化學工程的基礎課程思政教育探索

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摘要：《化學工程基礎》是應用化學、環境、制藥和食品工程等理工科專業的核心基礎課。結合《化工基礎課程》的教學內容和特點，本文探索了《化學工程基礎》課程中的思政元素，有針對性地開展了課程思政教育的探索，實現了化工專業知識與課程思政元素的有機結合，從而有效的將思想政治教育貫穿到專業課程教學的各個環節。

關鍵詞：化學工程基礎；教學內容和特點；課程思政；探索

高校思政教育的指導性文件《高等學校課程思政建設指導綱要》在2020年5月28日由教育部審議通過，頒布執行。“課程思政”是一種課程教學理念，它要求各類課程以“立德樹人”為價值旨歸，通過挖掘、提煉課程內蘊藏的家國情懷、社會責任、倫理規范、科學和人文精神等思想政治教育資源，實現知識傳授與價值引領的有機統一[5]。作為高校化工及其他相關專業的一門核心專業課，《化學工程基礎》旨在培養學生的工程觀點、實驗技能和設計能力，達到用科學的方法考察、分析、處理工程實踐中出現的實際問題，并引導學生形成辯證唯物主義哲學觀[6]，兼顧、平衡“授業”與“傳道”無疑是《化學工程基礎》課程在新時期的重要使命。《化學工程基礎》課程中蘊含著眾多的思政元素，應結合《化學工程基礎》課程的內容和特點，在教育教學的各個環節中，將思想政治教育有機的貫穿于化工原理的教學過程，從而實現立德樹人的根本任務[7]。本文結合近年來《化學工程基礎》課程教學的改革和實踐，進一步挖掘了《化學工程基礎》課程教學中的思政元素，并探討了其教學實踐活動，以期實現思政教育與專業知識傳授在教學工作中的有機結合。

1《化學工程基礎》課程中“課程思政”元素的挖掘，探索與教學實踐

(1)在《化學工程基礎》課堂教學中，結合教學內容穿插介紹科學家典型事跡，傳承愛國主義，科學精神，獻身精神。例如，在介紹求取流體流動摩擦系數時，以顧毓珍先生的事跡為例對學生進行愛國主義、理想信念和科學精神的教育。在介紹流體流動摩擦系數時，以顧毓珍先生的事跡為例對學生進行愛國主義、理想信念和科學精神的教育。經驗公式是《化學工程基礎》課程的一大特色，是解決工程問題的有效手段，顧毓珍先生早年在美國MIT期間，針對摩擦系數(范寧因子f)、直管相對粗糙度以及雷諾數之間的關系進行了研究，總結出了著名的顧毓珍公式。顧先生獲博士學位后，毅然決然的回到祖國，選擇報效國家。在講解流體流動形態時，介紹科學家雷諾的事跡，傳播科學家的探索精神和堅忍不拔的精神。1880~1883年間，雷諾通過改變實驗中流體的類型、流體流經的管徑、流體流動速度等因素進行了大量的實驗研究，發現了后來以他的名字命名的準數---雷諾數，通過該數可以明確流體的流動形態，對指導實驗研究做出了巨大的貢獻。在介紹對流傳熱系數關聯式時，講解科學家努塞爾的事跡，培養學生一絲不茍、精益求精的工匠精神。量綱分析可用于研究有關無量綱數群之間的準則關系，它是對強制對流和自然對流的基本微分方程及邊界條件進行研究的基本方法，在無量綱準則關系式的指導下，1909到1915年努塞爾開辟了一種用實驗法求解對流傳熱問題的模式，使這一問題得到了極大的簡化，正是他不懈的努力才促進行了對流換熱研究的發展。在《化學工程基礎》課程教學中，用這些科學家的探索精神以及為科研的獻身精神激發學生科技報國的家國情懷，鼓勵他們為祖國的未來而努力奮斗，敢于面對困難敢于迎接挑戰，凝結學生的民族情愫和使命擔當。

