劉榮，曹陽，余曉清，高軼群，謝貴明

(貴州大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院，貴州 貴陽 550025)

0 引言

2014 年4 月教育部印發(fā)的《關(guān)于全面深化課程改革落實立德樹人根本任務(wù)的意見》指出“立德樹人是發(fā)展中國特色社會主義教育事業(yè)的核心所在，是培養(yǎng)德智體美全面發(fā)展的社會主義建設(shè)者和接班人的本質(zhì)要求”[1]。2020 年5 月教育部印發(fā)《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》明確“落實立德樹人根本任務(wù)，必須將價值塑造、知識傳授和能力培養(yǎng)三者融為一體、不可割裂”。《綱要》要求“工學(xué)類專業(yè)課程，要注重強化學(xué)生工程倫理教育，培養(yǎng)學(xué)生精益求精的大國工匠精神，激發(fā)學(xué)生科技報國的家國情懷和使命擔(dān)當(dāng)”[2]。

化工原理是高?；ぜ跋嚓P(guān)專業(yè)學(xué)生的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課[3-4]，在化工、釀酒、無機等專業(yè)培養(yǎng)中起著承前啟后、由理及工的橋梁作用。課程主要研究化工生產(chǎn)過程“三傳一反”中的“三傳”過程[5]。隨著“立德樹人”這一教育核心不斷深入落實到專業(yè)課程中，化工原理正成為當(dāng)代化工類專業(yè)學(xué)生思政教育的主講堂，探索化工原理思政融入已成為刻不容緩的研究課題。

1 課程發(fā)展現(xiàn)狀

貴州大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)于2018 年通過了工程教育專業(yè)認證，化學(xué)工程與工藝和釀酒工程專業(yè)2019 年獲批國家級一流本科專業(yè)建設(shè)點，2020 年過程裝備與控制工程、無機非金屬材料工程和環(huán)境工程專業(yè)獲批省級一流本科專業(yè)建設(shè)點。作為以上化工類專業(yè)的核心課程，在化工原理教學(xué)團隊不斷改革、創(chuàng)新中，近年來獲得了貴州省教學(xué)成果一等獎一次和貴州大學(xué)教學(xué)成果特等獎和二等獎各一次的榮譽，該課程目前已建設(shè)成為貴州省的省級“金課”。

教學(xué)團隊積極開展課程思政，以“立德樹人”為核心挖掘課程思政元素，以知識傳授和能力培養(yǎng)為基礎(chǔ)構(gòu)建課程思政框架，讓化工原理課程不僅局限于在理論與實踐、基礎(chǔ)和專業(yè)之間修路搭橋，還要融價值導(dǎo)向于專業(yè)能力培養(yǎng)之中。本文以化工原理傳熱章節(jié)為例，從教學(xué)目標、教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法等方面進行課程思政融入的改革與探索，結(jié)合知識點在政治認同、家國情懷、職業(yè)操守、科創(chuàng)精神四個思政方向上挖掘思政元素，探索實踐化工原理課程思政教學(xué)方法。

2 學(xué)情分析

目前在化工原理的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生仍存在一些問題。首先，學(xué)生對理論知識中工程概念不理解、工程觀念不強，并且靠死記硬背的繁多公式難以熟練運用于工程研究方法進行工程計算，造成了學(xué)習(xí)效果不好，削弱了學(xué)習(xí)積極性。其次，學(xué)生在理論聯(lián)系工程實際解決復(fù)雜工程問題時工程觀點和經(jīng)濟觀點不強，并且在進行化工基本運算時常因碰壁而選擇放棄，養(yǎng)成不良的學(xué)習(xí)態(tài)度。最后，教師在教學(xué)中習(xí)慣性地注重知識傳授和能力培養(yǎng)，而忽略了價值塑造，造成一些不良現(xiàn)象發(fā)生，如學(xué)習(xí)好的同學(xué)只顧自己考高分拿獎學(xué)金，不參與對自己沒有益處的活動，養(yǎng)成了精致的利己主義；學(xué)習(xí)差的學(xué)生不是靠自身努力通過考試，而是集中突擊學(xué)習(xí)，不求甚解，只想要“六十分萬歲”。

