“化工原理”課程與思政一體化的教學探索與實踐

王 潔 徐 勇 顧曉利 吳 鋆 姚建峰 陳慕華 李力成 丁美麗

(1. 南京林業大學 化學工程學院，江蘇 南京 210037； 2. 華東理工大學 化工學院，上海 200237)

“化工原理”是化工類及相關拓展專業的一門必修專業基礎課程，是綜合利用高等數學、物理化學、化工熱力學等基礎知識系統分析與處理化工過程中各類單元操作問題的工科課程。“化工原理”課程以化工傳遞過程的基本原理與科學方法論為主線，重點研究化學工程生產中單元操作的基本原理及其經典設備的設計、運行和調節規則。“化工原理”課程重點培養學生的工程應用觀念、定量運算、實驗操作以及設計能力，要求學生理論聯系生活，解釋生活中與化工原理相關的現象，在工程設計實踐過程中培養學生分析問題和解決問題的能力[1]。南京林業大學化學工程學院的“化工原理”課程面向全校8個工科專業，涉及學生人數眾多，“化工原理”課程與思政的一體化教學在工科類思政教育建設體系中起著至關重要的作用。

“化工原理”教學與思政一體化建設，把化工原理基礎知識和思政教育知識有機融合，使學生用科學的辯證思維來看世界，用正確的人生觀來對待人生，用合理的方法論來處理實際問題，達到培養有責任、有擔當、有愛國情懷的高素質應用型人才的目的。

1 課程思政教育的重要性及目標

1.1 “化工原理”課程思政建設的重要性

思政教育對青年大學生建立端正的世界觀、人生觀和價值理念，確定自己的人生成長發展目標和職業發展志向，提高青年大學生的整體綜合文化素養，都發揮著難以取代的重要功能。學校作為思政教育與德育工作的主陣地，高校教師必須肩負起立德樹人的重擔。在“化工原理”課程中融入思政教育，既可以使學生掌握化學工程生產中的基本理論專業知識和從事化工相關產業工作所需要的基本技能，又可以使學生建立良好的職業素養和正確的職業道德觀念，在繼續深化社會主義核心價值觀的同時強化學生在化工等相關行業的安全責任意識。

1.2 “化工原理”課程思政建設的目的

高等院校課程思政建設的目的是把思政德育滲透到專業課程教學的重要環節，以做到立德樹人、潤物無聲。

2 “化工原理”課程思政內容

“化工原理”課程思政的目的，不僅培養學生用辯證唯物主義思維和科學的方法論去分析和解決工程實踐問題，掌握生產中各物理過程處理的相關專業基礎知識，培養學生的工程觀念、實驗技巧、設計能力和安全意識，還培養學生成為有高尚的愛國情操、團隊協作意識、工匠精神、勇于擔當、為國家服務、德才兼備的“新工科”人才。

2.1 從化工產品研發和產業落地培養學生的辯證唯物主義思維和團隊協作意識

“化工原理”課程蘊含著豐富的哲學思想，例如辯證唯物主義思想和科學方法論。這些哲學思想有利于學生更加客觀地看待復雜系統，幫助學生分清主要矛盾和次要矛盾，同時培養學生的想象力、創造力和批判力[2]。在化工產品研發的經典設備——精餾塔操作中，如果增加回流比，精餾操作線和提餾操作線都偏離平衡線，理論板數減小，相應設備耗費也降低，但是冷凝器和再沸器的熱負荷會增大，相應操作費用提高。可見，設備耗費與操作耗費既彼此聯系又互相制約，反映著矛盾的對立統一規律。 此外，化工產品的研發需要不同專業人才之間緊密合作，持之以恒地分析問題和解決問題才能實現產業落地。將“化工原理”課程的知識點進一步拓展到實際應用的化工產品研發和產業落地兩方面，培養學生運用辯證唯物主義思維和科學的方法論分析和解決系統復雜問題，并強化學生的團隊協作意識。

