食品工程原理課程思政建設(shè)的教學(xué)實(shí)踐

摘要：食品工程原理課程是食品科學(xué)與工程專業(yè)的一門具有工程性和實(shí)踐性的專業(yè)必修課。文章以流體流動章節(jié)為例，將家國情懷和愛國主義精神，哲學(xué)思維和思辨能力，理想信念和科學(xué)精神，抗挫能力和工匠精神，安全意識和職業(yè)素養(yǎng)，循環(huán)利用和成本意識，綠色發(fā)展和環(huán)保理念等思政元素融入到食品工程原理課程的教學(xué)中，從而構(gòu)建食品工程原理課程思政的教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：食品工程原理；流體流動；課程思政；教學(xué)目標(biāo)；教學(xué)內(nèi)容

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20230217

基金項(xiàng)目：柳州工學(xué)院校級課程思政示范課程（2022kcsz036）。

Teaching practice of ideological and political construction in the course of food engineering principles

Huang Yanling， Luo Ying， Zheng Lilang

（ Liuzhou Institute of Technology， Liuzhou， Guangxi 545616 ）

Abstract： Food engineering principles is a required course of engineering and practice for the major of food science and engineering. Taking the chapter on fluid flow as an example， the ideological and political elements such as national feeling and patriotism， philosophical and critical thinking， ideal belief and scientific spirit， resilience and craftsmanship， safety awareness and professionalism， recycling and cost awareness， green development and environmental protection concept were blend into the teaching of food engineering principles course， in order to construct the teaching objectives and teaching contents of the ideological and political education of food engineering principles course.

Key words： food engineering principles， fluid flow， ideological and political course， teaching objiectives， teaching contents

食品工程原理是食品科學(xué)與工程專業(yè)的一門專業(yè)必修課，是將實(shí)驗(yàn)室科研成果轉(zhuǎn)化成工業(yè)化生產(chǎn)的理論課程，具有實(shí)踐性與工程性的雙層特性。該課程著眼于培養(yǎng)食品科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生的工程思維，分析和解決工程問題的能力。高校課程思政建設(shè)應(yīng)以專業(yè)課作為思政教育的載體，充分利用好課堂教學(xué)主渠道，堅(jiān)持有機(jī)融合和春風(fēng)化雨的原則，將知識傳授、能力培養(yǎng)和價(jià)值塑造貫穿在教學(xué)的全過程中，從而達(dá)到立德樹人的根本任務(wù)。現(xiàn)以流體流動章節(jié)為例探討如何構(gòu)建一套完整的食品工程原理課程思政的知識融合體系，為相關(guān)專業(yè)課程的課程思政建設(shè)提供一定的思路。

1 流體流動章節(jié)課程思政的教學(xué)目標(biāo)

流體流動章節(jié)從專業(yè)課的角度出發(fā)制定的教學(xué)目標(biāo)為“掌握流體靜力學(xué)原理及應(yīng)用，流體動力學(xué)方程及應(yīng)用，流體流動現(xiàn)象，流體流動阻力的計(jì)算，管路計(jì)算，流量測定”。融入課程思政元素后的教學(xué)目標(biāo)為“運(yùn)用馬克思主義哲學(xué)思想來指導(dǎo)學(xué)生掌握本章節(jié)的知識，并通過本章的學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生的家國情懷和愛國主義，哲學(xué)思維和思辨能力，理想信念和科學(xué)精神，抗挫能力和工匠精神，安全意識和職業(yè)素養(yǎng)，循環(huán)利用和成本意識，綠色發(fā)展和環(huán)保理念。”

2 流體流動章節(jié)課程思政的教學(xué)內(nèi)容

食品生產(chǎn)過程中，許多原料、半成品、成品或輔料都以流體狀態(tài)存在，如乳品生產(chǎn)中的牛乳、飲料生產(chǎn)中使用的水、鍋爐產(chǎn)生的蒸汽及風(fēng)機(jī)輸送的空氣等。完成一個食品加工過程，需將各種流體原輔料送入加工系統(tǒng)，將流體半成品從一道工序送至另一工序，同時還需要將流體成品從系統(tǒng)中引出，另外食品生產(chǎn)過程中的傳熱、傳質(zhì)也與流體的流動狀態(tài)密切相關(guān)，因此流體輸送是食品生產(chǎn)的一種重要的單元操作。流體流動章節(jié)由簡單到復(fù)雜，由片面到全面，循序漸進(jìn)討論流體流動過程的基本原理及流體在管內(nèi)流動的一般規(guī)律，并運(yùn)用這些基本規(guī)律解決生產(chǎn)過程中的實(shí)際問題。

