化工原理课程思政元素的挖掘及教学融合方法——以流体流动为例

黄 英，宗 蒙，刘攀博，王艳丽，张军平

(西北工业大学 化学与化工学院，西安 710129)

习近平总书记在学校思想政治理论课教师座谈会上强调，“要坚持显性教育和隐性教育相统一，挖掘其他课程和教学方式中蕴含的思想政治教育资源，实现全员全程全方位育人”。“既要有惊涛拍岸的声势，也要有润物无声的效果，这是教育之道。”教育部《高等学校课程思政建设指导纲要》中也明确指出，“课程思政建设内容要紧紧围绕坚定学生理想信念，以爱党、爱国、爱社会主义、爱人民、爱集体为主线，围绕政治认同、家国情怀、文化素养、宪法法治意识、道德修养等重点优化课程思政内容供给，系统进行中国特色社会主义和中国梦教育、社会主义核心价值观教育、法治教育、劳动教育、心理健康教育、中华优秀传统文化教育。”化工原理课程以动量传递、热量传递及质量传递为理论基础，介绍流体在管内的流动、流体输送机械、沉降、过滤、传热、吸收、蒸馏及干燥等单元操作，是一门实用性强、对培养学生的工程能力具有重要作用的技术基础课。长期以来，化工原理课程的教学中，教师往往关注课程的专业培养目标，从“教书”方面进行知识体系的讲授，没有深度思考教学工作怎样与“树人”相结合？采取什么适宜的方法在专业课教学这一重要的人才培养阵地上发挥作用？高等教育作为人才培养的主阵地，教学中润物细无声地挖掘出立德树人相关思想价值，并与专业知识体系实现有机融合，达到在课程学习中培养有理想、有本领、有担当的社会主义建设者和接班人，是每一位授课教师义不容辞的责任和义务。本文根据笔者及其教学团队的教学经验，以化工原理课程流体流动一章为例，总结了化工原理课程思政元素的挖掘及教学融合方法。

一、课程思政的育人目标

化工原理课程教学中，课程育人目标的确定，是保证课程思政教学工作质量的前提。为使学生在掌握专业知识的同时，潜移默化地坚定理想信念，自觉践行社会主义核心价值观，我们拟定了以下课程思政育人目标：(1)培养学生的爱国主义情怀、工匠精神、团队合作与奉献精神；(2)紧跟世界前沿科技动态，拓宽学生国际视野，使学生了解和掌握所学专业的历史与现状、学科之间的交叉融合，激发学生探索新知识的强烈欲望；(3)培养学生勇于面对挫折，克服困难，挑战自我的精神；(4)培养学生运用辩证唯物主义的观点分析问题与解决问题的能力；(5)培养学生的节能与环保意识、社会、安全、法律、文化及环境等因素相关的责任和担当意识。

二、课程思政元素的挖掘

一切与立德树人这一根本使命相统一的资源，即为“思政元素”。因此，以“立德树人”作为教育的综合目标，通过凝练、升华与萃取获得对学生世界观、价值观和人生观的形成产生深远影响的内容均可算作思政元素。作为专业课教师，要在专业知识本身所蕴含的知识体系中，梳理并凝练出有助于培养学生正确的世界观、价值观、人生观与马克思主义方法论的要素，将思政元素和专业知识之间有机融合，达到立德树人的目的。化工原理课程中流体流动这一章是课程的第一章，主要介绍流体静力学、管内流体流动的基本方程、管内流体流动现象及摩擦阻力损失的计算、管路计算及流量的测定等，该章的内容是整个课程学习的基础，在教学中占有重要的地位。该文通过全面梳理流体流动这一章的教学内容，提炼出以下主要的课程思政映射与融入点。

(一)爱国情怀与奉献精神

思政元素的挖掘应结合课程的科学本质与特点、学科与研究背景、教学内容及隐含的哲理中提炼，从国家大事与专业前沿热点问题中凝练。2020 年新冠肺炎疫情突然来临，广大科学工作者与医务人员投身到抗击疫情第一线，为战胜疫情作出了重要贡献。通过他们无私奉献的事迹，培养学生的爱国情怀。同时，教学中也强调，新型冠状病毒的传播方式几乎包括了各种传染病的传播途径，除了传统的飞沫传染之外，还包括接触传染、消化道传染、呼吸道传染、血液传染和空气传染，可谓全方位、无所不在传播扩散。传递的速率可以表示为“传递速率＝推动力／阻力”。由于新冠病毒杀伤力大、传播途径多、传染力强，故病毒传播的推动力大，要控制该病毒的传播速率，强有力的各种防范措施是增大其传播阻力的关键，党中央领导下的各种防控措施对控制疫情起到了决定性的作用。

