新工科背景下的思政元素与专业课程深度融合——以“化工装备与控制”教学实践为例

闫子涵，范怡平，姚秀颖

[中国石油大学（北京）化学工程与环境学院，北京 102249]

新工科建设的目标在于通过全面落实立德树人根本任务培养多元化、创新型的卓越工程人才，通过强化工科学生的家国情怀、国际视野、实践能力和工程伦理意识等，使其具备“精益求精、追求卓越”的工匠精神。其中，对于学生工程化思维的培养是重要环节，其核心是提高学生解决复杂工程问题的能力[1]。“化工装备与控制”是中国石油大学（北京）为适应“新工科”建设理念而开设的一门综合性和实践性较强的特色专业核心课程，开设对象为化学工程与工艺专业及能源化学工程专业。主要教学内容包括：理论力学、材料力学、化工设备设计方法及相关的规范标准、自动控制基础理论、常见工艺参数的测量仪表、典型化工装备控制方案等。教学总体目标是，使学生通过对过程设备设计和过程装备控制技术的学习，能够在“工艺”之外，用“装备”和“控制”的视角更加全面认识化工和能源生产过程，拥有与设备工程师和仪表工程师沟通的基本专业知识，全面提升工程素养。该课程对于学生工程思维和工程意识的提高具有重要作用，为学生解决复杂工程问题奠定了理论基础。然而，由于该课程涉及的知识点繁杂且具有一定难度，在课程开设初期，采用传统教学模式导致学生的学习积极性不高，教学效果不甚理想。课程思政的主要目的是把思政教育全方位贯穿到课程教育中，融入教学和实践的各个环节。结合课程思政的目标和主旨要求，充分挖掘与课程相关的思政元素并将其深度融合于专业知识的教学全过程，有助于全面贯彻“新工科”教育理念，培养学生的使命感、责任感和职业素养，使其具有提高自身工程实践能力的主观意愿，进而激发其专业课程的学习动力和创造能力。根据“化工装备与控制”课程的目标、作用及特点可以看出，该课程在化学工程与工艺及能源化学工程专业的培养计划中起到承上启下的重要作用，不仅涉及对已有知识的综合运用，还为后续综合设计和实践类课程提供必要的基础知识。为此，本文以“化工装备与控制”课程为例，介绍从“新工科”建设理念出发充分挖掘各类“显性”和“隐性”思政元素的探索与实践经验，为工程类专业课程的建设与改革提供参考。

1 “新工科”背景下课程思政建设的目标和总体思路——以“化工装备与控制”课程为例

结合“新工科”建设的目标和要求，非常有必要充分挖掘并梳理专业课程中的思政元素，结合爱国主义教育、工匠精神、职业素养、责任意识、工程伦理、安全生产理念等全方位、多角度的思政教育，充分激发学生对专业的热爱，培养文化自信，增强学生对所学专业相关产业的自豪感，形成与专业教育齐头并进、协同强化的育人效果。以“化工装备与控制”课程为例，具体来说，可以根据课程每部分的不同特点来深度挖掘其中的思政元素，实现多角度、全方位的课程思政育人效果。例如，在理论力学和材料力学部分，可引入工程实际案例，培养学生的安全责任意识和工匠精神。教学过程中引入“工程史上经典的桥梁坍塌惨案，却孕育出世界上最昂贵的戒指——工程师之戒”这一建筑史上的经典案例为“反面”实例，告诫学生成为一名合格工程师所需担当的主要责任以及学习基础理论知识的重要性；同时，以新闻报道中我国洪水期间采用“重车压梁”的方法来维护铁路桥梁安全的“正面”实例，培养学生的责任意识和工匠精神，再结合课程理论知识，通过分析其中的科学道理，激发学生学习基础理论的兴趣。又如，在化工设备的设计计算部分，以往的教学设计通常是“平铺直叙”，不仅没有充分利用课程中潜在的思政元素，还导致学生的学习兴趣不足、学习效果欠佳。若以“蛟龙”号、“奋斗者”号等我国自主研发的深海载人潜水器作为“外压容器设计”章节的课程导入部分，一方面可以培养学生的文化自信和民族自豪感，另一方面也将提升学生对章节学习内容的兴趣和重视程度。因此，通过充分挖掘该课程不同章节潜在的思政元素，将其与专业教学内容充分结合、融为一体，不仅是激发学生课程学习兴趣行之有效的重要手段，同时也是培养学生热爱所学专业、塑造职业素养、提升文化自信与民族自豪感的重要途径。

