煤炭行業(yè)特色高校有機化學課程思政教學設計與實踐

王啟寶，劉騫，王立艷，劉迪，張凱，張香蘭

中國礦業(yè)大學(北京)化學與環(huán)境工程學院，北京 100083

教育部于2020年5月印發(fā)了《高等學校課程思政建設指導綱要》，第一條就明確指出“全面推進課程思政建設是落實立德樹人根本任務的戰(zhàn)略舉措”。這就要求廣大教師圍繞“立德樹人”，自覺地將思政元素融入專業(yè)課程的教學實踐中，在傳授知識和培養(yǎng)能力的同時，又能潤物無聲地實現(xiàn)對學生的價值塑造，使學生在專業(yè)領域更加開拓進取，為國家培養(yǎng)“德才兼?zhèn)洹钡母咚刭|創(chuàng)新人才。

我校是以礦業(yè)安全為主要特色的世界一流學科建設高校，有機化學教學團隊的授課對象分別為礦物加工工程、化學工程與工藝和環(huán)境工程三個國家級一流本科專業(yè)。2018年5月，習近平總書記在北京大學師生座談會上指出：“古今中外，每個國家都是按照自己的政治要求來培養(yǎng)人的，世界一流大學都是在服務自己國家發(fā)展中成長起來的。我國社會主義教育就是要培養(yǎng)社會主義建設者和接班人。”我們結合承擔的教育部新工科教改課題，圍繞學校建設世界一流能源科技大學的目標，在有機化學的教學實踐中，根據(jù)各專業(yè)培養(yǎng)特色和促進學科交叉，為國家培養(yǎng)煤炭的加工、轉化與處置治理領域創(chuàng)新人才，做了一些有益的探索[1-3]。

我國能源結構為“富煤、貧油、少氣”，2020年，石油和天然氣對外依存度分別為73.5%和43%，重要的大宗化學品，如：烯烴、乙二醇和對二甲苯，去年的消費總量超過1.4億噸，其中一半需要進口[4]。隨著現(xiàn)代煤化工技術的發(fā)展，煤制烯烴、煤制乙二醇等是我國未來乙烯、丙烯、乙二醇等大宗化學品增量來源的重要途徑，這對推動我國煤炭清潔低碳利用，減少對進口石油的依賴，保障國家能源安全具有重要意義。

我校是傳統(tǒng)的煤炭行業(yè)高校，我們化工專業(yè)的“煤化”特色完全符合國家能源發(fā)展戰(zhàn)略，在有機化學教學中如何講好“煤”的思政元素，具有重要的現(xiàn)實意義。

1 結合專業(yè)特色，講好“煤”的故事

2021年9月，習近平總書記到國家能源集團榆林化工有限公司考察，明確指出[5]：“煤炭能源發(fā)展要轉化升級，走綠色低碳發(fā)展的道路。這樣既不會超出資源、能源、環(huán)境的極限，又有利于實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標，適應建設人類命運共同體的要求?！笨倳浀闹v話為我們堅定辦好煤炭特色化工專業(yè)指明了方向。

1.1 結合“煤化”路線的有機化學思政教學設計

有機化學是化工類專業(yè)重要的理論基礎課程，我們選用的是徐壽昌先生主編的經(jīng)典工科《有機化學》教材，教材中介紹的重要有機化學品的制備方法基本上都是石油加工路線。近20年來，在世界上，尤其是我國科學工作者的努力下，煤基有機化學品的制備技術得到了蓬勃發(fā)展[6]，特別是通過對合成氣為原料的煤基一碳化學品的直接或間接轉化，幾乎可以囊括整個有機化學品領域(圖1)。因此，基于我們的專業(yè)培養(yǎng)特色，在有機化學教學中，有必要補充最新的有機化學“煤化”路線制備方法和應用。

