化工工艺及设备课程的思政教学设计与实践*

2023-09-11王建飞高树林杨艳华王宝玲

广州化工 2023年10期

王建飞，高树林，杨艳华，蒋蕾，王莹，王宝玲，田洪

(昆明学院化学化工学院，云南昆明 650214)

高校立身之本在于立德树人。全面推进课程思政建设是落实立德树人根本任务的战略举措。高校教师必须深刻认识全面推进高校课程思政建设的战略意义，坚持把立德树人作为中心环节。在大学生形成正确的世界观、人生观、价值观的四年中，充分发挥好专业课教师“主力军”、专业课教学“主战场”、专业课课堂“主渠道”的作用，使专业课与思政课同向同行，形成协同效应，实现全员全程全方位育人[1-2]。

《化工工艺及设备》课程是昆明学院化学化工学院化学工程与工艺专业的一门主要专业技术课，它是一门将化学、化工原理、化学反应工程等学科知识与生产过程实际相结合的专业课。该课程教学水平的高低，对化学工程与工艺专业学生的业务素质和工程能力的培养起着至关重要的作用。将《化工工艺及设备》课程进行课程思政教学设计，在知识传授和能力培养之中引导学生自觉把个人的理想追求融入国家和民族的事业中，勇做走在时代前列的奋进者、开拓者。

本文以《化工工艺及设备》课程中“氨的发现与制取”为例[3]，在课程思政理念下从课前自学、课堂教学、课后作业三个方面进行“课程思政”教学设计的探索与实践，旨在更好地进行课程思政教育提供可供借鉴的教学思路和实践经验。

1 课前自学

提前一周安排学生自学氨的发现与制取[3]相关内容，并查阅资料了解氨合成的最新前沿成果及人类生活中涉及氨的产品，观看电影《辛德勒的名单》。

2 课堂教学

2.1 课堂引入

氨与人类生活息息相关。农业上使用氮肥，如尿素、磷酸铵、硝酸铵及各种含氮混肥和复肥；工业上使用的炸药，如硝酸铵、硝化甘油、三硝基甲苯等，化学纤维和塑料，如尼龙6单体、人造丝、丙烯腈、酚醛树脂等，医药和生物化学方面，磺胺类药物、维生素、氨基酸等，均离不开氨。本节课首先介绍氨的发现，其次介绍氨的合成，重点介绍氨的直接合成法。

2.2 课堂内容

2.2.1 氨的发现

(1)J.普里斯特利(Priestley)(1754年)

2NH4Cl+Ca(OH)2=CaCl2+NH3+H2O

(2)C.L.伯托利(Berthollet)(1784年)

氨的组成：氮和氢。

2.2.2 氨的工业制取方法

(1)氰化法制氨[1898年，A.富兰克(Frank)和N.卡罗(Caro)]

1905年在德国建成第一套工业装置，用于制造炸药。每吨氨要消耗能量190 GJ，能量利用率非常低。

(2)直接合成法

直接合成法的教学思路如图1所示。氮气和氢气合成氨的化学反应式为：

图1 直接合成法教学思路Fig.1 The teaching ideas for synthesis of ammonia

N2+3H22NH3

首先，介绍第一位研究此反应的是1901年法国化学家吕·查得利(Le Chatelier)，试验时在氮氢混合气中不幸混入了少量空气，结果反应过程发生爆炸，没有查明爆炸原因就草率地放弃这项研究。第二位研究者是德国物理化学家W·纳斯脱(Nernst)，他通过计算认为氮氢合成氨反应不大可能，后来弄清楚是在计算时用了一个错误的热力学数据，获得了不正确的结果。

引入思政元素：科学精神(见图2)。

图2 思政元素：科学精神Fig.2 Ideological and political elements：scientific spirit

通过吕·查得利(Le Chatelier)、W·纳斯脱(Nernst)对氨直接合成法失败的反面案例，引导学生进行思考其中失败的根源，进而通过爱迪生[4]采用了几千种材料，进行了上万次试验，最终才发明灯泡的故事，及童第周[5]在比利时留学时跟一位在欧洲很有名的生物学教授学习，教授自己做了几年都没有成功把青蛙的卵的外膜剥掉，但童第周不怕失败，经过一遍又一遍终于成功的故事正面引导学生领悟实事求是，求真务实，开拓创新的科学精神，并倡导弘扬科学精神、秉持科学态度、遵循科学规律。

其次，介绍F·哈伯(Haber)在分别在常温常压、电火花试验条件下氮气和氢气合成氨的情况，及1905年其在慕尼黑出版的《工业气体反应热力学》阐述了对氮氢反应平衡的研究，1908年，“循环法”专利情况、1909年7月在卡尔斯鲁厄大学建立的80 g/h氨的试验装置；随后，其与德国工业化学家C·博施(Bosch)对锇、铀、铁催化剂及高压合成设备的研究情况。最终，于1912年BASF公司在奥堡(Oppau)建成世界上第一座日产30 t氨的全套装置，使合成氨法工业化。氨的工业化给人类带来了第二次农业革命，解决了世界粮食危机。

由于哈伯在合成氨方面的贡献，1918年12月，瑞典皇家科学院将诺贝尔化学奖授予F·哈伯(见图3)。

图3 诺贝尔化学奖Fig.3 Nobel prize in Chemistry

然而，很多科学家不愿意跟他站在同一个领奖台上，通过提问原因引导学生进行思考。进而讲解除了在直接合成法方面的贡献，哈伯还是毒气弹始作俑者(见图4)，提出在战场上使用化学毒气(氯气、光气、芥子气等)来歼灭敌军，第一次世界大战期间，130万人因化学武器而受伤，妻子面对恶魔般的丈夫，绝望地拿起了丈夫的军用手枪，结束了自己的生命。引导学生进行思考自己的成就能否建立在给人类带来灾难？

图4 哈伯-毒气弹的始作俑者Fig.4 Haber：the originator of the gas bomb

1933年，希特勒上台后，其本人被改名为“犹太人哈伯”，精心研制出来的毒气后来被应用到纳粹犹太人集中营中，包括他亲人和朋友在内的数百万犹太人被毒气毒死(见图5)。提问学生面对自己的亲人和同胞被自己所研制的毒气毒死，是何感受？

图5 同胞被杀Fig.5 The kinsmen were killed

引入思政元素：社会责任(见图6)。

图6 思政元素：社会责任Fig.6 Ideological and political elements：social responsibility

通过我国科学家侯德榜[6]在掌握了索尔维制碱法后，将全部技术和自己的实践经验写成专著《制碱》，于1932年在美国以英文出版，和世界人民共享成果。居里夫人[7]1911年再一次因放射化学方面的成就获得诺贝尔化学奖后，一些要在美国创立制镭业的技师要居里夫妇申请发明专利时，居里夫妇商议后作出决定：“不想由于我们的发现而取得物质上的利益，因此我们不去领取专利执照，并且将毫无保留地发表我们的研究成果，包括制取镭的技术。若有人对镭感兴趣而向我们请求指导，我们将详细地给以介绍，这样做，对于制镭业的发展将有很大好处，它可以在法国和其他国家自由地发展，并以其产品供给需要镭的学者和医生应用。”如此声明可见居里夫妇所具有的无私、宽阔的胸怀，他们把自己的科研成果看作全人类的共同财富。通过介绍侯德榜和居里夫人的案例，同时与F·哈伯(Haber)研究化学毒气屠杀人类进行对比，引导学生继承和发扬造福全人类精神，把个人理想融入为人民谋幸福，为民族谋复兴，为世界谋大同的伟大理想的社会责任中。