工程教育專業(yè)認證背景下融合課程思政的“化工熱力學”教學研究

方 芬

(寧夏大學 化學化工學院，寧夏 銀川 750021)

“堅持顯性教育和隱性教育相統(tǒng)一，挖掘其他課程和教學方式中蘊含的思想政治教育資源，實現(xiàn)全員全程全方位育人。”，這是習近平總書記2019年3月在學校思想政治理論課教師座談會上所強調的。2020年6月，教育部頒布了《高等學校課程思政建設指導綱要》，明確提出課程思政建設工作要在全國所有高校、所有學科專業(yè)全面推進，促使課程思政的理念達成廣泛共識[1]，由此融合課程思政的教學研究與改革在全國高校的各個專業(yè)如火如荼地展開[2-5]。“化工熱力學”作為化工專業(yè)的理論基礎課和主干課程融入思政課程的教學研究少有報道，更多的教學研究集中于在工程教育認證背景下的教學，線上教學等方面的教學研究[6-11]，而在工程教育專業(yè)認證背景下融合課程思政的“化工熱力學”教學研究未有報道。作者基于工程教育認證的要求，融合課程思政對“化工熱力學”的課程目標、教學內容、教學方法和評價體系等方面進行了探索研究。

1 課程目標

工程教育認證有三大理念：以學生為中心、產出導向和持續(xù)改進，其中居于核心地位的是產出導向(outcome-based education，OBE)。OBE理念強調專業(yè)教學的設計和實施以學生接受教育后所取得的學習成果為導向，并對照畢業(yè)生核心能力和要求，評價專業(yè)教育的有效性。顯然 “學習成果”的定義尤為重要，它是以培養(yǎng)目標為最高指導，通過畢業(yè)要求逐級分解到各個課程中的，故每門課程的課程教學目標成為定義學習成果的落腳點。以學生為中心的教學目標分為6部分，包括核心知識、學以致用、觸類旁通、人性維度、志趣情懷、學會學習[12]。剖析這6個教學目標，其內涵的思政元素有工匠精神、家國情懷、責任擔當、工程規(guī)范、終生學習、學以致用、勇于創(chuàng)新、哲學元素、勤于思考等。將思政元素與化工熱力學課程目標相融合建立新的課程目標(圖1)。表1給出了課程目標對化工專業(yè)畢業(yè)要求的支撐關系。

表1 課程目標對車輛工程專業(yè)畢業(yè)要求的支撐關系

圖1 融合思政元素的“化工熱力學”課程目標的建立

2 教學內容

“化工熱力學”作為化學工程與工藝專業(yè)學科基礎知識中化學工程與技術類知識的核心課程，課程的根本任務就是利用熱力學第一、第二定律給出物質和能量的最大利用極限，有效地降低生產能耗，減少污染，從而在本質上指導如何減緩熵增的速度[13]，提高資源和能源利用效率。傳統(tǒng)上由此可將教學內容分為兩個模塊：流體的p-V-T關系、純流體的熱力學性質計算、流體混合物的熱力學性質和相平衡作為實現(xiàn)物質的最大利用極限的相平衡模塊；化工過程的能量分析、蒸汽動力循環(huán)與制冷循環(huán)作為實現(xiàn)能量最大利用極限的化工過程能量分析模塊。兩個模塊既有區(qū)別又有聯(lián)系，相平衡模塊中的流體的p-V-T關系、純流體的熱力學性質是能量分析模塊的基礎，具體也體現(xiàn)在課程目標中。課程目標3和課程目標4同時關聯(lián)了相平衡和化工過程的能量分析。顯然僅僅只有這些教學內容無法實現(xiàn)思政元素融合，也無法完整地實現(xiàn)課程目標，因此需要對教學內容進行重塑，融合思政元素。圖2給出了完整的教學內容與課程目標間的關系，圖中打勾的內容為新加入的教學內容。

