思政教育融入合成氨課程的研究

李學(xué)峰(1.許昌學(xué)院醫(yī)學(xué)院，河南 許昌 461000；2.許昌學(xué)院化工與材料學(xué)院，河南 許昌 461000)

0 引言

2016年12月，習(xí)近平總書記在全國高校思想政治工作會議上提出要求：“要用好課堂教學(xué)這個(gè)主渠道，思想政治理論課要堅(jiān)持在改進(jìn)中加強(qiáng)，提升思想政治教育親和力、針對性，滿足學(xué)生成長發(fā)展需求和期待，其他各門課都要守好一段渠、種好責(zé)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)。”[1]2020年5月，教育部印發(fā)的《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》明確指出：立德樹人成效是檢驗(yàn)高校一切工作的根本標(biāo)準(zhǔn)，全面推進(jìn)課程思政建設(shè)是落實(shí)立德樹人根本任務(wù)的戰(zhàn)略舉措[2]。至此，黨和國家已經(jīng)對課程思政的重要作用作出定位，為把思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過程、實(shí)現(xiàn)三全育人和開創(chuàng)我國高等教育新局面勾畫了清晰的藍(lán)圖。此后，各級教育管理部門、各高校也迅速貫徹落實(shí)該項(xiàng)方針政策，課程思政的思路方法和成果成效也不斷涌現(xiàn)[3-4]。以河南省為例，省教育廳開展了本科高校課程思政項(xiàng)目建設(shè)、河南省本科高校課程思政教學(xué)研究示范中心建設(shè)以及省級教改課程思政專項(xiàng)等工作，各高校也相應(yīng)開展學(xué)習(xí)、培育、立項(xiàng)以及推廣工作[5]。同時(shí)，全國各高校課程思政方面的研究成果也不斷涌現(xiàn)，如，化工原理、工業(yè)催化、無機(jī)化工工藝等化學(xué)化工類課程的課程思政研究已有大量報(bào)道。

但是，在諸多研究論文中，均以傳統(tǒng)課程為研究對象，形式較為單一[6-8]。本文則改變傳統(tǒng)方式，選取典型的化工反應(yīng)——合成氨為案例，對課程思政知識點(diǎn)進(jìn)行挖掘和運(yùn)用，以期為課程思政改革提供新的思路。

1 合成氨簡介

1.1 合成氨過程

第一，用途廣泛、用量較大是合成氨占據(jù)重要地位的關(guān)鍵。

第二，合成氨是一個(gè)龐大的系統(tǒng)工程。其核心是氨生成的過程，也就是目前的主流工藝，即氮?dú)夂蜌錃庠诟邷馗邏阂澡F為催化劑的條件下反應(yīng)生成氨氣的過程。在氨氣制備這個(gè)核心過程中，關(guān)鍵技術(shù)是催化劑的設(shè)計(jì)制備，核心是主催化劑組分的選擇。一百多年來，應(yīng)用的都是鐵催化劑。

第三，其他配套過程還包括原料氣的制備、凈化和加壓輸送，氨氣合成后還需要分離純化，同時(shí)還有相當(dāng)數(shù)量的未反應(yīng)的原料氣要重新加壓而循環(huán)使用。

第四，合成氨技術(shù)要素除了上述物料、反應(yīng)和配套工段外還有設(shè)備，包括高壓反應(yīng)設(shè)備、物料存儲和輸送設(shè)備以及分離設(shè)備[9]。