特別在傳熱章節(jié)教學(xué)中，由于知識點專業(yè)性強，學(xué)生出現(xiàn)在課前不預(yù)習(xí)或預(yù)習(xí)中對基本概念不清、工程觀念不強等情況，例如，對傳熱的三種基本方式和換熱器的三種分類等概念混淆；對尚未學(xué)習(xí)的蒸發(fā)、蒸餾、干燥等單元操作沒有基本概念；也理解不了傳熱過程在這些單元操作以及化工生產(chǎn)線中的具體應(yīng)用。由于知識點內(nèi)容多，在課中學(xué)習(xí)時存在基本原理不明，公式容易混淆等情況，例如對數(shù)平均溫度差法和熱傳效率ε-傳熱單元數(shù)NTU 法的推導(dǎo)關(guān)系理不清，對復(fù)雜公式記不住，例如，ε-NTU 關(guān)系公式：

除此之外，理論不能緊密聯(lián)系實際，在課后作業(yè)中不能將工程觀點和經(jīng)濟觀點運用在實際工程問題的解決上，如，在分析強化傳熱工程措施時，能夠利用所學(xué)的傳熱速率方程式：

提出強化傳熱要從總傳熱系數(shù)K、傳熱面積A和傳熱溫度差Δtm三個方面進行強化，但具體到工程措施就無法展開，理論與實際脫節(jié)。在換熱器課程設(shè)計的工藝尺寸設(shè)計計算時，不能對設(shè)計參數(shù)作出正確的選擇和判斷，只注重理論解析，而不考慮經(jīng)濟因素。

3 教學(xué)目標

教學(xué)團隊從專業(yè)課程在大學(xué)生思政教育中扮演的角色出發(fā)，完善課程教學(xué)目標[6]，提出“知識傳授、能力培養(yǎng)、價值塑造”三者應(yīng)合而為一，讓化工原理在思政教育中充分發(fā)揮作用，培養(yǎng)學(xué)生運用馬克思主義哲學(xué)思想分析和解決復(fù)雜工程問題的能力，為社會主義現(xiàn)代化發(fā)展添磚加瓦。

(1)知識傳授目標

通過學(xué)習(xí)傳熱，學(xué)生要了解傳熱的三種基本方式、傳熱速率、熱阻以及傳熱在化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用；理解溫度場、溫度梯度、熱導(dǎo)率等基本概念；掌握傅里葉定律、牛頓冷卻定律等傳熱基本理論；熟練掌握平壁、圓筒壁等熱傳導(dǎo)的計算方法；能綜合利用傳熱速率方程式和熱量衡算式對間壁對流傳熱的工程問題進行分析和計算；能結(jié)合工程觀點和經(jīng)濟觀點對換熱器進行工藝設(shè)計。通過對傳熱章節(jié)的學(xué)習(xí)，學(xué)生還要能梳理出類似圖1 的傳熱章節(jié)知識體系樹形圖，建立章節(jié)知識體系。

圖1 傳熱章節(jié)知識體系樹形圖

(2)能力培養(yǎng)目標

在熟練掌握傳熱基礎(chǔ)知識的基礎(chǔ)上，利用自然界中的傳熱和工程傳熱案例培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力，通過在實驗中增設(shè)科研訓(xùn)練內(nèi)容來驗證學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力與成果；結(jié)合換熱設(shè)備的設(shè)計及應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生理論結(jié)合實際，用工程觀點和經(jīng)濟觀點結(jié)合理論知識解決設(shè)計型、操作型復(fù)雜問題的綜合能力；建立“以人為本、工程與自然、工程與社會協(xié)調(diào)發(fā)展”的工程觀點，培養(yǎng)學(xué)生“創(chuàng)新優(yōu)化、安全環(huán)保、團隊協(xié)作”的工程思維能力。

(3)價值塑造目標

課程教學(xué)融入思政案例，通過科學(xué)家人物簡介，培養(yǎng)學(xué)生善于觀察、勇于思考、不斷探索的科學(xué)家精神；利用我國重大工程建設(shè)案例講解，培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)新的家國情懷；用科學(xué)方法論培養(yǎng)學(xué)生務(wù)實、嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度；結(jié)合全球氣候變化和我國“雙碳”政策，強化學(xué)生的安全環(huán)保意識，樹立綠色發(fā)展觀。在知識傳授和能力培養(yǎng)的同時，培養(yǎng)學(xué)生理解社會主義核心價值觀，堅定理想信念，從而樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀。

