工程化學課程思政案例的教學設計與實踐

楊志偉，崔 騰

（1.華東交通大學 材料科學與工程學院，南昌 330013；2.華東交通大學 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調，“要堅持把立德樹人作為中心環節，把思想政治工作貫穿教育教學全過程”“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]。教育部于2020 年印發的《高等學校課程思政建設指導綱要》明確提出，“必須抓好課程思政建設，解決好專業教育和思政教育‘兩張皮’問題”“全面推進高校課程思政建設，發揮好每門課程的育人作用”“構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的重要舉措，目前正在廣大高校全面推進，融入課程思政已成為專業課程教學改革的重要方向之一。

一 工程化學融入課程思政的意義

工程化學是面向非化工類工科專業開設的基礎課，通過學習化學學科基本原理、基本規律及相關重要化合物、新技術和新材料等基礎知識，完善學生的知識結構體系，為后續專業課程的學習奠定堅實的化學基礎，使學生初步具備分析工程技術所涉及化學問題的能力。工程化學涉及面廣泛，蘊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。以工程化學課程為載體，深入挖掘其所蘊含的思政元素，找準思政元素與課程知識的契合點，通過相關思政案例將思政元素“春風化雨、潤物無聲”地融入課程教學，構建工程化學的課程思政案例教學體系，增加課堂趣味以提高學生的學習積極性，升華學生的政治素養、思想覺悟、道德品格，實現專業知識傳授與價值引領相統一，這對于學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具有重要意義。

二 工程化學課程思政案例的教學設計與實踐

（一）工程化學融入中華優秀傳統文化

中華優秀傳統文化綿延數千年而長盛不衰，是涵養文化自信的重要源泉。弘揚中華優秀傳統文化對樹立文化自信和增強民族自豪感具有時代價值和現實意義。在“藥物化學”一節，補充青蒿素與中醫藥文化的緊密關系，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成功從沿用兩千多年的傳統中藥青蒿中提取到青蒿素，青蒿素類藥物已挽救數百萬瘧疾患者的生命，迄今為止仍是世衛組織推薦的一線抗瘧藥物，為全球抗瘧事業作出不可磨滅的貢獻，正如屠呦呦所言“青蒿素是中醫藥給世界的一份禮物”[3]。由此聯系到當前肆虐全球的新冠感染疫情，中醫藥在減少轉重率、提高治愈率、降低病亡率等方面凸顯出獨特優勢，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》，中醫藥的安全性和有效性在海外亦得到廣泛認可和高度贊許，為全球抗擊新冠感染疫情貢獻了中醫藥文化的智慧。在“陶瓷材料”一節，介紹作為中華優秀傳統文化典型代表的瓷器文化，借助圖片和詩詞向學生介紹“九秋風露越窯開，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，彰顯出中華文化的深厚底蘊，瓷器文化沿著陸上和海上“絲綢之路”傳播到世界各地，成為世界了解和認識中國的重要文化符號。將與課程內容相關的中醫藥文化和瓷器文化融入課程教學，讓學生領略中華優秀傳統文化的獨特魅力和精神內涵，培養學生對中華優秀傳統文化的認同感，激發學生的文化自信和民族自豪感。

（二）工程化學融入愛國主義精神

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“化學與現代科技”一節，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]。在二十世紀一二十年代，純堿的生產技術幾乎由把控“索氏制堿法”的幾家外國公司所壟斷，純堿價格貴如黃金，嚴重制約著民族工業的發展。1921 年，應天津永利堿廠創始人范旭東先生邀請，剛在美國拿到博士學位的侯德榜先生便返回祖國投入到純堿生產技術的研發中，經過反復實驗成功破解“索氏制堿法”，造就出中國自己的高質量純堿并在費城萬國博覽會上獲得金質獎章，被贊譽為“中國近代工業進步的象征”。抗日戰爭全面爆發后，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無果的情況下，侯德榜先生攻堅克難利用三年時間發明了“侯氏制堿法”，不僅提高了食鹽利用率，而且實現了純堿和氯化銨聯產，大幅度降低了生產成本，為中國制堿業作出巨大貢獻。又如，在“多電子原子的電子排布”一節，從多電子原子核外電子排布的“n+0.7l”近似規則引出其提出者“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，根據國家需要數次更換科研“賽道”，從量子化學轉向絡合物化學，接著是核燃料化學，再轉到稀土化學。徐光憲院士在這些領域均有所建樹，尤其是所創立的“串級萃取理論”引導了我國稀土分離技術對西方國家的逆襲，徹底打破我國低價出口稀土原料再高價進口高純稀土的窘境，使我國從稀土大國邁向稀土強國，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業鏈的國家，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學生厚植愛國情、砥礪強國志、力踐報國行，將個人理想前途同國家發展緊密結合，把無悔青春播撒在實現中華民族偉大復興中國夢的偉大征程上。進一步聯系當前以美國為首的西方國家對我國實施的技術封鎖，使學生懂得關鍵核心技術要不來、買不來、討不來，要取得突破必須走自主創新之路。