圖2 教學內容與課程目標間的關系

3 教學方法與實施

作為實現(xiàn)課程目標的橋梁，教學方法是不可或缺的。沒有恰當?shù)慕虒W方法就不會有良好的教學效果，也無法實現(xiàn)課程目標。融入思政元素的“化工熱力學”教學方法的主旨思想是以學生為中心，講授法為主，輔助其他教學方法。雖然傳統(tǒng)的講授法近幾年仿佛成了過街老鼠，人人喊打、人人生厭，但教師全方位地將教學內容以講授的方式呈現(xiàn)給學生，是較便捷與合理的教學方法，同時講授法也可以和其他的教學方法結合[14]，實現(xiàn)以學生為中心的教學方法。有研究表明教師講授是未來仍將繼續(xù)存在的教學方式[15]。教師講授有助于學生在通識課程中的深度學習[16]。“化工熱力學”作為專業(yè)基礎課，通過教師對專業(yè)基礎知識的講解，可以使學生較快地了解框架和脈絡，為學生深度學習提供基礎。當然有效的教學方法一定不是單一的，教師講授必須與其他教學方法相結合才能達到良好的教學效果，實現(xiàn)課程目標。其他輔助的教學方法有啟發(fā)式教學、案例教學等。下面介紹如何將上述教學方法實施于融合思政元素的“化工熱力學”教學中，以達到良好的教學效果。

3.1 教師講授結合啟發(fā)式教學

啟發(fā)式教學以教師提出問題為依托，要求教師在教學過程中發(fā)揮主導作用，充當設計者、主持者、教練者和合作者的角色。緒論的講解中，先讓同學們看課本的目錄，提出哪些物理量是物理化學接觸過的，引導學生用已有的知識建立本門課程與物理化學課程的聯(lián)系，再通過講授讓學生對化工熱力學這門課的研究對象與研究方法有所了解，接著提問物理化學與化工熱力學課程的區(qū)別是什么。進一步讓學生主動思考化工熱力學的研究對象，最后通過多媒體給出化工專業(yè)的知識框架，即化工熱力學和其它化學工程分支學科間的關系，融入哲學思想： “合抱之木,生于毫末；九層之臺,起于累土；千里之行,始于足下。”——《老子》；“量變產生質變”——馬克思主義哲學。鼓勵學生學好每一門課程，走好每一步，成為合格的化學工程師。在流體熱力學性質計算的講解中，啟發(fā)學生思考兩個問題:麥克斯韋關系式的作用是什么？剩余性質的作用是什么？再融入哲學思想：“天下難事必作于易，天下大事必作于細。”——《老子》，讓學生明了化工熱力學處理問題的方法是由簡單模型入手再進行校正，以解決實際問題，進一步引導學生思考其他問題的處理是否也可用該方法。在有關熱力學圖表的講解中，給出問題：同一狀態(tài)的水蒸氣查閱不同的水蒸氣表會不會有不同的焓值？引導學生思考如何避免由于參比態(tài)選取不同而導致的數(shù)據(jù)不一致。融入思政元素：工程規(guī)范及工匠精神，使得學生意識到作為未來的化學工程師在進行計算時一定要嚴謹，所用的公式及圖表數(shù)據(jù)要規(guī)范，注意使用的范圍，切不可拿來就用。在講解化工過程的能量分析中，由實例甲醇廠的蒸汽動力循環(huán)提出兩個問題：第一個問題：通過甲醇生產中的蒸汽動力循環(huán)，我們達到了什么目的？第二個問題：如何實現(xiàn)蒸汽動力循環(huán)？由第一個問題引出節(jié)能概念，再由節(jié)能概念這個點到國家有關節(jié)能政策出臺的時間線，然后引出社會主義核心價值觀的法治這個點，再到社會主義核心價值觀這個面，最后由社會主義核心價值觀中的敬業(yè)這點聯(lián)系到學業(yè)，回到甲醇廠的蒸汽動力循環(huán)提出的第二個問題，引出化工過程的能量分析內容。在講解蒸汽動力循環(huán)時提出卡諾正循環(huán)、理想朗肯循環(huán)和實際朗肯循環(huán)的區(qū)別問題，引申出熱機的發(fā)展歷程：從實踐到理論，再由理論到實踐的哲學原理，以及事物兩面性——對立與統(tǒng)一。

