文化自信背景下高校能源化工學(xué)科教學(xué)與科研工作的思考

宋文靜 李昱達(dá) 郭 琳 賴偉坤

(1. 武漢工程大學(xué) 化工與制藥學(xué)院 綠色化工過程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北 武漢 430205;2. 廈門大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院 醇醚酯化工清潔生產(chǎn)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室,福建 廈門 361005)

世界處于大發(fā)展大變革大調(diào)整時(shí)期,各種思想文化頻繁交流交融交鋒,更加凸顯了文化軟實(shí)力在綜合國(guó)力競(jìng)爭(zhēng)中的戰(zhàn)略地位。黨的十八大以來(lái),以習(xí)近平同志為核心的黨中央高度重視文化走出去工作,提出新形勢(shì)下提高國(guó)家文化軟實(shí)力和中華文化影響力的一系列明確要求[1]。黨的十九大報(bào)告又指出“堅(jiān)定文化自信”。此背景下,我國(guó)對(duì)文化輸出的重視程度也在不斷增強(qiáng),強(qiáng)調(diào)“文化自信”。中國(guó)有句古話叫“落其實(shí)思其樹,飲其流懷其源”。要推動(dòng)中華文化走出去,必然要堅(jiān)定文化自信。優(yōu)秀傳統(tǒng)文化是文化自信之根。作為高校教師,我們不僅要培養(yǎng)學(xué)生具有滿足國(guó)家重大戰(zhàn)略和地方發(fā)展需求的專業(yè)技能,在當(dāng)前復(fù)雜外部局勢(shì)下,還應(yīng)要求學(xué)生具有國(guó)家民族的自信及文化自信,將文化的基因根植在他們的社會(huì)觀、價(jià)值觀、人生觀、世界觀中,培養(yǎng)學(xué)生的正確價(jià)值取向。這也正是我們學(xué)科建設(shè)的根本任務(wù)——人才培養(yǎng)。因此,在文化強(qiáng)國(guó)和課堂思政改革的當(dāng)下,更要營(yíng)造多維度、多方面、多層次的思政教學(xué)思考。

近年來(lái),隨著國(guó)家對(duì)科研支持力度的加大,中國(guó)的科技論文數(shù)量與質(zhì)量也逐年提升。能源科學(xué)在其中占據(jù)了重要地位。一方面由于能源是國(guó)家急需且高度關(guān)注的戰(zhàn)略領(lǐng)域,事關(guān)國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的能力和水平,決定著國(guó)家能否長(zhǎng)治久安。另一方面,能源科學(xué)也是國(guó)際重大科學(xué)前沿,Science專刊特意將“如何及何時(shí)替代石油”列為未來(lái)最具挑戰(zhàn)性的科學(xué)難題之一。能源問題的關(guān)鍵支撐學(xué)科是化學(xué)和化學(xué)工程。能源化工作為熱門方向,研究較多,高水平論文較多。科技傳承,文化輸出,建立文化自信成為一種流行趨勢(shì)[2]。越來(lái)越多的高校科研工作者在發(fā)表自己研究成果時(shí),將中國(guó)元素設(shè)計(jì)在刊物封面[3],這不但形象生動(dòng)地闡述了化學(xué)變化過程或機(jī)理研究?jī)?nèi)容,而且深入挖掘了中華文化內(nèi)涵,切實(shí)弘揚(yáng)了中國(guó)精神。期刊封面上中國(guó)元素的大量涌現(xiàn)是廣大科研工作者對(duì)中華文化的自信驕傲,同時(shí)也是我國(guó)文化軟實(shí)力建設(shè)的一大表現(xiàn)。梳理化學(xué)知識(shí)邏輯和中華文化的深入自然聯(lián)系,將更有助于增強(qiáng)研究生等廣大青年學(xué)生的文化自信和對(duì)專業(yè)的認(rèn)可,同時(shí)可以促進(jìn)能源化工學(xué)科的整體思政建設(shè)。

1 文化自信在高校科研工作成果中的輸出與體現(xiàn)

