工程教育专业认证背景下融合课程思政的“化工热力学”教学研究

方 芬

(宁夏大学 化学化工学院，宁夏 银川 750021)

“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。”，这是习近平总书记2019年3月在学校思想政治理论课教师座谈会上所强调的。2020年6月，教育部颁布了《高等学校课程思政建设指导纲要》，明确提出课程思政建设工作要在全国所有高校、所有学科专业全面推进，促使课程思政的理念达成广泛共识[1]，由此融合课程思政的教学研究与改革在全国高校的各个专业如火如荼地展开[2-5]。“化工热力学”作为化工专业的理论基础课和主干课程融入思政课程的教学研究少有报道，更多的教学研究集中于在工程教育认证背景下的教学，线上教学等方面的教学研究[6-11]，而在工程教育专业认证背景下融合课程思政的“化工热力学”教学研究未有报道。作者基于工程教育认证的要求，融合课程思政对“化工热力学”的课程目标、教学内容、教学方法和评价体系等方面进行了探索研究。

1 课程目标

工程教育认证有三大理念：以学生为中心、产出导向和持续改进，其中居于核心地位的是产出导向(outcome-based education，OBE)。OBE理念强调专业教学的设计和实施以学生接受教育后所取得的学习成果为导向，并对照毕业生核心能力和要求，评价专业教育的有效性。显然 “学习成果”的定义尤为重要，它是以培养目标为最高指导，通过毕业要求逐级分解到各个课程中的，故每门课程的课程教学目标成为定义学习成果的落脚点。以学生为中心的教学目标分为6部分，包括核心知识、学以致用、触类旁通、人性维度、志趣情怀、学会学习[12]。剖析这6个教学目标，其内涵的思政元素有工匠精神、家国情怀、责任担当、工程规范、终生学习、学以致用、勇于创新、哲学元素、勤于思考等。将思政元素与化工热力学课程目标相融合建立新的课程目标(图1)。表1给出了课程目标对化工专业毕业要求的支撑关系。

表1 课程目标对车辆工程专业毕业要求的支撑关系

图1 融合思政元素的“化工热力学”课程目标的建立

2 教学内容

“化工热力学”作为化学工程与工艺专业学科基础知识中化学工程与技术类知识的核心课程，课程的根本任务就是利用热力学第一、第二定律给出物质和能量的最大利用极限，有效地降低生产能耗，减少污染，从而在本质上指导如何减缓熵增的速度[13]，提高资源和能源利用效率。传统上由此可将教学内容分为两个模块：流体的p-V-T关系、纯流体的热力学性质计算、流体混合物的热力学性质和相平衡作为实现物质的最大利用极限的相平衡模块；化工过程的能量分析、蒸汽动力循环与制冷循环作为实现能量最大利用极限的化工过程能量分析模块。两个模块既有区别又有联系，相平衡模块中的流体的p-V-T关系、纯流体的热力学性质是能量分析模块的基础，具体也体现在课程目标中。课程目标3和课程目标4同时关联了相平衡和化工过程的能量分析。显然仅仅只有这些教学内容无法实现思政元素融合，也无法完整地实现课程目标，因此需要对教学内容进行重塑，融合思政元素。图2给出了完整的教学内容与课程目标间的关系，图中打勾的内容为新加入的教学内容。

图2 教学内容与课程目标间的关系

3 教学方法与实施

作为实现课程目标的桥梁，教学方法是不可或缺的。没有恰当的教学方法就不会有良好的教学效果，也无法实现课程目标。融入思政元素的“化工热力学”教学方法的主旨思想是以学生为中心，讲授法为主，辅助其他教学方法。虽然传统的讲授法近几年仿佛成了过街老鼠，人人喊打、人人生厌，但教师全方位地将教学内容以讲授的方式呈现给学生，是较便捷与合理的教学方法，同时讲授法也可以和其他的教学方法结合[14]，实现以学生为中心的教学方法。有研究表明教师讲授是未来仍将继续存在的教学方式[15]。教师讲授有助于学生在通识课程中的深度学习[16]。“化工热力学”作为专业基础课，通过教师对专业基础知识的讲解，可以使学生较快地了解框架和脉络，为学生深度学习提供基础。当然有效的教学方法一定不是单一的，教师讲授必须与其他教学方法相结合才能达到良好的教学效果，实现课程目标。其他辅助的教学方法有启发式教学、案例教学等。下面介绍如何将上述教学方法实施于融合思政元素的“化工热力学”教学中，以达到良好的教学效果。

