食品工程原理課程思政建設的教學實踐

摘要：食品工程原理課程是食品科學與工程專業的一門具有工程性和實踐性的專業必修課。文章以流體流動章節為例，將家國情懷和愛國主義精神，哲學思維和思辨能力，理想信念和科學精神，抗挫能力和工匠精神，安全意識和職業素養，循環利用和成本意識，綠色發展和環保理念等思政元素融入到食品工程原理課程的教學中，從而構建食品工程原理課程思政的教學目標和教學內容。

關鍵詞：食品工程原理；流體流動；課程思政；教學目標；教學內容

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20230217

基金項目：柳州工學院校級課程思政示范課程（2022kcsz036）。

Teaching practice of ideological and political construction in the course of food engineering principles

Huang Yanling， Luo Ying， Zheng Lilang

（ Liuzhou Institute of Technology， Liuzhou， Guangxi 545616 ）

Abstract： Food engineering principles is a required course of engineering and practice for the major of food science and engineering. Taking the chapter on fluid flow as an example， the ideological and political elements such as national feeling and patriotism， philosophical and critical thinking， ideal belief and scientific spirit， resilience and craftsmanship， safety awareness and professionalism， recycling and cost awareness， green development and environmental protection concept were blend into the teaching of food engineering principles course， in order to construct the teaching objectives and teaching contents of the ideological and political education of food engineering principles course.

Key words： food engineering principles， fluid flow， ideological and political course， teaching objiectives， teaching contents

食品工程原理是食品科學與工程專業的一門專業必修課，是將實驗室科研成果轉化成工業化生產的理論課程，具有實踐性與工程性的雙層特性。該課程著眼于培養食品科學與工程專業學生的工程思維，分析和解決工程問題的能力。高校課程思政建設應以專業課作為思政教育的載體，充分利用好課堂教學主渠道，堅持有機融合和春風化雨的原則，將知識傳授、能力培養和價值塑造貫穿在教學的全過程中，從而達到立德樹人的根本任務。現以流體流動章節為例探討如何構建一套完整的食品工程原理課程思政的知識融合體系，為相關專業課程的課程思政建設提供一定的思路。

1 流體流動章節課程思政的教學目標

流體流動章節從專業課的角度出發制定的教學目標為“掌握流體靜力學原理及應用，流體動力學方程及應用，流體流動現象，流體流動阻力的計算，管路計算，流量測定”。融入課程思政元素后的教學目標為“運用馬克思主義哲學思想來指導學生掌握本章節的知識，并通過本章的學習培養學生的家國情懷和愛國主義，哲學思維和思辨能力，理想信念和科學精神，抗挫能力和工匠精神，安全意識和職業素養，循環利用和成本意識，綠色發展和環保理念。”

2 流體流動章節課程思政的教學內容

食品生產過程中，許多原料、半成品、成品或輔料都以流體狀態存在，如乳品生產中的牛乳、飲料生產中使用的水、鍋爐產生的蒸汽及風機輸送的空氣等。完成一個食品加工過程，需將各種流體原輔料送入加工系統，將流體半成品從一道工序送至另一工序，同時還需要將流體成品從系統中引出，另外食品生產過程中的傳熱、傳質也與流體的流動狀態密切相關，因此流體輸送是食品生產的一種重要的單元操作。流體流動章節由簡單到復雜，由片面到全面，循序漸進討論流體流動過程的基本原理及流體在管內流動的一般規律，并運用這些基本規律解決生產過程中的實際問題。

2.1 流體靜力學基本方程

流體靜力學基本方程是研究流體處于相對靜止狀態下的平衡規律。

馬克思主義哲學原理中講到整體與部分的關系：整體居于主導地位，統率著部分，部分離不開整體；整體由部分組成，部分又反過來制約著整體，關鍵部分的功能及其變化對整體的功能起決定作用。流體是由無數質點組成的連續介質，每個質點運動的大小和方向都不相同，但流體整體的狀態由所有質點共同決定。在介紹氣體、液體混合物密度的計算時，混合物（整體）的密度由各個組成（部分）的密度共同決定，雖然含量最高的組分的密度對混合物的密度起主要貢獻作用，但其他成分的貢獻也不容忽視。作為集體（整體）中一份子，每個人都要樹立全局觀念，說話辦事要從全局出發，不能為了個人的利益，棄國家集體利益不顧。

為確保設備內的壓力不超過某一限度或防止外界空氣進入到設備里，常采用安全液封，可以聯系到中國民間腌制泡菜時壇子加水密封的實例，壇口通過水的密封作用，外界的氧氣無法進入到壇中，進而影響乳酸菌的厭氧發酵，而發酵產生的二氧化碳卻可以通過壇口密封的水溢出。從這個小小的實例可以見證勞動人民善于思考的智慧，增強學生對民族文化的自信力。

