學生的愛國主義精神。化工行業(yè)的發(fā)展也帶動了我國基礎(chǔ)建設(shè)的快速發(fā)展，以青藏高速鐵路的低溫熱棒工程技術(shù)為案例進行分析，低溫熱棒工程技術(shù)由江蘇中圣集團公司研制成功，破解了長期困擾我國科研人員和青藏鐵路建設(shè)者的重大工程技術(shù)難題——青藏鐵路地基不穩(wěn)定，源于凍土層存在夏季融沉、冬季凍脹問題。低溫熱棒是我們中國人自己的凍土治理技術(shù)，作為青藏鐵路冰川侵蝕處理的唯一技術(shù)儲備。低溫熱棒工程實踐案例的透析，不僅有助于學生掌握傳熱的理論基礎(chǔ)知識，強化工程觀念，還讓學生對中國人自己的熱管技術(shù)建立強烈的民族自信。

2.5 從老一輩科學家的故事培養(yǎng)學生的科學精神和歷史使命感

在老一輩科學家的不畏艱險、自力更生、團結(jié)協(xié)作、攻堅克難的革命奉獻精神的鼓舞下，我國科學家不僅取得了一系列重要的基礎(chǔ)科學成果，還實現(xiàn)了化工產(chǎn)業(yè)化落地，解決了化學品短缺等問題。我國化工學科開拓者時鈞院士，一生辛勤耕耘和教書育人，為我國化工領(lǐng)域培養(yǎng)了16名院士?！皶r鈞精神”一直激勵化工學子們爭當時代楷模和報效祖國[3]。在講授“化工原理”課程眾多的定律與公式時，同時拓展介紹發(fā)現(xiàn)這些定律的科學家的故事，他們的經(jīng)歷都飽含著奮發(fā)圖強、勇攀高峰和不屈不撓的科學精神。例如：雷諾、牛頓、拉烏爾、道爾頓、斯托克斯、傅里葉、時鈞、范旭東、侯德榜、顧毓珍、吳蘊初、蘇元復等人，他們的故事不僅可以鼓勵學生奮發(fā)圖強、勇于探索和克服困難挑戰(zhàn)學科前沿，還可以培養(yǎng)學生嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和強烈的歷史使命感。

2.6 從化學品制造、存儲和使用安全培養(yǎng)學生的安全意識、法治意識和職業(yè)道德

安全是頭等大事。在“化工原理”課程講授時，穿插化工廠事故案件，強化學生的安全意識。江蘇響水“3·21”事故因老舊固廢倉庫長期違法貯存的硝化廢料持續(xù)積熱升溫導致自燃而引發(fā)重大爆炸，這場事故的主要原因是化工產(chǎn)品制造公司缺乏足夠的安全意識和法律意識，在重大安全風險排查管控工作方面存在不全面、不深入、不扎實等問題，從而導致人員傷亡和重大經(jīng)濟損失[4]。在“化工原理實驗”課程中，明確實驗室安全要求，要求學生嚴格按照規(guī)范操作，強調(diào)錯誤操作可能威脅到大家的生命安全。實驗結(jié)束后，及時指出學生在實驗過程中違反規(guī)定的不安全行為和存在的安全隱患。定期給學生開展實驗室安全教育講座，幫助學生掌握安全防范和應(yīng)急處理方法和強化安全防護，確保學生的生命安全[5]。在化工原理課程講授精餾單元操作時，穿插不法分子制造假酒或毒品的案例，含有甲醇的假酒會導致失明，毒品可以從化學試劑中提煉，無論是假酒的制造還是毒品的提煉都會危害社會，是違法行為，警告學生不要踩法律的紅線。鼓勵學以致用，但一定要在合法的基礎(chǔ)上，不可唯利是圖，培養(yǎng)學生崇高的職業(yè)道德[6]。

3 結(jié)語

從人到人才，教育是必經(jīng)之路。如何為國家培養(yǎng)不僅具有扎實化工專業(yè)理論基礎(chǔ)，同時具備高尚的愛國情操和工匠精神的德才兼?zhèn)洹靶鹿た啤比瞬?，是每個化工高等教育工作者需要深思的問題。作為在化工高等教育教學與科研一線工作的優(yōu)秀青年教師，要把最新的科學技術(shù)成果融合到化工原理課程的教學中，要以專業(yè)造詣打開學生的智力之窗，培養(yǎng)學生的學習興趣和科學思維，要通過透析工程技術(shù)案例來提高學生的工程技術(shù)觀念，增強學生認識問題、分析和解決問題的能力以及提高學生的安全意識、法治意識和職業(yè)道德，要以人格魅力吸引學生的心靈，要把馬克思主義辯證思想、家國情懷和科學精神潤物細無聲地滲透到化工原理課程教學之中，從而實現(xiàn)培養(yǎng)有責任、有擔當、有愛國情懷和工匠精神的適應(yīng)未來可持續(xù)發(fā)展的高素質(zhì)應(yīng)用型綠色化工人才的目的。