1.1 神話歷史故事

中華傳統(tǒng)神話故事反映出了中華民族的特性,從“女媧補(bǔ)天”[4]、“愚公移山”[5]、“哪吒鬧海”[6]、“鯉魚躍龍門”[7]、“草船借箭”[8]、“松齡鶴壽”[9]等故事,可以看出中華民族是一個(gè)自強(qiáng)不息、富有希望的民族。借助中華傳統(tǒng)神話故事,表達(dá)出科研工作者對(duì)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的美好向往。

廈門大學(xué)王野團(tuán)隊(duì)[10]以一張“鯉魚躍龍門”的封面圖重點(diǎn)體現(xiàn)了能源轉(zhuǎn)化過程中使用功能耦合策略的雙功能催化劑成功將合成氣及CO2轉(zhuǎn)化制成液體燃料和烯烴、芳烴等化學(xué)品的過程(圖1)。作者將反應(yīng)物合成氣和CO2化身為兩條鯉魚,而兩扇大紅門分別代表由Co、Ru、金屬碳化物等費(fèi)托納米粒子和SAPO-34/SSZ-13/ZSM-5等沸石分子篩組成的催化劑。鯉魚(反應(yīng)物)躍過紅門(催化劑)時(shí),經(jīng)過門的擇形作用,選擇性地變身成仙鶴(液體燃料和精細(xì)化學(xué)品),翱翔而去。該設(shè)定生動(dòng)形象地表明了偶聯(lián)策略的重要性,以及作者對(duì)能源轉(zhuǎn)化過程的美好愿景。

圖1 鯉魚躍龍門(合成氣制燃料及化學(xué)品)、哪吒鬧海 (電解水析氧)、鵲橋相會(huì)(電化學(xué)合成氨)封面圖

清華大學(xué)研究生院楊誠(chéng)等[6]用“哪吒鬧海”的形象展示電解水析氧反應(yīng)(OER)(圖1)。電解水技術(shù)的規(guī)模化應(yīng)用受限于陽(yáng)極氧析出反應(yīng)速率較小,尤其是在大電流密度工作環(huán)境下,OER所需要的過電位更大,因此開發(fā)高性能的OER電催化劑意義重大。封面圖作者以“妖龍”代表被分解的水,“哪吒”代表NiFe納米線陣列催化劑電極,氣球則為分解產(chǎn)物“H2”和“O2”。該圖充分體現(xiàn)哪吒舍生取義(用催化劑來(lái)加速奪取氫氣和氧氣)、為民服務(wù)的精神。

合成氨過程對(duì)于我們今天經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要性毋庸置疑。目前,工業(yè)上氨是以Haber-Bosch工藝,通過N2和H2在高溫高壓和催化劑存在下直接合成,此方法造成了大量的能源消耗和二氧化碳排放。電化學(xué)固氮反應(yīng)由于反應(yīng)條件溫和、環(huán)境友好且過程可持續(xù)而具有重要意義,但它需要一種高效的催化劑來(lái)克服N2活化的困難。寧夏大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院羅民等[11]形象地用鵲橋相會(huì)描述了這一過程(圖1)。橋代表作者制備的空心微管結(jié)構(gòu)的雙功能電催化劑MOF-derived C@NiO@Ni,在浩瀚銀河(0.1 mol·L-1KOH電解液)中,牛郎代表H+,織女代表N2,在電催化過程中不斷產(chǎn)生NH4+中間體(蝴蝶),其中橋(催化劑)對(duì)于高效電催化固氮的NH3產(chǎn)率具有重要作用。

1.2 文化符號(hào)

