“化工原理”課程思政教學(xué)融合過(guò)程實(shí)踐探索

黃 英，王艷麗，張軍平，宗 蒙，劉攀博

（西北工業(yè)大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院，陜西 西安 710129）

2020年，教育部印發(fā)《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》指出，讓所有高校、所有教師、所有課程都承擔(dān)好育人責(zé)任，守好一段渠、種好責(zé)任田，使各類(lèi)課程與思政課程同向同行，將顯性教育和隱性教育相統(tǒng)一，形成協(xié)同效應(yīng)，構(gòu)建全員全程全方位育人大格局［1］。因此，做好化工專(zhuān)業(yè)課程思政建設(shè)，具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義?！盎ぴ怼笔腔ぜ跋嘟鼘?zhuān)業(yè)的一門(mén)重要技術(shù)基礎(chǔ)課，學(xué)生通過(guò)該門(mén)課程的學(xué)習(xí)，系統(tǒng)掌握化工基本單元操作的原理、計(jì)算方法及典型的設(shè)備。課程的實(shí)用性強(qiáng)，對(duì)于提高學(xué)生的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)及分析問(wèn)題與解決問(wèn)題的能力至關(guān)重要。

一、“化工原理”課程思政存在的問(wèn)題與教學(xué)改革目標(biāo)

（一）存在問(wèn)題

青年一代有理想、有本領(lǐng)、有擔(dān)當(dāng)，國(guó)家就有前途，民族就有希望，中華民族偉大復(fù)興的中國(guó)夢(mèng)終將在一代代青年的接力奮斗中變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。因此，培養(yǎng)什么樣的人、如何培養(yǎng)人、為誰(shuí)培養(yǎng)人是我們作為教師必須要思考的問(wèn)題。

（二）教學(xué)目標(biāo)

針對(duì)“化工原理”課程教學(xué)存在的上述問(wèn)題，我們制訂如圖1所示的“化工原理”課程育人目標(biāo)?？傮w育人目標(biāo)以立德樹(shù)人為核心，為實(shí)現(xiàn)這一根本目的，從專(zhuān)業(yè)育人與思政育人兩方面出發(fā)。專(zhuān)業(yè)育人目標(biāo)主要從“化工原理”課程的特點(diǎn)及教學(xué)要求出發(fā)；思政育人目標(biāo)則從培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)主義核心價(jià)值觀、奮斗精神、創(chuàng)新意識(shí)、馬克思主義哲學(xué)觀、安全及環(huán)保意識(shí)等角度出發(fā)，通過(guò)兩者有機(jī)融合，將思想政治教育融入教學(xué)環(huán)節(jié)之中，從而達(dá)到在專(zhuān)業(yè)課程中培養(yǎng)社會(huì)主義合格人才的目的。

二、課程思政的教學(xué)設(shè)計(jì)

在課程教學(xué)中，我們采用知識(shí)點(diǎn)與思政元素融合與滲透式、課堂討論及啟發(fā)式、典型案例式、課前與課后布置思考題等教學(xué)方式，在講授專(zhuān)業(yè)知識(shí)的同時(shí)與德育元素進(jìn)行滲透融合，使學(xué)生在專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習(xí)中領(lǐng)會(huì)其中所蘊(yùn)含的哲理，達(dá)到啟發(fā)、引導(dǎo)、培養(yǎng)學(xué)生的目的。我們的主要做法如下。

（一）追根溯源

化學(xué)工程學(xué)科經(jīng)過(guò)百年發(fā)展，經(jīng)歷了“單元操作”“三傳一反”兩個(gè)里程碑，進(jìn)入“產(chǎn)品工程”“三傳一反+X”“多（介）尺度理論與方法”等新階段，初步形成了以化學(xué)、物理學(xué)、數(shù)學(xué)和生物學(xué)基本原理和方法為基礎(chǔ)，以傳遞過(guò)程原理與化學(xué)反應(yīng)工程為核心的學(xué)科知識(shí)體系［2］。在緒論這一部分內(nèi)容的講解中，引導(dǎo)學(xué)生了解化學(xué)工程學(xué)科及其理論基礎(chǔ)的形成、演變過(guò)程，介紹科技的發(fā)展給傳統(tǒng)化學(xué)工程學(xué)科帶來(lái)的新的發(fā)展領(lǐng)域，使學(xué)生對(duì)專(zhuān)業(yè)的發(fā)展有了全新的認(rèn)知，激發(fā)了學(xué)習(xí)熱情。