（三）工程化學融入團隊協作精神

當前，隨著社會變革的加劇，單打獨斗越發難以適應日趨激烈的社會競爭，培養大學生的團隊協作精神是時代發展的必然要求，也是素質教育的重要內容[5]。在“生物大分子”一節，借運動中的團隊協作精神引出我國科學家在二十世紀五六十年代經過數年集體攻關，在世界上首次人工合成結晶胰島素的案例[6]。1958 年，我國科學家率先提出合成胰島素的設想。胰島素是由兩條肽鏈組成的生物大分子，其合成相當復雜，涉及有機合成、化學與生物分析、生物活性等方面，工作量大，技術難度高，在當時極其艱困的研究條件下僅靠一家單位難以短時間內完成。由中科院上海生化所、中科院上海有機所、北京大學組成的主研發團隊始終貫徹團隊協作精神，分工協作、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，獲得人工半合成結晶胰島素，并最終實現結晶胰島素的人工全合成，開辟了人工合成蛋白質的新時代，在人類認識和探索生命的征程中邁出關鍵一步（圖1）[6]。人工全合成結晶胰島素是中國科技發展史上團結協作的典范，通過該案例使學生深刻感悟到團隊協作精神的內涵，團隊的所有人圍繞著共同目標而協同合作，充分發揮每個人的潛能，取長補短、優勢互補，從而實現個人和團隊的雙贏。進一步聯系到日常生活，鼓勵學生踴躍參加集體性活動，增強與他人溝通和協作的能力，提升學生的綜合素質能力，以更好地適應日趨激烈的社會競爭。

圖1 人工全合成的胰島素結晶[6]

（四）工程化學融入綠色環保理念

在“固體廢棄物”和“復合材料”等小節，從太平洋上的“垃圾島（主要由廢舊塑料制品構成）”引出“白色污染”對環境和生態的嚴重危害性，而掩埋和焚燒等傳統處理方式的弊端極其突出，進一步引出作為解決“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合材料和代替塑料制品的綠色復合材料向學生普及綠色環保理念。在廢舊塑料利用方面，介紹廣泛應用于建筑裝飾的新型綠色復合材料——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、尺寸穩定性高和可加工性強的顯著優勢，并且呈現出木地板的類似質感，減少“白色污染”的同時還可以變廢為寶，一舉多得，經濟效益和社會效益顯著。目前，木塑地板的市場份額不斷擴大，發展勢頭強勁。在塑料代替品方面，介紹俞書宏院士團隊研發的細菌纖維素（一種由細菌分泌的天然納米纖維素）基復合薄膜[8]。該團隊通過原位生物合成法將黏土片與細菌纖維素相結合構建出黏土/細菌纖維素復合薄膜，該復合薄膜呈現出遠高于傳統塑料薄膜的力學性能，強度和模量分別達到商用PET 薄膜的6 倍和3 倍以上，最高服役溫度接近250°C，優于傳統塑料薄膜，熱膨脹系數僅相當于傳統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）。這種綜合性能優異的復合薄膜有望成為傳統塑料薄膜的綠色環保代替品。借助上述案例使學生了解到木塑地板和黏土/細菌纖維素復合薄膜等綠色新材料在解決“白色污染”問題上發揮著重要作用，充分認識到綠色環保理念是社會和經濟發展的必然選擇，牢固樹立“綠水青山就是金山銀山”的意識，并且進一步引導學生減少“白色污染”和踐行綠色環保理念從日常生活的點滴做起。

圖2 黏土/細菌纖維素復合薄膜的性能

（五）工程化學融入辯證唯物主義

辯證唯物主義是把唯物主義和辯證法有機地統一起來的科學世界觀，是認識和改造世界的強大思想武器。化學學科的原理和規律普遍滲透著辯證唯物主義的思想，工程化學便蘊含著量變質變規律和矛盾的對立統一規律等。量變質變規律量揭示了事物發展過程中的兩種常見形式，即量變和質變，量變體現事物發展漸進過程中的連續性，而量變積累到一定程度引起質變，導致事物發展出現本質變化[9]。在“元素周期律”一節，對于同主族元素而言，自上而下原子半徑逐漸增大，電負性依次減小，元素的金屬性不斷增強，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“電極電勢的產生、計算和應用”一節，鹽酸和二氧化錳反應制取氯氣的例題從電極電勢的角度給出僅當鹽酸濃度超過一定值時才能與二氧化錳反應制取氯氣。在“溶液中的氣-液和液-液平衡”一節，從“乙醇-水系統溫度-組成圖”可得出對于組分確定的乙醇-水系統，系統物相的組分會隨著溫度逐漸變化，發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變規律在化學學科的典型體現。另一方面，矛盾對立又統一，對立性指矛盾雙方相互對立、相互排斥的屬性，而統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化，矛盾的對立統一規律推動著事物發展[9]。基于氧化還原反應的鋰離子電池是反映矛盾的對立統一規律的典型化學案例。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極，電子由正極經外電路抵達負極，正極發生氧化反應而負極發生還原反應；放電過程中鋰離子從負極脫出而嵌入正極，電子由負極沿外電路返回正極，正極發生還原反應而負極發生氧化反應[10]。從單一的充電或放電過程來看，正負極的鋰離子脫嵌、電子得失及反應類型情況截然相反，體現出矛盾的對立性。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，有氧化反應必然有還原反應，正是這同時出現的相反表現將矛盾雙方緊密統一起來。從整體上看，在充放電過程中，正負極的鋰離子脫嵌、電子得失和反應類型均可逆，即充放電實現電能和化學能的相互轉換，反映出矛盾雙方在一定條件下可相互轉化，矛盾的對立統一規律推動著事物發展。將課程知識與辯證唯物主義相聯系既可使學生對課程知識的認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，又能使學生受到辯證唯物主義思想的熏陶，引導學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，充分利用現有條件使之朝著有利的方向發展。

圖3 典型鋰離子電池的工作原理示意圖[10]

三 結束語

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