“化工原理”课程思政多维度教学的探索与实践

薛 峰，王 晟，居沈贵

（南京工业大学 化工学院，江苏 南京 211816）

党的二十大报告提出，落实立德树人根本任务，培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人［1］。面对习近平总书记提出“培养什么人、怎样培养人、为谁培养人”的教育命题，高校应落实立德树人根本任务，推进高等教育事业发展同实现高质量发展相适应，培养担当民族复兴大任的时代新人［2］。立德树人是目前高校工作的重心，以教育部颁发《高等学校课程思政建设指导纲要》为指导，以提高人才培养质量为主线，课程思政已成为高校各类课程教育教学改革的重要主题，因此，各高校应结合本学科专业特点全面推进课程思政建设。课程思政是一种课程教学理念［3］，以立德树人为价值旨归，通过深掘、凝练课程演化发展过程中蕴含的爱国科学家感人事迹、民族振兴工程、道德伦理规范、社会职责和义务、科学和工程技术素养以及高尚的人文精神等思想政治教育资源，实现传授知识与价值引导的相互统一。“化工原理”作为全国高等学校化工类专业开设的一门专业基础课程，发挥了从基础到专业、从理论到工程实践的纽带作用，是相关专业课协同教书育人的主战场，对于学生专业素养及工程能力的培养至关重要［4］。

笔者在“化工原理”课程教学实践中提出多维度教学理念，将教书育人、哲学沉思、人文熏陶、技术手段有效结合，旨在达到人才培养的通专结合，有效落实立德树人根本任务。另外，通过挖掘融入“化工原理”课程的思政元素和德育元素，对理工科学生开展思想政治教育，在教学内容优化、教学组织实施、教师素质提升和课程目标达成等方面进行改革，以期为培养新时代化工技术人才提供支撑。

一、“化工原理”课程思政的目标

结合南京工业大学工科专业特色明显，培养具有中国灵魂、世界胸怀的创新创业人才办学定位，“化工原理”课程是化工及相关专业的专业核心课。本文通过深挖课程思政元素，与专业知识交融汇入，探索多维度教学实践路径，将教书育人、人文熏陶、技术手段有效结合，以培养具有家国情怀、文化自信、科学探究精神和时代担当的人才，有效实现通专结合，达到育人目标。

“化工原理”课程思政实施内容主要表现为以下几个方面：（1）使学生掌握化工单元操作的内容和目标：化工单元操作过程、单元设备基本结构和设计原理，再拓展到化工设计计算，并关联到相关其他科学技术知识的综合应用；（2）使学生掌握化工专业科学思维方法，要求学生在获取专业知识的同时，还要从专业角度解决实际工程问题；（3）注重培养学生的科学思维和工程素养能力，灌输正确的价值观，全面培养学生的专业知识和工程素养等综合能力。总而言之，教师在教授过程中，要力求做到德教融合、寓教于乐。

二、“化工原理”课程思政教学内容的德育元素挖掘

（一）明确教育目的，成为新时代使命担当人

习近平总书记在学校思想政治理论课教师座谈会上强调，新时代贯彻党的教育方针，要坚持马克思主义指导地位，贯彻新时代中国特色社会主义思想，坚持社会主义办学方向，落实立德树人的根本任务，坚持教育为人民服务、为中国共产党治国理政服务、为巩固和发展中国特色社会主义制度服务、为改革开放和社会主义现代化建设服务［5］。因此，我们要坚持“育人为本、德育为先、能力为重、全面发展”的育人观。落实立德树人根本任务，明确教育目的，结合“化工原理”课程的知识点，在教学全过程中有机地融入思政及人文元素，在培养大学生专业素质的同时，提升大学生的政治素养和文化素养，促使其通专结合，成为新时代有使命担当的人才。

（二）探求科学精神，培育实践创新品质

了解一门学科的科学发展史，有助于让学生和教师理解科学的批判性及统一性，了解科学的社会角色和人文意义。在科学史技术革新和重大变革中，重温世界各国科学家做出的杰出贡献，更能让学生充满激情和理想，增强历史担当。