在講述流體靜力學基本方程時，引入三峽大壩的例子，大壩高181 m，正常蓄水位達175 m，大壩長2 335 m，在課堂教學中讓學生通過流體靜力學基本方程計算大壩底部承受的壓力，使學生明白大壩建設的科技含量，了解我國人民在黨中央的領導下，克服種種艱難險阻，建設了世界上綜合效益最大的水利樞紐（防洪、航運、抗旱、發電），增強學生對祖國政治認同與文化傳承的使命感和自豪感[1]。

2.2 流體動力學方程

通過質量守恒和能量守恒找出流體在管內的流動規律，得到連續性方程和伯努利方程，并利用這些方程解決流體輸送過程中經常遇到的一些問題。

在講述連續性方程時，引入大禹治水的故事。幾千年前，黃河洪水泛濫，給黃河流域的人們帶來很大災難，導致人們流離失所。在“大禹治水”之前的鯀采用的是“水來土擋”的策略，治水以失敗告終。而禹采取了“疏而不堵”的策略，在拓寬洪水流動的截面積，降低洪水流動速度的同時，減小洪水的流動阻力，從而降低了洪水對堤岸的破壞作用，與課程中流體流動的連續性方程（Vs=A×u）和流體流動阻力的范寧公式相對應[2]。禹采用“順水性，導之入海”的治水思想，最終治水成功，為人類治水提供了典范，體現了我國勞動人民的智慧，增強了學生對祖國文化的自信力。

在推導流體流動機械能衡算式時，先進行合理簡化（理想流體），之后建立理想物理模型，導出伯努利方程式，最后通過實驗，對伯努利方程進行修正，得出實際流體流動的機械能衡算式，讓學生理解工程問題的解決思路——從“特殊”到“一般”，從而正確認識客觀世界，培養學生嚴謹的科學思維方式[3]。

安全是工業生產的頭等大事，在教學過程中，結合相關專業理論知識進行安全教育。比如，地鐵、鐵路站臺上都會設置1 m安全線，這是因為當列車高速運行時，靠近車廂的空氣在高速運動的列車影響下會產生比較大的動能，其瞬時靜壓力很小，與站臺上的旅客背后的壓力形成較大的壓差，進而形成較大推力而使旅客受到傷害[4]。

2.3 流體流動現象

流體不能保持一定形狀，任何微小的剪切力都可以使流體產生變形。牛頓黏性定律的提出者牛頓，是英國著名的物理學家、數學家和天文學家，百科全書式的“全才”，提出了著名的萬有引力定律、力學三大定律、白光由各色光組成的理論，以及本課程中的牛頓黏性定律、牛頓冷卻定律。牛頓在研究、探索各種定律的過程中始終堅持基于實驗的確定性追求，避免形而上學的思辨趨向，追求科學理論的準確表達[5]。通過介紹科學家的典型事跡，勵志故事，讓學生明白，科學探索是一個長期、曲折、復雜、艱苦的過程，要想探索科學的高峰，需要培養不怕挫折、鍥而不舍，愈挫愈奮的勇氣與毅力。

雷諾演示實驗中滲透著質量互變規律。當玻璃管內水的流速小時，管中心的紅墨水呈現出一條輪廓清晰的細直線，但流速增大到某一臨界值時，紅色液體流線開始波動、彎曲，呈現出一條波浪形的細線，繼續增大流速至某值時，紅墨水的細線斷裂并呈旋渦狀被水沖散，與水混合在一起，使整個玻璃管中的水呈現出均勻一致顏色較淡的紅色。通過實驗，讓學生切實感受到事物的發展變化規律——由量變到質變再到新的量變的質與量的轉變過程。要質的變化，在平時要注重量的積累，學業上的進步不是一天就能達成的，要通過平常一天天的積累，才會實現質的飛躍。

流體在固定平板或圓形直管中流動時，流體邊界層始終是緊貼在固體壁面上的。當流體流經曲面或其他形狀物體的表面時，在一定的條件下將會產生邊界層與固體表面分離并形成旋渦的現象，流體質點強烈碰撞與混合，造成機械能的損耗。魚的身體通常呈梭形，其目的是減少邊界層分離，從而減少在水中游動時的阻力損失。而我國高鐵車頭的流線型設計也是為了最大限度減少運行過程中空氣的邊界層分離，從而降低運行阻力。學習的過程中，通過理論聯系實際，提升學生學習的興趣與動力，從而達到事半功倍的效果。