圖1 以煤為原料的主要化工路線

我們教學團隊經(jīng)過多年的探索，在有機化學課程思政教學中努力做到有的放矢，詳略得當，像后續(xù)專業(yè)課“煤化學與工藝”的重點內(nèi)容“煤的熱解、氣化、制油”等內(nèi)容“點到即止”。例如：煤制油是煤炭清潔利用的重要方向，結合教材中烷烴的來源，以實際場景和裝置圖的形式，對鄂爾多斯煤直接液化項目(世界首套煤直接液化百萬噸級示范工程)和國家能源集團寧夏煤業(yè)公司煤間接液化示范項目(世界單套規(guī)模最大的400萬t/a (噸/年)煤間接液化合成油工業(yè)化裝置)進行簡單介紹，一方面為學生在后續(xù)專業(yè)課程的學習做好鋪墊，另一方面，通過國家重大工程的成就，激發(fā)學生的專業(yè)認同感和愛國情懷。

圍繞煤炭的高效清潔低碳利用，在有機化學的教學中，我們將結合“煤化”路線的重點放在“一碳化學”——合成氣制備甲醇及其下游產(chǎn)品甲醇制烯烴，草酸二甲酯的合成及其制備乙二醇和可降解塑料聚乙醇酸等內(nèi)容，講好中國煤基有機化學發(fā)展的“故事”。通過對我國具有自主知識產(chǎn)權的工程實例的介紹，體現(xiàn)了我國科技工作者的工匠精神和科創(chuàng)精神，增強學生對“四個自信”的政治認同。

1.2 煤制甲醇及甲醇制烯烴

甲醇用途很廣，其下游產(chǎn)品豐富(圖1)，作為重要的化工原料，世界上甲醇的產(chǎn)量僅次于乙烯、丙烯和苯[7]。教材中關于甲醇的兩種制備方法如下：

煤化路線：

天然氣路線：

煤制甲醇工業(yè)的高速發(fā)展是與甲醇制低碳烯烴(乙烯、丙烯)等技術的發(fā)展有關，同時也與國內(nèi)從煤礦算起煤制甲醇的成本低于天然氣制甲醇的成本有關[8]。我們在教學中，結合烯烴的制備，補充講解甲醇制低碳烯烴(MTO)和甲醇制丙烯(MTP)兩個重要的一碳化工新工藝。

MTO及MTP是指以甲醇為原料，在類似催化裂化的反應裝置中生產(chǎn)低碳烯烴的化工技術，其反應歷程主反應為：

其中MTO工藝生產(chǎn)的主產(chǎn)物為乙烯、丙烯，而MTP工藝生產(chǎn)的主產(chǎn)物為丙烯。

我國甲醇制烯烴技術研究起步較早，20世紀80年代，中國科學院大連化學物理研究所率先開展甲醇制烯烴技術的開發(fā)。2010年8月，世界首套60萬t/a聚烯烴的煤制烯烴工程(包頭煤制烯烴示范項目)投料運行成功，就是采用該所歷經(jīng)30年研發(fā)的DMTO-I技術，取得了很好的工業(yè)化運行效果[9]：甲醇的轉化率達到99%，產(chǎn)品氣中乙烯、丙烯的質量選擇性分別達到39.84%和39.40%；改進后的DMTO-II工藝，又將乙烯、丙烯收率提高到85%左右。大唐內(nèi)蒙古多倫煤化工有限公司甲醇制丙烯裝置采用德國Lurgi公司開發(fā)的MTP工藝，于2011年8月全線投產(chǎn)，設計聚丙烯產(chǎn)能為46萬t/a[10]。

目前，我國甲醇制烯烴的總產(chǎn)能已經(jīng)達到了1382.3萬t/a，在運行投產(chǎn)的24套生產(chǎn)裝置中，大部分采用了大連化物所研制的DMTO工藝[9]。

世界首套工業(yè)化甲醇制烯烴示范項目的成功運行和國產(chǎn)DMTO工藝的推廣應用，彰顯了我國科技工作者勇攀高峰的科創(chuàng)精神和三十年磨一劍的工匠精神。

1.3 煤制乙二醇和聚乙醇酸

1.3.1 草酸酯法制備乙二醇

2020年我國用于聚酯行業(yè)的乙二醇占國內(nèi)總消費量的90%以上，國內(nèi)產(chǎn)能遠不能滿足日益增長的需求，進口量常年高于60%[8]。教材中合成乙二醇是以乙烯為原料，采用氯乙醇法和環(huán)氧乙烷水合法制備乙二醇。煤化路線是以煤為原料，經(jīng)過氣化、變換、凈化，再經(jīng)分離提純得到CO和H2，首先，在催化劑的作用下，CO與亞硝酸甲酯(MN)發(fā)生偶聯(lián)反應，制備草酸二甲酯(DMO)：

