挖掘地方化工农林特色 推进化工原理课程改革

李亚瑜，张明杰，赵冬梅，吕波,4，刘尊奇,＊

1新疆农业大学化学化工学院，乌鲁木齐 830052

2新疆新能源(集团)准东环境发展有限公司，新疆 昌吉 831700

3新疆慧尔农业集团股份有限公司，新疆 昌吉 831100

4南京农业大学理学院，南京 210095

2019年6月28日，教育部发布了“安吉共识——中国新农科建设宣言”，明确指出新农科建设需要肩负四大使命，即主动服务好脱贫攻坚、乡村振兴、生态文明和美丽中国建设[1]。2019年9月，习近平总书记在给全国涉农高校的书记校长和专家代表回信中指出，要“以立德树人为根本，以强农兴农为己任，拿出更多科技成果，培养更多知农爱农新型人才”[2]。在这一背景下，作为农业院校，需要加快培养高层次、高水平、国际化的创新型农林人才，以满足农业创新发展新要求；需要加快培养多学科背景、高素质的复合应用型农林人才，以适应农村一二三产业融合发展新趋势；需要加快培养爱农业、懂技术、善经营的下得去、留得住、离不开的实用技能型农林人才，提升其生产技能和经营管理能力，以达到新型职业农民素养发展新要求。

新疆在我国具有十分重要的战略地位，天然资源丰富，尤其是化工、农业资源规模较大，具有巨大的发展潜力。中央先后召开了三次新疆工作座谈会，为新疆的未来发展指明了道路。我们要乘着“一带一路”建设的东风，大力发展化工、农业行业，实现新疆社会经济水平跨越式发展。

新疆农业大学是一所省属重点院校。早在2003年学校就认识到化工学科将对农业学科的发展起到支撑作用，并于该年成立了化工学院。化工原理是化工学院建院之初就开设的课程。它主要培养学生在分子水平上的过程工程能力，适应面广，是一门主干课程，对于培养复合应用型农林人才起重要作用。为了跟上时代发展步伐，我们大力挖掘新疆化工农林特色，采取多种方式开展化工原理课程改革，丰富了授课内容，提高了教学效果，学生积极参加大学生创新项目等活动，考研人数和办学水平逐年提高，毕业生在本地就业基本都能找到发挥自己优势的就业岗位。

1 新疆化工、农林行业概况及人才需求

新疆是我国陆地面积最大的省级行政区，地处亚欧大陆腹地，是丝绸之路经济带的重要节点。新疆资源、能源丰富，有着“聚宝盆”之称，煤炭、石油、天然气、风力等资源丰富，是我国重要的能源供应基地。随着我国一带一路进程的持续推进，特别是国家经济结构的转型，给新疆化工产业带来了巨大的发展机会。从《2021–2030年中国化工品区位分析报告》中统计的拟在建化工项目可以看到[3]，新疆地区拟在建化工项目超过30个，拟在建项目涉及的化工品总产能超过1500万吨/年，属于新疆地区化工产业历年投资规模增速最快的年份。

新疆农业种植业规模较大，尤其是棉花种植已经占到全国总产量的接近90%，还有着丰富的瓜果资源，发展农产品及农业剩余物的深加工技术，也需要大量的化工专业人才。

可以预见，新疆对化工专业人才的需求量将剧增[4]。对高校来说，行业发展对化工专业人才培养工作提出了新的要求。

2 新疆农业大学化工原理课程情况及存在问题

化工原理是一门技术基础课，它在培养具有化工专业知识的高级工程人才方面起着核心课程的作用。它的先修课程包括高等数学、大学物理、物理化学等，后续课程包括化工分离工程、化工热力学、化学反应工程等，新疆农业大学的化工原理课程主要讲授流体流动、流体输送机械、沉降与过滤、传热、吸收、蒸馏、干燥等章节。该课程强调工程观点、定量运算和设计能力的训练，强调理论和实际相结合，提高分析问题、解决问题的能力。通过本课程学习，使学生熟悉化工生产过程的基本原理、主要单元操作(如：流体流动、蒸馏等)的设计和操作计算、典型设备构造、设备选型等，培养学生运用基础理论分析和解决化工单元操作中各种工程实际问题的能力，为后续专业课学习和今后的工作打下坚实的基础。