2.2 從學術前沿成果和多學科交叉融合培養學生的開拓創新和工匠精神

將最新的科研成果融入“化工原理”課程的教學中，以學術造詣開啟學生智慧之門，培養學生的科學意識。材料學科與化工學科的交叉融合能解決眾多系統里的傳熱難題。在講授“化工原理”課程熱傳導時，選擇學術前沿成果——氣凝膠和石墨烯解決電子產品、建筑、航天航空等領域的熱傳導問題作為分析案例。新型高性能保溫材料氣凝膠的保溫原理，是因為多孔氣凝膠內部80%被空氣占據，而空氣熱導率非常小，所以氣凝膠可以弱化熱量傳遞，同時有效阻止空氣的對流傳熱和固相傳熱，其在建筑和航天航空等領域應用廣泛。此外，熱導率高達5 300 W·m-1·K-1的石墨烯材料被華為公司應用在手機散熱系統里，取得了非常出色的散熱效果。石墨烯被大面積鍍在手機的背面內部鋼板上，高熱導率的石墨烯材料與較大的傳熱面積相結合，從而確保較大的傳熱速率，能夠及時將芯片產生的熱量傳導出來，所以手機在使用的時候不會有明顯的溫度升高。宇航員的太空服也用到了多種隔冷隔熱材料，各個國家關于太空服材料的制備都屬于保密技術，我國的太空服制備技術也取得了一定的成就，但與西方技術還有差距，鼓勵學生需奮發圖強，追趕或超越西方技術，形成具有自主知識產權的高科技技術儲備。在眾多高精尖的技術里都需要解決熱傳導這一共性問題，新材料的開發是最佳的解決方案之一。鼓勵學生要拓寬知識面，跨學科學習、開拓創新以解決工程應用中散熱問題和保溫問題。科研前沿成果與熱傳導基礎知識相結合，不僅能夠增強學生的科研興趣，還能夠激發學生的創新思維，鼓勵學生在掌握專業基礎知識的基礎上精益求精，追趕或超越西方技術，使我國成為科技強國，培養學生的工匠精神。

2.3 從“雙碳”目標需求培養學生的勇于擔當、科技報國、綠色環保意識和社會責任感

在講授“化工原理”課程的精餾基礎知識時，結合目前我國碳達峰、碳中和目標需求和發展綠色低碳經濟的背景，以CO2低溫液化純化精餾工藝為工程實踐案例，不僅強化學生的工程觀念，還可以讓學生了解精餾技術在CO2回收應用中的工藝流程和價值。從工業生產廢物中回收的二氧化碳純度高達99.999%，可應用于食品行業，實現變廢為寶，減少CO2在空氣中排放，降低溫室效應。相關綠色化工案例的介紹有利于增強學生環保意識，有助于學生樹立綠色化工理念。此外，在講授化工原理課程的濕空氣性質時，以先進綠色的氫燃料電池技術為案例，引出濕空氣的技術價值。由于濕空氣的濕度和溫度相互關聯，實現溫度和濕度的同步精準調節，仍是技術難題。鼓勵學生奮發圖強，在弄清機理的基礎上，尋找卡脖子技術的突破口，實現溫度和濕度的精準調節。在樹立為國家服務的意識前提下，學生要努力學習專業基礎知識，為研究新技術做準備，努力提高我國的科學技術水平，科技報國。

2.4 從中國石油化工和基礎建設工程的發展培養學生的家國情懷

中國石油化工集團公司是國內最大的成品油和石化產品供應商以及第二大油氣制造商，同時是世界第一大煉油公司和第三大化工公司。在“化工原理”課程講授時介紹我國石油化工的發展歷史和當前我國石油行業的地位，讓學生對石油化工技術建立民族自信心，培養學生的愛國主義精神。化工行業的發展也帶動了我國基礎建設的快速發展，以青藏高速鐵路的低溫熱棒工程技術為案例進行分析，低溫熱棒工程技術由江蘇中圣集團公司研制成功，破解了長期困擾我國科研人員和青藏鐵路建設者的重大工程技術難題——青藏鐵路地基不穩定，源于凍土層存在夏季融沉、冬季凍脹問題。低溫熱棒是我們中國人自己的凍土治理技術，作為青藏鐵路冰川侵蝕處理的唯一技術儲備。低溫熱棒工程實踐案例的透析，不僅有助于學生掌握傳熱的理論基礎知識，強化工程觀念，還讓學生對中國人自己的熱管技術建立強烈的民族自信。

