“雙碳”背景下化工專(zhuān)業(yè)課程的改革與實(shí)踐
——以“化學(xué)反應(yīng)工程”課程為例

葛武杰

貴州理工學(xué)院化學(xué)工程學(xué)院 貴州貴陽(yáng) 550003

高等教育應(yīng)堅(jiān)持以立德樹(shù)人為教育的中心環(huán)節(jié)，應(yīng)把思政教育貫穿到教育的全過(guò)程中，要努力實(shí)現(xiàn)全程育人和全方位育人。做好高校思想政治工作，要用好課堂教學(xué)這個(gè)主渠道。另外，教育部印發(fā)的《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》要求全面推進(jìn)高校課程思政建設(shè)，課程思政建設(shè)是當(dāng)前高校教育事業(yè)發(fā)展迫在眉睫的任務(wù)，是事關(guān)高校所有課程建設(shè)及相應(yīng)教師發(fā)展的教書(shū)育人重要工作要求。對(duì)于理工課程，在授課過(guò)程中，要將學(xué)科專(zhuān)業(yè)知識(shí)與做人做事的基本道理、與社會(huì)主義核心價(jià)值觀的要求相融，一方面提高大學(xué)生認(rèn)識(shí)、分析、解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力，另一方面對(duì)大學(xué)生進(jìn)行科學(xué)素質(zhì)與工程倫理教育，激發(fā)學(xué)生敢于探索、追求卓越的科學(xué)精神以及吃苦耐勞、精益求精的工匠精神，培養(yǎng)學(xué)生科技報(bào)國(guó)、解決研究前沿?zé)狳c(diǎn)難題的使命擔(dān)當(dāng)[1-2]。

另一方面，中國(guó)將力爭(zhēng)2030年前達(dá)到二氧化碳排放峰值、并努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。這也被稱為中國(guó)的“雙碳”目標(biāo)。在此目標(biāo)的指引下，從石化、能源到消費(fèi)、制造行業(yè)，都掀起了達(dá)峰降碳的熱潮。而貴州省以煤礦、磷礦為資源誕生的煤化工、磷化工生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)屬于高碳排放行業(yè)，特別是煤化工，因?yàn)槠湓厦禾恐械臍?碳原子比大約為0.2～1.0，在煤氣化制合成氣，再制備合成氨、甲醇和其他烯烴類(lèi)物質(zhì)，以及煤液化過(guò)程中都會(huì)有大量的碳以二氧化碳或其他碳?xì)浠衔锏男问疆a(chǎn)生。在煤、磷化工生產(chǎn)過(guò)程中，為了減少碳排放，推動(dòng)行業(yè)向綠色低碳方面的發(fā)展轉(zhuǎn)變，無(wú)論是采取優(yōu)化產(chǎn)業(yè)鏈布局、細(xì)化或是研發(fā)、生產(chǎn)新能源材料，抑或是采取有效的節(jié)能減排措施，都離不開(kāi)對(duì)生產(chǎn)物料體系的分析優(yōu)化、對(duì)物料所在反應(yīng)器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化改造及對(duì)物料在反應(yīng)器內(nèi)部的混合傳遞性質(zhì)進(jìn)行優(yōu)化考慮。

而在化工類(lèi)專(zhuān)業(yè)課程中，“化學(xué)反應(yīng)工程”恰恰是對(duì)物料反應(yīng)器進(jìn)行設(shè)計(jì)、優(yōu)化的一門(mén)課程?！盎瘜W(xué)反應(yīng)工程”是以各種化學(xué)生產(chǎn)加工過(guò)程為背景，將內(nèi)在本征化學(xué)反應(yīng)與外在的動(dòng)量、熱量和質(zhì)量三種傳遞過(guò)程有機(jī)結(jié)合起來(lái)研究其綜合的宏觀反應(yīng)過(guò)程，進(jìn)而對(duì)化工反應(yīng)器進(jìn)行設(shè)計(jì)與優(yōu)化。在課程教學(xué)內(nèi)容中的對(duì)反應(yīng)器設(shè)計(jì)優(yōu)化處處體現(xiàn)著綠色、低碳、環(huán)保以及提升反應(yīng)效率理念。該課程素質(zhì)目標(biāo)包含有激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化工專(zhuān)業(yè)興趣、引導(dǎo)學(xué)生思考與提問(wèn)、掌握(反應(yīng)器選型和設(shè)計(jì))技能、培養(yǎng)化工工程思維能力、培養(yǎng)愛(ài)國(guó)情懷、增強(qiáng)綠色低碳環(huán)保意識(shí)等多個(gè)方面[3]。課程體系內(nèi)容恰恰是化工行業(yè)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的有效路徑。