2.1 流體靜力學(xué)基本方程

流體靜力學(xué)基本方程是研究流體處于相對靜止?fàn)顟B(tài)下的平衡規(guī)律。

馬克思主義哲學(xué)原理中講到整體與部分的關(guān)系：整體居于主導(dǎo)地位，統(tǒng)率著部分，部分離不開整體；整體由部分組成，部分又反過來制約著整體，關(guān)鍵部分的功能及其變化對整體的功能起決定作用。流體是由無數(shù)質(zhì)點(diǎn)組成的連續(xù)介質(zhì)，每個質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的大小和方向都不相同，但流體整體的狀態(tài)由所有質(zhì)點(diǎn)共同決定。在介紹氣體、液體混合物密度的計(jì)算時，混合物（整體）的密度由各個組成（部分）的密度共同決定，雖然含量最高的組分的密度對混合物的密度起主要貢獻(xiàn)作用，但其他成分的貢獻(xiàn)也不容忽視。作為集體（整體）中一份子，每個人都要樹立全局觀念，說話辦事要從全局出發(fā)，不能為了個人的利益，棄國家集體利益不顧。

為確保設(shè)備內(nèi)的壓力不超過某一限度或防止外界空氣進(jìn)入到設(shè)備里，常采用安全液封，可以聯(lián)系到中國民間腌制泡菜時壇子加水密封的實(shí)例，壇口通過水的密封作用，外界的氧氣無法進(jìn)入到壇中，進(jìn)而影響乳酸菌的厭氧發(fā)酵，而發(fā)酵產(chǎn)生的二氧化碳卻可以通過壇口密封的水溢出。從這個小小的實(shí)例可以見證勞動人民善于思考的智慧，增強(qiáng)學(xué)生對民族文化的自信力。

在講述流體靜力學(xué)基本方程時，引入三峽大壩的例子，大壩高181 m，正常蓄水位達(dá)175 m，大壩長2 335 m，在課堂教學(xué)中讓學(xué)生通過流體靜力學(xué)基本方程計(jì)算大壩底部承受的壓力，使學(xué)生明白大壩建設(shè)的科技含量，了解我國人民在黨中央的領(lǐng)導(dǎo)下，克服種種艱難險(xiǎn)阻，建設(shè)了世界上綜合效益最大的水利樞紐（防洪、航運(yùn)、抗旱、發(fā)電），增強(qiáng)學(xué)生對祖國政治認(rèn)同與文化傳承的使命感和自豪感[1]。

2.2 流體動力學(xué)方程

通過質(zhì)量守恒和能量守恒找出流體在管內(nèi)的流動規(guī)律，得到連續(xù)性方程和伯努利方程，并利用這些方程解決流體輸送過程中經(jīng)常遇到的一些問題。

在講述連續(xù)性方程時，引入大禹治水的故事。幾千年前，黃河洪水泛濫，給黃河流域的人們帶來很大災(zāi)難，導(dǎo)致人們流離失所。在“大禹治水”之前的鯀采用的是“水來土擋”的策略，治水以失敗告終。而禹采取了“疏而不堵”的策略，在拓寬洪水流動的截面積，降低洪水流動速度的同時，減小洪水的流動阻力，從而降低了洪水對堤岸的破壞作用，與課程中流體流動的連續(xù)性方程（Vs=A×u）和流體流動阻力的范寧公式相對應(yīng)[2]。禹采用“順?biāo)裕瑢?dǎo)之入海”的治水思想，最終治水成功，為人類治水提供了典范，體現(xiàn)了我國勞動人民的智慧，增強(qiáng)了學(xué)生對祖國文化的自信力。

在推導(dǎo)流體流動機(jī)械能衡算式時，先進(jìn)行合理簡化（理想流體），之后建立理想物理模型，導(dǎo)出伯努利方程式，最后通過實(shí)驗(yàn)，對伯努利方程進(jìn)行修正，得出實(shí)際流體流動的機(jī)械能衡算式，讓學(xué)生理解工程問題的解決思路——從“特殊”到“一般”，從而正確認(rèn)識客觀世界，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維方式[3]。

安全是工業(yè)生產(chǎn)的頭等大事，在教學(xué)過程中，結(jié)合相關(guān)專業(yè)理論知識進(jìn)行安全教育。比如，地鐵、鐵路站臺上都會設(shè)置1 m安全線，這是因?yàn)楫?dāng)列車高速運(yùn)行時，靠近車廂的空氣在高速運(yùn)動的列車影響下會產(chǎn)生比較大的動能，其瞬時靜壓力很小，與站臺上的旅客背后的壓力形成較大的壓差，進(jìn)而形成較大推力而使旅客受到傷害[4]。

