新工科背景下的思政元素與專業(yè)課程深度融合
——以“化工裝備與控制”教學(xué)實踐為例

閆子涵，范怡平，姚秀穎

[中國石油大學(xué)（北京）化學(xué)工程與環(huán)境學(xué)院，北京 102249]

新工科建設(shè)的目標在于通過全面落實立德樹人根本任務(wù)培養(yǎng)多元化、創(chuàng)新型的卓越工程人才，通過強化工科學(xué)生的家國情懷、國際視野、實踐能力和工程倫理意識等，使其具備“精益求精、追求卓越”的工匠精神。其中，對于學(xué)生工程化思維的培養(yǎng)是重要環(huán)節(jié)，其核心是提高學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力[1]。“化工裝備與控制”是中國石油大學(xué)（北京）為適應(yīng)“新工科”建設(shè)理念而開設(shè)的一門綜合性和實踐性較強的特色專業(yè)核心課程，開設(shè)對象為化學(xué)工程與工藝專業(yè)及能源化學(xué)工程專業(yè)。主要教學(xué)內(nèi)容包括：理論力學(xué)、材料力學(xué)、化工設(shè)備設(shè)計方法及相關(guān)的規(guī)范標準、自動控制基礎(chǔ)理論、常見工藝參數(shù)的測量儀表、典型化工裝備控制方案等。教學(xué)總體目標是，使學(xué)生通過對過程設(shè)備設(shè)計和過程裝備控制技術(shù)的學(xué)習，能夠在“工藝”之外，用“裝備”和“控制”的視角更加全面認識化工和能源生產(chǎn)過程，擁有與設(shè)備工程師和儀表工程師溝通的基本專業(yè)知識，全面提升工程素養(yǎng)。該課程對于學(xué)生工程思維和工程意識的提高具有重要作用，為學(xué)生解決復(fù)雜工程問題奠定了理論基礎(chǔ)。然而，由于該課程涉及的知識點繁雜且具有一定難度，在課程開設(shè)初期，采用傳統(tǒng)教學(xué)模式導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習積極性不高，教學(xué)效果不甚理想。課程思政的主要目的是把思政教育全方位貫穿到課程教育中，融入教學(xué)和實踐的各個環(huán)節(jié)。結(jié)合課程思政的目標和主旨要求，充分挖掘與課程相關(guān)的思政元素并將其深度融合于專業(yè)知識的教學(xué)全過程，有助于全面貫徹“新工科”教育理念，培養(yǎng)學(xué)生的使命感、責任感和職業(yè)素養(yǎng)，使其具有提高自身工程實踐能力的主觀意愿，進而激發(fā)其專業(yè)課程的學(xué)習動力和創(chuàng)造能力。根據(jù)“化工裝備與控制”課程的目標、作用及特點可以看出，該課程在化學(xué)工程與工藝及能源化學(xué)工程專業(yè)的培養(yǎng)計劃中起到承上啟下的重要作用，不僅涉及對已有知識的綜合運用，還為后續(xù)綜合設(shè)計和實踐類課程提供必要的基礎(chǔ)知識。為此，本文以“化工裝備與控制”課程為例，介紹從“新工科”建設(shè)理念出發(fā)充分挖掘各類“顯性”和“隱性”思政元素的探索與實踐經(jīng)驗，為工程類專業(yè)課程的建設(shè)與改革提供參考。