通過(guò)以上三個(gè)方面表述可以看出，將實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)這個(gè)國(guó)家重大需求為出發(fā)點(diǎn)與課程思政建設(shè)融合在一起，恰好符合“化學(xué)反應(yīng)工程”授課內(nèi)容及目標(biāo)，又可提升學(xué)生對(duì)專(zhuān)業(yè)的認(rèn)可度，大有可為。

1 碳中和與化工專(zhuān)業(yè)建設(shè)

化工類(lèi)專(zhuān)業(yè)主要目的是培養(yǎng)工程類(lèi)人才，在碳中和時(shí)代背景下，培養(yǎng)新層次符合社會(huì)需求及科技變革規(guī)律的新型工程師成為人才培養(yǎng)工作的重要課題。貴州理工學(xué)院化學(xué)工程與工藝專(zhuān)業(yè)正在進(jìn)行工程教育認(rèn)證工作，工程教育與實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)相輔相成，碳中和為工程教育指出了培養(yǎng)具有哪方面素質(zhì)的工程人才，為工程教育明確了培養(yǎng)方向，也是未來(lái)化工工程人才的就業(yè)發(fā)展方向。工程教育注重生態(tài)環(huán)境與工程經(jīng)濟(jì)相協(xié)調(diào)、人文價(jià)值與生產(chǎn)技術(shù)相統(tǒng)一的培養(yǎng)特征，其內(nèi)涵和實(shí)踐途徑也會(huì)在現(xiàn)如今的雙碳目標(biāo)下不斷得到完善[4-5]。另一方面，實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)的過(guò)程正是踐行工程教育的重要載體，具體表現(xiàn)為高校在教育教學(xué)策略方面注重與生態(tài)環(huán)境保護(hù)相結(jié)合的工程類(lèi)課程學(xué)習(xí)、強(qiáng)化具有多學(xué)科交叉融合特性的工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)以及采取以學(xué)生為中心的工程學(xué)習(xí)策略。因此，未來(lái)化工類(lèi)工程教育必須體現(xiàn)雙碳目標(biāo)下特殊的工程實(shí)踐特性與創(chuàng)新性。

化工類(lèi)專(zhuān)業(yè)教育要時(shí)刻與現(xiàn)代新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需要保持高度一致，需要以多學(xué)科交叉融合為出發(fā)點(diǎn)，積極探索和實(shí)踐應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式，培養(yǎng)符合產(chǎn)業(yè)需求的卓越工程型人才[6]。雙碳目標(biāo)正是社會(huì)對(duì)產(chǎn)業(yè)提出的變革要求及目標(biāo)，需要對(duì)傳統(tǒng)行業(yè)進(jìn)行變革與創(chuàng)新，發(fā)展新興產(chǎn)業(yè)。這就需要將雙碳目標(biāo)與化工專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)有機(jī)結(jié)合，以行業(yè)創(chuàng)新帶動(dòng)復(fù)合型人才培養(yǎng)，探索雙碳目標(biāo)下特色鮮明的化工人才培養(yǎng)模式。此外，高校教育的立身之本在于立德樹(shù)人，在傳授知識(shí)的同時(shí)傳播崇高的理念。馬克思主義哲學(xué)告訴我們，人與自然需要和諧相處，而碳中和正是這種思想的具體體現(xiàn)，因此，碳中和可以作為化工類(lèi)課程思政教育的重要組成部分，碳中和思想既是人類(lèi)社會(huì)可持續(xù)可持續(xù)發(fā)展理念，也是現(xiàn)代化工工程人才應(yīng)承擔(dān)的時(shí)代使命和責(zé)任擔(dān)當(dāng)，將碳中和作為化工類(lèi)課程思政元素融入學(xué)生課堂，可以切實(shí)有效地提高專(zhuān)業(yè)課程育人能力，發(fā)揮課堂教學(xué)育人的主渠道作用。