“家国情怀是一个人对自己国家和人民所表现出来的深情大爱，是对国家富强、人民幸福所展现出来的理想追求”。授课过程中，介绍卓越的科学家、两弹一星功勋奖章获得者——钱学森。1950 年钱学森回国被美国官员阻拦，在特米那岛上被拘留14 天，直到1955 年，经过周恩来总理与美国外交谈判努力后，才踏上了返回祖国的旅途。在当年新中国建设的艰苦阶段，老一代科学家以满腔的爱国热情、高尚的人格魅力、无私奉献的精神为当代青年树立了榜样。以上事例培养了学生对祖国的认同感、归属感、责任感和使命感，激发了学生的学习热情，使学生能在正确的理想与信念的引导下掌握科学知识，同时也为其在今后的工作中爱岗、敬业打下了良好的基础。

在教学中我们还通过科学家的奋斗历程激发学生的奉献精神。德国著名的水利科学家尼古拉兹在1932—1933 年通过人工粗糙管流的大量实验，确定沿程阻力系数与雷诺数、相对粗糙度之间的关系，比较完整地反映了沿程阻力系数的变化规律，揭示了影响沿程阻力系数变化的主要因素，对沿程阻力系数和断面流速分布的测定，推导湍流的半经验公式提供了可靠的依据。上述实例的介绍促使学生在掌握基本概念的同时，学习了科学家的探索与奋斗精神。

(二)国际视野与开拓创新

创新是一个永恒的话题，是人类社会进步的不竭动力。教师要在教学过程中不断提升学生的创新能力，才能更好地践行“立德树人”思想。在教学中，我们结合流体的流动特征介绍飞机升力的产生原因。在19 世纪后期，美国、法国、德国等众多的科学家针对飞机的组成、稳定及操纵系统开展了大量的试验工作，直到美国的莱特兄弟成果研制了人类历史上第一架载人飞机。他们在研究中掌握了飞机飞行应该具有的三要素：升举、推进和控制。通过介绍，学生既掌握了流体流动中压力与流速间的关系，又了解了开拓创新是科学技术发展的必经之路。同时，引导学生思考，正常情况下光滑的飞机机翼表面能给飞机提供稳定的升力，但是当机翼表面附着有冰、霜、雪后，其表面就会变得粗糙，流线型的形状产生了改变，从而导致流经机翼表面的气流速度显著降低，导致机翼表面的气流提前分离，升力有所减低，机翼的阻力系数增大，最大升阻比减小。同时，也请学生思考，这时飞机会出现什么状况？飞机除冰应该采取什么方法？每种方法有什么特点？在飞机除冰的工作中我们可以进行什么研究？通过上述实例，引导学生开拓视野，积极思考，激发学习热情。

学科之间的交叉融合，在打破传统学科之间的壁垒，培植新的学科生长点和新型人才方面发挥着重要作用。从古至今，人类都有着飞向太空的梦想。为实现未来的太空旅行与太空家园生活的需要，研究可以为其提供粮食及蔬菜的生物再生式生保系统成为关键一环。太空与地面具有不同的微重力环境，但植物生长同样需要水、光线及各种营养素。因此，有效地在空间栽培高等植物，主要挑战之一则是设计能够长期在低重力条件下供植株生长的营养液输送系统，并要求尽量减少航天员用于系统维持和运行操作所占用的时间。在讲述上述内容时，及时启发学生思考：同样是流体输送，在不同的重力环境下有什么差别？太空中可以用什么来代替土壤？在学生思考后向学生展示国际空间站里蓬勃生长的植物照片，这里使用人造光代替太阳，植物是播种在类似猫砂的营养丰富的物质中，水在微重力环境下需要小心注入植物的根部。在微重力环境下，气体有时会形成气泡，因此需要有气体输送装置来保证二氧化碳和氧气的充分流动。我国研制了空间植物栽培装置，并开展了主动营养液输送系统的构成与试验。研究发现，营养液能够以毛细作用方式源源不断地输送到植物栽培基质，基质水分含量能够自动控制并按设定值保持恒定，所用生物材料让生菜的生长形态和色泽基本正常。该案例开拓了学生的视野，使学生了解到专业知识与高新技术之间紧密相连，立足当下，勤奋学习，是未来为国奉献的基础。