（二）綠色化工

“綠水青山就是金山銀山”是習(xí)近平生態(tài)文明思想中科學(xué)自然觀和綠色發(fā)展觀的生動(dòng)體現(xiàn)。傳統(tǒng)的化學(xué)工業(yè)具有“污染”與“耗能”的特點(diǎn)，科技的飛速發(fā)展，帶來(lái)了化學(xué)工業(yè)日新月異的變化，習(xí)近平總書(shū)記關(guān)于生態(tài)文明建設(shè)的重要論述進(jìn)一步指明了化學(xué)工業(yè)發(fā)展的方向。“化工原理”課程涉及的傳熱、蒸發(fā)、精餾、干燥操作能耗較大，我們?cè)诮虒W(xué)中要強(qiáng)調(diào)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的各種措施、減少污染物排放，踐行綠色發(fā)展觀。

流體流過(guò)管道和設(shè)備，需克服摩擦阻力和局部阻力，造成損耗功。減少流動(dòng)阻力損失，是提高流體輸送效率的重要方面?？梢圆扇〉墓?jié)能措施有：適當(dāng)增大管徑、設(shè)計(jì)短而直的管路、盡量少用管件等。在上面的節(jié)能措施中，管徑的提高對(duì)降低管路的能量損失效果最為顯著，但實(shí)際應(yīng)用中，需要綜合考慮設(shè)備費(fèi)用與動(dòng)力費(fèi)用，以達(dá)到好的節(jié)能效果。

在學(xué)習(xí)非均相混合物的分離內(nèi)容時(shí)，介紹利用重力沉降與離心分離等方法處理工廠排放的廢氣、廢液等污染物，結(jié)合綠色化工的12條原則［3］，強(qiáng)調(diào)從源頭進(jìn)行化工過(guò)程的設(shè)計(jì)；同時(shí)結(jié)合大眾廣為關(guān)注的PM2.5與環(huán)境污染之間的關(guān)系向?qū)W生介紹以下內(nèi)容：PM2.5的成分復(fù)雜，主要來(lái)源分為自然源和人為源兩種。有研究指出，北京PM2.5的六大直接污染源為土壤塵、燃煤、生物質(zhì)燃燒、汽車(chē)尾氣與垃圾焚燒、工業(yè)污染和二次無(wú)機(jī)氣溶膠，貢獻(xiàn)分別為15%、18%、12%、4%、25%和26%［4］。因此，我們?cè)诠I(yè)生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)采用適合企業(yè)的PM2.5治理工藝，從源頭減少PM2.5的產(chǎn)生，做到對(duì)環(huán)境“零排放”。

（三）辯證思維

習(xí)近平總書(shū)記指出，無(wú)論時(shí)代如何變遷、科學(xué)如何進(jìn)步，馬克思主義依然顯示出科學(xué)思想的偉力，依然占據(jù)著真理和道義的制高點(diǎn)［5］?！盎ぴ怼闭n程中蘊(yùn)含豐富的哲學(xué)思想和元素，在課堂教學(xué)中指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用馬克思主義的世界觀與方法論去分析問(wèn)題、解決問(wèn)題，能使學(xué)生更深刻地領(lǐng)會(huì)課程知識(shí)點(diǎn)與教學(xué)難點(diǎn)，同時(shí)也更加深刻地體會(huì)馬克思主義哲學(xué)的魅力。