2 結(jié)合雙碳目標(biāo)的“化學(xué)反應(yīng)工程”課程建設(shè)

在調(diào)研學(xué)生學(xué)情的基礎(chǔ)上、熟悉學(xué)生對(duì)于“化學(xué)反應(yīng)工程”的難點(diǎn)、痛點(diǎn)之后，有針對(duì)性地進(jìn)行教學(xué)方式的建設(shè)；查閱文獻(xiàn)，調(diào)研貴州煤、磷化工企業(yè)，構(gòu)建“化學(xué)反應(yīng)工程”課程體系，設(shè)置能夠凸顯煤、磷化工實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的項(xiàng)目化內(nèi)容及資源案例庫(kù)；搜集案例，從新聞、實(shí)事、科技前沿、發(fā)明/發(fā)現(xiàn)及發(fā)展變化歷程中深度挖掘課程的思政元素，并建設(shè)有效可行的思政元素的融入方式，做到潤(rùn)物無(wú)聲；構(gòu)建結(jié)合貴州煤、磷化工特色以及思政內(nèi)容的“化學(xué)反應(yīng)工程”課程教學(xué)評(píng)價(jià)模式。

在授課過(guò)程中，融入的素質(zhì)教育目標(biāo)的具體思路舉例如下：

(1)“三傳一反”結(jié)合馬克思主義哲學(xué)辯證思維。“三傳一反”是指質(zhì)量傳遞、能量傳遞、動(dòng)量傳遞和化學(xué)反應(yīng)，其最本質(zhì)的科學(xué)依據(jù)是質(zhì)量守恒、能量守恒、動(dòng)量守恒及化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)。從大自然和人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的歷史中提取出來(lái)的唯物辯證法中將上述守恒闡述為“質(zhì)量互變規(guī)律”“對(duì)立統(tǒng)一規(guī)律”及“否定之否定規(guī)律”等。化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)器中流體流動(dòng)、混合以及從固定床到流化床、氣流床的過(guò)度也正是反映量變產(chǎn)生質(zhì)變的典型實(shí)例?？梢?jiàn)，辯證法描繪的科學(xué)規(guī)律與課程中“三傳一反”的基本工程原理體系在本質(zhì)上是相似的。此外，影響反應(yīng)器效率的因素也包含主觀因素和客觀因素，辯證統(tǒng)一地認(rèn)識(shí)各因素之間的差異及耦合關(guān)系，是解決實(shí)際問(wèn)題的關(guān)鍵。雙碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)、“零碳”技術(shù)的開(kāi)發(fā)也是碳元素在守恒規(guī)律下不同物質(zhì)形式的轉(zhuǎn)變技術(shù)[7]。

(2)研究方法映襯理論聯(lián)系實(shí)際?！盎瘜W(xué)反應(yīng)工程”涉及流體流動(dòng)、熱量傳遞、物料傳遞、物料停留時(shí)間、物料及熱量返混等，這些理論研究均是經(jīng)過(guò)“理論聯(lián)系實(shí)際、從實(shí)踐中來(lái)到實(shí)踐中去”才總結(jié)出來(lái)的精華所在。這些研究總結(jié)過(guò)程與中國(guó)共產(chǎn)黨一直堅(jiān)持的理論聯(lián)系實(shí)際的思想路線完全一致，一個(gè)是自然科學(xué)，一個(gè)是社會(huì)科學(xué)，都遵循著同樣的哲學(xué)原理而不斷發(fā)展前進(jìn)著。