然后，精制過的DMO與H2經(jīng)催化加氫生成乙二醇：

上述兩個過程生成的NO、CH3OH，可循環(huán)應用于MN的制備(又稱MN的再生)：

煤制乙二醇的總反應式：

DMO加氫生產(chǎn)乙二醇反應條件溫和、選擇性高、工藝流程短、成本低，是煤制乙二醇技術發(fā)展的主要方向。中國科學院福建物質結構研究所就是走的“煤制乙二醇”的路線：CO氣相催化合成草酸酯，然后草酸酯催化加氫合成乙二醇。經(jīng)過20多年的科技攻關，福建物構所與企業(yè)聯(lián)合，成功開發(fā)了萬噸級煤制乙二醇的成套技術[11]。目前，國內(nèi)多家企業(yè)都是以煤為原料，采用草酸酯法生產(chǎn)乙二醇，例如：內(nèi)蒙古通遼金煤化工有限公司(2009年投產(chǎn)，產(chǎn)能20萬t/a)、中鹽安徽紅四方股份有限公司(2018投產(chǎn)，產(chǎn)能30萬t/a)以及內(nèi)蒙古開灤化工有限公司(在建，設計產(chǎn)能40萬t/a)等[8]。2021年11月，由國家能源集團設計、建設的榆林化工有限公司的40萬t/a乙二醇項目成功投產(chǎn)，該項目采用集團自主技術，裝備全部實現(xiàn)了國產(chǎn)化[12]。煤制乙二醇技術的開發(fā)與國產(chǎn)化推廣應用，體現(xiàn)了我國科技工作者的創(chuàng)新能力和使命擔當。

1.3.2 聚乙醇酸的制備

聚乙醇酸是一種具有良好生物降解性和生物相容性的合成高分子材料，在生物醫(yī)學(醫(yī)用縫合線、骨折內(nèi)固定、組織修復和藥物緩釋材料等)、食品包裝和生態(tài)學等領域有著廣泛的應用。

煤制聚乙醇酸是將煤制乙二醇技術中的中間產(chǎn)物草酸二甲酯選擇性催化加氫生成乙醇酸甲酯：

然后，乙醇酸甲酯通過圖2路徑制備聚乙醇酸(PGA)[13]，乙醇酸(甲酯)直接縮聚生成的PGA分子量低，實現(xiàn)工業(yè)連續(xù)生產(chǎn)也存在一定難度，成熟的工藝是通過乙交酯開環(huán)聚合生成高分子量的PGA。

圖2 乙醇酸甲酯制備PGA路徑示意圖

榆林化工有限公司依托乙二醇項目中間產(chǎn)品草酸二甲酯作為原料，采用自主知識產(chǎn)權技術，正在建設的世界首套5萬t/a聚乙醇酸可降解材料示范項目，與生產(chǎn)傳統(tǒng)塑料相比，聚乙醇酸可降解塑料噸產(chǎn)品原料煤耗可降低約50%，二氧化碳排放降低約65%，工業(yè)增加值增加2-3倍[12]。

通過擁有自主知識產(chǎn)權技術，延伸現(xiàn)代煤化工產(chǎn)品鏈，制備聚乙醇酸高分子材料，增加高附加值產(chǎn)品生產(chǎn)，詮釋了煤炭企業(yè)落實科學發(fā)展觀，堅持走可持續(xù)發(fā)展的道路自信。

2 課內(nèi)講授與課外調(diào)研相結合

有機化學是最活躍、最具有創(chuàng)造性的領域之一，各國科學家在有機化學發(fā)展史中提供了大量的思政教學素材。但由于工科有機化學的學時普遍較少，教學內(nèi)容多，思政素材的選取，不可能做到“全面開花”，我們采取的是課內(nèi)教師講授與課外學生調(diào)研相結合的教學方式。