(2)在《化學工程基礎》課堂教學中，結合教學內容穿插環保、健康、安全以及社會責任等德育元素，提升學生生態保護意識，強化學生的社會責任感。化工過程是一個追求經濟效益最大化的過程，但在追求效益的同時不能忽視環境、資源的有效利用，化工產業的發展必須要與自然和諧共生，要堅持走可持續發展的道路。“綠水青山就是金山銀山”，在教學過程中，應培養學生環保意識，傳遞并踐行“綠水青山就是金山銀山”的綠色環保理念[8]。例如在講解精餾、吸收等單元操作時，化工過程排放的廢棄物包括廢氣(VOCs即揮發性有機物)、固廢和廢水，若非達標違法排放勢必造成環保事件。教學過程中應注重加強學生綠色化工理念的教育和培養，使學生充分認識到可持續發展的重要性；在精餾過程中，關于回流比的確定中，告訴學生寧愿增加設備費用等一次性投資費用，也要盡量減少操作費用以節約能源；以熱泵精餾為例，在講授“精餾”單元操作時，重點強調精餾過程中廢熱的循環利用，以降低精餾中的能耗。同時，以印度博帕爾農藥污染事件(1984年，一家美國公司造成有史以來最嚴重的工業災難，它在印度的博帕爾直接導致2.5萬人死亡，間接導致55萬人死亡，永久性殘廢20多萬人，)為例，告訴學生，環境一旦被污染，治理將是一個漫長的過程，并且將會付出慘痛的代價，培養學生的環保意識，增強其社會責任感。在教學過程中，始終強調，確定一個工程能不能實施時，除了要考慮經濟效益，還要考慮環保因素、法律以及安全問題，引導學生從技術可行性、經濟合理性，社會責任等方面分析問題，培養學生的節能環保的理念以及創造美的能力，樹立社會主義核心價值觀。

(3)科學的思維方式有助于做好思想政治教育工作，《化學工程基礎》課程教學中，也必須要注重學生科學思維方式的培養。化學工程基礎課程中有大量的科學思維方法。①將未知問題轉化為已知問題來解決。在介紹對流傳熱內容時，以牛頓冷卻定律為例。它在研究對流傳熱過程中，設定有一定厚度的靜止流體膜(傳熱有效膜)存在，擬考查的對流傳熱過程的熱阻與該靜止流體膜的熱阻恰好相當。運用傳熱有效膜的概念，為將原本復雜未知的對流傳熱問題轉化為有效膜內已知的熱傳導問題進行研究；傳熱中，對數平均推動力的計算也是將難于測量的流體主體溫度用易于測量的流體進出口溫度進行代替；在傳質過程中，將復雜的未知的湍流擴散問題通過雙模理論假設來分析。(a)氣、液兩流體間相接觸時，接觸處存在有穩定的相界面，各有一層很薄的穩定的氣膜或液膜在界面兩側附近，以分子擴散的方式溶質能通過該兩膜層；(b)相界面上沒有傳質阻力，界面上的氣、液兩相呈平衡狀態；(c)氣、液兩相主體區在膜層以外無傳質阻力，即分壓梯度(或濃度梯度)為零。雙膜理論把整個相際傳質過程簡化為溶質通過兩層有效膜的分子擴散過程來研究。在授課過程中，這有利于啟示學生在科學研究中，要善于轉化思維，創新思維，力求做到化繁為簡，轉未知為已知。②分步分段解析法。一般而言，影響化工問題的因素很多，對于復雜的化工問題可以按一定條件將其拆解為多個簡單問題，然后逐一擊破。在講解精餾過程中，將精餾塔分為精餾段和提餾段兩部分分別研究的分段研究方法，使精餾精餾段和提餾段操作線方程計算過程得到簡化，為精餾時理論塔板層數的計算提供了方便；在流體流動過程中，計算流體流動阻力時，按流體流動路徑分為直管阻力和局部阻力分別計算；在直管阻力系數計算時又按照流體流動方式不同分為層流和湍流分別計算，經過分解，使得原本復雜的化工問題變得條理清晰，易于解決。在授課過程中，勉勵學生在科學研究中，要從實際出發，善于拆解歸納，培養他們的科學邏輯思維能力。③在復雜問題研究過程中，抓住主要矛盾，忽略次要矛盾。如在流體流動單元中，湍流條件下流體流動阻力的計算，傳熱過程中，對流傳熱系數的確定以及傳質過程中，傳質系數的計算都使用了量綱分析法(因次分析方法)。該方法是一種數學分析方法，通過量綱分析，可以正確的分析各變量之間的關系，簡化試驗和成果整理過程。量綱分析的本質是一種數學分析方法，在簡化試驗和成果整理過程的同時，它可以正確的分析各變量之間的關系。分析判斷事物間數量關系所遵循的一般規律時必須根據一切量所必須具有的形式是量綱分析的基本特征，在計量方面量綱分析可以檢查并反映物理現象規律方程的正確性，甚至于物理現象某些規律的線索也能被提供，這極大地簡化了實驗過程，在教學過程中將這些科學的思維方式穿插其中，讓學生掌握科學的思維方式。在授課過程中，注重訓練學生的計算方法以及思維能力，進一步培養他們的工程職業素養。