1.2 發(fā)展歷史

人們主要是通過改變土壤肥力而提高農(nóng)作物的產(chǎn)量。當(dāng)人類發(fā)現(xiàn)了氨、認(rèn)識到氨的結(jié)構(gòu)和作用，直至工業(yè)化制成氨。1754年，Briestly用硵砂(NH4Cl)和石灰共熱，第一次制得氨[10]。1787年，Berthollet提出氨是由氮和氫元素組成的。隨即，包括Nernst和Ostwald一大批杰出科學(xué)家在內(nèi)的科研工作者，都投入到通過氮?dú)夂蜌錃夂铣砂钡恼n題攻關(guān)中[10]。但是，由于基礎(chǔ)理論研究的掣肘，課題進(jìn)展緩慢。1902年，Haber開始系統(tǒng)研究合成氨，逐步解決了熱力學(xué)、動力學(xué)和催化劑等關(guān)鍵問題，解決了前面幾百年困擾學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的難題，包括高壓氨合成思路、氨的平衡濃度(反應(yīng)限度)、封閉流程和循環(huán)操作工藝技術(shù)，并篩選出鋨和鈾為催化劑，使合成氨工業(yè)化變?yōu)榭赡躘10]。

1908年，BASF公司與Haber正式簽署合作協(xié)議，聯(lián)合攻關(guān)合成氨工業(yè)化。隨后，由Carl Bosch解決了廉價(jià)制氫氣和氮?dú)庠现懈邏涸O(shè)備和方法兩個(gè)關(guān)鍵問題，而Alwin Mittasch則尋找到更為價(jià)廉、穩(wěn)定的鐵催化劑，Haber則將理論不斷完善，與工業(yè)化實(shí)際結(jié)合，最終促成1913年BASF公司建成了世界上第一套合成氨工業(yè)裝置，并實(shí)現(xiàn)氨3～5 t的日產(chǎn)量。這一偉大時(shí)刻，距第一次實(shí)驗(yàn)室合成氨已經(jīng)過去了159年[10]。

截至目前，工業(yè)合成氨的方法一直沿用Haber-Bosch法，催化劑仍是鐵催化劑，但是在原料氣制備、催化劑助劑、高壓裝置方面均有改進(jìn)和完善。

1.3 最新進(jìn)展

當(dāng)前，合成氨原料氣制備已經(jīng)經(jīng)歷了從氯堿電解制氫、氫燃燒消耗氧制氮的方法，到以天然氣或油田氣為原料，以空氣和水蒸氣為氣化劑的蒸汽轉(zhuǎn)化法，還有以渣油為原料，以氧、水蒸氣為氣化劑的部分氧化法，再到以煤(粉煤、水煤漿)為原料，氧和水蒸氣為氣化劑的加壓氣化或常壓煤氣化法，可以根據(jù)原料實(shí)際因地制宜、靈活采用。高壓裝置則實(shí)現(xiàn)了大型化、

智能化和多用途化。但是，目前的核心技術(shù)攻關(guān)目標(biāo)仍是催化劑的開發(fā)，即力圖實(shí)現(xiàn)低溫低壓甚至常溫常壓合成氨。比如：在釕和Fe1-xO基鐵催化劑作用下，可實(shí)現(xiàn)200 ℃、5 MPa下的氨合成，已經(jīng)取得突破；采用電化學(xué)方法，可實(shí)現(xiàn)在570 ℃、常壓下合成氨，氫氣轉(zhuǎn)化率幾乎達(dá)100%，成效斐然；仿生合成，即化學(xué)模擬生物固氮法，已經(jīng)通過接種根瘤菌實(shí)現(xiàn)大豆增產(chǎn)，前景廣闊[10]。

1.4 涉及成果

合成氨的發(fā)展經(jīng)歷了二百多年，已經(jīng)產(chǎn)生諸多成果。理論成果包括化學(xué)反應(yīng)熱力學(xué)和動力學(xué)方面，比如催化劑的特征、平衡移動、反應(yīng)限度(理論產(chǎn)率)、反應(yīng)速率、活化能理論等[11]；工業(yè)應(yīng)用成果包括合成氨工業(yè)、化肥工業(yè)、硝酸工業(yè)、高壓設(shè)備與裝置、制氣(氫氣、氮?dú)?、一氧化?工藝、儲氫技術(shù)、脫硫脫碳及水煤氣合成系列催化劑、聯(lián)產(chǎn)尿素、碳酸氫銨和純堿等技術(shù)；知識的傳承傳播上，形成了合成氨課程，在某些職業(yè)院校中還設(shè)有合成氨或化肥專業(yè)，在化學(xué)化工類課程中，涉及合成氨的課程包括物理化學(xué)、工業(yè)催化、化學(xué)工藝、化學(xué)反應(yīng)工程等[10]。

