“化工原理”課程思政多維度教學的探索與實踐

薛 峰，王 晟，居沈貴

（南京工業大學 化工學院，江蘇 南京 211816）

黨的二十大報告提出，落實立德樹人根本任務，培養德智體美勞全面發展的社會主義建設者和接班人［1］。面對習近平總書記提出“培養什么人、怎樣培養人、為誰培養人”的教育命題，高校應落實立德樹人根本任務，推進高等教育事業發展同實現高質量發展相適應，培養擔當民族復興大任的時代新人［2］。立德樹人是目前高校工作的重心，以教育部頒發《高等學校課程思政建設指導綱要》為指導，以提高人才培養質量為主線，課程思政已成為高校各類課程教育教學改革的重要主題，因此，各高校應結合本學科專業特點全面推進課程思政建設。課程思政是一種課程教學理念［3］，以立德樹人為價值旨歸，通過深掘、凝練課程演化發展過程中蘊含的愛國科學家感人事跡、民族振興工程、道德倫理規范、社會職責和義務、科學和工程技術素養以及高尚的人文精神等思想政治教育資源，實現傳授知識與價值引導的相互統一?！盎ぴ怼弊鳛槿珖叩葘W?；ゎ悓I開設的一門專業基礎課程，發揮了從基礎到專業、從理論到工程實踐的紐帶作用，是相關專業課協同教書育人的主戰場，對于學生專業素養及工程能力的培養至關重要［4］。

筆者在“化工原理”課程教學實踐中提出多維度教學理念，將教書育人、哲學沉思、人文熏陶、技術手段有效結合，旨在達到人才培養的通專結合，有效落實立德樹人根本任務。另外，通過挖掘融入“化工原理”課程的思政元素和德育元素，對理工科學生開展思想政治教育，在教學內容優化、教學組織實施、教師素質提升和課程目標達成等方面進行改革，以期為培養新時代化工技術人才提供支撐。

一、“化工原理”課程思政的目標

結合南京工業大學工科專業特色明顯，培養具有中國靈魂、世界胸懷的創新創業人才辦學定位，“化工原理”課程是化工及相關專業的專業核心課。本文通過深挖課程思政元素，與專業知識交融匯入，探索多維度教學實踐路徑，將教書育人、人文熏陶、技術手段有效結合，以培養具有家國情懷、文化自信、科學探究精神和時代擔當的人才，有效實現通專結合，達到育人目標。

“化工原理”課程思政實施內容主要表現為以下幾個方面：（1）使學生掌握化工單元操作的內容和目標：化工單元操作過程、單元設備基本結構和設計原理，再拓展到化工設計計算，并關聯到相關其他科學技術知識的綜合應用；（2）使學生掌握化工專業科學思維方法，要求學生在獲取專業知識的同時，還要從專業角度解決實際工程問題；（3）注重培養學生的科學思維和工程素養能力，灌輸正確的價值觀，全面培養學生的專業知識和工程素養等綜合能力。總而言之，教師在教授過程中，要力求做到德教融合、寓教于樂。

二、“化工原理”課程思政教學內容的德育元素挖掘

（一）明確教育目的，成為新時代使命擔當人

習近平總書記在學校思想政治理論課教師座談會上強調，新時代貫徹黨的教育方針，要堅持馬克思主義指導地位，貫徹新時代中國特色社會主義思想，堅持社會主義辦學方向，落實立德樹人的根本任務，堅持教育為人民服務、為中國共產黨治國理政服務、為鞏固和發展中國特色社會主義制度服務、為改革開放和社會主義現代化建設服務［5］。因此，我們要堅持“育人為本、德育為先、能力為重、全面發展”的育人觀。落實立德樹人根本任務，明確教育目的，結合“化工原理”課程的知識點，在教學全過程中有機地融入思政及人文元素，在培養大學生專業素質的同時，提升大學生的政治素養和文化素養，促使其通專結合，成為新時代有使命擔當的人才。

（二）探求科學精神，培育實踐創新品質

了解一門學科的科學發展史，有助于讓學生和教師理解科學的批判性及統一性，了解科學的社會角色和人文意義。在科學史技術革新和重大變革中，重溫世界各國科學家做出的杰出貢獻，更能讓學生充滿激情和理想，增強歷史擔當。

