思政教育融入合成氨课程的研究

李学峰(1.许昌学院医学院，河南 许昌 461000；2.许昌学院化工与材料学院，河南 许昌 461000)

0 引言

2016年12月，习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上提出要求：“要用好课堂教学这个主渠道，思想政治理论课要坚持在改进中加强，提升思想政治教育亲和力、针对性，满足学生成长发展需求和期待，其他各门课都要守好一段渠、种好责任田，使各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应。”[1]2020年5月，教育部印发的《高等学校课程思政建设指导纲要》明确指出：立德树人成效是检验高校一切工作的根本标准，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[2]。至此，党和国家已经对课程思政的重要作用作出定位，为把思想政治工作贯穿教育教学全过程、实现三全育人和开创我国高等教育新局面勾画了清晰的蓝图。此后，各级教育管理部门、各高校也迅速贯彻落实该项方针政策，课程思政的思路方法和成果成效也不断涌现[3-4]。以河南省为例，省教育厅开展了本科高校课程思政项目建设、河南省本科高校课程思政教学研究示范中心建设以及省级教改课程思政专项等工作，各高校也相应开展学习、培育、立项以及推广工作[5]。同时，全国各高校课程思政方面的研究成果也不断涌现，如，化工原理、工业催化、无机化工工艺等化学化工类课程的课程思政研究已有大量报道。

但是，在诸多研究论文中，均以传统课程为研究对象，形式较为单一[6-8]。本文则改变传统方式，选取典型的化工反应——合成氨为案例，对课程思政知识点进行挖掘和运用，以期为课程思政改革提供新的思路。

1 合成氨简介

1.1 合成氨过程

第一，用途广泛、用量较大是合成氨占据重要地位的关键。

第二，合成氨是一个庞大的系统工程。其核心是氨生成的过程，也就是目前的主流工艺，即氮气和氢气在高温高压以铁为催化剂的条件下反应生成氨气的过程。在氨气制备这个核心过程中，关键技术是催化剂的设计制备，核心是主催化剂组分的选择。一百多年来，应用的都是铁催化剂。

第三，其他配套过程还包括原料气的制备、净化和加压输送，氨气合成后还需要分离纯化，同时还有相当数量的未反应的原料气要重新加压而循环使用。

第四，合成氨技术要素除了上述物料、反应和配套工段外还有设备，包括高压反应设备、物料存储和输送设备以及分离设备[9]。

1.2 发展历史

人们主要是通过改变土壤肥力而提高农作物的产量。当人类发现了氨、认识到氨的结构和作用，直至工业化制成氨。1754年，Briestly用硵砂(NH4Cl)和石灰共热，第一次制得氨[10]。1787年，Berthollet提出氨是由氮和氢元素组成的。随即，包括Nernst和Ostwald一大批杰出科学家在内的科研工作者，都投入到通过氮气和氢气合成氨的课题攻关中[10]。但是，由于基础理论研究的掣肘，课题进展缓慢。1902年，Haber开始系统研究合成氨，逐步解决了热力学、动力学和催化剂等关键问题，解决了前面几百年困扰学术界和产业界的难题，包括高压氨合成思路、氨的平衡浓度(反应限度)、封闭流程和循环操作工艺技术，并筛选出锇和铀为催化剂，使合成氨工业化变为可能[10]。

1908年，BASF公司与Haber正式签署合作协议，联合攻关合成氨工业化。随后，由Carl Bosch解决了廉价制氢气和氮气原料中高压设备和方法两个关键问题，而Alwin Mittasch则寻找到更为价廉、稳定的铁催化剂，Haber则将理论不断完善，与工业化实际结合，最终促成1913年BASF公司建成了世界上第一套合成氨工业装置，并实现氨3～5 t的日产量。这一伟大时刻，距第一次实验室合成氨已经过去了159年[10]。

截至目前，工业合成氨的方法一直沿用Haber-Bosch法，催化剂仍是铁催化剂，但是在原料气制备、催化剂助剂、高压装置方面均有改进和完善。

1.3 最新进展

当前，合成氨原料气制备已经经历了从氯碱电解制氢、氢燃烧消耗氧制氮的方法，到以天然气或油田气为原料，以空气和水蒸气为气化剂的蒸汽转化法，还有以渣油为原料，以氧、水蒸气为气化剂的部分氧化法，再到以煤(粉煤、水煤浆)为原料，氧和水蒸气为气化剂的加压气化或常压煤气化法，可以根据原料实际因地制宜、灵活采用。高压装置则实现了大型化、

智能化和多用途化。但是，目前的核心技术攻关目标仍是催化剂的开发，即力图实现低温低压甚至常温常压合成氨。比如：在钌和Fe1-xO基铁催化剂作用下，可实现200 ℃、5 MPa下的氨合成，已经取得突破；采用电化学方法，可实现在570 ℃、常压下合成氨，氢气转化率几乎达100%，成效斐然；仿生合成，即化学模拟生物固氮法，已经通过接种根瘤菌实现大豆增产，前景广阔[10]。

1.4 涉及成果

合成氨的发展经历了二百多年，已经产生诸多成果。理论成果包括化学反应热力学和动力学方面，比如催化剂的特征、平衡移动、反应限度(理论产率)、反应速率、活化能理论等[11]；工业应用成果包括合成氨工业、化肥工业、硝酸工业、高压设备与装置、制气(氢气、氮气、一氧化碳)工艺、储氢技术、脱硫脱碳及水煤气合成系列催化剂、联产尿素、碳酸氢铵和纯碱等技术；知识的传承传播上，形成了合成氨课程，在某些职业院校中还设有合成氨或化肥专业，在化学化工类课程中，涉及合成氨的课程包括物理化学、工业催化、化学工艺、化学反应工程等[10]。