(3)將中國(guó)元素融進(jìn)工程知識(shí)。講到漿態(tài)床反應(yīng)器時(shí)，以2020年6月刷新世界極限制造記錄、問(wèn)鼎世界之最的中國(guó)一重公司設(shè)計(jì)制造的全球首臺(tái)3000噸大型漿態(tài)床反應(yīng)器為例；講反應(yīng)器的選型設(shè)計(jì)時(shí)，以我國(guó)自主研發(fā)的針對(duì)貴州低品位磷礦資源的開(kāi)發(fā)而設(shè)計(jì)的高爐法磷酸設(shè)計(jì)和我國(guó)科學(xué)院院士閔恩澤在磁穩(wěn)定床反應(yīng)器方面的研究工作為例；講到流化床反應(yīng)器時(shí)，以我國(guó)自主開(kāi)發(fā)的采用流化床將甲醇轉(zhuǎn)化為丙烯的工業(yè)技術(shù)為例，以“雙碳”背景下，恒力石化向新型可降解塑料產(chǎn)品調(diào)整設(shè)計(jì)的反應(yīng)器為例，清華大學(xué)為貴州甕福設(shè)計(jì)的磷酸鐵鋰產(chǎn)品工藝為例，等等。將中國(guó)元素融入在教學(xué)工程中，使愛(ài)國(guó)主義、核心價(jià)值觀、責(zé)任感、使命感“四個(gè)自信”躍然心中。

在授課過(guò)程中，具體可以采用的教育案例舉例如下：

(1)在“氣固相催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)”教學(xué)過(guò)程中，引入中國(guó)催化劑的發(fā)展歷程，如夏商時(shí)期采用酵母菌釀酒、中世紀(jì)采用硝石催化劑制取硫酸、石油化工、煤化工技術(shù)，直到現(xiàn)代工業(yè)催化技術(shù)，讓學(xué)生感悟先輩們的古老智慧，傳承及發(fā)揚(yáng)傳統(tǒng)文化，推動(dòng)工業(yè)發(fā)展；引入雙碳目標(biāo)下開(kāi)發(fā)的先進(jìn)二氧化碳的催化轉(zhuǎn)化技術(shù)；引入最新光催化水解制氫的研究進(jìn)展，設(shè)計(jì)催化劑借助太陽(yáng)光的能量促使水分解為氫氣和氧氣，制備潔凈能源，助力雙碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，讓學(xué)生感悟催化技術(shù)在化工生產(chǎn)中的重要作用及實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)的技術(shù)瓶頸。

(2)在“反應(yīng)器的設(shè)計(jì)選型”教學(xué)過(guò)程中，引入“國(guó)旗紅”染料的研發(fā)過(guò)程，介紹沈陽(yáng)化工研究院經(jīng)過(guò)反應(yīng)釜的不斷改進(jìn)于1952年成功自主研發(fā)出色澤鮮艷、耐光、耐熱、永不褪色的“國(guó)旗紅”染料，從此五星紅旗有了完全國(guó)產(chǎn)的專(zhuān)用燃料，徹底打破了我國(guó)紅色染料依靠進(jìn)口的局面，讓學(xué)生感悟反應(yīng)器對(duì)產(chǎn)品性能的重要影響，體會(huì)通過(guò)反應(yīng)器的優(yōu)選設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)降低反應(yīng)能耗、減少碳排放的目的，同時(shí)學(xué)習(xí)中國(guó)化工人的耐心與毅力。

(3)在“氣液反應(yīng)工程”教學(xué)過(guò)程中，引入低溫甲醇洗脫碳工藝，介紹氣相和液相接觸、反應(yīng)及工藝特性，學(xué)習(xí)化工生產(chǎn)中有效除去混合氣體中二氧化碳的一種工藝，促使學(xué)生建立減碳思維方式，共同為實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)而奮斗。

