化工类专业的课程思政教学探索与实践

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  摘  要:分离工程是化工类专业的核心课程,在该专业的人才培养中起着至关重要的作用。文章介绍了分离工程课程思政的教学目标和相应的教学内容、教学方法。基于绿色工程教育的理念,提出课程对绿色工程十二项原则的支撑内容;深度融合信息技术,在原有MOOC的基础上,建设了专门的课程思政MOOC;通过历史记载、科学家的故事、案例教学等形式,培养学生的文化自信、价值观、工程伦理意识和创新精神。文章以期为化工类专业课程思政教学提供参考和借鉴。
  关键词:分离工程;课程思政;绿色工程
  中图分类号:G642        文献标志码:A          文章编号:2096-000X(2021)20-0114-05
  Abstract: Separation Engineering is one of the core courses in Chemical Engineering program. It plays an important role in ability cultivation. On the basis of the academic essence of Separation Engineering, its objective of ideological and political education has been set, and then the course materials and teaching methodologies have been decided by the course team. According to the twelve principles of Green Engineering, some have been supported and taught by Separation Engineering. The MOOC specially on ideological and political education of Separation Engineering has been constructed on the basis of its original MOOC with the integration of Information Technology. The historical record, scientists' story, scientific research and cases have been used, and then confidence in Chinese culture, value, Consciousness of engineering ethics, and innovation can be cultivated through this course accordingly. This paper can provide an example on ideological and political education of the professional courses in the Chemical Engineering program.
  Keywords: Separation Engineering; ideological and political education; Green Engineering
  随着信息技术及计算机网络的迅速发展,高校大学生的思想也受到眾多因素的影响,提升了高校政治教育工作的难度。因此,如何充分发挥好高校的“立德树人”作用至关重要。2016年12月,习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上指出:“高校思想政治工作关系高校培养什么样的人、如何培养人以及为谁培养人这个根本问题。要坚持把立德树人作为中心环节,把思想政治工作贯穿教育教学全过程,实现全程育人、全方位育人,努力开创我国高等教育事业发展新局面。”[1]因此,以专业课程为载体,以立德树人为根本任务,融合专业知识传授、素质培养和价值引领,充分挖掘好专业课程中的思政元素,开展专业“课程思政”,促使学生树立正确的人生观和价值观,对于培养德才兼备、全面发展的高素质工程人才具有十分重要的现实意义[2-3]。
  分离工程是化学工程学科的重要组成部分,是研究化工及其它相关过程中物质的分离和纯化方法的一门技术科学[4]。几乎所有化学或化工生产过程,除了其核心过程,即反应过程和反应设备外,都是由种类各异的分离过程和相应分离设备组成。在众多生产过程中,它对生产过程的成本多少和产品的质量优劣起到了关键性甚至决定性作用。
