“化工原理”課程思政多維度教學(xué)的探索與實(shí)踐

薛 峰，王 晟，居沈貴

（南京工業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院，江蘇 南京 211816）

黨的二十大報(bào)告提出，落實(shí)立德樹(shù)人根本任務(wù)，培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會(huì)主義建設(shè)者和接班人［1］。面對(duì)習(xí)近平總書(shū)記提出“培養(yǎng)什么人、怎樣培養(yǎng)人、為誰(shuí)培養(yǎng)人”的教育命題，高校應(yīng)落實(shí)立德樹(shù)人根本任務(wù)，推進(jìn)高等教育事業(yè)發(fā)展同實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展相適應(yīng)，培養(yǎng)擔(dān)當(dāng)民族復(fù)興大任的時(shí)代新人［2］。立德樹(shù)人是目前高校工作的重心，以教育部頒發(fā)《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》為指導(dǎo)，以提高人才培養(yǎng)質(zhì)量為主線，課程思政已成為高校各類課程教育教學(xué)改革的重要主題，因此，各高校應(yīng)結(jié)合本學(xué)科專業(yè)特點(diǎn)全面推進(jìn)課程思政建設(shè)。課程思政是一種課程教學(xué)理念［3］，以立德樹(shù)人為價(jià)值旨?xì)w，通過(guò)深掘、凝練課程演化發(fā)展過(guò)程中蘊(yùn)含的愛(ài)國(guó)科學(xué)家感人事跡、民族振興工程、道德倫理規(guī)范、社會(huì)職責(zé)和義務(wù)、科學(xué)和工程技術(shù)素養(yǎng)以及高尚的人文精神等思想政治教育資源，實(shí)現(xiàn)傳授知識(shí)與價(jià)值引導(dǎo)的相互統(tǒng)一?！盎ぴ怼弊鳛槿珖?guó)高等學(xué)校化工類專業(yè)開(kāi)設(shè)的一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課程，發(fā)揮了從基礎(chǔ)到專業(yè)、從理論到工程實(shí)踐的紐帶作用，是相關(guān)專業(yè)課協(xié)同教書(shū)育人的主戰(zhàn)場(chǎng)，對(duì)于學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)及工程能力的培養(yǎng)至關(guān)重要［4］。

筆者在“化工原理”課程教學(xué)實(shí)踐中提出多維度教學(xué)理念，將教書(shū)育人、哲學(xué)沉思、人文熏陶、技術(shù)手段有效結(jié)合，旨在達(dá)到人才培養(yǎng)的通專結(jié)合，有效落實(shí)立德樹(shù)人根本任務(wù)。另外，通過(guò)挖掘融入“化工原理”課程的思政元素和德育元素，對(duì)理工科學(xué)生開(kāi)展思想政治教育，在教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化、教學(xué)組織實(shí)施、教師素質(zhì)提升和課程目標(biāo)達(dá)成等方面進(jìn)行改革，以期為培養(yǎng)新時(shí)代化工技術(shù)人才提供支撐。

一、“化工原理”課程思政的目標(biāo)

結(jié)合南京工業(yè)大學(xué)工科專業(yè)特色明顯，培養(yǎng)具有中國(guó)靈魂、世界胸懷的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才辦學(xué)定位，“化工原理”課程是化工及相關(guān)專業(yè)的專業(yè)核心課。本文通過(guò)深挖課程思政元素，與專業(yè)知識(shí)交融匯入，探索多維度教學(xué)實(shí)踐路徑，將教書(shū)育人、人文熏陶、技術(shù)手段有效結(jié)合，以培養(yǎng)具有家國(guó)情懷、文化自信、科學(xué)探究精神和時(shí)代擔(dān)當(dāng)?shù)娜瞬?，有效?shí)現(xiàn)通專結(jié)合，達(dá)到育人目標(biāo)。