2.3 流體流動現(xiàn)象

流體不能保持一定形狀，任何微小的剪切力都可以使流體產(chǎn)生變形。牛頓黏性定律的提出者牛頓，是英國著名的物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家和天文學(xué)家，百科全書式的“全才”，提出了著名的萬有引力定律、力學(xué)三大定律、白光由各色光組成的理論，以及本課程中的牛頓黏性定律、牛頓冷卻定律。牛頓在研究、探索各種定律的過程中始終堅(jiān)持基于實(shí)驗(yàn)的確定性追求，避免形而上學(xué)的思辨趨向，追求科學(xué)理論的準(zhǔn)確表達(dá)[5]。通過介紹科學(xué)家的典型事跡，勵志故事，讓學(xué)生明白，科學(xué)探索是一個長期、曲折、復(fù)雜、艱苦的過程，要想探索科學(xué)的高峰，需要培養(yǎng)不怕挫折、鍥而不舍，愈挫愈奮的勇氣與毅力。

雷諾演示實(shí)驗(yàn)中滲透著質(zhì)量互變規(guī)律。當(dāng)玻璃管內(nèi)水的流速小時，管中心的紅墨水呈現(xiàn)出一條輪廓清晰的細(xì)直線，但流速增大到某一臨界值時，紅色液體流線開始波動、彎曲，呈現(xiàn)出一條波浪形的細(xì)線，繼續(xù)增大流速至某值時，紅墨水的細(xì)線斷裂并呈旋渦狀被水沖散，與水混合在一起，使整個玻璃管中的水呈現(xiàn)出均勻一致顏色較淡的紅色。通過實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生切實(shí)感受到事物的發(fā)展變化規(guī)律——由量變到質(zhì)變再到新的量變的質(zhì)與量的轉(zhuǎn)變過程。要質(zhì)的變化，在平時要注重量的積累，學(xué)業(yè)上的進(jìn)步不是一天就能達(dá)成的，要通過平常一天天的積累，才會實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍。

流體在固定平板或圓形直管中流動時，流體邊界層始終是緊貼在固體壁面上的。當(dāng)流體流經(jīng)曲面或其他形狀物體的表面時，在一定的條件下將會產(chǎn)生邊界層與固體表面分離并形成旋渦的現(xiàn)象，流體質(zhì)點(diǎn)強(qiáng)烈碰撞與混合，造成機(jī)械能的損耗。魚的身體通常呈梭形，其目的是減少邊界層分離，從而減少在水中游動時的阻力損失。而我國高鐵車頭的流線型設(shè)計(jì)也是為了最大限度減少運(yùn)行過程中空氣的邊界層分離，從而降低運(yùn)行阻力。學(xué)習(xí)的過程中，通過理論聯(lián)系實(shí)際，提升學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣與動力，從而達(dá)到事半功倍的效果。

2.4 流體流動的阻力

流體具有黏性，流動時存在著內(nèi)摩擦力，這是流動阻力產(chǎn)生的根源，固定的管壁或其他形狀固體壁面，促使流動的流體內(nèi)部發(fā)生相對運(yùn)動，為流動阻力的產(chǎn)生提供了條件。

在講摩擦系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式時，介紹我國化學(xué)工程專家顧毓珍先生的生平，1927—1933年，顧毓珍先生在美國麻省理工學(xué)院攻讀博士學(xué)位期間，深入研究摩擦系數(shù)和直管相對粗糙度與雷諾數(shù)之間的相互關(guān)系，提出了著名的“顧氏公式”，由于其基礎(chǔ)理論可靠且便于實(shí)際應(yīng)用，得到國際學(xué)術(shù)界的公認(rèn)，但他在獲得博士學(xué)位后立即回國報(bào)效國家，帶著最前沿知識和理念，致力于我國化學(xué)工業(yè)的發(fā)展和化學(xué)工程學(xué)科的開創(chuàng)而積極奮斗一生。他嚴(yán)于治學(xué)，勤奮工作，無論是教學(xué)和科學(xué)研究，都一絲不茍，孜孜以求。激勵同學(xué)們以老一代科學(xué)家為榜樣，努力學(xué)習(xí)專業(yè)知識，增強(qiáng)對國家和社會的責(zé)任和使命感，潛移默化中使學(xué)生的思想認(rèn)識和價(jià)值觀念得到了提升，實(shí)現(xiàn)知識傳授與價(jià)值觀教育的共振。