  分离工程课程作为化工类相关专业的核心课程,是一门多学科交叉、综合性强,又密切联系生产过程实际的课程。我校分离工程课程作为上海市级的精品课程,课程组基于多年的教学和科研经验,深度挖掘和详细总结了课程中一些德育元素,以案例的形式,采用探究式和研讨式等教学方法,进行显性或隐性的思想政治教育,充分发挥专业课程的育人功能,以期为化工类专业课程实现“全员全程全方位育人”的思政教育教学提供参考和借鉴。
  一、确定课程思政目标
  我校化学工程与工艺专业于2014年通过美国工程与技术认证委员会(ABET)认证,成为中国大陆地区第一个通过ABET认证的专业[5-7];并于2008年和2014年分别通过中国工程教育认证和复认证。分离工程课程作为上海市级的精品课程,经过几十年的传承、改革与发展,在教学过程中,课程团队依据国际ABET认证和国内工程认证标准[8],以学生能力培养为中心,确定课程的总体目标:通过分离工程课程学习,学生应掌握关键分离技术的基本原理,熟悉分离设备设计模型,理解分离工艺或过程的开发方法,重视现代分离技术的前沿发展。培养学生具备扎实的分离工程理论基础,具有一定的分析和解决实际工程问题的能力。   根据课程的总体目标,结合具体的授课内容,分离工程课程授课团队基于绿色工程教育的理念,深入挖掘和总结教学内容中的思政元素,提出相应的课程思政目标:(1)培育增进绿色工程理念,认识到从节约能耗、物料和可回收的角度来考虑分离技术方案的组织和实施,促进绿色可持续发展的必要性;(2)理解工程职业道德和规范,具备正确、合理地应用专业知识和能力解决工程问题、促进社会和经济发展的家国情怀和使命担当。在此基础上,通过历史记载培养学生的民族自豪感和中华文化自信,通过科学家的故事启发学生树立正确的人生观和价值观,通过课程组相关教师的科研案例培养工程伦理意识、科学精神和创新意识,全面提高大学生遇事析理和明辨是非的能力,使学生成为德才兼备和全面发展的工程人才。
  二、匹配课程目标与教学内容
  基于分离工程课程思政的学习目标,通过授课团队进行教学研讨和学生座谈等方式,梳理并明确了相应的授课内容和教学方法。在向学生传授专业知识的过程中,将思政元素自然、流畅地贯穿于课程教学的相关环节。分离工程课程具体的课程思政学习目标与教学内容和方法的对应关系如表1所示。
  三、融合绿色工程教育理念
  “创新、协调、绿色、开放、共享”五大发展理念提出,经济发展新常态的路径之一是坚持绿色发展理念,把生态文明建设融入经济发展的各个方面和全过程,实现经济的可持续发展。同时,工程会对环境带来一定破坏,尤其是在中国,工程引起的环境问题已成为严重的社会问题。因此,将绿色发展理念全面融入工程及高等工程教育已成为必然趋势。
  在工程实践领域,2003年桑德斯丁宣言(Sandestin Declaration)提出了绿色工程的九项原则[9]。同年,Paul T. Anastas等学者在绿色化学原则的基础上融合工程展望,提出了绿色工程的十二项原则[10]。绿色工程的九项与十二项原则(如表2所示)都为工程师提供了能够实现可持续发展目标的工程设计的基本要素、条件和环境,同时构建起了绿色工程的评价要素。它们已成为当今国际工程领域在工程设计和生产时秉承的基本理念。
  考虑到绿色工程的十二项原则是在绿色化学十二项原则的基础上建立的,我校化工专业以绿色工程十二项原则为基础,通过专业教学指导委员会讨论,构建了能支撑所有绿色工程十二项原则的课程体系,即绿色工程十二项原则全面覆盖在相应的专业课程中;通过专业核心课程负责人及课程组深入研讨,将绿色工程教育理念融入到专业课程教学中。分离工程课程作为专业核心课程,通过课程组研讨分析,确定了课程对绿色工程十二项原则指标点的支撑,如表3所示。
  四、建设课程思政MOOC
  分离工程课程组注重深度融合信息技术与专业课程,于2016年建设MOOC,通过知识点分解、视频拍摄、习题库和案例库建设等多种形式,分别在智慧树网站和中国大学MOOC网站开放,并已连续开展4次翻转课堂。在此基础上,针对课程思政的教学目标和授课内容,建设分离工程课程思政MOOC,分别在智慧树网站和华东理工大学本研教育平台开放,如图1所示,以方便校内外、课堂内外、网络线上、线下的拓展学习。
  五、课程思政教学实践
  在保证教学质量的同时,课程组充分利用课堂教学这个主渠道,利用新分离研究室教师承担分离工程课程教学任务的优势,探索和创新教学方式,推行科研反哺教学,通过具体、生动地讲述,把价值观培育和塑造融入课程设计,引导学生树立文化自信、树立正确的价值观、培养工程伦理意识及科学精神和创新意识。思政教学实践具体表现在以下几方面。
  (一)樹立文化自信
  在课程绪论中,引入最悠久的分离技术——中国的海水制盐。早在仰韶时期,中国已用海水煮盐;春秋时期,管仲为齐国丞相时,专设盐官以管理盐务;天津府志记载了汉代的制盐实况,“近海之区,预掘土沟,以待海潮浸入,注满晒之”;《宁河乡土志》中,也有记载为“用八尊风车,将潮水车入沟内,使之入池,曝晒即成盐”。这些在公元前3世纪就已开始陆续记载的海水制盐分离工艺,可以很好地提升学生的学习兴趣,激发文化自信。
