思政教育融入合成氨課程的研究

李學峰(1.許昌學院醫學院，河南 許昌 461000；2.許昌學院化工與材料學院，河南 許昌 461000)

0 引言

2016年12月，習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上提出要求：“要用好課堂教學這個主渠道，思想政治理論課要堅持在改進中加強，提升思想政治教育親和力、針對性，滿足學生成長發展需求和期待，其他各門課都要守好一段渠、種好責任田，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協同效應。”[1]2020年5月，教育部印發的《高等學校課程思政建設指導綱要》明確指出：立德樹人成效是檢驗高校一切工作的根本標準，全面推進課程思政建設是落實立德樹人根本任務的戰略舉措[2]。至此，黨和國家已經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全過程、實現三全育人和開創我國高等教育新局面勾畫了清晰的藍圖。此后，各級教育管理部門、各高校也迅速貫徹落實該項方針政策，課程思政的思路方法和成果成效也不斷涌現[3-4]。以河南省為例，省教育廳開展了本科高校課程思政項目建設、河南省本科高校課程思政教學研究示范中心建設以及省級教改課程思政專項等工作，各高校也相應開展學習、培育、立項以及推廣工作[5]。同時，全國各高校課程思政方面的研究成果也不斷涌現，如，化工原理、工業催化、無機化工工藝等化學化工類課程的課程思政研究已有大量報道。

但是，在諸多研究論文中，均以傳統課程為研究對象，形式較為單一[6-8]。本文則改變傳統方式，選取典型的化工反應——合成氨為案例，對課程思政知識點進行挖掘和運用，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重要地位的關鍵。

第二，合成氨是一個龐大的系統工程。其核心是氨生成的過程，也就是目前的主流工藝，即氮氣和氫氣在高溫高壓以鐵為催化劑的條件下反應生成氨氣的過程。在氨氣制備這個核心過程中，關鍵技術是催化劑的設計制備，核心是主催化劑組分的選擇。一百多年來，應用的都是鐵催化劑。

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，同時還有相當數量的未反應的原料氣要重新加壓而循環使用。

第四，合成氨技術要素除了上述物料、反應和配套工段外還有設備，包括高壓反應設備、物料存儲和輸送設備以及分離設備[9]。

1.2 發展歷史

人們主要是通過改變土壤肥力而提高農作物的產量。當人類發現了氨、認識到氨的結構和作用，直至工業化制成氨。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一大批杰出科學家在內的科研工作者，都投入到通過氮氣和氫氣合成氨的課題攻關中[10]。但是，由于基礎理論研究的掣肘，課題進展緩慢。1902年，Haber開始系統研究合成氨，逐步解決了熱力學、動力學和催化劑等關鍵問題，解決了前面幾百年困擾學術界和產業界的難題，包括高壓氨合成思路、氨的平衡濃度(反應限度)、封閉流程和循環操作工藝技術，并篩選出鋨和鈾為催化劑，使合成氨工業化變為可能[10]。

1908年，BASF公司與Haber正式簽署合作協議，聯合攻關合成氨工業化。隨后，由Carl Bosch解決了廉價制氫氣和氮氣原料中高壓設備和方法兩個關鍵問題，而Alwin Mittasch則尋找到更為價廉、穩定的鐵催化劑，Haber則將理論不斷完善，與工業化實際結合，最終促成1913年BASF公司建成了世界上第一套合成氨工業裝置，并實現氨3～5 t的日產量。這一偉大時刻，距第一次實驗室合成氨已經過去了159年[10]。

截至目前，工業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和完善。

1.3 最新進展

當前，合成氨原料氣制備已經經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，可以根據原料實際因地制宜、靈活采用。高壓裝置則實現了大型化、

智能化和多用途化。但是，目前的核心技術攻關目標仍是催化劑的開發，即力圖實現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，可實現200 ℃、5 MPa下的氨合成，已經取得突破；采用電化學方法，可實現在570 ℃、常壓下合成氨，氫氣轉化率幾乎達100%，成效斐然；仿生合成，即化學模擬生物固氮法，已經通過接種根瘤菌實現大豆增產，前景廣闊[10]。