課內(nèi)講授：以課程思政理念重構專業(yè)知識授課內(nèi)容，深化專業(yè)課程教育的內(nèi)涵。緊扣有機化學的重點知識和反應類型，選取代表性的最新科技成果(特別是我國擁有自主知識產(chǎn)權技術的煤化工示范工程)結合到有機化學的教學中，與時俱進地更新有機化學的教學內(nèi)容，做到思政教育潤物無聲。

課外調(diào)研：在課程思政的引領下，有機化學課程的考核體系也應進行相應的豐富與提升，進行全方位全過程的考核。所以，結合課程教學內(nèi)容，我們規(guī)劃了一些結合課程思政方面的專題調(diào)研(如結合國內(nèi)某煤化工企業(yè)的升級改造，調(diào)研中國煤基有機化學品的綠色低碳發(fā)展的方向與路徑)，將指導學生課外撰寫的專題調(diào)研報告納入課程過程考核。這樣，不僅加深了學生對課程重點內(nèi)容的理解和掌握，而且引導學生結合專業(yè)最新發(fā)展方向進行調(diào)研，授之以漁，學生通過自主思考與有機化學緊密相連的科學與社會問題，開闊了視野，提升了學術能力，從而達到育人的目的。

3 利用自媒體輔助思政教學

近年來，隨著智能手機的普及，自媒體平臺的代表——微博及微信公眾平臺得到迅速增長，改變了信息的主要傳播模式，這也給課程思政教學工作帶來了新的機遇和挑戰(zhàn)，因此，探討如何利用自媒體創(chuàng)新開展高校課程思政教學很有現(xiàn)實意義。

在教學實踐中，教學團隊為授課學生組建了微信答疑群，充分利用自媒體，開設了微信公眾號，時常撰寫或轉載與有機化學教學內(nèi)容相關的專題總結及科技成就。如，在習近平總書記2021年視察榆林化工有限公司時，我們及時在微信公眾號上發(fā)布了“榆林化工：從煤炭到甲醇再到聚烯烴及各種化工產(chǎn)品的‘化黑為白’完整產(chǎn)業(yè)鏈”的文章，實時將“煤炭綠色低碳發(fā)展”等思想政治教育元素，融入到有機化學的教學中去。

利用自媒體輔助課程思政教學，能夠使得師生“零距離”進行溝通與交流，不僅豐富了有機化學的教學資源，彌補課堂學時不足的問題，而且促進了傳統(tǒng)教學方式的改變，由單一的授課模式，轉變?yōu)椤罢n內(nèi)講授-課外調(diào)研-自媒體輔助”三位一體的教學模式，提高了課程思政的教學效果。

4 結語

近20年來，我國現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)取得了快速發(fā)展。我國科技工作者經(jīng)過不懈努力，自主開發(fā)了多種高附加值的煤基有機化工新產(chǎn)品，掌握了一批具有自主知識產(chǎn)權的煤炭轉化與深加工核心技術，某些關鍵技術處于世界領先地位，建設了一批產(chǎn)業(yè)化規(guī)模位居世界前列的煤化工示范工程，這些成就為我們有機化學教學講好中國“煤”的故事提供了豐富的思政素材。通過我們多年的教學實踐，取得了一定的成效：

(1) 重要有機化合物“煤化”路線制備方法的補充講授，強化了專業(yè)特色，提升了學生的專業(yè)自信，實現(xiàn)了價值塑造。我?；I(yè)每年均有不少畢業(yè)生投身煤炭行業(yè)建功立業(yè)，成為煤炭化工行業(yè)的骨干力量。

(2) 通過課內(nèi)教師講授與課外學生調(diào)研相結合，充分利用自媒體來輔助課程思政教學，開拓了學生的眼界與思維，不僅解決了課程內(nèi)容多而授課學時少的矛盾，而且培養(yǎng)了學生自學能力、文獻查閱與分析問題的能力和創(chuàng)新能力。

(3) 結合國家重大現(xiàn)代“煤化工”工程成就，實時更新教學內(nèi)容，使學生盡早接觸到科學的前沿領域，不僅實現(xiàn)了知識傳授的教學目的，而且激發(fā)了學生科技報國的家國情懷和使命擔當，為國家煤化工領域培養(yǎng)留得住的精英人才。