除了基于我國(guó)的歷史神話故事,高校工作者的科研展示工作還主動(dòng)傳承了民族特色的文化符號(hào)和文化中博大精深的哲學(xué)思想。

廈門大學(xué)王野等[12]在描述生物燃料制備化學(xué)品這一過程中,以二氧化鈦材料為太極,二氧化鈦表面氧空位缺陷為陽(yáng)極,富氧空位為陰極,生物質(zhì)基香草醛和糠醛等醛基與富氧空位處強(qiáng)相互作用,進(jìn)而C—C耦聯(lián),加氫生成芳香族和呋喃族醇(圖2)。太極圓居中,整個(gè)催化材料循環(huán)體系貫通且具有一種柔中帶剛的力量感。幾片飄散的綠葉象征著綠色生物質(zhì)能源,巧妙融合、有機(jī)統(tǒng)一,暗示生物質(zhì)光催化過程生生不息、周而復(fù)始的特質(zhì),表達(dá)了綠色可持續(xù)的社會(huì)主義價(jià)值觀。

圖2 太極圖、龍馬精神、龍戲珠、川劇變臉等文化符號(hào) 在高校能源化工過程科研工作中的體現(xiàn)

極具中國(guó)特色的水墨畫近年來(lái)也愈發(fā)頻繁地被高校工作者用來(lái)展示科研工作。北京理工大學(xué)唐愛偉等[13]以龍騰馬躍的水墨畫形象生動(dòng)地闡述了其關(guān)于半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)在電子器件和能量轉(zhuǎn)換方面的應(yīng)用(圖2)。龍表示Cu2+,其向油/水界面的遷移速度更快,馬In3+由于帶電荷數(shù)較大,移動(dòng)緩慢,此處檸檬酸的加入猶如黑馬的雙翼助其展翅高飛,迅速提高In3+的遷移率,象征著檸檬酸的加入是形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵。龍馬在畫面上不停地穿梭,猶如化學(xué)變化過程中陽(yáng)離子交換反應(yīng)引導(dǎo)Cu31S16-CuInS2HNS的各向異性生長(zhǎng)。此畫意蘊(yùn)生動(dòng),氣勢(shì)雄渾,同時(shí)也表達(dá)了科研人員的龍馬精神。重慶大學(xué)張育新等以水墨畫為背景,傳統(tǒng)龍珠代表MnO2,龍珠外墨層包裹,墨龍纏繞,構(gòu)筑新穎的NiMn Oxide@MnO2,與電閃雷鳴一起,象征著具有高贗電容性能的納米陣列材料[14]。這一表達(dá)既體現(xiàn)了傳統(tǒng)“龍戲珠”的主題,又暗示著文章中材料與氧化石墨烯組成的非對(duì)稱器件的高循環(huán)穩(wěn)定性。而整個(gè)龍珠的光電散發(fā),則與文中電氣連接相對(duì)應(yīng)。

重慶大學(xué)更是將我國(guó)川劇人物變臉以及唐代詩(shī)人李白描寫的我國(guó)十大風(fēng)景名勝之一的長(zhǎng)江三峽景觀生動(dòng)地體現(xiàn)在異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料電解水制氫過程中(圖2)[15]。川劇變臉是我國(guó)表演藝術(shù)中重要的組成部分,是歷代川劇藝人共同創(chuàng)造并傳承下來(lái)的藝術(shù)瑰寶。尋求一種清潔和可再生的能源系統(tǒng)對(duì)于解決能源困境,以及緩解日益惡化的環(huán)境污染問題至關(guān)重要。作者以變臉隱喻異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料,以其多變、創(chuàng)新的形式比喻異質(zhì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合成的多樣性。同時(shí),作者用一幅水墨三峽風(fēng)光為背景,變臉的藝人屹立于長(zhǎng)江之中,并細(xì)致地在重山頂峰加上電,暗指異質(zhì)結(jié)催化劑催化電解水制氫這一過程。江上左右兩邊用兩種明暗不同的色彩表示江水,泛起兩只小舟,不由讓人想起李白“千里江陵一日還”“輕舟已過萬(wàn)重山”的豪放曠闊的詩(shī)句,有種“行看流水坐看云”的流暢輕快,再融入江山的壯麗多姿,不禁讓人感慨中華文化的博大精深。山石上用中華藝術(shù)繁體字鐫刻著“研究學(xué)術(shù) 造就人才 佑啟鄉(xiāng)邦 振導(dǎo)社會(huì)”這一重慶大學(xué)的辦學(xué)定位理念,為廣大青年學(xué)生做榜樣,樹立起重大超前而堅(jiān)實(shí)的精神支柱。這種以變和融為原則進(jìn)行的創(chuàng)新,將感性體悟融入自然科學(xué)的理性感知的文化傳播,可能更能引導(dǎo)受眾開悟啟慧,感受中國(guó)科研工作者對(duì)中國(guó)傳統(tǒng)文化的深厚理解。