2.5 從老一輩科學家的故事培養學生的科學精神和歷史使命感

在老一輩科學家的不畏艱險、自力更生、團結協作、攻堅克難的革命奉獻精神的鼓舞下，我國科學家不僅取得了一系列重要的基礎科學成果，還實現了化工產業化落地，解決了化學品短缺等問題。我國化工學科開拓者時鈞院士，一生辛勤耕耘和教書育人，為我國化工領域培養了16名院士。“時鈞精神”一直激勵化工學子們爭當時代楷模和報效祖國[3]。在講授“化工原理”課程眾多的定律與公式時，同時拓展介紹發現這些定律的科學家的故事，他們的經歷都飽含著奮發圖強、勇攀高峰和不屈不撓的科學精神。例如：雷諾、牛頓、拉烏爾、道爾頓、斯托克斯、傅里葉、時鈞、范旭東、侯德榜、顧毓珍、吳蘊初、蘇元復等人，他們的故事不僅可以鼓勵學生奮發圖強、勇于探索和克服困難挑戰學科前沿，還可以培養學生嚴謹的治學態度和強烈的歷史使命感。

2.6 從化學品制造、存儲和使用安全培養學生的安全意識、法治意識和職業道德

安全是頭等大事。在“化工原理”課程講授時，穿插化工廠事故案件，強化學生的安全意識。江蘇響水“3·21”事故因老舊固廢倉庫長期違法貯存的硝化廢料持續積熱升溫導致自燃而引發重大爆炸，這場事故的主要原因是化工產品制造公司缺乏足夠的安全意識和法律意識，在重大安全風險排查管控工作方面存在不全面、不深入、不扎實等問題，從而導致人員傷亡和重大經濟損失[4]。在“化工原理實驗”課程中，明確實驗室安全要求，要求學生嚴格按照規范操作，強調錯誤操作可能威脅到大家的生命安全。實驗結束后，及時指出學生在實驗過程中違反規定的不安全行為和存在的安全隱患。定期給學生開展實驗室安全教育講座，幫助學生掌握安全防范和應急處理方法和強化安全防護，確保學生的生命安全[5]。在化工原理課程講授精餾單元操作時，穿插不法分子制造假酒或毒品的案例，含有甲醇的假酒會導致失明，毒品可以從化學試劑中提煉，無論是假酒的制造還是毒品的提煉都會危害社會，是違法行為，警告學生不要踩法律的紅線。鼓勵學以致用，但一定要在合法的基礎上，不可唯利是圖，培養學生崇高的職業道德[6]。

3 結語

從人到人才，教育是必經之路。如何為國家培養不僅具有扎實化工專業理論基礎，同時具備高尚的愛國情操和工匠精神的德才兼備“新工科”人才，是每個化工高等教育工作者需要深思的問題。作為在化工高等教育教學與科研一線工作的優秀青年教師，要把最新的科學技術成果融合到化工原理課程的教學中，要以專業造詣打開學生的智力之窗，培養學生的學習興趣和科學思維，要通過透析工程技術案例來提高學生的工程技術觀念，增強學生認識問題、分析和解決問題的能力以及提高學生的安全意識、法治意識和職業道德，要以人格魅力吸引學生的心靈，要把馬克思主義辯證思想、家國情懷和科學精神潤物細無聲地滲透到化工原理課程教學之中，從而實現培養有責任、有擔當、有愛國情懷和工匠精神的適應未來可持續發展的高素質應用型綠色化工人才的目的。