學術大師引領教學，課程建設歷史悠久。在緒論部分，引入南京工業大學的百年辦學歷史，介紹“化工原理”課程是由我國化工教育一代宗師時鈞院士一手創建的，引自麻省理工學院提出的單元操作（Unit Operation）原理和計算方法。另外，介紹對流傳熱理論的發展起源于英國工業革命背景下解放生產力的時代需要。在這方面做出杰出貢獻的科學家有普朗特、雷諾、努塞爾特、施密特等?！傲鲃雍蛽Q熱密不可分”的流體流動的理論基礎豐富了對流換熱理論。1883年，雷諾通過實驗方法，提出了“雷諾準數”對流體流動形態的影響，奠定了實驗研究流體力學的研究基礎。努塞爾特開辟了用實驗手段測定對流傳熱系數的方法，提出了采用微分方程+邊界條件限定的量綱分析法，對自然對流和強制對流進行數據處理的巧妙思路。普朗特是德國著名的物理學家，他在1904年提出“邊界層理論”概念，并于1908年建成第一個連續回路風洞，隨后他又提出了“湍流”理論。他采用Prandtl-Glaubert定律解釋亞聲速氣流現象，描述空氣在高速流動下具有可壓縮性。并對超聲速流、風洞理論和設計、湍流理論、空氣動力設備設計方面做出開創性的工作［6］。在其45年的教學生涯中，還培養了如馮·卡門、布勞修斯等杰出科學家。著名的愛國科學家錢學森，作為馮·卡門的弟子，與老師共同開創了舉世矚目的“卡門—錢學森公式”，為飛機早期克服熱障、聲障提供了理論依據，為國際空氣動力學的發展奠定了基礎。

在教學過程中通過這些案例的枚舉，不僅能讓學生感覺到專業課程的生動有趣，而且能對學生潛移默化地滲透科學理念，加強科學精神的思政教育，進而增強學生的使命感和責任擔當，讓學生自覺把個人發展與國家需求相融合，在報效祖國的實際行動中實現自我的人生價值。

（三）傳承中華優秀傳統文化，培養愛國主義情懷

將我國古人在生產生活中應用積累的豐富實踐經驗、創造的輝煌成就引入課程教學中，用化工原理單元操作的基本原理加以模型分析，既有利于增加學生對知識學習的濃厚興趣，又可以加深學生對專業知識的理解。

在第一章《流體流動》講授流體力學時，引入流體力學回旋流理論的經典案例——都江堰。都江堰位于我國美麗富饒的成都平原上，是我國歷史上閃爍著中華民族智慧之光的偉大工程。都江堰是一座大型水利樞紐工程，具有灌溉、防洪、提供生活和工業用水諸多功能，由三大主體工程魚嘴、飛沙堰、寶瓶口和配套工程百丈堤、人字堤、自動引流灌溉渠構成。三大主體工程是整個工程的靈魂，最能夠體現都江堰治水的思想和理念。李冰在《治水三字經》記載“分四六，平潦早”，講述了魚嘴的功用。在枯水季節，魚嘴將60%的水量引入內江，以滿足下游地區灌溉用水，僅將40%的水量排到外江；而在洪水期間，魚嘴又可以將岷江60%的水排入外江，40%的水引入內江。從流體力學的工程觀點來看，“魚嘴分四六”的原理由主流線位置和過水斷面面積兩個因素決定。第七章《液體蒸餾的分離》可以描述為：揮發度高的組分在塔頂氣相中富集，揮發度低的組分在塔底液相中富集，這與介紹有中國神話故事“盤古開天地”的《幼學瓊林》，開篇中的“氣之輕清上浮者為天，氣之重濁下凝者為地”非常相似。就規模來講，“盤古開天地”應該是史上最大規模的一次“閃蒸”（平衡蒸餾）。

通過持續挖掘中國古代重大歷史工程、充滿奇幻色彩的神話傳說故事中隱含的“人類征服自然，改造自然”等經典案例，剖析其中的化工原理基礎知識，貫穿正視中國文化史、珍愛中華文明的主線，有助于提高學生的文化素養，增強學生的文化底蘊，激發其愛國熱情、民族自豪感和自信心。

（四）突出中國元素，堅定“四個自信”

通過化工原理的單元操作在廢氣、廢液和廢固處理中的應用，強化化工專業技術在整治人居環境，為建設“綠水青山就是金山銀山”最美中國發揮的作用，幫助學生樹立綠色發展觀，助力生態文明建設，意識到中國特色社會主義道路是實現我國社會主義現代化的必由之路。

通過引入國家重大工程案例，例如熱管技術解決凍土層這種世界級難題，中國人獨立自主地實現在青藏高原上建造鐵路的夢想等，體現集中力量辦大事的社會主義制度優勢，讓學生堅定制度自信，堅信社會主義制度具有的巨大優越性。