“化工原理”課程思政實(shí)施內(nèi)容主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：（1）使學(xué)生掌握化工單元操作的內(nèi)容和目標(biāo)：化工單元操作過(guò)程、單元設(shè)備基本結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)原理，再拓展到化工設(shè)計(jì)計(jì)算，并關(guān)聯(lián)到相關(guān)其他科學(xué)技術(shù)知識(shí)的綜合應(yīng)用；（2）使學(xué)生掌握化工專業(yè)科學(xué)思維方法，要求學(xué)生在獲取專業(yè)知識(shí)的同時(shí)，還要從專業(yè)角度解決實(shí)際工程問(wèn)題；（3）注重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和工程素養(yǎng)能力，灌輸正確的價(jià)值觀，全面培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)知識(shí)和工程素養(yǎng)等綜合能力?？偠灾?，教師在教授過(guò)程中，要力求做到德教融合、寓教于樂(lè)。

二、“化工原理”課程思政教學(xué)內(nèi)容的德育元素挖掘

（一）明確教育目的，成為新時(shí)代使命擔(dān)當(dāng)人

習(xí)近平總書(shū)記在學(xué)校思想政治理論課教師座談會(huì)上強(qiáng)調(diào)，新時(shí)代貫徹黨的教育方針，要堅(jiān)持馬克思主義指導(dǎo)地位，貫徹新時(shí)代中國(guó)特色社會(huì)主義思想，堅(jiān)持社會(huì)主義辦學(xué)方向，落實(shí)立德樹(shù)人的根本任務(wù)，堅(jiān)持教育為人民服務(wù)、為中國(guó)共產(chǎn)黨治國(guó)理政服務(wù)、為鞏固和發(fā)展中國(guó)特色社會(huì)主義制度服務(wù)、為改革開(kāi)放和社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)服務(wù)［5］。因此，我們要堅(jiān)持“育人為本、德育為先、能力為重、全面發(fā)展”的育人觀。落實(shí)立德樹(shù)人根本任務(wù)，明確教育目的，結(jié)合“化工原理”課程的知識(shí)點(diǎn)，在教學(xué)全過(guò)程中有機(jī)地融入思政及人文元素，在培養(yǎng)大學(xué)生專業(yè)素質(zhì)的同時(shí)，提升大學(xué)生的政治素養(yǎng)和文化素養(yǎng)，促使其通專結(jié)合，成為新時(shí)代有使命擔(dān)當(dāng)?shù)娜瞬拧?/p>

（二）探求科學(xué)精神，培育實(shí)踐創(chuàng)新品質(zhì)

了解一門(mén)學(xué)科的科學(xué)發(fā)展史，有助于讓學(xué)生和教師理解科學(xué)的批判性及統(tǒng)一性，了解科學(xué)的社會(huì)角色和人文意義。在科學(xué)史技術(shù)革新和重大變革中，重溫世界各國(guó)科學(xué)家做出的杰出貢獻(xiàn)，更能讓學(xué)生充滿激情和理想，增強(qiáng)歷史擔(dān)當(dāng)。

學(xué)術(shù)大師引領(lǐng)教學(xué)，課程建設(shè)歷史悠久。在緒論部分，引入南京工業(yè)大學(xué)的百年辦學(xué)歷史，介紹“化工原理”課程是由我國(guó)化工教育一代宗師時(shí)鈞院士一手創(chuàng)建的，引自麻省理工學(xué)院提出的單元操作（Unit Operation）原理和計(jì)算方法。另外，介紹對(duì)流傳熱理論的發(fā)展起源于英國(guó)工業(yè)革命背景下解放生產(chǎn)力的時(shí)代需要。在這方面做出杰出貢獻(xiàn)的科學(xué)家有普朗特、雷諾、努塞爾特、施密特等。“流動(dòng)和換熱密不可分”的流體流動(dòng)的理論基礎(chǔ)豐富了對(duì)流換熱理論。1883年，雷諾通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法，提出了“雷諾準(zhǔn)數(shù)”對(duì)流體流動(dòng)形態(tài)的影響，奠定了實(shí)驗(yàn)研究流體力學(xué)的研究基礎(chǔ)。努塞爾特開(kāi)辟了用實(shí)驗(yàn)手段測(cè)定對(duì)流傳熱系數(shù)的方法，提出了采用微分方程+邊界條件限定的量綱分析法，對(duì)自然對(duì)流和強(qiáng)制對(duì)流進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的巧妙思路。普朗特是德國(guó)著名的物理學(xué)家，他在1904年提出“邊界層理論”概念，并于1908年建成第一個(gè)連續(xù)回路風(fēng)洞，隨后他又提出了“湍流”理論。他采用Prandtl-Glaubert定律解釋亞聲速氣流現(xiàn)象，描述空氣在高速流動(dòng)下具有可壓縮性。并對(duì)超聲速流、風(fēng)洞理論和設(shè)計(jì)、湍流理論、空氣動(dòng)力設(shè)備設(shè)計(jì)方面做出開(kāi)創(chuàng)性的工作［6］。在其45年的教學(xué)生涯中，還培養(yǎng)了如馮·卡門(mén)、布勞修斯等杰出科學(xué)家。著名的愛(ài)國(guó)科學(xué)家錢(qián)學(xué)森，作為馮·卡門(mén)的弟子，與老師共同開(kāi)創(chuàng)了舉世矚目的“卡門(mén)—錢(qián)學(xué)森公式”，為飛機(jī)早期克服熱障、聲障提供了理論依據(jù)，為國(guó)際空氣動(dòng)力學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