1.3 山水建筑

隨著綠水青山、生態(tài)治理的綠色發(fā)展理念深入人心,高校工作者也致力于污水處理項(xiàng)目的開發(fā)。針對(duì)水資源鈾污染問題,東華理工大學(xué)郭亞丹教授等選用艷陽(yáng)天下桂林的青山綠水圖為背景,展示了“孤舟蓑笠翁”的形象,把石墨烯與氧化鐵復(fù)合的催化劑比作輕舟,在陽(yáng)光的作用下,通過漁翁手中的線傳輸電子,促進(jìn)了輻射性的U (VI)的還原,將含鈾廢水中溶解的U6+為轉(zhuǎn)化為不可溶的U4+,以沉淀形式析出,從根本上降低鈾在水和自然環(huán)境中的遷移(圖3)[16]。工作醒目突出,又融為一體,呼吁大家關(guān)注水污染與水治理。綠水青山,就是金山銀山。在科研工作者和公眾的共同努力下,青山常在綠水長(zhǎng)流,桂林山水仍可甲天下。

圖3 桂林山水甲天下和故宮大紅門在環(huán)境保護(hù)和 我國(guó)開放的大國(guó)氣象精神的體現(xiàn)

除了宣傳我國(guó)的秀麗山水,我國(guó)獨(dú)特的建筑風(fēng)格,如長(zhǎng)城[17]、四合院[18],也被科研工作者搬上科研的大屏幕。大連理工大學(xué)孫立成教授等以我國(guó)北京故宮大紅門為背景,左右兩側(cè)大門分別標(biāo)識(shí)著分子催化劑和半導(dǎo)體,橫幅是水裂解,預(yù)示著將分子催化劑和半導(dǎo)體有機(jī)復(fù)合,才能有效地開啟水分解的大門,頗有一番“水分解大門常打開,開放懷抱等你”的意境,展現(xiàn)了大國(guó)情懷[19](圖3)。光電催化水分解產(chǎn)氫是目前極具前景的將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能的手段。文中綜述了近年來(lái)多種分子催化劑和半導(dǎo)體復(fù)合物電極的研究進(jìn)展,包括陰極和陽(yáng)極的催化劑電極的復(fù)合策略以及催化性能,同時(shí)也提出了該領(lǐng)域的研究挑戰(zhàn)以及展望。

隨著科研工作者的不斷努力創(chuàng)新,更多具有中國(guó)特色的文化象征,如用剪紙工藝技術(shù)設(shè)計(jì)的含龍圖騰、鯉魚等[20],熊貓、鳳凰、青花瓷,甚至東漢張衡的地動(dòng)儀[21]都被拿來(lái)做封面,言簡(jiǎn)意賅地讓冰冷的自然科學(xué)有了豐富多彩的一面,潛移默化中用中國(guó)特色表達(dá)出各種化學(xué)反應(yīng)中存在的不可言狀的美。

