工程化學(xué)課程思政案例的教學(xué)設(shè)計與實踐

楊志偉，崔 騰

（1.華東交通大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，南昌 330013；2.華東交通大學(xué) 江西省納米生物材料重點實驗室，南昌 330013）

百年大計，教育為本；教育大事，立德為基。習(xí)近平總書記在2016 年召開的全國高校思想政治工作會議上強(qiáng)調(diào)，“要堅持把立德樹人作為中心環(huán)節(jié)，把思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過程”“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]。教育部于2020 年印發(fā)的《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》明確提出，“必須抓好課程思政建設(shè)，解決好專業(yè)教育和思政教育‘兩張皮’問題”“全面推進(jìn)高校課程思政建設(shè)，發(fā)揮好每門課程的育人作用”“構(gòu)建全員全程全方位育人大格局”[2]。課程思政是新時代高等教育落實立德樹人根本任務(wù)的重要舉措，目前正在廣大高校全面推進(jìn)，融入課程思政已成為專業(yè)課程教學(xué)改革的重要方向之一。

一 工程化學(xué)融入課程思政的意義

工程化學(xué)是面向非化工類工科專業(yè)開設(shè)的基礎(chǔ)課，通過學(xué)習(xí)化學(xué)學(xué)科基本原理、基本規(guī)律及相關(guān)重要化合物、新技術(shù)和新材料等基礎(chǔ)知識，完善學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)體系，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)奠定堅實的化學(xué)基礎(chǔ)，使學(xué)生初步具備分析工程技術(shù)所涉及化學(xué)問題的能力。工程化學(xué)涉及面廣泛，蘊(yùn)含著豐富的思政元素，為課程思政的實施提供了可能性和可行性。以工程化學(xué)課程為載體，深入挖掘其所蘊(yùn)含的思政元素，找準(zhǔn)思政元素與課程知識的契合點，通過相關(guān)思政案例將思政元素“春風(fēng)化雨、潤物無聲”地融入課程教學(xué)，構(gòu)建工程化學(xué)的課程思政案例教學(xué)體系，增加課堂趣味以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，升華學(xué)生的政治素養(yǎng)、思想覺悟、道德品格，實現(xiàn)專業(yè)知識傳授與價值引領(lǐng)相統(tǒng)一，這對于學(xué)生樹立正確的世界觀、人生觀、價值觀，落實立德樹人根本任務(wù)具有重要意義。