1.4 涉及成果

合成氨的發展經歷了二百多年，已經產生諸多成果。理論成果包括化學反應熱力學和動力學方面，比如催化劑的特征、平衡移動、反應限度(理論產率)、反應速率、活化能理論等[11]；工業應用成果包括合成氨工業、化肥工業、硝酸工業、高壓設備與裝置、制氣(氫氣、氮氣、一氧化碳)工藝、儲氫技術、脫硫脫碳及水煤氣合成系列催化劑、聯產尿素、碳酸氫銨和純堿等技術；知識的傳承傳播上，形成了合成氨課程，在某些職業院校中還設有合成氨或化肥專業，在化學化工類課程中，涉及合成氨的課程包括物理化學、工業催化、化學工藝、化學反應工程等[10]。

2 思政案例凝練

2.1 愛國主義與是非觀念

Haber發明的合成氨技術主要用于生產化肥，從而直接解決糧食問題、間接解決炸藥問題，為人類發展作出巨大貢獻，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、航天推進劑等重大石油化工催化領域實現技術的國產化和自主化，他們真正體現了愛國主義品格[12]。

2.2 精益求精與工匠精神

Haber研究成功合成氨技術時，開發的催化劑是鋨和鈾，但存在原料稀缺和成本高昂的問題。工業化時采用的Alwin Mittasch開發的鐵催化劑，提高了氨合成效率，也大大降低成本，這是重大技術進步。隨后，經過眾多科學家和工程師的不斷研究，催化劑成分不斷優化，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。這個過程體現了工匠精神，其內涵包括敬業、精益、專注、創新等[10]。

2.3 辯證唯物主義認識論

在合成氨技術開發和研究過程中，往往可以通過研究其逆反應，即通過氨分解的催化劑來研究合成氨的催化劑。因為平衡常數不變，正逆反應速率相同比例增加或減少，所以逆反應的良好催化劑對正反應也是同樣有效的，這是催化劑特征的運用。另外，合成氨生產中，經常采用適當控制降低轉化率的方法來達到提高選擇性的目的，這是因為高選擇性可降低產物分離能耗、避免浪費原料，而轉化率低還可以通過循環反應繼續利用原料，這也提高了綜合生產效率。這兩個案例均是正確利用矛盾從而巧妙解決矛盾的典型，是辯證唯物主義認識論在工業催化領域的具體運用[13]。

2.4 理論聯系實際與協作精神

在合成氨工業化過程中，科學家Haber是通過研究反應的熱力學、動力學，為催化劑開發提出思路和方向，但他提出的催化劑不具備工業優勢。而與BASF公司合作后，工程師Carl Bosch將其理論和設想按照工業化模式進行實現，并解決了高壓設備問題。正是通過科學家和工程師合作，理論聯系實際，才使得合成氨順利實現工業化。二人分別獲得諾貝爾獎，充分證明了理論聯系實際和協作精神的重要性[10]。

2.5 掌握核心技術與鉆研精神

Haber與BASF公司合作并將合成氨工業化后，可不斷生產化肥和炸藥，具有重大意義。雖然是發動戰爭是反面的、應受譴責的，但由于德國對該項核心技術具有壟斷性而提前發動第一次世界大戰，充分說明了核心技術的重要性。而我國合力攻關、努力鉆研，實現了合成氨、尼龍、乙烯工程直至高鐵和大飛機的國產化，掌握了核心技術，突破了國外的技術封鎖，才能走上獨立自主的工業發展道路[14-15]。