在新疆农业大学，化学化工学院开设化工原理课程已经有19年的历史了。在过去的教学过程中，对于基本概念，教师经常是照本宣科，对概念的阐发和举例不够，在讲解设备构造时，也是局限于书本的简要介绍，学生没有实践经验，往往不知其所以然；相反，教师常常重视计算过程的推导，把内容丰富的化工原理课讲成了枯燥的数学课，学生剩余的精力不足以理解和掌握计算过程背后的原理，限制了学生对于课程整体内容的理解深度。教学中较少甚至没有涉及具体的化工生产案例，课程内容较少与思政内容发生关联，在将中央和自治区在新疆这个少数民族聚集地区实施的方针政策及时宣介方面做得不够，没有使课程跟上新时代的发展步伐。

3 化工原理课程改革措施

随着教学工具的丰富、教学手段的更新、教师经验的丰富，该课程的教学也呈现出了独特的教学模式。从2018年开始，国家大力推行思想政治教育进专业课堂，要达到“三全育人”的目标。在化工原理课程教学中，我们深入领会党中央、习近平总书记的指示精神，采取多种方式、途径和措施，提升教学质量。首先，把课程思政作为教育教学水平提高的重要指标来抓；其次，培养学生的科学精神；第三，提升学生专业能力，努力做到“为党育人，为国育才”。

3.1 加强爱国、爱疆教育，筑牢中华民族共同体意识

中央新疆工作座谈会已经召开了三次，习近平总书记强调，将中华民族共同体意识纳入新疆干部教育、青少年教育、社会教育，引导各族干部群众树立正确的国家观、历史观、民族观、文化观、宗教观，让中华民族共同体意识根植心灵深处。“要深入做好意识形态领域工作，深入开展文化润疆工程”，“各民族要相互了解、相互尊重、相互包容、相互欣赏、相互学习、相互帮助，像石榴籽那样紧抱在一起”。做好文化润疆工作，增进文化认同，各族人民就能抱得更紧，更能凝心聚力，进而激发出更深沉而持久的爱国爱疆之情，共创繁荣而灿烂的中华文化[5]。新疆特殊的地理位置，使其在化工、农产品深加工方面占有重要地位，新疆的丁二醇(butanediol，BDO)、聚己二酸对苯二甲酸丁二酯(polybutylene adipate terephthalate，PBAT)产量约占全国的一半，棉花产量接近全国的90%，教师要把这些地方优势宣传给学生，使他们对化工、农林专业充满信心，从而积极主动走上这个行业、爱上这个行业。化工原理作为化工专业的核心课程，将这些思政元素融入课程内容中，责无旁贷。

比如，棉花是使用了上千年的天然纺织品，这是因为棉花纤维具有独特的中空结构及透气性能，让学生联系第四章第二节[6]热传导的知识点，评价和探究棉花为什么具有优良的保暖性能，结合前段时间发生的国外企业抵制新疆棉花的新闻，教育学生要爱国爱疆，支持国货。

3.2 培养学生的科学素养和科学精神

国际上普遍将科学素养概括为三个组成部分，即了解科学知识、了解科学的研究过程和方法、了解科学技术对社会和个人所产生的影响。

化工生产中，影响因素多，工艺参数关系复杂，以精馏为例，可调参数多达10个，其中独立参数就有6个，包括进料流量、进料热状态参数、进料组成、馏出液组成、釜液组成和回流比，其中任何一个参数发生改变，都会影响其他精馏参数[7]。为了培养学生的科学素养，我们采取以下三个步骤。首先，让学生熟悉精馏的物料流程及热量交换位置和方向，在此基础上抽象出精馏原理，掌握精馏的基本知识点，即了解科学知识；第二，在掌握这些知识点的基础上，列出物料衡算及热量衡算的方程式，结合相平衡关系，从而计算出理论板数，或者由理论板数计算精馏塔的分离能力，掌握精馏计算方法，即了解科学的研究过程和方法；最后，深刻认识到精馏对混合物的分离操作是工业上目前最重要的分离方法之一，但它的高能耗也促使我们积极寻找其他分离替代方法，即了解科学技术对社会和个人所产生的影响。通过一个完整的科学素养培养过程，学生可以将精馏工艺过程烂熟于心，达到灵活运用。因此，精馏作为化工原理中最复杂的单元操作，起到了培养学生较高的科学素养的作用。

化工原理是一门计算量较大的课程，设计数据要十分准确、可靠，这是工厂正常运行、设备和人员安全的基本保障。在课程教学中，向学生强调科学严谨求实的工作态度，要尊重科学事实，恪守职业道德，培养科学精神，做到“富贵不能淫，贫贱不能移，威武不能屈”。中华传统美德在课程学习过程中得到宣贯，这必将增强文化自信，促进中华民族大团结，让我们在民族复兴之路上走得更坚实。