運(yùn)動(dòng)是物質(zhì)的根本屬性，運(yùn)動(dòng)是絕對(duì)的，靜止是相對(duì)的。在研究流體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，結(jié)合伯努利方程的介紹，講解如何從理想液體入手抓住主要矛盾，獲得流體流動(dòng)的基本規(guī)律，進(jìn)而根據(jù)實(shí)際流體流動(dòng)的特點(diǎn)進(jìn)行修正，得到適用于實(shí)際流體的能量衡算式。流體靜止是運(yùn)動(dòng)流體流速為零的特例，所以靜止流體的靜力學(xué)基本方程式只是實(shí)際流體流動(dòng)時(shí)的一種特殊情況。以上對(duì)流體的流動(dòng)規(guī)律的分析運(yùn)用了馬克思主義的哲學(xué)觀點(diǎn)，學(xué)生容易理解。

量變是質(zhì)變的基礎(chǔ)和必要準(zhǔn)備，質(zhì)變是量變的必然結(jié)果。如氣液兩相在填料層內(nèi)流動(dòng)時(shí)，在一定的液體噴淋密度下，當(dāng)空塔氣速低于載點(diǎn)氣速時(shí)，氣體壓力降隨空塔氣速增大的關(guān)系與干填料時(shí)的直線幾乎平行。當(dāng)空塔氣速增大到載點(diǎn)以上，則氣體壓力降有較大增加，壓力降-空塔氣速的關(guān)系曲線斜率增大。當(dāng)空塔氣速繼續(xù)增大，將使氣體通過(guò)填料層的壓力降迅速上升，并伴有劇烈的波動(dòng)，塔內(nèi)發(fā)生液泛，填料塔達(dá)到了操作的上限。塔的操作從正常的操作狀態(tài)向非正常操作狀態(tài)——液泛的轉(zhuǎn)變過(guò)程，體現(xiàn)了事物從量變到質(zhì)變的變化規(guī)律。在教學(xué)過(guò)程中，我們提醒學(xué)生要腳踏實(shí)地做好每一件事，這樣才能在今后的學(xué)習(xí)與工作中實(shí)現(xiàn)“質(zhì)”的飛躍，實(shí)現(xiàn)自己的人生目標(biāo)。

現(xiàn)象和本質(zhì)之間的辯證關(guān)系在引導(dǎo)學(xué)生識(shí)別假象、明辨事物本質(zhì)方面具有重要作用。離心泵在工作過(guò)程中，發(fā)生“氣縛”現(xiàn)象的本質(zhì)是離心泵在啟動(dòng)前未充滿液體，泵殼內(nèi)存在空氣。發(fā)生“氣蝕”現(xiàn)象的主要原因是葉輪工作時(shí)，其入口處的最低壓力降到液體在該處的飽和蒸氣壓，部分液體發(fā)生汽化現(xiàn)象。在講解流體流動(dòng)類(lèi)型時(shí)，介紹龍卷風(fēng)是一種“立式管狀旋轉(zhuǎn)渦流”，移動(dòng)速度快、風(fēng)速極高。借助以上實(shí)例，提醒學(xué)生，在遇到問(wèn)題時(shí)，應(yīng)分析現(xiàn)象出現(xiàn)的本質(zhì)，這樣才能有效尋找解決問(wèn)題的途徑與關(guān)鍵點(diǎn)。

（四）奮發(fā)向上

“化工原理”課程中包含大量的以科學(xué)家名字命名的原理、定律及公式，如伯努利方程、傅里葉定律、牛頓黏性定律、菲克定律等，這些規(guī)律的發(fā)現(xiàn)都隱藏著科學(xué)家百折不撓、矢志不渝和堅(jiān)定不移的理想信念，以及不畏艱險(xiǎn)、堅(jiān)守真理和勇攀高峰的科學(xué)精神。