二 工程化學(xué)課程思政案例的教學(xué)設(shè)計與實踐

（一）工程化學(xué)融入中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化

中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化綿延數(shù)千年而長盛不衰，是涵養(yǎng)文化自信的重要源泉。弘揚中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化對樹立文化自信和增強(qiáng)民族自豪感具有時代價值和現(xiàn)實意義。在“藥物化學(xué)”一節(jié)，補(bǔ)充青蒿素與中醫(yī)藥文化的緊密關(guān)系，受東晉葛洪所著《肘后備急方》中“青蒿一握。以水二升漬，絞取汁。盡服之”的啟示，屠呦呦改用低溫萃取技術(shù)成功從沿用兩千多年的傳統(tǒng)中藥青蒿中提取到青蒿素，青蒿素類藥物已挽救數(shù)百萬瘧疾患者的生命，迄今為止仍是世衛(wèi)組織推薦的一線抗瘧藥物，為全球抗瘧事業(yè)作出不可磨滅的貢獻(xiàn)，正如屠呦呦所言“青蒿素是中醫(yī)藥給世界的一份禮物”[3]。由此聯(lián)系到當(dāng)前肆虐全球的新冠感染疫情，中醫(yī)藥在減少轉(zhuǎn)重率、提高治愈率、降低病亡率等方面凸顯出獨特優(yōu)勢，如從臨床救治篩選出的“三藥三方”（三藥為連花清瘟膠囊和顆粒、金花清感顆粒、血必凈注射液；三方為清肺排毒湯、化濕敗毒方、宣肺敗毒方）因療效顯著而被納入多版《新型冠狀病毒肺炎診療方案》，中醫(yī)藥的安全性和有效性在海外亦得到廣泛認(rèn)可和高度贊許，為全球抗擊新冠感染疫情貢獻(xiàn)了中醫(yī)藥文化的智慧。在“陶瓷材料”一節(jié)，介紹作為中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化典型代表的瓷器文化，借助圖片和詩詞向?qū)W生介紹“九秋風(fēng)露越窯開，奪得千峰翠色來”的秘色瓷、“定州花瓷甌，顏色天下白”的定窯白瓷、“雨過天青云破處，這般顏色做將來”的天青瓷、“鷹爪新茶蟹眼湯，松風(fēng)鳴雪兔毫霜”的兔毫盞和“白釉青花一火成，花從釉里透分明”的青花瓷等等。這些精美瓷器無不滲透著鮮明的民族審美意涵和精神氣質(zhì)，彰顯出中華文化的深厚底蘊(yùn)，瓷器文化沿著陸上和海上“絲綢之路”傳播到世界各地，成為世界了解和認(rèn)識中國的重要文化符號。將與課程內(nèi)容相關(guān)的中醫(yī)藥文化和瓷器文化融入課程教學(xué)，讓學(xué)生領(lǐng)略中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的獨特魅力和精神內(nèi)涵，培養(yǎng)學(xué)生對中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的認(rèn)同感，激發(fā)學(xué)生的文化自信和民族自豪感。

（二）工程化學(xué)融入愛國主義精神

愛國主義精神深深植根于中國人民心中，始終是思政教育永恒的主題。在緒論的“化學(xué)與現(xiàn)代科技”一節(jié)，由作為重要化工原料的純堿（Na2CO3）延伸出侯德榜先生為國制堿的事跡[4]。在二十世紀(jì)一二十年代，純堿的生產(chǎn)技術(shù)幾乎由把控“索氏制堿法”的幾家外國公司所壟斷，純堿價格貴如黃金，嚴(yán)重制約著民族工業(yè)的發(fā)展。1921 年，應(yīng)天津永利堿廠創(chuàng)始人范旭東先生邀請，剛在美國拿到博士學(xué)位的侯德榜先生便返回祖國投入到純堿生產(chǎn)技術(shù)的研發(fā)中，經(jīng)過反復(fù)實驗成功破解“索氏制堿法”，造就出中國自己的高質(zhì)量純堿并在費城萬國博覽會上獲得金質(zhì)獎?wù)?，被贊譽(yù)為“中國近代工業(yè)進(jìn)步的象征”?？谷諔?zhàn)爭全面爆發(fā)后，永利堿廠向西遷移，而西部缺少制堿原料食鹽，面對向德國尋求食鹽高利用率技術(shù)無果的情況下，侯德榜先生攻堅克難利用三年時間發(fā)明了“侯氏制堿法”，不僅提高了食鹽利用率，而且實現(xiàn)了純堿和氯化銨聯(lián)產(chǎn)，大幅度降低了生產(chǎn)成本，為中國制堿業(yè)作出巨大貢獻(xiàn)。又如，在“多電子原子的電子排布”一節(jié)，從多電子原子核外電子排布的“n+0.7l”近似規(guī)則引出其提出者“中國稀土之父”徐光憲院士的愛國事跡。徐光憲院士始終心懷祖國，根據(jù)國家需要數(shù)次更換科研“賽道”，從量子化學(xué)轉(zhuǎn)向絡(luò)合物化學(xué)，接著是核燃料化學(xué)，再轉(zhuǎn)到稀土化學(xué)。徐光憲院士在這些領(lǐng)域均有所建樹，尤其是所創(chuàng)立的“串級萃取理論”引導(dǎo)了我國稀土分離技術(shù)對西方國家的逆襲，徹底打破我國低價出口稀土原料再高價進(jìn)口高純稀土的窘境，使我國從稀土大國邁向稀土強(qiáng)國，被稀土界國際同行贊為“China Impact”，時至今日我國仍是全球唯一擁有稀土全產(chǎn)業(yè)鏈的國家，為此徐光憲院士居功至偉。以老一輩化工人的愛國事跡引導(dǎo)學(xué)生厚植愛國情、砥礪強(qiáng)國志、力踐報國行，將個人理想前途同國家發(fā)展緊密結(jié)合，把無悔青春播撒在實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興中國夢的偉大征程上。進(jìn)一步聯(lián)系當(dāng)前以美國為首的西方國家對我國實施的技術(shù)封鎖，使學(xué)生懂得關(guān)鍵核心技術(shù)要不來、買不來、討不來，要取得突破必須走自主創(chuàng)新之路。