3.2 教師講授結合案例教學

案例教學多應用于管理、金融、法律等學科，在研究生教學過程中應用更廣泛。夏淑倩等[17]以芳烴抽提工藝為案例，建立化工熱力學相平衡工程案例，用于工程專業(yè)學位碩士研究生的“化工熱力學”課程教學。本科生教學中教師如何根據(jù)課程目標和內容要求給出合適的案例尤為重要。案例既要考慮學生的知識儲備又要注意不能過于簡單，這樣才能讓學生置身于案例情景中，去發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題。在案例教學中，教師除了選擇合適案例外，還要與學生充分互動，引導學生學會對影響問題的各種因素進行分析，以影響問題的關鍵因素為抓手，對各種可能性都進行充分的推論，給出多種解決方案，再進行對比分析，優(yōu)選出一種解決方案。案例教學更適用于相平衡和化工能量分析，這兩部分內容屬于學生掌握了熱力學原理、狀態(tài)方程以及活度系數(shù)模型后的應用部分，涉及的知識點較多，工程案例相對較豐富。課前通過雨課堂發(fā)布案例及相關學習視頻，學生需要結合案例查閱資料，對相關知識點進行復習和預習，鼓勵學生將分析案例中遇到的問題發(fā)布在雨課堂討論區(qū)，供教師和學生們共同探討。課堂上側重于引導學生討論、研究和探索，并且進行歸納和總結。在歸納總結時融入思政元素，如哲學原理：事物兩面性——對立與統(tǒng)一，并樹立學生的節(jié)能環(huán)保意識，激發(fā)學生的家國情懷、責任擔當，培養(yǎng)學生學以致用、勇于創(chuàng)新的能力。

學科前沿，包括狀態(tài)方程、活度系數(shù)與組成、相平衡及熱力學第一、二定律的新的發(fā)展情況都可作為思政元素。通過啟發(fā)式或者小案例教學方式進行，有助于學生樹立正確的科研觀，培養(yǎng)學生勇于創(chuàng)新的精神。名人故事則可在課程進行中穿插介紹，引導學生思考名人的科研精神及素養(yǎng)是如何形成的。

4 教學評價體系

持續(xù)改進作為工程認證的核心理念之一，其依據(jù)為合理的評價體系。合理的評價體系一定是形成性的。只有形成性評價才能更好地實現(xiàn)持續(xù)改進。“及時反饋”作為形成性評價的重要特征，在本課程中體現(xiàn)在以下方面：課前通過雨課堂平臺發(fā)布預習資料，包括預習內容及預習測試，及時了解學生前序課程掌握情況以便調整教學進度；課中針對學生應重點掌握的知識、能力通過雨課堂平臺進行隨堂測試，及時根據(jù)測試情況進行改進；課后布置相關作業(yè)對知識能力素質及時進行鞏固；模塊教學后進行單元測試及時掌握學生對各個模塊的掌握情況；期末進行期末測試評價學生對整個課程的掌握情況。除了通過不同維度的測試和作業(yè)外，還通過調查問卷和隨機訪談及時了解學生的學習情況。認識到不足，不論是學生的學還是教師的教都需進行持續(xù)改進。思政元素的考核滲透于評價的各部分，重點體現(xiàn)在調查問卷和隨機訪談中。鑒于課程目標是思政與專業(yè)知識的有機統(tǒng)一體，評價體系中加入學生評教、教師自評和同行評價[18]，全面了解教學效果，以便更好地進行持續(xù)改進。

5 結束語

采用上述的教學模式進行了兩輪“化工熱力學”課程教學實踐。實踐中依托雨課堂在線平臺整合各類教學資源，最終將思政元素以潤物細無聲的方式融合于教學的各個環(huán)節(jié)。對比兩輪評價結果，第二輪的結果更好，這源于對思政元素的融入方式進行了持續(xù)改進，從較為生硬的融入方式逐步改進為切入點更加貼切的融入方式。通過實踐表明，課程的教學模式可有效地提高學生的學習主動性，對學生的專業(yè)知識和思政素養(yǎng)的提高有良好的效果。