隨著課程改革及專(zhuān)業(yè)認(rèn)證的不斷深化，化工專(zhuān)業(yè)課程的重點(diǎn)已經(jīng)成為培養(yǎng)各學(xué)科領(lǐng)域交叉融合、善于創(chuàng)新、同時(shí)具有家國(guó)情懷的應(yīng)用型人才。以國(guó)家重大需求為切入點(diǎn)，同時(shí)按照國(guó)家教育方針政策，將我國(guó)先進(jìn)技術(shù)、科學(xué)家治學(xué)經(jīng)歷等思政元素有效地融入專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)中，實(shí)現(xiàn)將專(zhuān)業(yè)課程的“學(xué)什么”“怎么學(xué)”與思政內(nèi)容的“為什么學(xué)”和“有什么用”有效地結(jié)合起來(lái)，完美地實(shí)現(xiàn)了高校教書(shū)育人目標(biāo)。在課程教學(xué)方法上，為了充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性，可以采用問(wèn)題導(dǎo)向式教學(xué)方式，如下圖所示，即在上課前針對(duì)該章節(jié)內(nèi)容設(shè)計(jì)若干問(wèn)題作為學(xué)習(xí)任務(wù)單，并將其發(fā)給學(xué)生，學(xué)生查閱資料文獻(xiàn)，有準(zhǔn)備地進(jìn)入課堂中，在課堂中進(jìn)行探討甚至各組之間爭(zhēng)辯，課后完成相應(yīng)的反應(yīng)器計(jì)算作業(yè)[8]。

問(wèn)題導(dǎo)向式教學(xué)過(guò)程圖

結(jié)語(yǔ)

化工類(lèi)專(zhuān)業(yè)課程“化學(xué)反應(yīng)工程”應(yīng)該結(jié)合目前雙碳大背景將思政教育內(nèi)容融入課程建設(shè)當(dāng)中，更好地實(shí)現(xiàn)教書(shū)育人的作用，課程建設(shè)可以通過(guò)以下四個(gè)方面進(jìn)行：

(1)創(chuàng)新課程體系及資源建設(shè)，將較新的固定床、流化床、釜式反應(yīng)器以及管式反應(yīng)器設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)以及新技術(shù)演變的思路方式穿插在課程當(dāng)中，將企業(yè)車(chē)間實(shí)際生產(chǎn)方式穿插在課程當(dāng)中，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)課程理論知識(shí)的同時(shí)，感悟創(chuàng)新思維、勇攀科技高峰、不斷進(jìn)取的精神，增加“雙碳”背景下化工行業(yè)的大變革，強(qiáng)化現(xiàn)代化工生產(chǎn)技術(shù)變革；

(2)思政融合型教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)，團(tuán)隊(duì)教師成員多參加課程建設(shè)培訓(xùn)活動(dòng)，積極參與企業(yè)實(shí)踐，強(qiáng)化自身工程實(shí)踐背景，搜集更多的反應(yīng)器工程實(shí)例，更好地實(shí)現(xiàn)理論聯(lián)系實(shí)際；

(3)素材案例庫(kù)的建設(shè)，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成員可以從我國(guó)化工的發(fā)展歷程中選取優(yōu)秀案例，比如“雙碳”背景下煤、磷化工轉(zhuǎn)型過(guò)程中出現(xiàn)的新型反應(yīng)器等，讓學(xué)生在了解我國(guó)化工行業(yè)的專(zhuān)家在做什么和怎么做的同時(shí)，建立節(jié)能減排、綠色低碳的生活，生產(chǎn)思想觀念；

(4)課程評(píng)價(jià)體系優(yōu)化，在課程評(píng)價(jià)過(guò)程中，應(yīng)充分考慮學(xué)生平時(shí)能力的考核以及課外評(píng)價(jià)和課內(nèi)評(píng)價(jià)的結(jié)合，比如，加入項(xiàng)目PPT匯報(bào)的考核(讓小組學(xué)生查閱本領(lǐng)域?qū)＜业难芯俊⒅螌W(xué)經(jīng)歷，作匯報(bào)交流，納入到作業(yè)分值中)以及學(xué)生進(jìn)行文獻(xiàn)檢索大作業(yè)，對(duì)“雙碳”背景下化工行業(yè)的轉(zhuǎn)型及涉及的反應(yīng)器系統(tǒng)進(jìn)行文獻(xiàn)調(diào)研，了解目前國(guó)家重大急需領(lǐng)域、學(xué)術(shù)研究進(jìn)展以及感受科學(xué)家們的報(bào)國(guó)和治學(xué)情懷。