2.4 流體流動的阻力

流體具有黏性，流動時存在著內摩擦力，這是流動阻力產生的根源，固定的管壁或其他形狀固體壁面，促使流動的流體內部發生相對運動，為流動阻力的產生提供了條件。

在講摩擦系數的經驗公式時，介紹我國化學工程專家顧毓珍先生的生平，1927—1933年，顧毓珍先生在美國麻省理工學院攻讀博士學位期間，深入研究摩擦系數和直管相對粗糙度與雷諾數之間的相互關系，提出了著名的“顧氏公式”，由于其基礎理論可靠且便于實際應用，得到國際學術界的公認，但他在獲得博士學位后立即回國報效國家，帶著最前沿知識和理念，致力于我國化學工業的發展和化學工程學科的開創而積極奮斗一生。他嚴于治學，勤奮工作，無論是教學和科學研究，都一絲不茍，孜孜以求。激勵同學們以老一代科學家為榜樣，努力學習專業知識，增強對國家和社會的責任和使命感，潛移默化中使學生的思想認識和價值觀念得到了提升，實現知識傳授與價值觀教育的共振。

在講解管內流體流動的直管阻力的計算公式——范寧公式時，將對直管阻力的影響都歸結于摩擦系數，而后再分別研究層流和湍流時摩擦系數的計算方式。在流體作湍流流動時，流體質點脈動、碰撞、混合，并不斷產生旋渦，其情況比層流的要復雜得多，無法通過理論分析的方法建立湍流情況下阻力的關系式，常通過實驗建立經驗關系式。從影響流體流動阻力的諸多因素中，分析歸納出對過程的影響因素為3個方面：流體的性質、流道的幾何尺寸及流動速度，再通過量綱分析法將變量組合成量綱一的特征數。把復雜問題通過抓大放小來簡化處理，使學生對知識體系的概貌更加清晰。

2.5 管路計算

管路計算分為設計型計算和操作型計算兩大類，其中操作型計算經常要用到試差法。采用試差法的原因是各個因素之間的關系是錯綜復雜的，在給定的工況條件下，沒辦法通過直接計算求得某一個參數，而是需要不斷地進行重復計算和多次驗證，直到獲得最接近的結果。同時試差的過程中起始值的選取依賴于人們的經驗。因此，通過試差法解決問題的過程也是在向同學們詮釋，要想成為一名出色的技術人員，除了具備扎實的專業知識，還要有專注執著、精益求精的工匠精神。

在管路的設計型計算中，當流體輸送任務一定時，流體的流速選得越大，則需要的管道直徑越小，管道的投資費用也隨之減少，但由于流速較大，相對應的阻力損失也較大，操作費用會增加；反之，流體的流速選擇小一些，則需要的管道直徑就較大，操作費用減小，但投資費用卻增加。投資費用和操作費用是一對矛盾，它們之間相互聯系，也相互制約，要降低操作費用，投資費用必然增加，反之亦然。工業生產必須從經濟效益出發，選擇一個適宜的流速，使總費用最低。

2.6 流量測定

在講到流體流量的測定時，通過對實際工程案例中流量測量的“小問題”帶來尾氣排放超標的“大錯誤”的講解，引導學生在進行課程學習以及將來工作中要有強烈的責任心。通過將課程內容與使命感聯系起來，引發學生的思考，激發學生的愛國情懷。

3 結 論

以流體流動章節為例，在食品工程原理課程思政的教學目標中加入家國情懷和愛國主義，哲學思維和思辨能力，理想信念和科學精神，抗挫能力和工匠精神，安全意識和職業素養，循環利用和成本意識，綠色發展和環保理念等思政元素，通過實際教學內容中對流體流動專業知識和思政元素的融入性結合，實現了食品工程原理課程思政的教學目標。

參 考 文 獻

[1] 劉錫建，王遠強，陸杰.化工原理教學中的課程思政實踐[J].廣東化工，2020，47（18）：176-177.

[2] 胡磊，吳真，周守勇.化工原理教學中課程思政教育的探索與實踐[J].廣州化工，2020，48（9）：190-192.

[3] 趙武奇，高貴田，張清安，等.“食品工程原理”課程思政探索與實踐[J].現代面粉工業，2021，35（1）：36-40.

[4] 黨明巖，宋穎韜.《化工原理》教學過程的課程思政實踐與探索[J].江西化工，2019（5）：38-39.

[5] 韓彩英.論牛頓的近代科學精神[J].佛山科學技術學院學報（社會科學版），2012，30（2）：1-4.