1 “新工科”背景下課程思政建設(shè)的目標和總體思路——以“化工裝備與控制”課程為例

結(jié)合“新工科”建設(shè)的目標和要求，非常有必要充分挖掘并梳理專業(yè)課程中的思政元素，結(jié)合愛國主義教育、工匠精神、職業(yè)素養(yǎng)、責任意識、工程倫理、安全生產(chǎn)理念等全方位、多角度的思政教育，充分激發(fā)學(xué)生對專業(yè)的熱愛，培養(yǎng)文化自信，增強學(xué)生對所學(xué)專業(yè)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的自豪感，形成與專業(yè)教育齊頭并進、協(xié)同強化的育人效果。以“化工裝備與控制”課程為例，具體來說，可以根據(jù)課程每部分的不同特點來深度挖掘其中的思政元素，實現(xiàn)多角度、全方位的課程思政育人效果。例如，在理論力學(xué)和材料力學(xué)部分，可引入工程實際案例，培養(yǎng)學(xué)生的安全責任意識和工匠精神。教學(xué)過程中引入“工程史上經(jīng)典的橋梁坍塌慘案，卻孕育出世界上最昂貴的戒指——工程師之戒”這一建筑史上的經(jīng)典案例為“反面”實例，告誡學(xué)生成為一名合格工程師所需擔當?shù)闹饕熑我约皩W(xué)習基礎(chǔ)理論知識的重要性；同時，以新聞報道中我國洪水期間采用“重車壓梁”的方法來維護鐵路橋梁安全的“正面”實例，培養(yǎng)學(xué)生的責任意識和工匠精神，再結(jié)合課程理論知識，通過分析其中的科學(xué)道理，激發(fā)學(xué)生學(xué)習基礎(chǔ)理論的興趣。又如，在化工設(shè)備的設(shè)計計算部分，以往的教學(xué)設(shè)計通常是“平鋪直敘”，不僅沒有充分利用課程中潛在的思政元素，還導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習興趣不足、學(xué)習效果欠佳。若以“蛟龍”號、“奮斗者”號等我國自主研發(fā)的深海載人潛水器作為“外壓容器設(shè)計”章節(jié)的課程導(dǎo)入部分，一方面可以培養(yǎng)學(xué)生的文化自信和民族自豪感，另一方面也將提升學(xué)生對章節(jié)學(xué)習內(nèi)容的興趣和重視程度。因此，通過充分挖掘該課程不同章節(jié)潛在的思政元素，將其與專業(yè)教學(xué)內(nèi)容充分結(jié)合、融為一體，不僅是激發(fā)學(xué)生課程學(xué)習興趣行之有效的重要手段，同時也是培養(yǎng)學(xué)生熱愛所學(xué)專業(yè)、塑造職業(yè)素養(yǎng)、提升文化自信與民族自豪感的重要途徑。

2 “新工科”背景下課程思政元素的挖掘及教學(xué)實踐——以“化工裝備與控制”課程為例

由于“化工裝備與控制”課程涉及的知識點較為廣泛，因而在實踐中針對課程各章節(jié)的特點以及“工程思維提升”的教學(xué)總目標，深入挖掘其中的“顯性”和“隱性”思政元素，實現(xiàn)與課程內(nèi)容的充分融合。結(jié)合教學(xué)實踐效果，將課程思政元素與專業(yè)教學(xué)內(nèi)容的融合總結(jié)為如下幾類，可供工程類專業(yè)課程教學(xué)參考。

2.1 結(jié)合工程案例促進工程思維的形成

在“化工裝備與控制”課程教學(xué)中，主要應(yīng)用于理論力學(xué)和材料力學(xué)部分。這一部分涉及的知識點多為基礎(chǔ)理論，在以往教學(xué)過程中學(xué)生的學(xué)習興趣不高，學(xué)習難度較大。在教學(xué)實踐中，通過引入 “正面”和“反面”典型工程案例，告知學(xué)生掌握基本理論可以有效化解工程實際難題，違背基本理論將會釀成重大工程事故，造成生命財產(chǎn)損失。通過引入該類思政元素，一方面強調(diào)學(xué)習基礎(chǔ)理論知識的重要性，另一方面培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)和責任意識，促進工程思維的形成。例如，圖1所示為“重車壓梁”案例與課程知識點（力矩平衡）的結(jié)合，通過實際問題的解決使學(xué)生具有“學(xué)有所用”的獲得感。

圖1 “重車壓梁與剛體力學(xué)”教學(xué)案例

2.2 結(jié)合中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化培養(yǎng)學(xué)生的民族自豪感和文化自信心