1726年，伯努利通過(guò)無(wú)數(shù)次實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了“邊界層表面效應(yīng)”：流體速度加快時(shí)，物體與流體接觸的界面上的壓力會(huì)減小，反之壓力會(huì)增加。為紀(jì)念這位科學(xué)家的貢獻(xiàn)，這一發(fā)現(xiàn)被稱(chēng)為“伯努利效應(yīng)”。伯努利效應(yīng)適用于包括氣體在內(nèi)的一切流體，是流體作穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)的基本現(xiàn)象之一，反映出流體的壓強(qiáng)與流速的關(guān)系。流速與壓強(qiáng)的關(guān)系：流體的流速越大，壓強(qiáng)越?。涣黧w的流速越小，壓強(qiáng)越大?？茖W(xué)技術(shù)的進(jìn)步離不開(kāi)科學(xué)家的不懈努力和辛勤汗水。通過(guò)介紹優(yōu)秀的科學(xué)家，能極大激起學(xué)生的愛(ài)國(guó)熱情、民族自豪感和文化自信，激勵(lì)學(xué)生在科學(xué)的道路上不畏艱險(xiǎn)、開(kāi)拓進(jìn)取、勇攀高峰。

（五）家國(guó)情懷

中華人民共和國(guó)成立以來(lái)，我國(guó)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)取得了舉世矚目的成就，這些重大工程成為中國(guó)給世界的新名片。如我國(guó)于1970年開(kāi)始熱管研制工作，1976年12月7日在衛(wèi)星上首次成功應(yīng)用了熱管。熱控制系統(tǒng)用于保證飛船各艙儀器設(shè)備、結(jié)構(gòu)及乘員所需要的環(huán)境溫度，合理調(diào)配飛船之間的熱量傳輸，并將其排放到宇宙空間。神舟系列飛船的熱控制系統(tǒng)采用的為流體對(duì)流換熱方式［6］。通過(guò)介紹這些與教學(xué)過(guò)程緊密結(jié)合的案例，既加深了學(xué)生對(duì)基本概念的理解，又激發(fā)了學(xué)生為國(guó)爭(zhēng)光的學(xué)習(xí)熱情。

在教學(xué)過(guò)程中，結(jié)合我校的“三航”特色介紹流體的流動(dòng)特點(diǎn)，介紹飛機(jī)的設(shè)計(jì)與發(fā)展過(guò)程，以鼓勵(lì)學(xué)生積極探索，奮發(fā)向上，全面掌握相關(guān)領(lǐng)域知識(shí)。過(guò)去在飛機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，氣動(dòng)、推進(jìn)、結(jié)構(gòu)、操縱、控制等要素是分別對(duì)待的。后來(lái)人們逐漸發(fā)現(xiàn)，這種孤立對(duì)待飛機(jī)各組成要素的設(shè)計(jì)方法已發(fā)揮到了極限，必須探索全新的設(shè)計(jì)方法，這就是綜合化、一體化設(shè)計(jì)。一體化設(shè)計(jì)涉及各個(gè)方面，包括氣動(dòng)與隱身一體化設(shè)計(jì)。以隱身飛機(jī)為例，典型的B-2隱形轟炸機(jī)就是通過(guò)縮小自己的雷達(dá)反射截面來(lái)實(shí)現(xiàn)隱身的，它的雷達(dá)反射截面相當(dāng)于一只水鳥(niǎo)的雷達(dá)反射截面，在雷達(dá)的接收儀器上只能看到一個(gè)光點(diǎn)。第一代隱形飛機(jī)F-117以折面設(shè)計(jì)達(dá)到反射雷達(dá)波的目的，第二代隱形飛機(jī)B-2則將機(jī)體改為曲面，同時(shí)利用等離子涂料達(dá)到吸收與散射雷達(dá)波的目的。通過(guò)以上實(shí)例，強(qiáng)調(diào)當(dāng)代大學(xué)生只有掌握豐富的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，才能在未來(lái)的職業(yè)生涯中有創(chuàng)新、有發(fā)展、有作為。