2 思政案例凝練

2.1 愛國主義與是非觀念

Haber發(fā)明的合成氨技術(shù)主要用于生產(chǎn)化肥，從而直接解決糧食問題、間接解決炸藥問題，為人類發(fā)展作出巨大貢獻(xiàn)，他也因此榮獲諾貝爾獎。但Haber為德國研制毒氣，是沒有是非觀念、曲解愛國主義的典型案例。而我國的張大煜、閔恩澤、劉化章和張濤等科學(xué)家，為了擺脫國外封鎖和壟斷，在催化裂化、航空汽油、合成氨、航天推進(jìn)劑等重大石油化工催化領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)技術(shù)的國產(chǎn)化和自主化，他們真正體現(xiàn)了愛國主義品格[12]。

2.2 精益求精與工匠精神

Haber研究成功合成氨技術(shù)時(shí)，開發(fā)的催化劑是鋨和鈾，但存在原料稀缺和成本高昂的問題。工業(yè)化時(shí)采用的Alwin Mittasch開發(fā)的鐵催化劑，提高了氨合成效率，也大大降低成本，這是重大技術(shù)進(jìn)步。隨后，經(jīng)過眾多科學(xué)家和工程師的不斷研究，催化劑成分不斷優(yōu)化，效果不斷改善。目前正在研究的低溫低壓催化劑會顯著降低成本。這個(gè)過程體現(xiàn)了工匠精神，其內(nèi)涵包括敬業(yè)、精益、專注、創(chuàng)新等[10]。

2.3 辯證唯物主義認(rèn)識論

在合成氨技術(shù)開發(fā)和研究過程中，往往可以通過研究其逆反應(yīng)，即通過氨分解的催化劑來研究合成氨的催化劑。因?yàn)槠胶獬?shù)不變，正逆反應(yīng)速率相同比例增加或減少，所以逆反應(yīng)的良好催化劑對正反應(yīng)也是同樣有效的，這是催化劑特征的運(yùn)用。另外，合成氨生產(chǎn)中，經(jīng)常采用適當(dāng)控制降低轉(zhuǎn)化率的方法來達(dá)到提高選擇性的目的，這是因?yàn)楦哌x擇性可降低產(chǎn)物分離能耗、避免浪費(fèi)原料，而轉(zhuǎn)化率低還可以通過循環(huán)反應(yīng)繼續(xù)利用原料，這也提高了綜合生產(chǎn)效率。這兩個(gè)案例均是正確利用矛盾從而巧妙解決矛盾的典型，是辯證唯物主義認(rèn)識論在工業(yè)催化領(lǐng)域的具體運(yùn)用[13]。

2.4 理論聯(lián)系實(shí)際與協(xié)作精神

在合成氨工業(yè)化過程中，科學(xué)家Haber是通過研究反應(yīng)的熱力學(xué)、動力學(xué)，為催化劑開發(fā)提出思路和方向，但他提出的催化劑不具備工業(yè)優(yōu)勢。而與BASF公司合作后，工程師Carl Bosch將其理論和設(shè)想按照工業(yè)化模式進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，并解決了高壓設(shè)備問題。正是通過科學(xué)家和工程師合作，理論聯(lián)系實(shí)際，才使得合成氨順利實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。二人分別獲得諾貝爾獎，充分證明了理論聯(lián)系實(shí)際和協(xié)作精神的重要性[10]。