通過挖掘“化工原理”課程的基本概念，提取中華優秀傳統文化底蘊?！肮こ獭钡母拍钍侵浮皩嶒炇倚≡囋囧e—工廠中試放大—小規模生產—規?；I化大生產”的一般過程，可以將其和儒家經典《禮記·大學》中提出的“修身、齊家、治國、平天下”觀點相聯系，體現中西方文化的交融、古典與現代的結合。“野渡無人舟自橫”出自唐代著名詩人韋應物的《滁州西澗》，十分準確地描述了船與水流方向垂直的自然現象，暗合了穩定的平衡位置這一流體力學現象。這些有著豐富文化內涵的引申，能夠極大地激發學生對中華優秀傳統文化底蘊的體會，增強文化自信。

（五）嵌入哲學邏輯，啟迪學生批判性思維

“化工原理”課程在學科發展演化中逐步形成了一系列研究方法，其中主要包括數學分析法、量綱分析法（純經驗方法）、數學模型法和過程分解與綜合法等，這些都是借助其他科學的研究方法來解決化工生產過程工程問題的重要手段。從過程研究方法論為起點，拆解和分析實際工程問題，啟發學生綜合應用各學科的靈活思維方式，抓住解決問題過程中的邏輯關系，培養學生的邏輯思辨能力。

引入量綱理論，啟發學生思維。如在“化工原理”課程的第1章《流體力學》教學中，在計算湍流時流體的機械能損失案例中，選擇確定計算式的問題上涉及量綱分析方法。學生對無量綱數群的概念比較陌生，引入雷諾準數則是一個啟發學生思維的切入點。雷諾實驗雖然非常簡單，但揭示了流體層流向湍流的轉變點——這是一個重要的工程概念，反映了工程計算需要的層流向湍流轉變的轉折點。借助客觀物理分析，這個轉折點與物質的黏度和密度、管徑和速度這四個工程因素密切關聯，實驗數據進行處理后，得到實驗值2 000，與量綱理論數值一致。將原本非常抽象的工程問題變成了簡單的數學問題，量綱理論發揮了巨大的作用。通過舉例著力渲染量綱理論的巨大作用，加深學生對無量綱數群的深刻了解，激發學生的學習熱情。

矛盾的對立統一性，提高學生思辨能力。在精餾操作實驗過程中，通過增加回流比，使精餾段的操作線和提餾段的操作線遠離平衡線，以利于傳質過程，降低理論塔板數和設備費用。但同時，增加了再沸器和冷凝器熱負荷，增加了操作費用。設備費用和操作費用變成了一對動態的矛盾關系，它們相互制約又相互聯系，體現了工程問題中矛盾的對立統一性。

辨別主要次要矛盾，提高學生解決問題的能力。在計算流體流經顆粒固定床層的壓降案例時，由于固定床內固體顆?？紫缎纬傻耐ǖ?，其微觀結構呈彎曲的網狀結構，真實描述計算壓降有諸多困難。因此，可以將復雜的網絡通道簡化成許多平行的細管，固定床結構簡化為一維模型，用以描述實際過程。抓住矛盾的主要因素，建立理想數學模型，從而排除錯綜復雜的各種次要矛盾的干擾，達到“合理簡化、本質近似”的原則，揭示事物發展的一般規律和特殊規律。

將專業知識用哲學范疇思維進行深入解剖和拆解分析，闡述明了蘊含于化學工程原理各種單元操作和數學計算模型之中的辯證邏輯關系，可加強和拓展學生的思維能力，激發學生對所學課程的濃厚興趣。

結語

通過多年“化工原理”課程思政多維度教學實踐，將教書育人、哲學沉思、人文熏陶、技術手段有效結合，達到了人才培養的通專結合的目的，有效落實了立德樹人根本任務。通過挖掘融合“化工原理”課程的思政元素和德育元素，對理工科學生開展思想政治教育，在“明確教育目的，成為新時代擔當人”“探求科學精神，培育實踐創新品質”“傳承中華優秀傳統文化，培養愛國主義情懷”“突出中國元素，堅定‘四個自信’”“嵌入哲學邏輯，啟迪學生批判思維”等方面取得了非常好的效果。南京工業大學“化工原理”課程將繼續堅持落實立德樹人根本任務，把社會主義核心價值觀融入教書育人過程，實現“三全育人”，為培養新時代化工技術人才提供重要支撐。