2 “新工科”背景下课程思政元素的挖掘及教学实践——以“化工装备与控制”课程为例

由于“化工装备与控制”课程涉及的知识点较为广泛，因而在实践中针对课程各章节的特点以及“工程思维提升”的教学总目标，深入挖掘其中的“显性”和“隐性”思政元素，实现与课程内容的充分融合。结合教学实践效果，将课程思政元素与专业教学内容的融合总结为如下几类，可供工程类专业课程教学参考。

2.1 结合工程案例促进工程思维的形成

在“化工装备与控制”课程教学中，主要应用于理论力学和材料力学部分。这一部分涉及的知识点多为基础理论，在以往教学过程中学生的学习兴趣不高，学习难度较大。在教学实践中，通过引入 “正面”和“反面”典型工程案例，告知学生掌握基本理论可以有效化解工程实际难题，违背基本理论将会酿成重大工程事故，造成生命财产损失。通过引入该类思政元素，一方面强调学习基础理论知识的重要性，另一方面培养学生的职业素养和责任意识，促进工程思维的形成。例如，图1所示为“重车压梁”案例与课程知识点（力矩平衡）的结合，通过实际问题的解决使学生具有“学有所用”的获得感。

图1 “重车压梁与刚体力学”教学案例

2.2 结合中华优秀传统文化培养学生的民族自豪感和文化自信心

在“化工装备与控制”课程教学中，主要应用于工程材料部分。这一部分教学内容的特点是知识点繁多，以往教学中容易造成学生的困惑。在教学实践中，首先通过引入“职业技能大赛”等相关经典视频或新闻报道的案例，告诫学生“熟能生巧”的基本道理，只有扎实基础、求真务实才能在平凡的工作中成就一番事业，体现自身的价值，因此即使知识点繁杂也应该努力克服，牢固掌握。其次，引入“代铸剑”、高寒动车组列车研发过程中关键科学问题的解决等实例，一方面化解难点知识的学习，另一方面让学生了解中国文化的博大精深、中国人民自古以来的智慧，以及当今领先世界的先进技术，培养学生的民族自豪感和文化自信心。通过上述类型思政元素的引入，化解知识难点，培养道德情操和自信心。

2.3 引入“大工程、大项目”等案例和工程师先进事迹培养学生的敬业精神和工程思维

在“化工装备与控制”课程教学中，主要应用于化工设备设计部分。该部分是本课程化工装备部分的教学重点和难点。对于这一部分教学，引入我国的先进制造技术，例如自主设计制造的超大规模反应器、“奋斗者”号深海载人潜水器等[2、3]，使学生明白该部分学习内容的重要性和重大意义，培养其科技报国的使命感和责任感。在教学过程中，通过展示图纸、讲述工程设计人员的先进事迹等内容，培养学生的敬业精神、责任意识和工程思维。