（六）專(zhuān)注執(zhí)著

試差法是化工計(jì)算中常用的有效方法，如管路計(jì)算中由流體的流速求適宜的管徑、傳熱過(guò)程中壁溫的計(jì)算、吸收過(guò)程中填料層高度的計(jì)算、精餾中的回流比與理論板數(shù)的計(jì)算等。在計(jì)算過(guò)程中需要進(jìn)行多次的假設(shè)與驗(yàn)算，直至獲得最理想的結(jié)果。雖然試差法的求解過(guò)程較為煩瑣，但仍是一種較為有效的求解實(shí)際問(wèn)題方法。我們及時(shí)引導(dǎo)學(xué)生，在工作及生活中只有認(rèn)準(zhǔn)目標(biāo)，勇于面對(duì)困難和挑戰(zhàn)，不輕易放棄方能取得成功。

1998年2月，美國(guó)宇航局（NASA）發(fā)射探測(cè)火星氣象的衛(wèi)星失事，預(yù)定于1999年9月23日抵達(dá)火星的衛(wèi)星沒(méi)有進(jìn)入預(yù)定的軌道。問(wèn)題出在有些資料的計(jì)量單位沒(méi)有把英制轉(zhuǎn)換成公制，錯(cuò)誤起自承包工程的洛克希德·馬丁公司。這個(gè)“小錯(cuò)誤”造成的僅衛(wèi)星的損失就高達(dá)1.25億美元［7］。因此，我們?cè)诠ぷ髦?，要有匠人品質(zhì)，專(zhuān)注執(zhí)著，追求完美，精益求精。

在培養(yǎng)學(xué)生細(xì)致的工作作風(fēng)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)穆殬I(yè)素養(yǎng)的過(guò)程中，我們結(jié)合專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)，適時(shí)強(qiáng)調(diào)學(xué)生的安全意識(shí)。如引入1996年秘魯航空603航班因畢托管靜壓口被膠布貼住導(dǎo)致70人死亡的空難事件，強(qiáng)調(diào)規(guī)范操作的重要性，結(jié)合課程的知識(shí)給學(xué)生講解災(zāi)難中涉及的安全性原理，進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生的安全意識(shí)，為養(yǎng)成良好的職業(yè)素養(yǎng)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

三、課程的引領(lǐng)示范成效

“化工原理”課程的教學(xué)實(shí)踐表明，通過(guò)分析教學(xué)中存在的問(wèn)題和確定課程的育人目標(biāo)，在教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)有目的地實(shí)施教學(xué)工作，取得了較為顯著的教學(xué)成效。課程的引領(lǐng)示范作用主要體現(xiàn)在以下方面：（1）學(xué)生在學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的同時(shí)，在思想上潛移默化地受到了啟發(fā)與教育，明確了自己的學(xué)習(xí)與奮斗目標(biāo)。（2）教師的引導(dǎo)及專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域杰出科學(xué)家的事跡起到了榜樣的作用，勤奮學(xué)習(xí)、不畏困難、探索創(chuàng)新、拒絕“躺平”，已經(jīng)成為學(xué)生新的精神風(fēng)貌。（3）專(zhuān)業(yè)課的思想政治教育，使學(xué)生在深入理解專(zhuān)業(yè)知識(shí)的同時(shí)，體會(huì)到馬克思主義世界觀與方法論在解決生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題上的魅力，促使學(xué)生能透過(guò)復(fù)雜的現(xiàn)象認(rèn)清事物的本質(zhì)，靈活地學(xué)習(xí)和運(yùn)用知識(shí)。（4）課程教學(xué)改革在實(shí)現(xiàn)專(zhuān)業(yè)育人目標(biāo)與思政育人目標(biāo)的同時(shí)，提高了教師的綜合素質(zhì)及教學(xué)水平，為建設(shè)一支具有良好素質(zhì)的教師隊(duì)伍及培養(yǎng)新時(shí)代合格的社會(huì)主義建設(shè)者和接班人提供了有力保障。