(4)結合自然科學與哲學素材，將哲學觀點滲透到化工基礎教學內容中，培養學生用科學的世界觀和方法論看待化學工程問題。2020年教育部印發的《高等學校課程思政建設指導綱要》明確指出：“理學、工學類專業課程，要在課程教學中把馬克思主義立場觀點方法的教育與科學精神的培養結合起來，提高學生正確認識問題、分析問題和解決問題的能力。”任何事物都有其兩面性，課堂上注重培養學生用辯證的觀點看待問題。例如，在流體流動過程中，如果管徑一定，要提高流量，必然需要增加流體在管中的流速，而流速增加會導致流體在管路中流動的阻力增大，這要求提供的動力也相應增加，因此，流體在管中的流速要綜合考慮各種因素的影響才能最終確定；如在吸收過程中，為了快速達到理想的吸收效果，可以加大吸收劑的用量，但這無疑又加大了解吸的難度，同時，如果吸收劑用量過大，吸收塔的塔徑又要增加，設備費用就會增加，但如果吸收劑用量過小，為達到吸收要求，吸收塔塔體就會很高，設備費用也會增加，所以我們要綜合考慮設備費用和操作費用等各種因素的影響來選擇適宜的吸收劑用量；又如在精餾過程中，如果使用制作工藝條件相對簡單的塔板如篩板塔作為精餾塔塔板，則塔板效率較低，而板效率較高的塔板如泡罩塔的制作工藝又相對復雜，所以在選擇塔板時也要綜合考慮相關因素。通過這些例子的講解，充分發掘學生的思維創新能力，潛移默化地培養學生的工程意識，讓學生能夠用一分為二的觀點看待工程問題，做出合理的選擇。任何事物之間都有普遍聯系，所以要用聯系發展的眼光看問題。例如，在講解塔設備時，考慮到課時問題，在精餾單元主要以板式塔為例進行講解，在吸收單元主要以填料塔為例進行講解，而實際上精餾和吸收都可以用板式塔或填料塔進行，這時就需要將板式塔的理論塔板數和填料塔的傳質單元數對應起來，把板式塔的板間距和填料塔的填料層的填料層高度對應起來，使學生能夠將這兩個單元聯系起來，將兩種塔的使用也聯系起來；再如，化學工程中動量傳遞、熱量傳遞與質量傳遞的(“三傳”)的基本原理、數學模型及求解方法，傳遞速率的理論計算都具有一定的類比性：這三種傳遞過程有相似的傳遞機理，相似的數學表達形式。在類比關系的基礎上，可以根據已知的一類傳遞規律，類推其他兩種傳遞的規律。通過這些例子的講解，培養學生能夠用聯系發展的觀點看待化學工程中的科學問題。

(5)在課程教學之外，利用學科競賽，培養學生的自主設計能力和創新能力。學科競賽是培養大學生綜合素質和創新精神的有效手段和重要載體，對營造創新教育氛圍，培養學生的創新精神，協助作精神和實踐能力，激發學生的興趣和潛能具有重要作用。我校積極鼓勵大學生參加“全國大學生化工設計競賽”，該競賽要求五人為一個隊伍，在隊伍中，所有人分工不同，由隊長統一協調進度，在設計過程中，學生要查閱各種化工資料，互相協作，要能夠熟練利用Aspenplus軟件進行化學工藝流程設計，能夠用CAD軟件和3D軟件對工廠進行布局，通過環評軟件對自己設計的流程進行環境評價，通過實踐來發現和解決實際工程問題。參加該競賽既鍛煉了學生的寫作能力和邏輯思維能力，又對學生的表達能力、組織能力、實踐能力以及分工合作的團隊精神等素質的培養起著巨大的作用，極大地提高了《化學工程基礎》課程的教學質量。總的來說，在課程講授過程中要將化工基礎專業知識和社會主義價值觀、科研獻身精神、科學思維方式、環保、健康和安全以及法律規范等德育元素、職業道德、職業素養等進行深度結合，同時要利用學科競賽對學生科研創新能力及團隊協作精神進行培養，有針對性地進行課程思政教育，實現化工專業知識與課程思政元素的有機結合。

2結束語

隨著教育教學改革的不斷深入，課程思政教育的不斷探索，實踐證明，《化學工程基礎》課程教學中蘊藏著豐富的思政教育元素，是對大學生思想政治課程的強有力補充。通過《化學工程基礎》課程中的思政教育，讓學生時時處處受到思政教育的熏陶，為其人生的健康發展奠定堅實的基礎。

參考文獻

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作者:李淑萍 單位:西安電子科技大學 先進材料與納米科技學院