(三)不畏困难与挑战自我

量纲分析在化工中的应用很广泛，通过量纲分析，可以正确地分析各变量之间的关系，并简化试验次数，该方法是分析流体运动的有力工具。教学中，我们首先例举在量纲分析发展历史上一个特别有名的案例，即第二次世界大战期间，英国力学大师G.I.Taylor 进行点源强爆炸研究。他发现了冲击波球面半径与时间的2/5 成正比的规律，并从照片预测了世界第一颗原子弹的当量，曾引起很大的国际社会反响，使得美国要调查是否有泄密事件。这个问题的解决展示了量纲分析解决复杂科学问题的强大能力，激发了学生强烈的学习兴趣。同时，针对课程学习过程中学生多重视实验数据采集，且在大量的实验工作面前产生畏难情绪的问题，及时指出量纲分析方法是建立在对于所研究的问题具有一定的经验基础之上进行的。在上述讲解的基础上，我们再引出流体湍流流动时摩擦阻力的分析方法——量纲分析法，引导学生逐步分析得到湍流时摩擦阻力损失的计算式，同时也指出该方法在研究流体传热、传质时也同样适用。上述讲授培养了学生不畏困难和实事求是的科学态度，也提高了学生对化工原理基础理论的理解，为学生未来从事科学研究工作打下了良好的基础。

(四)辩证思维与学以致用

实践性、革命性和科学性的统一是马克思主义哲学的根本特征。马克思主义哲学在当今时代依然有着强大生命力，是青年一代坚持理想信念、认识世界和改造世界的工具。化工原理课程中“三传理论”，即“动量传递、热量传递、质量传递”实际上表示了运动的绝对性。液体在流动时所遵循的伯努利方程表达了物质运动的规律。运动与静止是相互依赖的，在伯努利方程与流体静力学方程式的教学中，指出静止流体是流动流体流速为零的特例，以启发学生找出上述方程之间的相互联系及特点。运用马克思主义哲学原理，可以分析流体流动中的机械能守恒定律。在分析过程中，从理想流体出发，可以抓住主要矛盾，获得理想流体的机械能衡算式。在主要矛盾迎刃而解后，再考虑矛盾的次要方面——实际流体的能量损失及外加机械能，就可得到实际流体的机械能衡算式。在专业知识的讲授中，结合马克思主义哲学的基本原理，既有助于学生在学习中抓住重点与难点问题，又培养学生的科学思维与解决实际问题的能力。

(五)节能环保与担当意识

随着化学工业的发展，安全与环保问题也愈发重要。习总书记多次对安全生产提出重要指示，强调生命重于泰山，务必把安全生产摆到重要位置。树立安全发展理念，决不能只重发展不顾安全。在流体静力学的教学中，我们结合煤气安全储存实例强调，煤气泄漏极易引发火灾与爆炸，因此，煤气的储存应确保其安全、可靠。煤气水封是指一定水位存在使煤气压力与水封中水的高度达到压力平衡，从而排除煤气中的冷凝水或保持集气管密封的一种方法。水位高度的确定应根据最大工作压力并保证一定的余量经计算确定，以保证用户能够安全使用煤气。虽然计算过程不难，但应认真仔细地完成工作。在流体流动过程中，减阻节能是提高经济效益的重要方面，结合流体流动过程中的阻力计算式，分析可能采取的节能途径，同时课程教学中介绍近年来发展较快的减阻方法。通过上述环节的教学，达到培养学生职业素养的目的。

生态文明建设是关系人民福祉、关乎民族未来的大计，是实现中华民族伟大复兴中国梦的重要内容。习近平总书记指出：“绿水青山就是金山银山。”近年来，我国煤化工行业发展迅速，西北地区煤炭资源丰富，所以在西北地区的煤化工企业日益增多。在煤化工迅速发展的同时，也带来了一些环境问题，如碳排放量超标，导致温室效应、冰川融化加快，如何降低煤化工中的碳排放成了一个亟待解决的问题。在课程教学中，结合我国西部地区地域辽阔，远离海洋，日照时间长，有着丰富的太阳能、风能和其他可再生能源的现状，发展太阳能、风能，是一条新的绿色化工路线；同时，可以考虑利用新能源制备氢气，这样既减少了传统能源的高损耗，也减少了温室气体的排放。通过上述讲解，使学生进一步深入思考：实现人和自然的和谐相处，可持续发展是中国最基本的途径，只有当人及自然实现了协调发展，经济社会最终才能够实现可持续发展。