（三）工程化學(xué)融入團(tuán)隊協(xié)作精神

當(dāng)前，隨著社會變革的加劇，單打獨斗越發(fā)難以適應(yīng)日趨激烈的社會競爭，培養(yǎng)大學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作精神是時代發(fā)展的必然要求，也是素質(zhì)教育的重要內(nèi)容[5]。在“生物大分子”一節(jié)，借運動中的團(tuán)隊協(xié)作精神引出我國科學(xué)家在二十世紀(jì)五六十年代經(jīng)過數(shù)年集體攻關(guān)，在世界上首次人工合成結(jié)晶胰島素的案例[6]。1958 年，我國科學(xué)家率先提出合成胰島素的設(shè)想。胰島素是由兩條肽鏈組成的生物大分子，其合成相當(dāng)復(fù)雜，涉及有機(jī)合成、化學(xué)與生物分析、生物活性等方面，工作量大，技術(shù)難度高，在當(dāng)時極其艱困的研究條件下僅靠一家單位難以短時間內(nèi)完成。由中科院上海生化所、中科院上海有機(jī)所、北京大學(xué)組成的主研發(fā)團(tuán)隊始終貫徹團(tuán)隊協(xié)作精神，分工協(xié)作、攻堅克難，“不搞上海的胰島素，不搞北京的胰島素，一心一意搞出中國的胰島素”[7]，在胰島素的研究上不斷取得突破，完成天然胰島素的拆合工作，獲得人工半合成結(jié)晶胰島素，并最終實現(xiàn)結(jié)晶胰島素的人工全合成，開辟了人工合成蛋白質(zhì)的新時代，在人類認(rèn)識和探索生命的征程中邁出關(guān)鍵一步（圖1）[6]。人工全合成結(jié)晶胰島素是中國科技發(fā)展史上團(tuán)結(jié)協(xié)作的典范，通過該案例使學(xué)生深刻感悟到團(tuán)隊協(xié)作精神的內(nèi)涵，團(tuán)隊的所有人圍繞著共同目標(biāo)而協(xié)同合作，充分發(fā)揮每個人的潛能，取長補(bǔ)短、優(yōu)勢互補(bǔ)，從而實現(xiàn)個人和團(tuán)隊的雙贏。進(jìn)一步聯(lián)系到日常生活，鼓勵學(xué)生踴躍參加集體性活動，增強(qiáng)與他人溝通和協(xié)作的能力，提升學(xué)生的綜合素質(zhì)能力，以更好地適應(yīng)日趨激烈的社會競爭。

圖1 人工全合成的胰島素結(jié)晶[6]