2.5 掌握核心技術(shù)與鉆研精神

Haber與BASF公司合作并將合成氨工業(yè)化后，可不斷生產(chǎn)化肥和炸藥，具有重大意義。雖然是發(fā)動戰(zhàn)爭是反面的、應(yīng)受譴責(zé)的，但由于德國對該項(xiàng)核心技術(shù)具有壟斷性而提前發(fā)動第一次世界大戰(zhàn)，充分說明了核心技術(shù)的重要性。而我國合力攻關(guān)、努力鉆研，實(shí)現(xiàn)了合成氨、尼龍、乙烯工程直至高鐵和大飛機(jī)的國產(chǎn)化，掌握了核心技術(shù)，突破了國外的技術(shù)封鎖，才能走上獨(dú)立自主的工業(yè)發(fā)展道路[14-15]。

3 課堂講授方法

根據(jù)案例教學(xué)法的實(shí)施步驟，結(jié)合上述思政案例，在課堂講授時(shí)應(yīng)采取的總體講授思路和方法是：第一步，提出思政案例知識點(diǎn)或與案例有關(guān)的問題，引導(dǎo)學(xué)生點(diǎn)出案例知識點(diǎn)，可用語言直接敘述或以圖片、視頻等多媒體形式呈現(xiàn)；第二步，對案例進(jìn)行分析，深入分析案例的原理、發(fā)生背景、關(guān)聯(lián)事件、關(guān)聯(lián)的科學(xué)家或名人軼事，并歸納出思政要點(diǎn)；第三步，對思政要點(diǎn)進(jìn)行拓展延伸，與現(xiàn)實(shí)生活、生產(chǎn)、社會經(jīng)濟(jì)等情況聯(lián)系起來，讓學(xué)生認(rèn)識到思政要點(diǎn)所涵蓋的道理、精神、方向、思路等，從而達(dá)到思政育人的目的[16]。至此，教師的精心講授讓學(xué)生掌握專業(yè)知識的同時(shí)，還通過思政教育學(xué)會并樹立了正確的道德觀、人生觀和價(jià)值觀，真正實(shí)現(xiàn)教育立德樹人的目標(biāo)。現(xiàn)結(jié)合上述兩個(gè)思政案例舉例如下。

3.1 以“愛國主義與是非觀念”思政元素為例

首先，教師按“糧食、化肥、合成氨、Haber、諾貝爾獎、毒氣、惡魔”等主題順序展示第一組圖片，同時(shí)展示另一組圖片，順序?yàn)椤皬埓箪吓c燃料煤油、閔恩澤與催化裂化、劉化章與合成氨和張濤與航天推進(jìn)劑”，以“2.1 愛國主義與是非觀念”中的文字為提綱，講述Haber從發(fā)明合成氨技術(shù)造福人類，到最后制造毒氣而被指為惡魔的過程，對比的是張大煜等幾位科學(xué)家實(shí)現(xiàn)重要工業(yè)技術(shù)國產(chǎn)化的事跡，從而提出思政案例或思政事件；其次，分析這兩組圖片和背景事件，凝練出思政內(nèi)涵：弘揚(yáng)為國奉獻(xiàn)的愛國主義，但要有正確的是非觀念，不能以危害人類為代價(jià)；最后，應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生，在當(dāng)今工業(yè)技術(shù)發(fā)展迅速、信息傳播便捷高效的時(shí)代，更應(yīng)該多了解優(yōu)秀的科學(xué)家、技術(shù)能手和英雄人物，學(xué)習(xí)他們的愛國精神和偉大人格，培養(yǎng)自己正確的三觀，保證人生航船駛向正確的方向[12]。