3 課堂講授方法

根據案例教學法的實施步驟，結合上述思政案例，在課堂講授時應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或與案例有關的問題，引導學生點出案例知識點，可用語言直接敘述或以圖片、視頻等多媒體形式呈現；第二步，對案例進行分析，深入分析案例的原理、發生背景、關聯事件、關聯的科學家或名人軼事，并歸納出思政要點；第三步，對思政要點進行拓展延伸，與現實生活、生產、社會經濟等情況聯系起來，讓學生認識到思政要點所涵蓋的道理、精神、方向、思路等，從而達到思政育人的目的[16]。至此，教師的精心講授讓學生掌握專業知識的同時，還通過思政教育學會并樹立了正確的道德觀、人生觀和價值觀，真正實現教育立德樹人的目標。現結合上述兩個思政案例舉例如下。

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，同時展示另一組圖片，順序為“張大煜與燃料煤油、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從發明合成氨技術造福人類，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家實現重要工業技術國產化的事跡，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，凝練出思政內涵：弘揚為國奉獻的愛國主義，但要有正確的是非觀念，不能以危害人類為代價；最后，應該引導學生，在當今工業技術發展迅速、信息傳播便捷高效的時代，更應該多了解優秀的科學家、技術能手和英雄人物，學習他們的愛國精神和偉大人格，培養自己正確的三觀，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，教師展示一組數據，分別為合成氨自首次工業化到當今每一階段的技術進步，包括催化劑活性組分選擇變化、固體催化劑組成改進、轉化率和選擇性的指標提升、能耗降低程度(溫度和壓力)等數據，提出思政案例或思政事件[13]；其次，分析合成氨技術進步的數據，說明科學家精益求精的精神，正是工匠精神的典型表現；最后，將此思政案例拓展，聯系到目前我國的領先技術，包括高鐵、盾構機、北斗系統等，其思想內核都是對待技術追求精益求精的工匠精神。還可勉勵學生：我國現在實施創新驅動戰略，需要大學生具備工匠精神，保證不管在生產、研發還是流通領域，都能做到精益求精，將產品和服務質量做到最好，從而提高企業乃至國家的競爭力。

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，產品氨氣或氨水是大宗化學品化肥和硝酸的主要原料，且其發展歷程體現了熱力學和催化化學的發展特點，具有較大的研究價值；另一方面，合成氨可以是一門獨立課程，也可以是物理化學、化學工藝和工業催化等課程的重要模塊。因此，在合成氨技術講授過程中融入課程思政，具有下述重要的意義：第一，將合成氨技術模塊的理論、實踐和發展講授好，可以為講好合成氨技術模塊打好基礎；第二，課程思政在合成氨技術模塊的成功運用，可以為物理化學等化學化工類課程改革提供思路；第三，通過課程思政培養學生的愛國情懷、工匠精神和正確的人生觀和世界觀，勢必對學生學習專業知識、提高綜合素質大有裨益，為三全育人實踐提供有益的借鑒。

5 結語

在專業課教學和學科教育過程中，尤其是在課堂上，開展課程思政，是新時代的要求和創舉。該項舉措是我黨進行全面教育改革的具體體現，是進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、工業催化等課程中開展課程思政教學實踐和研究已有諸多成果，但將將合成氨知識點進行凝練，對其在不同課程中的課程思政元素進行充分挖掘，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踐中，還要注意以下幾點：第一，導入合成氨課程思政元素時要自然，實現“軟著陸”。即知識點要與課程思政要求的元素直接相關，在生活生產中存在，使學生能夠理解，不會有生拉硬拽、牽強附會之嫌；第二，對比正反兩個方面的案例。這有利于知識點分析透徹，使學生更容易理解、記憶；第三，授課形式要靈活多樣，可采用線下與線上結合、課件中通過超鏈接導入視頻動畫等內容、老師與學生互動討論等形式。總之，在課程思政作為常態教學內容越來越重要的背景下，我們應嘗試合成氨案例庫建設，充分挖掘知識點和元素，注重多樣、高效的課堂教學，這必定能對相關課程專業教學質量、學生思想政治素養和學生綜合能力提升起到重要的促進作用。