（四）工程化學(xué)融入綠色環(huán)保理念

在“固體廢棄物”和“復(fù)合材料”等小節(jié)，從太平洋上的“垃圾島（主要由廢舊塑料制品構(gòu)成）”引出“白色污染”對環(huán)境和生態(tài)的嚴(yán)重危害性，而掩埋和焚燒等傳統(tǒng)處理方式的弊端極其突出，進(jìn)一步引出作為解決“白色污染”問題嶄新策略的綠色新材料，借助以廢舊塑料制備的綠色復(fù)合材料和代替塑料制品的綠色復(fù)合材料向?qū)W生普及綠色環(huán)保理念。在廢舊塑料利用方面，介紹廣泛應(yīng)用于建筑裝飾的新型綠色復(fù)合材料——木塑地板，其能夠以廢舊的熱塑性塑料（聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等）和植物纖維（木屑、稻殼、秸稈等）為主要原料，經(jīng)熱壓成型和注射成型等工藝而制成。木塑地板具有防水防蛀、甲醛釋放少、尺寸穩(wěn)定性高和可加工性強(qiáng)的顯著優(yōu)勢，并且呈現(xiàn)出木地板的類似質(zhì)感，減少“白色污染”的同時還可以變廢為寶，一舉多得，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益顯著。目前，木塑地板的市場份額不斷擴(kuò)大，發(fā)展勢頭強(qiáng)勁。在塑料代替品方面，介紹俞書宏院士團(tuán)隊研發(fā)的細(xì)菌纖維素（一種由細(xì)菌分泌的天然納米纖維素）基復(fù)合薄膜[8]。該團(tuán)隊通過原位生物合成法將黏土片與細(xì)菌纖維素相結(jié)合構(gòu)建出黏土/細(xì)菌纖維素復(fù)合薄膜，該復(fù)合薄膜呈現(xiàn)出遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)塑料薄膜的力學(xué)性能，強(qiáng)度和模量分別達(dá)到商用PET 薄膜的6 倍和3 倍以上，最高服役溫度接近250°C，優(yōu)于傳統(tǒng)塑料薄膜，熱膨脹系數(shù)僅相當(dāng)于傳統(tǒng)塑料薄膜的幾十分之一，尺寸受溫度變化影響小，更重要的是該復(fù)合薄膜全生命周期綠色無污染，放置于土壤兩個月后可自然降解（圖2）。這種綜合性能優(yōu)異的復(fù)合薄膜有望成為傳統(tǒng)塑料薄膜的綠色環(huán)保代替品。借助上述案例使學(xué)生了解到木塑地板和黏土/細(xì)菌纖維素復(fù)合薄膜等綠色新材料在解決“白色污染”問題上發(fā)揮著重要作用，充分認(rèn)識到綠色環(huán)保理念是社會和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然選擇，牢固樹立“綠水青山就是金山銀山”的意識，并且進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生減少“白色污染”和踐行綠色環(huán)保理念從日常生活的點滴做起。