4 傳熱教學(xué)內(nèi)容及方法

熱量傳遞過程是化工生產(chǎn)乃至工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的單元操作之一，是化工“三傳”過程的重要組成部分。傳熱過程遵循傳熱基本規(guī)律，是以熱量傳遞理論為基礎(chǔ)研究的一類傳遞過程[7]。在教學(xué)過程中，從基本概念的引入、基本定律的介紹，再到間壁對流傳熱雙膜模型的分析、計算公式的推導(dǎo)，最后將所學(xué)知識用以解決復(fù)雜工程問題。如何在教學(xué)中融入思政元素，利用思政案例吸引學(xué)生關(guān)注和思考知識點，提升學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力，實現(xiàn)知識傳授、能力培養(yǎng)和價值塑造的完美融合，是需要面對并解決的一大課題?；ぴ斫虒W(xué)團隊從學(xué)情分析出發(fā)，構(gòu)建傳熱章節(jié)思政關(guān)聯(lián)圖，對課程思政教學(xué)精心設(shè)計，并在教學(xué)中進行實踐和探索。

4.1 思政關(guān)聯(lián)圖

熱量傳遞過程的教學(xué)內(nèi)容主要包括傳熱方式、熱傳導(dǎo)、熱對流、熱輻射和傳熱設(shè)備等，該章節(jié)以傳熱基本原理為基礎(chǔ)，圍繞傳熱速率方程式和熱量衡算式展開，從對數(shù)平均溫度差法和傳熱效率-傳熱單元數(shù)法兩方面解決復(fù)雜工程傳熱問題。團隊根據(jù)相關(guān)知識點，篩選思政元素，繪制傳熱章節(jié)課程思政關(guān)聯(lián)圖，如圖2 所示。

圖2 傳熱章節(jié)思政關(guān)聯(lián)圖

4.2 教學(xué)設(shè)計及實施

根據(jù)化工原理課程思政教學(xué)目標，以傳熱章節(jié)思政關(guān)聯(lián)圖為引導(dǎo)，結(jié)合學(xué)情分析，進行“課前、課中、課后”[8]全時域的課程思政教學(xué)設(shè)計，使化工原理教學(xué)既能由簡入繁地傳授專業(yè)知識，又能潤物無聲地塑造正確“三觀”。

(1)課前導(dǎo)學(xué)

結(jié)合傳熱知識點，以世界最高綠色建筑-上海中心大廈為例，制作傳熱章節(jié)預(yù)習(xí)課件并在課前發(fā)送給學(xué)生完成預(yù)習(xí)。學(xué)生在預(yù)覽課件時，首先了解到世界最高的綠色建筑坐落于上海，是由我國首創(chuàng)修建的上海中心大廈，頓時提升學(xué)生的民族自豪感，同時也能吸引學(xué)生繼續(xù)預(yù)習(xí)并思考問題，如：什么叫綠色建筑、它跟傳熱過程有什么關(guān)系、為什么上海中心大廈可以看作是一個巨型“熱水瓶”。此外，無形中也會形成一些認知，例如，我國工程技術(shù)人員建成世界最高的綠色建筑，他們通過技術(shù)手段創(chuàng)新性地在上海中心大廈的建設(shè)中實現(xiàn)節(jié)能減排，為綠色建筑的推廣運用做了良好的榜樣，代表建筑行業(yè)推動我國加快實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”的環(huán)保目標，同時也認識到了學(xué)習(xí)傳熱相關(guān)知識的重要性。最后以預(yù)習(xí)課件為引子，引導(dǎo)學(xué)生圍繞傳熱積極進行線上討論，例如尋找和發(fā)現(xiàn)身邊的傳熱過程和現(xiàn)象，并分析其原理和過程，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)傳熱相關(guān)知識的欲望[9]。

(2)課中研學(xué)

基本概念講解：課堂上采取以小見大、由簡入繁的方式，首先引導(dǎo)學(xué)生探尋日常生活中的傳熱現(xiàn)象，如：穿衣保暖、加熱食物、空調(diào)消暑、汽車尾氣等現(xiàn)象，分析其中的傳熱過程和原理，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時，培養(yǎng)學(xué)生善于觀察和思考的科學(xué)精神。其次引入工程案例，討論其中的傳熱現(xiàn)象和過程，例如，預(yù)習(xí)課件中的世界最高綠色建筑—上海中心大廈[10]和國家重大工程—港珠澳大橋等，在實際案例中培養(yǎng)學(xué)生的工程觀念，提升學(xué)生分析和解決復(fù)雜工程問題的能力[11]。最后回歸到傳熱在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，如：化學(xué)反應(yīng)過程中的傳熱、單元操作過程與傳熱、節(jié)能環(huán)保與傳熱、清潔生產(chǎn)與傳熱等，將例子有機融入到專業(yè)知識的講解當(dāng)中。