2.4 引入“安全生产”典型案例培养学生的工程伦理和安全责任意识

在“化工装备与控制”课程教学中，主要应用于压力容器相关技术标准和法律法规部分。在这一部分教学中，引入新闻报道中的一些典型安全生产事故案例，结合相关标准和规范的教学内容，培养学生的安全意识、工程伦理和责任意识，使学生具备成为一名合格工程师的基本职业道德素养。例如，加拿大魁北克大桥垮塌事故是以往材料力学部分的经典案例[4、5]，若充分挖掘其中的思政元素，作为工程伦理的反面典型案例，可以起到一举多得、举一反三的效果。在“外压容器设计”章节，该案例已经作为压杆失稳教学内容的导入环节提及，在“压力容器设计标准及监察管理”章节，再次以本案例作为课前引入内容，强调工程中制定标准并在设计过程中严格遵守相关标准的重要意义；在课程结尾，以本案例作为总结，并引出由这一事故而来的“工程师之戒”[6]，告诫学生作为一名工程师的责任和使命，提升学生的职业素养和责任意识，如图2所示。同时，作为本课程化工装备部分教学内容的结尾，以该案例进一步从工程视角让学生对所学专业形成深入认识，并鼓励学生在今后的学习和工作中牢记：“计算有依据，下笔需三思。工程无小事，细节显精工。厚积而薄发，开物可成务！” 通过思政元素与教学内容的有效融合，使学生体会到中国石油大学（北京）“厚积薄发、开物成务” 校训的真正内涵，从而更加注重今后每门专业课程的学习。通过此类方法，对已有教学素材中的隐性思政元素充分挖掘，实现思政元素与全部教学章节的有机融合，达到思政教育与专业教育的协同育人效果。

图2 “工程师之戒与行业标准规范”教学案例

2.5 弘扬科学精神，提升学生的科学素养和求知精神

在“化工装备与控制”课程教学中，主要应用于过程控制与仪表部分。自动控制科学是一门近代科学技术，在教学中通过引入控制领域及仪器仪表行业发展史上科学家们成功、失败的研究经历，挖掘这些优秀科学家们成功的关键因素及其标志性的特点，渗透科学家所具有的优秀科学品质和人文精神，培养学生的职业素养和求知精神。通过科学家们多次失败，最后成功的经历使学生理解科研道路上机遇与挑战并存，只有坚持科学理念、方法和手段，才能最终取得成功。

3 教学效果

本课程为多课堂授课，开设三个平行课堂，化学工程与工艺专业和能源化学工程专业所有学生开放选课，各课堂学生的基础水平可认为基本一致。2021年春季学期，在保证总体教学知识点一致的前提下，03号课堂试点进行思政元素与全部教学章节的有机融合。在教学效果方面，表1所示是三个平行课堂的平均分、优秀率、及格率分布情况。从表1可以看出，试点施行课程思政元素与教学章节充分融合的03号课堂平均分和优秀率均明显高于另外两个课堂，表明课程思政元素的引入及与具体教学内容的有效融合可显著提升学生的学习效果。

表1 2021年春季学期平行课堂的考核结果对比

在学生评价方面，该课堂的期末学评教得分97.38，全校排名14.3%。在选项“激发了我对该课程的学习兴趣和动力”方面，97%以上的同学选择了非常满意或满意；在选项“我提升了分析、解释或解决实际问题的意识和能力”中，97%以上的同学选择了非常满意或满意；在选项“教师教学给我留下深刻印象的方面（多选）”中，71.79%的学生选择了注重对学生进行思想品德教育、71.79%的学生选择提供了丰富学习资源且帮助很大。

在首次实践获得较好效果的基础上，经过教学团队成员的总结和进一步优化设计，2022年春季学期课程的三个平行课堂同步采用课程思政元素与具体教学内容有机融合的教学设计方案，课程考核结果如表2所示。从表2可以看出，所有课堂采用优化后的教学设计方案以后，总体及格率由94.4%提高至99.4%，优秀率由19.0%提高至26.5%，且三个平行课堂的考核结果基本一致，表明课程思政元素的充分挖掘和有效使用对学生学习兴趣和学习效果的提升具有显著作用。

表2 2022年春季学期平行课堂的考核结果对比

4 结束语

经过探索实践和优化教学设计，将课程思政元素深度融合于全部教学章节的教学方法获得同学们的普遍认可，不仅激发了学生对本课程的学习兴趣，提高了学习效果，同时也充分发挥了该课程在培养计划中承上启下的重要作用，提高了学生对其他后续专业课程的学习兴趣。实践结果表明，结合爱国主义教育、工匠精神、职业素养、责任意识、工程伦理、安全化工理念等全方位、多角度的思政教育，可有效培养学生“学有所用、可堪大用”的家国情怀，增强学生对我国能源化工产业的自豪感，形成与专业教育齐头并进、协同强化的育人效果，有助于更好实现“新工科”建设的目标和要求。