3.3 借助农林学科优势，收集和更新课程案例

民以食为天，农业是支撑国民经济建设与发展的基础产业。身处农林院校，教师可以方便地接收到相关的方针政策和先进技术，这为课堂教学提供了具有农林特色的案例资源。

袁隆平是我国家喻户晓的农业科学家，是中国杂交水稻事业的开创者和领导者，是中国工程院院士，被誉为“杂交水稻之父”。在2021年的5月22日，他安详地与世长辞了。那几天，上至国家领导人，下至平民百姓，网络上到处都是哀悼他的声音，整个国家陷入到悲痛的气氛中；在袁隆平同志遗体送别仪式上，前来吊唁的人群排起了长队，久久不愿离去。这充分反映了人民群众对科学伟人的认可和感恩，是对他老人家的求真务实、孜孜不倦求索的科学精神的敬仰。袁老的英文口语流畅，他还用英文谚语“Chance favors the prepared mind”寄语新时代的青年。他的感人事迹激励学生脚踏实地、不怕辛苦，勇于攀登科技高峰，为祖国强盛贡献自己的力量。

生物质是农林行业的一大类生产原料，近代以来，因为化石产品物美价廉，生物质的利用没有得到足够的重视。随着化石资源的减少，现在国家十分重视双碳目标的实现，这为我们革新现有化工行业提供了百年未有之机遇。比如，新疆农田产生了大量的棉秆堆积，我们可以采用物理化学加工方法将其变废为宝，可以加工为生物质固体成型燃料，可以制作木塑复合材料，可以通过液化转变为高附加值的液体燃料及作物肥料，每种产品的制备加工方法各不相同，引导学生深入探究产品的生产原理、方法和工艺。作为新时代的大学生，肩负着实现中华民族伟大复兴的历史使命。由此鼓励学生们及时学习中央文件方针政策，跟上时代发展节奏。

3.4 对学生开展就业引导，激发课程学习兴趣

脱胎于化学工程的化工原理已经延伸为过程工业的共同原理，比如食品工程、生物工程、环境工程、原子能工业等，甚至包括高分子材料。教师举例美国化学工程师协会(AIChE)统计的化工专业本科毕业生就业情况，如表1所示，向学生展示化工专业学生的广阔就业前景，充分认识到学好化工原理课程的必要性和重要性，变被动上课为主动学习，勇于面对和解决复杂的工程问题。

表1 美国化学工程师协会(AIChE)统计的化工专业本科毕业生就业情况(2020年)

3.5 充分利用网络教学平台

借助于近年来使用广泛的雨课堂网络教学平台，采用直播方式上课，上课的音视频自动记录在雨课堂平台，方便学生回看；设计了预习、课堂测验及作业环节，直接在雨课堂平台提交和批改，大大提高了与学生沟通的便利度，全方位提升学生学习的参与度，特别是在疫情期间，有效保障了在线教学质量；给学生布置网络慕课视频观看任务，学生利用课余时间完成，随后的课堂上，针对具体的问题展开讨论，培养学生主动学习、探究式学习的习惯。

3.6 引导学生制作设备3D模型

创新作业形式，通过布置设备3D模型设计和计算作业，提高了学生的动手能力，加深了学生对课程知识点的理解。学生自己设计制备的离心泵3D模型如图1a所示，旋风分离器3D模型如图1b所示。以旋风分离器为例，在制作3D模型的基础上，按照教材上的计算方法，要求学生计算：① 气体处理流量；② 计算能100%分离尘粒的临界粒径；③ 计算压力损失。通过感性认识与理性计算结合，使学生轻松掌握设备设计和操作知识，最终提升工程应用能力。

图1 学生自己设计制作的化工单元操作设备3D模型

3.7 布置汇报任务

给学生布置汇报任务，充分调动学生的主观能动性，学生根据教师布置的主题搜索文献资料，特别是相关技术的最新研究进展，然后制作PPT，在课程上给同学们展示，老师和同学们打分，这种活动形式活跃了课堂氛围，丰富了课堂形式，唤醒了学生的思辨和质疑精神；学生从搜索资料到展示出来的整个过程中，综合能力也得到了锻炼。