三、融合思政元素的方法

在教学过程中，提高课程思政的教学艺术，增强课程思政的说服力、亲和力和有效性，是将知识传授、能力培养和思想政治教育融为一体的重要方面。在教学中我们采取以下方法。

(一)贯彻课程思政的教学目标

化工原理课程融合思政元素教学的有效实施，需要在科学的教育目标引导之下进行，做好顶层设计，并制定保障和督促机制。在化工原理课程中落实立德树人的教育观念，充分认识思政元素融合对现代化工人才培养的重要意义，将教学内容凝练于课程的教学大纲，并落实于教学各环节之中。

(二)优化设计教学内容

为了实现课程教学大纲所设定的育人目标，教师应重新设计教学内容，制定合理教学方案，优化课程教学方法。重新谋划体现课程思政特点的教学设计和课件设计，对照不同知识点，挖掘课程思政的切入点。通过开展课程思政经验交流会等形式博采众长、梳理融合形成涵盖面广、针对性强的教学支撑材料。应注重多种教学方法的综合运用，设计教学环节及内容，抓住学生的真实思想认知和问题，贴近学生来构建教学问题，力求掌控教学全过程。

(三)准确挖掘思政元素

思政元素应该是同时满足思想性、政治性和育人性的具有复合特质的教育资源。准确地挖掘思政元素，达到立德树人的效果，对每一位教师而言也并非易事。结合课程教学实践，我们体会到以下几点：(1)深刻领会习近平总书记有关“立德树人”系列讲话精神，以课程思政育人目标为引导；(2)结合专业课程知识体系的特点进行思政元素的提炼和升华；(3)结合课程知识点，广泛吸取多种媒体、科技信息资料的精华，达到专业课程与思想政治理论课的协同育人效应。

(四)丰富课程思政的教学方式

课程思政教育是一个潜移默化的过程，丰富的教学方式是提高教学质量、保证育人效果的重要方面。在教学中可以从以下方面着手：(1)课前布置思考题及学生需要查阅的讨论专题，以备课堂教学提问与讨论；(2)针对课堂教学中的重点与难点问题适时引入思政元素，引导学生思考，教师进行启发式总结，达到渗透式教育的目的；(3)课后进行教学重点内容的拓展，要求学生用专业知识去思考怎样解决目前专业方向的疑难问题与应用中的实际问题，引导学生进行科研攻关，自觉运用科学的世界观解决复杂的工程问题。

(五)教师言传身教

习近平总书记指出：“要加强师德师风建设，坚持教书和育人相统一，坚持言传和身教相统一，坚持潜心问道和关注社会相统一，坚持学术自由和学术规范相统一，引导广大教师以德立身、以德立学、以德施教。”任课教师自身要加强思政学习，提升教师德育的水平，这样才能以完善的师德培养学生正确的世界观、人生观和价值观。教师平时应多了解国家时政、新闻，了解当前的最新思想动态，在思想上和行动上与党中央保持一致，及时将党的方针、政策传递给学生；同时，教师还应在细微处做表率，言传身教。

(六)多种考核方式

为了落实课程思政理念，必须在现有的考核评价体系中加入对学生思政能力的评价，一方面检验课程思政的教学效果，另一方面还可以进一步促进教学改革。化工原理课程考核实施过程化考核与考试相结合的方式，强化学生全方位参与教学过程。考核成绩包括课堂讨论与提问、作业完成情况、实际案例分析与总结及专题小论文等。上述考核方式既考察了学生专业知识的掌握程度，也对课程的课程思政教学效果进行了评价，激发了学生学无止境的求知欲。

四、结束语

在立德树人理念下，我们在确定专业课程思政目标的基础上，结合化工原理课程的特点对课程的思政元素进行了挖掘，探索了课程思政与专业教学内容的融入点，总结了融合思政元素的适宜教学方法。教学实践证明，围绕着“爱国情怀与奉献精神、国际视野与开拓创新、不畏困难与挑战自我、辩证思维与学以致用、节能环保与担当意识”方面进行的思政教育，在教育与引导学生做社会主义核心价值观的坚定信仰者、争做实现中华民族伟大复兴的先锋力量方面发挥了积极作用。我们将进一步挖掘化工专业课程中所蕴含的思政元素，以点带面，探索化工专业思政教学的适宜教学融入点与教学方法，以实现“全员育人、全程育人、全方位育人”的大格局。