在教學(xué)過(guò)程中通過(guò)這些案例的枚舉，不僅能讓學(xué)生感覺(jué)到專業(yè)課程的生動(dòng)有趣，而且能對(duì)學(xué)生潛移默化地滲透科學(xué)理念，加強(qiáng)科學(xué)精神的思政教育，進(jìn)而增強(qiáng)學(xué)生的使命感和責(zé)任擔(dān)當(dāng)，讓學(xué)生自覺(jué)把個(gè)人發(fā)展與國(guó)家需求相融合，在報(bào)效祖國(guó)的實(shí)際行動(dòng)中實(shí)現(xiàn)自我的人生價(jià)值。

（三）傳承中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化，培養(yǎng)愛(ài)國(guó)主義情懷

將我國(guó)古人在生產(chǎn)生活中應(yīng)用積累的豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、創(chuàng)造的輝煌成就引入課程教學(xué)中，用化工原理單元操作的基本原理加以模型分析，既有利于增加學(xué)生對(duì)知識(shí)學(xué)習(xí)的濃厚興趣，又可以加深學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解。

在第一章《流體流動(dòng)》講授流體力學(xué)時(shí)，引入流體力學(xué)回旋流理論的經(jīng)典案例——都江堰。都江堰位于我國(guó)美麗富饒的成都平原上，是我國(guó)歷史上閃爍著中華民族智慧之光的偉大工程。都江堰是一座大型水利樞紐工程，具有灌溉、防洪、提供生活和工業(yè)用水諸多功能，由三大主體工程魚(yú)嘴、飛沙堰、寶瓶口和配套工程百丈堤、人字堤、自動(dòng)引流灌溉渠構(gòu)成。三大主體工程是整個(gè)工程的靈魂，最能夠體現(xiàn)都江堰治水的思想和理念。李冰在《治水三字經(jīng)》記載“分四六，平潦早”，講述了魚(yú)嘴的功用。在枯水季節(jié)，魚(yú)嘴將60%的水量引入內(nèi)江，以滿足下游地區(qū)灌溉用水，僅將40%的水量排到外江；而在洪水期間，魚(yú)嘴又可以將岷江60%的水排入外江，40%的水引入內(nèi)江。從流體力學(xué)的工程觀點(diǎn)來(lái)看，“魚(yú)嘴分四六”的原理由主流線位置和過(guò)水?dāng)嗝婷娣e兩個(gè)因素決定。第七章《液體蒸餾的分離》可以描述為：揮發(fā)度高的組分在塔頂氣相中富集，揮發(fā)度低的組分在塔底液相中富集，這與介紹有中國(guó)神話故事“盤(pán)古開(kāi)天地”的《幼學(xué)瓊林》，開(kāi)篇中的“氣之輕清上浮者為天，氣之重濁下凝者為地”非常相似。就規(guī)模來(lái)講，“盤(pán)古開(kāi)天地”應(yīng)該是史上最大規(guī)模的一次“閃蒸”（平衡蒸餾）。