2 如何加強(qiáng)文化自信融入能源化工學(xué)科教學(xué)工作

在教學(xué)過程中,將傳統(tǒng)文化與教學(xué)實(shí)踐相結(jié)合,創(chuàng)造性地探索挖掘更多優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的表現(xiàn)形式。在實(shí)際教學(xué)中靈活選擇教學(xué)素材,使教學(xué)內(nèi)容更加豐富。如講到吸放熱反應(yīng)時(shí),涉及硝酸銨與2020年黎巴嫩貝魯特港口大爆炸的實(shí)例。我們可以將硝酸銨形象地比喻成孫悟空,是一種身份多變的化學(xué)物質(zhì)。教會(huì)學(xué)生使用思辨的視角科學(xué)認(rèn)識(shí)和看待硝酸銨,它可“上天”作為航天助力器氧化劑,推動(dòng)航天事業(yè)更加輝煌,也能“入地”,作為氮肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮重要作用。它造福于人類生活質(zhì)量和航天事業(yè)的發(fā)展,是天使。同時(shí),它也是第二次世界大戰(zhàn)時(shí)炸藥制造的必備材料,留下了慘痛的記憶,是魔鬼。在講鋰金屬電池這一章節(jié)時(shí),鋰電池的有機(jī)碳酸鹽電解質(zhì)受高溫易燃燒。這時(shí)以鳳凰浴火重生比喻新型智能液體電解質(zhì),其在熱暴露下可自我重塑,迅速轉(zhuǎn)化為固態(tài),表現(xiàn)出出色的安全性,死灰中復(fù)活,愈發(fā)美艷[22]。在講授鉀離子混合型電容器時(shí),為了形象地展示鉀離子在電極材料間的遷移,將用于鉀離子存儲(chǔ)的雙雜原子摻雜的三維多孔碳納米片比喻為舟,魚的游動(dòng)代表鉀離子的遷移,最終放電點(diǎn)亮船尾的燈籠。用中國(guó)古代的傳統(tǒng)垂釣文化“閑來(lái)垂釣碧溪上,忽復(fù)乘舟夢(mèng)日邊”的動(dòng)靜變化向同學(xué)們傳達(dá)鉀離子電容器中的科學(xué)之美[23]。介紹石化行業(yè)常用的催化材料分子篩結(jié)構(gòu)時(shí),可形象地將各種具有8元環(huán)、10元環(huán)、12元環(huán)和20元環(huán)的納米多級(jí)孔分子篩,比喻成《西游記》中常見的盤絲洞,體現(xiàn)互連孔結(jié)構(gòu)[24]。能源化工學(xué)科的課程內(nèi)容中蘊(yùn)含著豐富的化學(xué)史事,通過融入能源化工史實(shí)的學(xué)習(xí),可以讓學(xué)生了解能源化工知識(shí)發(fā)展的過程,促進(jìn)學(xué)生科學(xué)探究精神和科學(xué)態(tài)度的養(yǎng)成。教師從自己的教學(xué)活動(dòng)出發(fā),滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需要,針對(duì)性實(shí)施教學(xué),既鞏固學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí),又提高知識(shí)文化層次。比如課本中介紹煤化工、石油化工、生物質(zhì)能源及電池的時(shí)候,用發(fā)展、探究精神講述能源科學(xué)史實(shí),同時(shí)分辨主要矛盾和次要矛盾,學(xué)會(huì)用對(duì)立統(tǒng)一的視角看待能源發(fā)展過程,并引入中國(guó)在相應(yīng)方面科學(xué)前沿中的研究案例,介紹相應(yīng)的中國(guó)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)及成果,如:關(guān)于煤化工的發(fā)展,大連化物所的劉中民等以煤為原料制合成氣,經(jīng)甲醇制得低碳烴的成果;潘秀蓮、包信和等及廈門大學(xué)王野等在合成氣制低碳烯烴、高碳醇等方面的成果。千千萬(wàn)萬(wàn)個(gè)化學(xué)工作者腳踏實(shí)地地從事著相關(guān)工作,為中國(guó)科研發(fā)展貢獻(xiàn)力量,從而增強(qiáng)學(xué)生的參與感和代入感,激勵(lì)學(xué)生熱愛能源化工,堅(jiān)定民族自信心。

在制作教學(xué)課件的過程中,為了提升課件的吸引力,將中華傳統(tǒng)文化應(yīng)用到枯燥的化學(xué)教學(xué)中,利用其獨(dú)特的設(shè)計(jì)風(fēng)格會(huì)極大提高學(xué)生的課堂注意力。如,氧化物、金屬、合金材料等可以以中國(guó)傳統(tǒng)文化中的圍棋為例,以白棋黑棋的排布代表原子的排布,不同的棋子組合代表不同的原子組合,形象地說(shuō)明具有原子分散性的負(fù)載貴金屬,因其具有最大的原子效率和獨(dú)特的反應(yīng)活性而在催化方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值[25]。通過引入中國(guó)特色的文化符號(hào),使多媒體化學(xué)教學(xué)要達(dá)到最優(yōu)化的教學(xué)效果。這對(duì)于學(xué)生的發(fā)散性思維有很好的促進(jìn)作用,也能更有效地幫助學(xué)生填充知識(shí)框架。