3.2 以“精益求精與工匠精神”思政元素為例

首先，教師展示一組數(shù)據(jù)，分別為合成氨自首次工業(yè)化到當(dāng)今每一階段的技術(shù)進(jìn)步，包括催化劑活性組分選擇變化、固體催化劑組成改進(jìn)、轉(zhuǎn)化率和選擇性的指標(biāo)提升、能耗降低程度(溫度和壓力)等數(shù)據(jù)，提出思政案例或思政事件[13]；其次，分析合成氨技術(shù)進(jìn)步的數(shù)據(jù)，說明科學(xué)家精益求精的精神，正是工匠精神的典型表現(xiàn)；最后，將此思政案例拓展，聯(lián)系到目前我國的領(lǐng)先技術(shù)，包括高鐵、盾構(gòu)機(jī)、北斗系統(tǒng)等，其思想內(nèi)核都是對待技術(shù)追求精益求精的工匠精神。還可勉勵(lì)學(xué)生：我國現(xiàn)在實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動戰(zhàn)略，需要大學(xué)生具備工匠精神，保證不管在生產(chǎn)、研發(fā)還是流通領(lǐng)域，都能做到精益求精，將產(chǎn)品和服務(wù)質(zhì)量做到最好，從而提高企業(yè)乃至國家的競爭力。

4 合成氨模塊融入課程思政的意義

一方面，合成氨是重要的化工技術(shù)，產(chǎn)品氨氣或氨水是大宗化學(xué)品化肥和硝酸的主要原料，且其發(fā)展歷程體現(xiàn)了熱力學(xué)和催化化學(xué)的發(fā)展特點(diǎn)，具有較大的研究價(jià)值；另一方面，合成氨可以是一門獨(dú)立課程，也可以是物理化學(xué)、化學(xué)工藝和工業(yè)催化等課程的重要模塊。因此，在合成氨技術(shù)講授過程中融入課程思政，具有下述重要的意義：第一，將合成氨技術(shù)模塊的理論、實(shí)踐和發(fā)展講授好，可以為講好合成氨技術(shù)模塊打好基礎(chǔ)；第二，課程思政在合成氨技術(shù)模塊的成功運(yùn)用，可以為物理化學(xué)等化學(xué)化工類課程改革提供思路；第三，通過課程思政培養(yǎng)學(xué)生的愛國情懷、工匠精神和正確的人生觀和世界觀，勢必對學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)知識、提高綜合素質(zhì)大有裨益，為三全育人實(shí)踐提供有益的借鑒。

5 結(jié)語

在專業(yè)課教學(xué)和學(xué)科教育過程中，尤其是在課堂上，開展課程思政，是新時(shí)代的要求和創(chuàng)舉。該項(xiàng)舉措是我黨進(jìn)行全面教育改革的具體體現(xiàn)，是進(jìn)行政治思想教育和三全育人的重要手段。綜上所述，雖然在化工原理、工業(yè)催化等課程中開展課程思政教學(xué)實(shí)踐和研究已有諸多成果，但將將合成氨知識點(diǎn)進(jìn)行凝練，對其在不同課程中的課程思政元素進(jìn)行充分挖掘，形成一套初級的合成氨課程思政案例庫，可望為讀者提供重要的思路和借鑒。然而，在具體的課堂講授實(shí)踐中，還要注意以下幾點(diǎn)：第一，導(dǎo)入合成氨課程思政元素時(shí)要自然，實(shí)現(xiàn)“軟著陸”。即知識點(diǎn)要與課程思政要求的元素直接相關(guān)，在生活生產(chǎn)中存在，使學(xué)生能夠理解，不會有生拉硬拽、牽強(qiáng)附會之嫌；第二，對比正反兩個(gè)方面的案例。這有利于知識點(diǎn)分析透徹，使學(xué)生更容易理解、記憶；第三，授課形式要靈活多樣，可采用線下與線上結(jié)合、課件中通過超鏈接導(dǎo)入視頻動畫等內(nèi)容、老師與學(xué)生互動討論等形式?？傊?，在課程思政作為常態(tài)教學(xué)內(nèi)容越來越重要的背景下，我們應(yīng)嘗試合成氨案例庫建設(shè)，充分挖掘知識點(diǎn)和元素，注重多樣、高效的課堂教學(xué)，這必定能對相關(guān)課程專業(yè)教學(xué)質(zhì)量、學(xué)生思想政治素養(yǎng)和學(xué)生綜合能力提升起到重要的促進(jìn)作用。