学术大师引领教学，课程建设历史悠久。在绪论部分，引入南京工业大学的百年办学历史，介绍“化工原理”课程是由我国化工教育一代宗师时钧院士一手创建的，引自麻省理工学院提出的单元操作（Unit Operation）原理和计算方法。另外，介绍对流传热理论的发展起源于英国工业革命背景下解放生产力的时代需要。在这方面做出杰出贡献的科学家有普朗特、雷诺、努塞尔特、施密特等。“流动和换热密不可分”的流体流动的理论基础丰富了对流换热理论。1883年，雷诺通过实验方法，提出了“雷诺准数”对流体流动形态的影响，奠定了实验研究流体力学的研究基础。努塞尔特开辟了用实验手段测定对流传热系数的方法，提出了采用微分方程+边界条件限定的量纲分析法，对自然对流和强制对流进行数据处理的巧妙思路。普朗特是德国著名的物理学家，他在1904年提出“边界层理论”概念，并于1908年建成第一个连续回路风洞，随后他又提出了“湍流”理论。他采用Prandtl-Glaubert定律解释亚声速气流现象，描述空气在高速流动下具有可压缩性。并对超声速流、风洞理论和设计、湍流理论、空气动力设备设计方面做出开创性的工作［6］。在其45年的教学生涯中，还培养了如冯·卡门、布劳修斯等杰出科学家。著名的爱国科学家钱学森，作为冯·卡门的弟子，与老师共同开创了举世瞩目的“卡门—钱学森公式”，为飞机早期克服热障、声障提供了理论依据，为国际空气动力学的发展奠定了基础。

在教学过程中通过这些案例的枚举，不仅能让学生感觉到专业课程的生动有趣，而且能对学生潜移默化地渗透科学理念，加强科学精神的思政教育，进而增强学生的使命感和责任担当，让学生自觉把个人发展与国家需求相融合，在报效祖国的实际行动中实现自我的人生价值。

（三）传承中华优秀传统文化，培养爱国主义情怀

将我国古人在生产生活中应用积累的丰富实践经验、创造的辉煌成就引入课程教学中，用化工原理单元操作的基本原理加以模型分析，既有利于增加学生对知识学习的浓厚兴趣，又可以加深学生对专业知识的理解。

在第一章《流体流动》讲授流体力学时，引入流体力学回旋流理论的经典案例——都江堰。都江堰位于我国美丽富饶的成都平原上，是我国历史上闪烁着中华民族智慧之光的伟大工程。都江堰是一座大型水利枢纽工程，具有灌溉、防洪、提供生活和工业用水诸多功能，由三大主体工程鱼嘴、飞沙堰、宝瓶口和配套工程百丈堤、人字堤、自动引流灌溉渠构成。三大主体工程是整个工程的灵魂，最能够体现都江堰治水的思想和理念。李冰在《治水三字经》记载“分四六，平潦早”，讲述了鱼嘴的功用。在枯水季节，鱼嘴将60%的水量引入内江，以满足下游地区灌溉用水，仅将40%的水量排到外江；而在洪水期间，鱼嘴又可以将岷江60%的水排入外江，40%的水引入内江。从流体力学的工程观点来看，“鱼嘴分四六”的原理由主流线位置和过水断面面积两个因素决定。第七章《液体蒸馏的分离》可以描述为：挥发度高的组分在塔顶气相中富集，挥发度低的组分在塔底液相中富集，这与介绍有中国神话故事“盘古开天地”的《幼学琼林》，开篇中的“气之轻清上浮者为天，气之重浊下凝者为地”非常相似。就规模来讲，“盘古开天地”应该是史上最大规模的一次“闪蒸”（平衡蒸馏）。

通过持续挖掘中国古代重大历史工程、充满奇幻色彩的神话传说故事中隐含的“人类征服自然，改造自然”等经典案例，剖析其中的化工原理基础知识，贯穿正视中国文化史、珍爱中华文明的主线，有助于提高学生的文化素养，增强学生的文化底蕴，激发其爱国热情、民族自豪感和自信心。

（四）突出中国元素，坚定“四个自信”

通过化工原理的单元操作在废气、废液和废固处理中的应用，强化化工专业技术在整治人居环境，为建设“绿水青山就是金山银山”最美中国发挥的作用，帮助学生树立绿色发展观，助力生态文明建设，意识到中国特色社会主义道路是实现我国社会主义现代化的必由之路。

通过引入国家重大工程案例，例如热管技术解决冻土层这种世界级难题，中国人独立自主地实现在青藏高原上建造铁路的梦想等，体现集中力量办大事的社会主义制度优势，让学生坚定制度自信，坚信社会主义制度具有的巨大优越性。