通過(guò)持續(xù)挖掘中國(guó)古代重大歷史工程、充滿奇幻色彩的神話傳說(shuō)故事中隱含的“人類征服自然，改造自然”等經(jīng)典案例，剖析其中的化工原理基礎(chǔ)知識(shí)，貫穿正視中國(guó)文化史、珍愛(ài)中華文明的主線，有助于提高學(xué)生的文化素養(yǎng)，增強(qiáng)學(xué)生的文化底蘊(yùn)，激發(fā)其愛(ài)國(guó)熱情、民族自豪感和自信心。

（四）突出中國(guó)元素，堅(jiān)定“四個(gè)自信”

通過(guò)化工原理的單元操作在廢氣、廢液和廢固處理中的應(yīng)用，強(qiáng)化化工專業(yè)技術(shù)在整治人居環(huán)境，為建設(shè)“綠水青山就是金山銀山”最美中國(guó)發(fā)揮的作用，幫助學(xué)生樹(shù)立綠色發(fā)展觀，助力生態(tài)文明建設(shè)，意識(shí)到中國(guó)特色社會(huì)主義道路是實(shí)現(xiàn)我國(guó)社會(huì)主義現(xiàn)代化的必由之路。

通過(guò)引入國(guó)家重大工程案例，例如熱管技術(shù)解決凍土層這種世界級(jí)難題，中國(guó)人獨(dú)立自主地實(shí)現(xiàn)在青藏高原上建造鐵路的夢(mèng)想等，體現(xiàn)集中力量辦大事的社會(huì)主義制度優(yōu)勢(shì)，讓學(xué)生堅(jiān)定制度自信，堅(jiān)信社會(huì)主義制度具有的巨大優(yōu)越性。

通過(guò)挖掘“化工原理”課程的基本概念，提取中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化底蘊(yùn)?！肮こ獭钡母拍钍侵浮皩?shí)驗(yàn)室小試試錯(cuò)—工廠中試放大—小規(guī)模生產(chǎn)—規(guī)模化工業(yè)化大生產(chǎn)”的一般過(guò)程，可以將其和儒家經(jīng)典《禮記·大學(xué)》中提出的“修身、齊家、治國(guó)、平天下”觀點(diǎn)相聯(lián)系，體現(xiàn)中西方文化的交融、古典與現(xiàn)代的結(jié)合?！耙岸蔁o(wú)人舟自橫”出自唐代著名詩(shī)人韋應(yīng)物的《滁州西澗》，十分準(zhǔn)確地描述了船與水流方向垂直的自然現(xiàn)象，暗合了穩(wěn)定的平衡位置這一流體力學(xué)現(xiàn)象。這些有著豐富文化內(nèi)涵的引申，能夠極大地激發(fā)學(xué)生對(duì)中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化底蘊(yùn)的體會(huì)，增強(qiáng)文化自信。

（五）嵌入哲學(xué)邏輯，啟迪學(xué)生批判性思維

“化工原理”課程在學(xué)科發(fā)展演化中逐步形成了一系列研究方法，其中主要包括數(shù)學(xué)分析法、量綱分析法（純經(jīng)驗(yàn)方法）、數(shù)學(xué)模型法和過(guò)程分解與綜合法等，這些都是借助其他科學(xué)的研究方法來(lái)解決化工生產(chǎn)過(guò)程工程問(wèn)題的重要手段。從過(guò)程研究方法論為起點(diǎn)，拆解和分析實(shí)際工程問(wèn)題，啟發(fā)學(xué)生綜合應(yīng)用各學(xué)科的靈活思維方式，抓住解決問(wèn)題過(guò)程中的邏輯關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思辨能力。