在“化工裝備與控制”課程教學(xué)中，主要應(yīng)用于工程材料部分。這一部分教學(xué)內(nèi)容的特點是知識點繁多，以往教學(xué)中容易造成學(xué)生的困惑。在教學(xué)實踐中，首先通過引入“職業(yè)技能大賽”等相關(guān)經(jīng)典視頻或新聞報道的案例，告誡學(xué)生“熟能生巧”的基本道理，只有扎實基礎(chǔ)、求真務(wù)實才能在平凡的工作中成就一番事業(yè)，體現(xiàn)自身的價值，因此即使知識點繁雜也應(yīng)該努力克服，牢固掌握。其次，引入“代鑄劍”、高寒動車組列車研發(fā)過程中關(guān)鍵科學(xué)問題的解決等實例，一方面化解難點知識的學(xué)習，另一方面讓學(xué)生了解中國文化的博大精深、中國人民自古以來的智慧，以及當今領(lǐng)先世界的先進技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生的民族自豪感和文化自信心。通過上述類型思政元素的引入，化解知識難點，培養(yǎng)道德情操和自信心。

2.3 引入“大工程、大項目”等案例和工程師先進事跡培養(yǎng)學(xué)生的敬業(yè)精神和工程思維

在“化工裝備與控制”課程教學(xué)中，主要應(yīng)用于化工設(shè)備設(shè)計部分。該部分是本課程化工裝備部分的教學(xué)重點和難點。對于這一部分教學(xué)，引入我國的先進制造技術(shù)，例如自主設(shè)計制造的超大規(guī)模反應(yīng)器、“奮斗者”號深海載人潛水器等[2、3]，使學(xué)生明白該部分學(xué)習內(nèi)容的重要性和重大意義，培養(yǎng)其科技報國的使命感和責任感。在教學(xué)過程中，通過展示圖紙、講述工程設(shè)計人員的先進事跡等內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的敬業(yè)精神、責任意識和工程思維。

2.4 引入“安全生產(chǎn)”典型案例培養(yǎng)學(xué)生的工程倫理和安全責任意識

在“化工裝備與控制”課程教學(xué)中，主要應(yīng)用于壓力容器相關(guān)技術(shù)標準和法律法規(guī)部分。在這一部分教學(xué)中，引入新聞報道中的一些典型安全生產(chǎn)事故案例，結(jié)合相關(guān)標準和規(guī)范的教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的安全意識、工程倫理和責任意識，使學(xué)生具備成為一名合格工程師的基本職業(yè)道德素養(yǎng)。例如，加拿大魁北克大橋垮塌事故是以往材料力學(xué)部分的經(jīng)典案例[4、5]，若充分挖掘其中的思政元素，作為工程倫理的反面典型案例，可以起到一舉多得、舉一反三的效果。在“外壓容器設(shè)計”章節(jié)，該案例已經(jīng)作為壓桿失穩(wěn)教學(xué)內(nèi)容的導(dǎo)入環(huán)節(jié)提及，在“壓力容器設(shè)計標準及監(jiān)察管理”章節(jié)，再次以本案例作為課前引入內(nèi)容，強調(diào)工程中制定標準并在設(shè)計過程中嚴格遵守相關(guān)標準的重要意義；在課程結(jié)尾，以本案例作為總結(jié)，并引出由這一事故而來的“工程師之戒”[6]，告誡學(xué)生作為一名工程師的責任和使命，提升學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)和責任意識，如圖2所示。同時，作為本課程化工裝備部分教學(xué)內(nèi)容的結(jié)尾，以該案例進一步從工程視角讓學(xué)生對所學(xué)專業(yè)形成深入認識，并鼓勵學(xué)生在今后的學(xué)習和工作中牢記：“計算有依據(jù)，下筆需三思。工程無小事，細節(jié)顯精工。厚積而薄發(fā)，開物可成務(wù)！” 通過思政元素與教學(xué)內(nèi)容的有效融合，使學(xué)生體會到中國石油大學(xué)（北京）“厚積薄發(fā)、開物成務(wù)” 校訓(xùn)的真正內(nèi)涵，從而更加注重今后每門專業(yè)課程的學(xué)習。通過此類方法，對已有教學(xué)素材中的隱性思政元素充分挖掘，實現(xiàn)思政元素與全部教學(xué)章節(jié)的有機融合，達到思政教育與專業(yè)教育的協(xié)同育人效果。