3.8 与化工厂实际生产案例相结合

化工原理课程教学内容丰富，涉及到的理论基础知识广泛，同时又需要教师具备一定的工程实践经验，才能将课程知识点形象生动全面地传授给学生。主讲教师具有一年的化工设计院工作经历，在工厂也从事过两年的一线工作，这些实践经历使课堂教学更接地气，同时为课程案例库的建设提供了丰富的素材。

将工厂的实际生产案例引入课堂中，与课堂知识点紧密结合，提升学生对所学知识的运用能力。比如污水处理厂中建造有大型的沉降槽，就是化工原理教材中介绍的澄清器；安装的污泥脱水机，就是教材中介绍的板框式压滤机。通过这些不同名称相同单元操作设备的讲解，让学生面对纷繁多样的设备时不再望而生畏，而是能积极了解其设备构造，将其归类为化工原理上介绍过的某种单元操作设备。与新疆新能源(集团)准东环境发展有限公司开展人才交流合作，给学生介绍公司在2022年4月取得的最新专利技术：以废治废无害化处理铝电解槽大修渣的工艺方法[8]，通过理论与实际相结合，激发学生的求知欲，搭建学生开展探究活动的桥梁，进而成为创新的动力，启发学生的创新思维。

3.9 深入农林企业，培养学生农业问题解决能力

随着国家在三农方面的制度改革持续推进，农业集约化、机械化、规模化生产程度得到大幅提高，现在有向智能化方向进一步发展的趋势；对应的，一些农业物资和深加工产品生产企业中的问题变得突出，急需化工专业人才的介入去解决这些实际问题，作为农林院校培养的化工专业学生，具备一定农林专业知识，了解农林行业特点，具有解决农林生产问题的先天优势。

引导学生到新型肥料工厂实习，增强学生的感性认识，提升学生的知识运用能力，使其及时认识到化工专业在农业领域的应用前景，增强就业信心，拓展就业渠道；借助农业大学在涉农企业的人脉资源，加强与涉农企业的科研合作，助力企业扩大生产规模，提升产品质量。例如，通过与新疆慧尔农业集团股份有限公司接洽，双方找到了科研合作的切入点，正在就颗粒肥原料液杂质分离项目开展科研攻关，争取为企业解决生产过程中遇到的实际困难，同时将这些合作项目作为鲜活的化工原理教学案例引入课堂，提升教学质量。

4 化工原理课程改革成效

通过多维度、多角度挖掘农林院校特色，将其与化工原理课程有机结合，经过4年的改革，使化工原理课程讲授模式发生了较大的变化，学生踊跃参与大学生创新项目，共立项化工设计类大创项目8项，每年组织学生团队参加全国大学生化工设计竞赛，从最初的全国三等奖到去年拿到了全国二等奖，这些成绩的取得都与化工原理课程教学质量的提升密不可分。

学生考研成功人数，在2018年之前平均为15人/年，近4年平均为20人/年，考研专业较多，除了传统化学化工类专业，还有材料与化工、农业资源与环境、食品工程等交叉和农林专业，考研学校包括疆内外知名学校，如浙江大学、湖南大学、新疆大学、石河子大学等。每年学生就业率都在90%以上，知名企业包括新疆蓝山屯河化工股份有限公司、新疆美克化工股份有限公司、新疆天康畜牧生物科技股份有限公司、乌鲁木齐伊利食品有限责任公司等，在化工行业与农林行业就业的学生比例约为2 : 1，受到了就业单位的认可。

可见，学生在规划自己的职业发展时已经自觉地将化工知识与农林行业相结合，找到了发挥自己优势的就业岗位。

5 结语

化工原理课程在培养学生的工程问题解决能力中起到重要作用。作为地方农林院校，我们深入学习领会中央新疆座谈会精神，将思政教育有机融入课堂，培养学生科学素养和科学精神，围绕教学服务地方经济发展，将化工厂实际生产案例引入课堂，发挥农林院校特点和优势，将课程内容与农林企业生产问题相结合，充实课程案例库，通过多种措施提升教学质量，使课程讲授模式发生了较大变化，学生主动参与到大学生创新项目、全国大学生化工设计竞赛中，取得了较好的成绩，得到了学校和社会的认可，学生考研成功人数和考研院校档次逐年提高，学生在职业发展中自觉接近农林行业，找到了发挥自己优势的就业岗位。教师的职业满意度也提高了。我们认为让学生体会原汁原味的地方化工农林特色，是提升课堂教学质量和达成立德树人价值目标的重要途径。