引入量綱理論，啟發(fā)學(xué)生思維。如在“化工原理”課程的第1章《流體力學(xué)》教學(xué)中，在計(jì)算湍流時(shí)流體的機(jī)械能損失案例中，選擇確定計(jì)算式的問(wèn)題上涉及量綱分析方法。學(xué)生對(duì)無(wú)量綱數(shù)群的概念比較陌生，引入雷諾準(zhǔn)數(shù)則是一個(gè)啟發(fā)學(xué)生思維的切入點(diǎn)。雷諾實(shí)驗(yàn)雖然非常簡(jiǎn)單，但揭示了流體層流向湍流的轉(zhuǎn)變點(diǎn)——這是一個(gè)重要的工程概念，反映了工程計(jì)算需要的層流向湍流轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。借助客觀物理分析，這個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)與物質(zhì)的黏度和密度、管徑和速度這四個(gè)工程因素密切關(guān)聯(lián)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，得到實(shí)驗(yàn)值2 000，與量綱理論數(shù)值一致。將原本非常抽象的工程問(wèn)題變成了簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)問(wèn)題，量綱理論發(fā)揮了巨大的作用。通過(guò)舉例著力渲染量綱理論的巨大作用，加深學(xué)生對(duì)無(wú)量綱數(shù)群的深刻了解，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

矛盾的對(duì)立統(tǒng)一性，提高學(xué)生思辨能力。在精餾操作實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)增加回流比，使精餾段的操作線和提餾段的操作線遠(yuǎn)離平衡線，以利于傳質(zhì)過(guò)程，降低理論塔板數(shù)和設(shè)備費(fèi)用。但同時(shí)，增加了再沸器和冷凝器熱負(fù)荷，增加了操作費(fèi)用。設(shè)備費(fèi)用和操作費(fèi)用變成了一對(duì)動(dòng)態(tài)的矛盾關(guān)系，它們相互制約又相互聯(lián)系，體現(xiàn)了工程問(wèn)題中矛盾的對(duì)立統(tǒng)一性。

辨別主要次要矛盾，提高學(xué)生解決問(wèn)題的能力。在計(jì)算流體流經(jīng)顆粒固定床層的壓降案例時(shí)，由于固定床內(nèi)固體顆?？紫缎纬傻耐ǖ?，其微觀結(jié)構(gòu)呈彎曲的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，真實(shí)描述計(jì)算壓降有諸多困難。因此，可以將復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)通道簡(jiǎn)化成許多平行的細(xì)管，固定床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為一維模型，用以描述實(shí)際過(guò)程。抓住矛盾的主要因素，建立理想數(shù)學(xué)模型，從而排除錯(cuò)綜復(fù)雜的各種次要矛盾的干擾，達(dá)到“合理簡(jiǎn)化、本質(zhì)近似”的原則，揭示事物發(fā)展的一般規(guī)律和特殊規(guī)律。

將專業(yè)知識(shí)用哲學(xué)范疇思維進(jìn)行深入解剖和拆解分析，闡述明了蘊(yùn)含于化學(xué)工程原理各種單元操作和數(shù)學(xué)計(jì)算模型之中的辯證邏輯關(guān)系，可加強(qiáng)和拓展學(xué)生的思維能力，激發(fā)學(xué)生對(duì)所學(xué)課程的濃厚興趣。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)多年“化工原理”課程思政多維度教學(xué)實(shí)踐，將教書(shū)育人、哲學(xué)沉思、人文熏陶、技術(shù)手段有效結(jié)合，達(dá)到了人才培養(yǎng)的通專結(jié)合的目的，有效落實(shí)了立德樹(shù)人根本任務(wù)。通過(guò)挖掘融合“化工原理”課程的思政元素和德育元素，對(duì)理工科學(xué)生開(kāi)展思想政治教育，在“明確教育目的，成為新時(shí)代擔(dān)當(dāng)人”“探求科學(xué)精神，培育實(shí)踐創(chuàng)新品質(zhì)”“傳承中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化，培養(yǎng)愛(ài)國(guó)主義情懷”“突出中國(guó)元素，堅(jiān)定‘四個(gè)自信’”“嵌入哲學(xué)邏輯，啟迪學(xué)生批判思維”等方面取得了非常好的效果。南京工業(yè)大學(xué)“化工原理”課程將繼續(xù)堅(jiān)持落實(shí)立德樹(shù)人根本任務(wù)，把社會(huì)主義核心價(jià)值觀融入教書(shū)育人過(guò)程，實(shí)現(xiàn)“三全育人”，為培養(yǎng)新時(shí)代化工技術(shù)人才提供重要支撐。