圖2 “工程師之戒與行業(yè)標準規(guī)范”教學(xué)案例

2.5 弘揚科學(xué)精神，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和求知精神

在“化工裝備與控制”課程教學(xué)中，主要應(yīng)用于過程控制與儀表部分。自動控制科學(xué)是一門近代科學(xué)技術(shù)，在教學(xué)中通過引入控制領(lǐng)域及儀器儀表行業(yè)發(fā)展史上科學(xué)家們成功、失敗的研究經(jīng)歷，挖掘這些優(yōu)秀科學(xué)家們成功的關(guān)鍵因素及其標志性的特點，滲透科學(xué)家所具有的優(yōu)秀科學(xué)品質(zhì)和人文精神，培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)和求知精神。通過科學(xué)家們多次失敗，最后成功的經(jīng)歷使學(xué)生理解科研道路上機遇與挑戰(zhàn)并存，只有堅持科學(xué)理念、方法和手段，才能最終取得成功。

3 教學(xué)效果

本課程為多課堂授課，開設(shè)三個平行課堂，化學(xué)工程與工藝專業(yè)和能源化學(xué)工程專業(yè)所有學(xué)生開放選課，各課堂學(xué)生的基礎(chǔ)水平可認為基本一致。2021年春季學(xué)期，在保證總體教學(xué)知識點一致的前提下，03號課堂試點進行思政元素與全部教學(xué)章節(jié)的有機融合。在教學(xué)效果方面，表1所示是三個平行課堂的平均分、優(yōu)秀率、及格率分布情況。從表1可以看出，試點施行課程思政元素與教學(xué)章節(jié)充分融合的03號課堂平均分和優(yōu)秀率均明顯高于另外兩個課堂，表明課程思政元素的引入及與具體教學(xué)內(nèi)容的有效融合可顯著提升學(xué)生的學(xué)習效果。

表1 2021年春季學(xué)期平行課堂的考核結(jié)果對比

在學(xué)生評價方面，該課堂的期末學(xué)評教得分97.38，全校排名14.3%。在選項“激發(fā)了我對該課程的學(xué)習興趣和動力”方面，97%以上的同學(xué)選擇了非常滿意或滿意；在選項“我提升了分析、解釋或解決實際問題的意識和能力”中，97%以上的同學(xué)選擇了非常滿意或滿意；在選項“教師教學(xué)給我留下深刻印象的方面（多選）”中，71.79%的學(xué)生選擇了注重對學(xué)生進行思想品德教育、71.79%的學(xué)生選擇提供了豐富學(xué)習資源且?guī)椭艽蟆?/p>

在首次實踐獲得較好效果的基礎(chǔ)上，經(jīng)過教學(xué)團隊成員的總結(jié)和進一步優(yōu)化設(shè)計，2022年春季學(xué)期課程的三個平行課堂同步采用課程思政元素與具體教學(xué)內(nèi)容有機融合的教學(xué)設(shè)計方案，課程考核結(jié)果如表2所示。從表2可以看出，所有課堂采用優(yōu)化后的教學(xué)設(shè)計方案以后，總體及格率由94.4%提高至99.4%，優(yōu)秀率由19.0%提高至26.5%，且三個平行課堂的考核結(jié)果基本一致，表明課程思政元素的充分挖掘和有效使用對學(xué)生學(xué)習興趣和學(xué)習效果的提升具有顯著作用。

表2 2022年春季學(xué)期平行課堂的考核結(jié)果對比

4 結(jié)束語

經(jīng)過探索實踐和優(yōu)化教學(xué)設(shè)計，將課程思政元素深度融合于全部教學(xué)章節(jié)的教學(xué)方法獲得同學(xué)們的普遍認可，不僅激發(fā)了學(xué)生對本課程的學(xué)習興趣，提高了學(xué)習效果，同時也充分發(fā)揮了該課程在培養(yǎng)計劃中承上啟下的重要作用，提高了學(xué)生對其他后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習興趣。實踐結(jié)果表明，結(jié)合愛國主義教育、工匠精神、職業(yè)素養(yǎng)、責任意識、工程倫理、安全化工理念等全方位、多角度的思政教育，可有效培養(yǎng)學(xué)生“學(xué)有所用、可堪大用”的家國情懷，增強學(xué)生對我國能源化工產(chǎn)業(yè)的自豪感，形成與專業(yè)教育齊頭并進、協(xié)同強化的育人效果，有助于更好實現(xiàn)“新工科”建設(shè)的目標和要求。