3.1 教师讲授结合启发式教学

启发式教学以教师提出问题为依托，要求教师在教学过程中发挥主导作用，充当设计者、主持者、教练者和合作者的角色。绪论的讲解中，先让同学们看课本的目录，提出哪些物理量是物理化学接触过的，引导学生用已有的知识建立本门课程与物理化学课程的联系，再通过讲授让学生对化工热力学这门课的研究对象与研究方法有所了解，接着提问物理化学与化工热力学课程的区别是什么。进一步让学生主动思考化工热力学的研究对象，最后通过多媒体给出化工专业的知识框架，即化工热力学和其它化学工程分支学科间的关系，融入哲学思想： “合抱之木,生于毫末；九层之台,起于累土；千里之行,始于足下。”——《老子》；“量变产生质变”——马克思主义哲学。鼓励学生学好每一门课程，走好每一步，成为合格的化学工程师。在流体热力学性质计算的讲解中，启发学生思考两个问题:麦克斯韦关系式的作用是什么？剩余性质的作用是什么？再融入哲学思想：“天下难事必作于易，天下大事必作于细。”——《老子》，让学生明了化工热力学处理问题的方法是由简单模型入手再进行校正，以解决实际问题，进一步引导学生思考其他问题的处理是否也可用该方法。在有关热力学图表的讲解中，给出问题：同一状态的水蒸气查阅不同的水蒸气表会不会有不同的焓值？引导学生思考如何避免由于参比态选取不同而导致的数据不一致。融入思政元素：工程规范及工匠精神，使得学生意识到作为未来的化学工程师在进行计算时一定要严谨，所用的公式及图表数据要规范，注意使用的范围，切不可拿来就用。在讲解化工过程的能量分析中，由实例甲醇厂的蒸汽动力循环提出两个问题：第一个问题：通过甲醇生产中的蒸汽动力循环，我们达到了什么目的？第二个问题：如何实现蒸汽动力循环？由第一个问题引出节能概念，再由节能概念这个点到国家有关节能政策出台的时间线，然后引出社会主义核心价值观的法治这个点，再到社会主义核心价值观这个面，最后由社会主义核心价值观中的敬业这点联系到学业，回到甲醇厂的蒸汽动力循环提出的第二个问题，引出化工过程的能量分析内容。在讲解蒸汽动力循环时提出卡诺正循环、理想朗肯循环和实际朗肯循环的区别问题，引申出热机的发展历程：从实践到理论，再由理论到实践的哲学原理，以及事物两面性——对立与统一。

3.2 教师讲授结合案例教学

案例教学多应用于管理、金融、法律等学科，在研究生教学过程中应用更广泛。夏淑倩等[17]以芳烃抽提工艺为案例，建立化工热力学相平衡工程案例，用于工程专业学位硕士研究生的“化工热力学”课程教学。本科生教学中教师如何根据课程目标和内容要求给出合适的案例尤为重要。案例既要考虑学生的知识储备又要注意不能过于简单，这样才能让学生置身于案例情景中，去发现问题、分析问题和解决问题。在案例教学中，教师除了选择合适案例外，还要与学生充分互动，引导学生学会对影响问题的各种因素进行分析，以影响问题的关键因素为抓手，对各种可能性都进行充分的推论，给出多种解决方案，再进行对比分析，优选出一种解决方案。案例教学更适用于相平衡和化工能量分析，这两部分内容属于学生掌握了热力学原理、状态方程以及活度系数模型后的应用部分，涉及的知识点较多，工程案例相对较丰富。课前通过雨课堂发布案例及相关学习视频，学生需要结合案例查阅资料，对相关知识点进行复习和预习，鼓励学生将分析案例中遇到的问题发布在雨课堂讨论区，供教师和学生们共同探讨。课堂上侧重于引导学生讨论、研究和探索，并且进行归纳和总结。在归纳总结时融入思政元素，如哲学原理：事物两面性——对立与统一，并树立学生的节能环保意识，激发学生的家国情怀、责任担当，培养学生学以致用、勇于创新的能力。

学科前沿，包括状态方程、活度系数与组成、相平衡及热力学第一、二定律的新的发展情况都可作为思政元素。通过启发式或者小案例教学方式进行，有助于学生树立正确的科研观，培养学生勇于创新的精神。名人故事则可在课程进行中穿插介绍，引导学生思考名人的科研精神及素养是如何形成的。

4 教学评价体系

持续改进作为工程认证的核心理念之一，其依据为合理的评价体系。合理的评价体系一定是形成性的。只有形成性评价才能更好地实现持续改进。“及时反馈”作为形成性评价的重要特征，在本课程中体现在以下方面：课前通过雨课堂平台发布预习资料，包括预习内容及预习测试，及时了解学生前序课程掌握情况以便调整教学进度；课中针对学生应重点掌握的知识、能力通过雨课堂平台进行随堂测试，及时根据测试情况进行改进；课后布置相关作业对知识能力素质及时进行巩固；模块教学后进行单元测试及时掌握学生对各个模块的掌握情况；期末进行期末测试评价学生对整个课程的掌握情况。除了通过不同维度的测试和作业外，还通过调查问卷和随机访谈及时了解学生的学习情况。认识到不足，不论是学生的学还是教师的教都需进行持续改进。思政元素的考核渗透于评价的各部分，重点体现在调查问卷和随机访谈中。鉴于课程目标是思政与专业知识的有机统一体，评价体系中加入学生评教、教师自评和同行评价[18]，全面了解教学效果，以便更好地进行持续改进。

5 结束语

采用上述的教学模式进行了两轮“化工热力学”课程教学实践。实践中依托雨课堂在线平台整合各类教学资源，最终将思政元素以润物细无声的方式融合于教学的各个环节。对比两轮评价结果，第二轮的结果更好，这源于对思政元素的融入方式进行了持续改进，从较为生硬的融入方式逐步改进为切入点更加贴切的融入方式。通过实践表明，课程的教学模式可有效地提高学生的学习主动性，对学生的专业知识和思政素养的提高有良好的效果。