在講解管內(nèi)流體流動的直管阻力的計(jì)算公式——范寧公式時，將對直管阻力的影響都?xì)w結(jié)于摩擦系數(shù)，而后再分別研究層流和湍流時摩擦系數(shù)的計(jì)算方式。在流體作湍流流動時，流體質(zhì)點(diǎn)脈動、碰撞、混合，并不斷產(chǎn)生旋渦，其情況比層流的要復(fù)雜得多，無法通過理論分析的方法建立湍流情況下阻力的關(guān)系式，常通過實(shí)驗(yàn)建立經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式。從影響流體流動阻力的諸多因素中，分析歸納出對過程的影響因素為3個方面：流體的性質(zhì)、流道的幾何尺寸及流動速度，再通過量綱分析法將變量組合成量綱一的特征數(shù)。把復(fù)雜問題通過抓大放小來簡化處理，使學(xué)生對知識體系的概貌更加清晰。

2.5 管路計(jì)算

管路計(jì)算分為設(shè)計(jì)型計(jì)算和操作型計(jì)算兩大類，其中操作型計(jì)算經(jīng)常要用到試差法。采用試差法的原因是各個因素之間的關(guān)系是錯綜復(fù)雜的，在給定的工況條件下，沒辦法通過直接計(jì)算求得某一個參數(shù)，而是需要不斷地進(jìn)行重復(fù)計(jì)算和多次驗(yàn)證，直到獲得最接近的結(jié)果。同時試差的過程中起始值的選取依賴于人們的經(jīng)驗(yàn)。因此，通過試差法解決問題的過程也是在向同學(xué)們詮釋，要想成為一名出色的技術(shù)人員，除了具備扎實(shí)的專業(yè)知識，還要有專注執(zhí)著、精益求精的工匠精神。

在管路的設(shè)計(jì)型計(jì)算中，當(dāng)流體輸送任務(wù)一定時，流體的流速選得越大，則需要的管道直徑越小，管道的投資費(fèi)用也隨之減少，但由于流速較大，相對應(yīng)的阻力損失也較大，操作費(fèi)用會增加；反之，流體的流速選擇小一些，則需要的管道直徑就較大，操作費(fèi)用減小，但投資費(fèi)用卻增加。投資費(fèi)用和操作費(fèi)用是一對矛盾，它們之間相互聯(lián)系，也相互制約，要降低操作費(fèi)用，投資費(fèi)用必然增加，反之亦然。工業(yè)生產(chǎn)必須從經(jīng)濟(jì)效益出發(fā)，選擇一個適宜的流速，使總費(fèi)用最低。

2.6 流量測定

在講到流體流量的測定時，通過對實(shí)際工程案例中流量測量的“小問題”帶來尾氣排放超標(biāo)的“大錯誤”的講解，引導(dǎo)學(xué)生在進(jìn)行課程學(xué)習(xí)以及將來工作中要有強(qiáng)烈的責(zé)任心。通過將課程內(nèi)容與使命感聯(lián)系起來，引發(fā)學(xué)生的思考，激發(fā)學(xué)生的愛國情懷。

3 結(jié) 論

以流體流動章節(jié)為例，在食品工程原理課程思政的教學(xué)目標(biāo)中加入家國情懷和愛國主義，哲學(xué)思維和思辨能力，理想信念和科學(xué)精神，抗挫能力和工匠精神，安全意識和職業(yè)素養(yǎng)，循環(huán)利用和成本意識，綠色發(fā)展和環(huán)保理念等思政元素，通過實(shí)際教學(xué)內(nèi)容中對流體流動專業(yè)知識和思政元素的融入性結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了食品工程原理課程思政的教學(xué)目標(biāo)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 劉錫建，王遠(yuǎn)強(qiáng)，陸杰.化工原理教學(xué)中的課程思政實(shí)踐[J].廣東化工，2020，47（18）：176-177.

[2] 胡磊，吳真，周守勇.化工原理教學(xué)中課程思政教育的探索與實(shí)踐[J].廣州化工，2020，48（9）：190-192.

[3] 趙武奇，高貴田，張清安，等.“食品工程原理”課程思政探索與實(shí)踐[J].現(xiàn)代面粉工業(yè)，2021，35（1）：36-40.

[4] 黨明巖，宋穎韜.《化工原理》教學(xué)過程的課程思政實(shí)踐與探索[J].江西化工，2019（5）：38-39.

[5] 韓彩英.論牛頓的近代科學(xué)精神[J].佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)（社會科學(xué)版），2012，30（2）：1-4.