公式推導(dǎo)及運用：在給熱系數(shù)知識點講解中，要揭示給熱系數(shù)的主要影響因素及其內(nèi)在聯(lián)系，并推導(dǎo)出具體計算公式。由于常規(guī)數(shù)學(xué)模型法難以探尋各因素間的關(guān)系，因此引出量綱分析法[12]，該方法是在經(jīng)驗和實驗的基礎(chǔ)上，根據(jù)物理定律的量綱一致性原則和白金漢的π 定理[13]，將多個變量組合成數(shù)目較少的無因次變量，然后求取無因次變量間的函數(shù)關(guān)系，再按無因次變量組織實驗，使實驗次數(shù)大為減少、實驗工作簡便易行，并且實驗結(jié)果能體現(xiàn)各變量之間的關(guān)系[14]。綜上所述，該知識點講解體現(xiàn)了以科學(xué)的方法論為指導(dǎo)，探索并揭示了傳熱過程的基本規(guī)律，讓學(xué)生在深刻理解復(fù)雜公式的同時，也培養(yǎng)了學(xué)生認真細致、科學(xué)嚴謹?shù)膶W(xué)習(xí)和科研態(tài)度。

專業(yè)知識拓展：在學(xué)習(xí)輻射傳熱基本概念后，結(jié)合全球氣候變化這一國際熱點問題拓展視野，了解溫室氣體種類及溫室效應(yīng)的基本原理，認識我國及國際有關(guān)碳排放的相關(guān)政策和文件，激勵學(xué)生努力學(xué)習(xí)科學(xué)知識。一方面從自身做起，做一個環(huán)保主義者，另一方面積極探索新知識，創(chuàng)新科技，利用知識為我國環(huán)保事業(yè)作貢獻，助力我國實現(xiàn)“雙碳”目標，建設(shè)地球生命共同體。

(3)課后實踐

課后作業(yè)除了甄選一定量有關(guān)基本概念、工程計算和復(fù)雜工程問題的題目考查學(xué)生專業(yè)知識掌握情況外，還應(yīng)結(jié)合課前預(yù)習(xí)課件及課中傳授的知識點(如世界最高綠色建筑—上海中心大廈)設(shè)計相應(yīng)的題目進行討論，培養(yǎng)學(xué)生在熟練掌握傳熱基本原理的基礎(chǔ)上，對復(fù)雜工程問題進行剖析。此外在課程實驗和課程設(shè)計實踐教學(xué)環(huán)節(jié)中，重點培養(yǎng)學(xué)生獨立思考、科學(xué)嚴謹?shù)胤治鼋鉀Q復(fù)雜工程問題[15]以及團結(jié)協(xié)作、高效高質(zhì)量完成工程生產(chǎn)和設(shè)計任務(wù)的能力[16]，進一步理解專業(yè)知識的重要性，樹立學(xué)好知識為國家作貢獻的責(zé)任感，在實現(xiàn)自身價值的同時，推動祖國社會經(jīng)濟發(fā)展，實現(xiàn)中國夢。

5 結(jié)語

本文以化工原理“三傳”過程中的熱量傳遞過程為例，以“立德樹人”為教育核心設(shè)立了知識傳授、能力培養(yǎng)和價值塑造三個層次的教學(xué)目標，深入挖掘與傳熱知識相關(guān)的思政元素，創(chuàng)建傳熱章節(jié)課程思政知識圖譜，結(jié)合學(xué)情分析設(shè)計“課前-課中-課后”全時域的課程思政教育方案，在傳道、授業(yè)、解惑中潛移默化地融入思政元素，實現(xiàn)專業(yè)知識傳授與正確“三觀”塑造的融合統(tǒng)一，為我國社會主義現(xiàn)代化建設(shè)培養(yǎng)德才兼?zhèn)涞墓こ倘瞬拧?/p>