通过挖掘“化工原理”课程的基本概念，提取中华优秀传统文化底蕴。“工程”的概念是指“实验室小试试错—工厂中试放大—小规模生产—规模化工业化大生产”的一般过程，可以将其和儒家经典《礼记·大学》中提出的“修身、齐家、治国、平天下”观点相联系，体现中西方文化的交融、古典与现代的结合。“野渡无人舟自横”出自唐代著名诗人韦应物的《滁州西涧》，十分准确地描述了船与水流方向垂直的自然现象，暗合了稳定的平衡位置这一流体力学现象。这些有着丰富文化内涵的引申，能够极大地激发学生对中华优秀传统文化底蕴的体会，增强文化自信。

（五）嵌入哲学逻辑，启迪学生批判性思维

“化工原理”课程在学科发展演化中逐步形成了一系列研究方法，其中主要包括数学分析法、量纲分析法（纯经验方法）、数学模型法和过程分解与综合法等，这些都是借助其他科学的研究方法来解决化工生产过程工程问题的重要手段。从过程研究方法论为起点，拆解和分析实际工程问题，启发学生综合应用各学科的灵活思维方式，抓住解决问题过程中的逻辑关系，培养学生的逻辑思辨能力。

引入量纲理论，启发学生思维。如在“化工原理”课程的第1章《流体力学》教学中，在计算湍流时流体的机械能损失案例中，选择确定计算式的问题上涉及量纲分析方法。学生对无量纲数群的概念比较陌生，引入雷诺准数则是一个启发学生思维的切入点。雷诺实验虽然非常简单，但揭示了流体层流向湍流的转变点——这是一个重要的工程概念，反映了工程计算需要的层流向湍流转变的转折点。借助客观物理分析，这个转折点与物质的黏度和密度、管径和速度这四个工程因素密切关联，实验数据进行处理后，得到实验值2 000，与量纲理论数值一致。将原本非常抽象的工程问题变成了简单的数学问题，量纲理论发挥了巨大的作用。通过举例着力渲染量纲理论的巨大作用，加深学生对无量纲数群的深刻了解，激发学生的学习热情。

矛盾的对立统一性，提高学生思辨能力。在精馏操作实验过程中，通过增加回流比，使精馏段的操作线和提馏段的操作线远离平衡线，以利于传质过程，降低理论塔板数和设备费用。但同时，增加了再沸器和冷凝器热负荷，增加了操作费用。设备费用和操作费用变成了一对动态的矛盾关系，它们相互制约又相互联系，体现了工程问题中矛盾的对立统一性。

辨别主要次要矛盾，提高学生解决问题的能力。在计算流体流经颗粒固定床层的压降案例时，由于固定床内固体颗粒孔隙形成的通道，其微观结构呈弯曲的网状结构，真实描述计算压降有诸多困难。因此，可以将复杂的网络通道简化成许多平行的细管，固定床结构简化为一维模型，用以描述实际过程。抓住矛盾的主要因素，建立理想数学模型，从而排除错综复杂的各种次要矛盾的干扰，达到“合理简化、本质近似”的原则，揭示事物发展的一般规律和特殊规律。

将专业知识用哲学范畴思维进行深入解剖和拆解分析，阐述明了蕴含于化学工程原理各种单元操作和数学计算模型之中的辩证逻辑关系，可加强和拓展学生的思维能力，激发学生对所学课程的浓厚兴趣。

结语

通过多年“化工原理”课程思政多维度教学实践，将教书育人、哲学沉思、人文熏陶、技术手段有效结合，达到了人才培养的通专结合的目的，有效落实了立德树人根本任务。通过挖掘融合“化工原理”课程的思政元素和德育元素，对理工科学生开展思想政治教育，在“明确教育目的，成为新时代担当人”“探求科学精神，培育实践创新品质”“传承中华优秀传统文化，培养爱国主义情怀”“突出中国元素，坚定‘四个自信’”“嵌入哲学逻辑，启迪学生批判思维”等方面取得了非常好的效果。南京工业大学“化工原理”课程将继续坚持落实立德树人根本任务，把社会主义核心价值观融入教书育人过程，实现“三全育人”，为培养新时代化工技术人才提供重要支撑。