圖2 黏土/細(xì)菌纖維素復(fù)合薄膜的性能

（五）工程化學(xué)融入辯證唯物主義

辯證唯物主義是把唯物主義和辯證法有機(jī)地統(tǒng)一起來的科學(xué)世界觀，是認(rèn)識和改造世界的強(qiáng)大思想武器。化學(xué)學(xué)科的原理和規(guī)律普遍滲透著辯證唯物主義的思想，工程化學(xué)便蘊(yùn)含著量變質(zhì)變規(guī)律和矛盾的對立統(tǒng)一規(guī)律等。量變質(zhì)變規(guī)律量揭示了事物發(fā)展過程中的兩種常見形式，即量變和質(zhì)變，量變體現(xiàn)事物發(fā)展?jié)u進(jìn)過程中的連續(xù)性，而量變積累到一定程度引起質(zhì)變，導(dǎo)致事物發(fā)展出現(xiàn)本質(zhì)變化[9]。在“元素周期律”一節(jié)，對于同主族元素而言，自上而下原子半徑逐漸增大，電負(fù)性依次減小，元素的金屬性不斷增強(qiáng)，由非金屬元素過渡到金屬元素，如ⅣA 族中從非金屬元素“碳（C）”和“硅（Si）”過渡到金屬元素“鍺（Ge）”“錫（Sn）”“鉛（Pb）”等。在“電極電勢的產(chǎn)生、計算和應(yīng)用”一節(jié)，鹽酸和二氧化錳反應(yīng)制取氯氣的例題從電極電勢的角度給出僅當(dāng)鹽酸濃度超過一定值時才能與二氧化錳反應(yīng)制取氯氣。在“溶液中的氣-液和液-液平衡”一節(jié)，從“乙醇-水系統(tǒng)溫度-組成圖”可得出對于組分確定的乙醇-水系統(tǒng)，系統(tǒng)物相的組分會隨著溫度逐漸變化，發(fā)展到一定階段還會引起物相種類的變化。上述案例無不是量變質(zhì)變規(guī)律在化學(xué)學(xué)科的典型體現(xiàn)。另一方面，矛盾對立又統(tǒng)一，對立性指矛盾雙方相互對立、相互排斥的屬性，而統(tǒng)一性則指矛盾雙方相互依賴、共存一體，甚至在一定條件下可相互轉(zhuǎn)化，矛盾的對立統(tǒng)一規(guī)律推動著事物發(fā)展[9]。基于氧化還原反應(yīng)的鋰離子電池是反映矛盾的對立統(tǒng)一規(guī)律的典型化學(xué)案例。鋰離子電池的工作原理如圖3 所示，充電過程中鋰離子從正極脫出而嵌入負(fù)極，電子由正極經(jīng)外電路抵達(dá)負(fù)極，正極發(fā)生氧化反應(yīng)而負(fù)極發(fā)生還原反應(yīng)；放電過程中鋰離子從負(fù)極脫出而嵌入正極，電子由負(fù)極沿外電路返回正極，正極發(fā)生還原反應(yīng)而負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)[10]。從單一的充電或放電過程來看，正負(fù)極的鋰離子脫嵌、電子得失及反應(yīng)類型情況截然相反，體現(xiàn)出矛盾的對立性。有鋰離子的脫出必然有鋰離子的嵌入，有電子的失必然有電子的得，有氧化反應(yīng)必然有還原反應(yīng)，正是這同時出現(xiàn)的相反表現(xiàn)將矛盾雙方緊密統(tǒng)一起來。從整體上看，在充放電過程中，正負(fù)極的鋰離子脫嵌、電子得失和反應(yīng)類型均可逆，即充放電實現(xiàn)電能和化學(xué)能的相互轉(zhuǎn)換，反映出矛盾雙方在一定條件下可相互轉(zhuǎn)化，矛盾的對立統(tǒng)一規(guī)律推動著事物發(fā)展。將課程知識與辯證唯物主義相聯(lián)系既可使學(xué)生對課程知識的認(rèn)識升華到辯證唯物主義高度，加深對課程知識的理解和掌握，又能使學(xué)生受到辯證唯物主義思想的熏陶，引導(dǎo)學(xué)生利用辯證唯物主義思維思考和解決問題，熟諳“勿以惡小而為之，勿以善小而不為”的道理，遇到困難時不要氣餒，充分利用現(xiàn)有條件使之朝著有利的方向發(fā)展。

圖3 典型鋰離子電池的工作原理示意圖[10]

三 結(jié)束語

針對工程化學(xué)的課程特點，通過合理設(shè)計案例將思政元素巧妙地融合到工程化學(xué)的課程教學(xué)過程中，做到思政元素的滲透不牽強(qiáng)附會，達(dá)到鹽溶于水的效果，寓價值觀引導(dǎo)于知識傳授之中，借助情操陶冶、榜樣力量、問題導(dǎo)向等方式引導(dǎo)學(xué)生樹立家國情懷、團(tuán)隊協(xié)作精神、綠色環(huán)保理念和辯證唯物主義思維等，全面提升學(xué)生的政治思想素質(zhì)、人文道德情懷、專業(yè)技能水平，為國家和社會培養(yǎng)高素質(zhì)人才。