3 文化自信背景下,青年教師在能源化工學(xué)科的思考

青年教師,應(yīng)注重自身文化素質(zhì)提高,加強(qiáng)自身對(duì)傳統(tǒng)文化及現(xiàn)代社會(huì)主義核心價(jià)值觀的系統(tǒng)學(xué)習(xí),透徹領(lǐng)會(huì)核心文化價(jià)值觀的精髓。文化自信需要人們清醒認(rèn)識(shí)自己的文化從哪里來(lái)、現(xiàn)處何處、又將走向何方,在此基礎(chǔ)上自覺承擔(dān)文化責(zé)任。堅(jiān)定信心講好中國(guó)故事,樹立當(dāng)代中國(guó)青年良好形象。在自己擅長(zhǎng)的科學(xué)領(lǐng)域找到切入點(diǎn),將所授專業(yè)課程的知識(shí)點(diǎn)及所從事的科學(xué)研究方向有機(jī)融合,堅(jiān)定文化自信和持續(xù)輸出,提高文化軟實(shí)力,方可實(shí)現(xiàn)建設(shè)具有強(qiáng)大感召力和影響力的中華文化軟實(shí)力的最終目標(biāo)。

廣大高校工作者要與時(shí)俱進(jìn),采用多種教學(xué)方式,深入推進(jìn)智慧教學(xué),既要運(yùn)用好課堂直觀手段傳播文化知識(shí),同時(shí)也要將個(gè)人科學(xué)研究?jī)?nèi)容以文字、圖片、視頻等形式呈現(xiàn)給大眾,達(dá)到以身作則的傳播效果。習(xí)近平總書記在高度稱贊中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化時(shí),強(qiáng)調(diào)創(chuàng)造性轉(zhuǎn)化和創(chuàng)新性發(fā)展。毫無(wú)疑問,高校科學(xué)工作者在科研工作中,熟練地在化學(xué)變化過程中滲透中國(guó)獨(dú)特的文化內(nèi)涵,以論文封面的形式、用科學(xué)藝術(shù)的語(yǔ)言講好中國(guó)故事。這不僅能呈現(xiàn)出中華傳統(tǒng)的光輝和中華人民的良好品格力量,而且有利于擴(kuò)大中國(guó)文化輸出,進(jìn)而引起世界各國(guó)人民的共鳴,擴(kuò)大中國(guó)的文化影響力。

4 結(jié)語(yǔ)

全球化背景下,文化軟實(shí)力建設(shè)已被列入我國(guó)國(guó)家發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)。中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化是中國(guó)文化軟實(shí)力最深厚的資源。大學(xué)作為文化傳播建設(shè)的陣地,加快文化和科技的深入融合發(fā)展,要培養(yǎng)學(xué)生用科學(xué)技術(shù)展示輸出中國(guó)文化的能力,提升我國(guó)的文化軟實(shí)力。中國(guó)傳統(tǒng)文化底蘊(yùn)博大精深,化學(xué)之變凸顯中國(guó)文化元素富有彈性的內(nèi)涵闡釋,教師要讓人文精神融匯在科學(xué)精神中,讓科技力量融匯在自然力中,實(shí)現(xiàn)中國(guó)傳統(tǒng)文化藝術(shù)的科技轉(zhuǎn)化與價(jià)值,培養(yǎng)出一大批致力于能源化學(xué)研究、開發(fā)、應(yīng)用,具有民族文化自信的高素質(zhì)人才,以服務(wù)于國(guó)家能源戰(zhàn)略發(fā)展,滿足社會(huì)需求。