  在溶剂萃取章节中,采用案例的形式,以青蒿素的提取分离为例,讲述屠呦呦获得诺贝尔奖的过程,这是在设立诺贝尔奖120年以来,历史上第一次把诺贝尔奖发给中国女科学家,第一次把自然科学奖颁发给中国本土科学奖,第一次让本土中国人获得了生理学或医学奖。以此为切入点,引导学生思考屠呦呦为人类健康做出的巨大贡献,培养学生的民族自豪感、传承中国优秀文化的责任感以及提升对当前社会争论问题的思辨能力。
  (二)树立正确的价值观
  在溶剂萃取章节,以中国著名化工教育家、本课程的创始人苏元复院士的事迹为融入点,讲述作为一个科研工作者,如何不忘初心践行科技报国使命,在科学家抗战的“别样阵地”,谱写科技救国的不朽篇章。在抗日战争之初,苏元复先生迅速赶赴瑞典,专攻并掌握了硝酸、火药、硝化甘油等的生产技术关键;先后完成了液氧炸药、油脂水解提取甘油和甘油精制等实验研究,并建成中试工厂;在极困难的条件下,组装辗转千里运来的蒸馏塔和蒸发器等设备,建成当时国内唯一的化工实验室。在上海解放前夕,发动并带领师生,疏散、转移、保存了大量仪器设备,免遭损失;在华东化工学院(现在的华东理工大学)创建了国内第一个化学工程专业,第一个化学工程研究机构,并编译了我国第一部中文的化学工程教科书《化工原理》;早在上世纪50年代后期,苏元复先生就提出我国化工开发研究需特别注重资源综合利用、能源节省和环境保护,体现了科学家的远见卓识。先后在矿石资源的利用、麻黄素、柠檬酸的提取等方面提出了节能、减排、高效、综合利用的工艺。通过苏元复先生的事迹,激发学生的爱国热情,鼓励学生坚定理想信念,在解决受制于人的重大瓶颈问题上敢于担当作为,主动为建设世界科技强国贡献自己的力量。
  (三)培养工程伦理意识   利用教师和企业的合作项目“C10重芳烃中高附加值组分的分离”,讲述作为工程人才,如何做好“绿水青山就是金山银山”的践行者。某炼厂催化重整装置副产大量C10重芳烃,主要包括四甲苯、二乙苯和萘等多个具有高经济价值的组分。目前在企业主要作为废弃物,进行焚烧处理,造成了环境的极大污染和资源的极大浪费。由三个四甲苯同分异构体总含量在C10重芳烃中占比达30%以上,且四甲苯单体的价格居高,开发从C10重芳烃中分离高价值四甲苯单体的工艺,由原本焚烧的废弃物分离获得高附加值的四甲苯单体,在降低三废排放的同时,变废为宝,显著提高经济效益,符合绿色工程理念和可持续发展的要求,也为工厂的“零排放”绿色产业过程开发奠定基石。通过此案例的分析,教育学生作为化工类专业人才,在进行工艺过程设计和开发的时候,应牢固树立和践行“绿水青山就是金山银山”的理念,坚持节约资源和保护环境的基本国策,通过科技创新,打开“绿水青山向金山银山”的转换通道。
  (四)培养科学精神和创新意识
  通过平衡级分离过程的讲述,指导学生能够运用物理化学、化工原理和工程热力学的知识,分析与表达分离工程问题,建立平衡级分离模型,并正确求解。通过介绍分离过程的开发方法,能运用工程思维方法,判断分离过程中的设备和操作条件对分离效率和技术经济性能的影响,提出优化解决方案。针对混合物的具体特性,确定分离设备的选型和操作条件,进行设备和过程的设计优化;教师选用自己从事的863项目和国家自然科学基金项目“生物基2,3-丁二醇的制备”,在给学生一些基本数据的基础上,让学生查阅文献,并分析讨论合适的分离工艺路线。以此为案例,以研讨的形式,使学生理解在分离开发过程中,应利用基本原理,坚持科技创新,开发新型分离过程强化技术,比如溶剂萃取-共沸精馏耦合,反应萃取-反应精馏等组合新工艺并鼓励学生们灵活运用所学知识,通过吸收引进再创新,引导学生思索“创新引领发展”的道理以及“大众创业、万众创新”形势下如何提升竞争力。培养学生的敬业、精益、创新和专注的工匠精神。
  六、结束语
  分离工程课程是化学工程与工艺专业的核心课程,作为一门工科专业课程,同所有的高校课程一样,不仅传授专业知识和技能,也同样担当着“育人”的重要使命,是教书育人的重要阵地。本文介绍了分离工程这门课程的思政目标、授课内容和教学方法以及课程思政MOOC建设,分析了绿色工程教育理念以及在专业课程中的融合,探讨了课程思政教学的实践方式。通过分离工程课程思政的初步探索,期待有更多的课程思政模式,在更多的课程中进行思政与专业知识的深度融合,进而在潜移默化中对学生进行思政教育,促使“教书”和“育人”的同步进行。促进专业知识体系教育与思想政治教育的有机统一,培养能很好地适应新时代变化,满足新时代“立德树人”要求和专业认证人才培养要求的“新工科”人才。
  参考文献:
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