2 思政案例凝练

2.1 爱国主义与是非观念

Haber发明的合成氨技术主要用于生产化肥，从而直接解决粮食问题、间接解决炸药问题，为人类发展作出巨大贡献，他也因此荣获诺贝尔奖。但Haber为德国研制毒气，是没有是非观念、曲解爱国主义的典型案例。而我国的张大煜、闵恩泽、刘化章和张涛等科学家，为了摆脱国外封锁和垄断，在催化裂化、航空汽油、合成氨、航天推进剂等重大石油化工催化领域实现技术的国产化和自主化，他们真正体现了爱国主义品格[12]。

2.2 精益求精与工匠精神

Haber研究成功合成氨技术时，开发的催化剂是锇和铀，但存在原料稀缺和成本高昂的问题。工业化时采用的Alwin Mittasch开发的铁催化剂，提高了氨合成效率，也大大降低成本，这是重大技术进步。随后，经过众多科学家和工程师的不断研究，催化剂成分不断优化，效果不断改善。目前正在研究的低温低压催化剂会显著降低成本。这个过程体现了工匠精神，其内涵包括敬业、精益、专注、创新等[10]。

2.3 辩证唯物主义认识论

在合成氨技术开发和研究过程中，往往可以通过研究其逆反应，即通过氨分解的催化剂来研究合成氨的催化剂。因为平衡常数不变，正逆反应速率相同比例增加或减少，所以逆反应的良好催化剂对正反应也是同样有效的，这是催化剂特征的运用。另外，合成氨生产中，经常采用适当控制降低转化率的方法来达到提高选择性的目的，这是因为高选择性可降低产物分离能耗、避免浪费原料，而转化率低还可以通过循环反应继续利用原料，这也提高了综合生产效率。这两个案例均是正确利用矛盾从而巧妙解决矛盾的典型，是辩证唯物主义认识论在工业催化领域的具体运用[13]。

2.4 理论联系实际与协作精神

在合成氨工业化过程中，科学家Haber是通过研究反应的热力学、动力学，为催化剂开发提出思路和方向，但他提出的催化剂不具备工业优势。而与BASF公司合作后，工程师Carl Bosch将其理论和设想按照工业化模式进行实现，并解决了高压设备问题。正是通过科学家和工程师合作，理论联系实际，才使得合成氨顺利实现工业化。二人分别获得诺贝尔奖，充分证明了理论联系实际和协作精神的重要性[10]。

2.5 掌握核心技术与钻研精神

Haber与BASF公司合作并将合成氨工业化后，可不断生产化肥和炸药，具有重大意义。虽然是发动战争是反面的、应受谴责的，但由于德国对该项核心技术具有垄断性而提前发动第一次世界大战，充分说明了核心技术的重要性。而我国合力攻关、努力钻研，实现了合成氨、尼龙、乙烯工程直至高铁和大飞机的国产化，掌握了核心技术，突破了国外的技术封锁，才能走上独立自主的工业发展道路[14-15]。

3 课堂讲授方法

根据案例教学法的实施步骤，结合上述思政案例，在课堂讲授时应采取的总体讲授思路和方法是：第一步，提出思政案例知识点或与案例有关的问题，引导学生点出案例知识点，可用语言直接叙述或以图片、视频等多媒体形式呈现；第二步，对案例进行分析，深入分析案例的原理、发生背景、关联事件、关联的科学家或名人轶事，并归纳出思政要点；第三步，对思政要点进行拓展延伸，与现实生活、生产、社会经济等情况联系起来，让学生认识到思政要点所涵盖的道理、精神、方向、思路等，从而达到思政育人的目的[16]。至此，教师的精心讲授让学生掌握专业知识的同时，还通过思政教育学会并树立了正确的道德观、人生观和价值观，真正实现教育立德树人的目标。现结合上述两个思政案例举例如下。

3.1 以“爱国主义与是非观念”思政元素为例

首先，教师按“粮食、化肥、合成氨、Haber、诺贝尔奖、毒气、恶魔”等主题顺序展示第一组图片，同时展示另一组图片，顺序为“张大煜与燃料煤油、闵恩泽与催化裂化、刘化章与合成氨和张涛与航天推进剂”，以“2.1 爱国主义与是非观念”中的文字为提纲，讲述Haber从发明合成氨技术造福人类，到最后制造毒气而被指为恶魔的过程，对比的是张大煜等几位科学家实现重要工业技术国产化的事迹，从而提出思政案例或思政事件；其次，分析这两组图片和背景事件，凝练出思政内涵：弘扬为国奉献的爱国主义，但要有正确的是非观念，不能以危害人类为代价；最后，应该引导学生，在当今工业技术发展迅速、信息传播便捷高效的时代，更应该多了解优秀的科学家、技术能手和英雄人物，学习他们的爱国精神和伟大人格，培养自己正确的三观，保证人生航船驶向正确的方向[12]。

3.2 以“精益求精与工匠精神”思政元素为例

首先，教师展示一组数据，分别为合成氨自首次工业化到当今每一阶段的技术进步，包括催化剂活性组分选择变化、固体催化剂组成改进、转化率和选择性的指标提升、能耗降低程度(温度和压力)等数据，提出思政案例或思政事件[13]；其次，分析合成氨技术进步的数据，说明科学家精益求精的精神，正是工匠精神的典型表现；最后，将此思政案例拓展，联系到目前我国的领先技术，包括高铁、盾构机、北斗系统等，其思想内核都是对待技术追求精益求精的工匠精神。还可勉励学生：我国现在实施创新驱动战略，需要大学生具备工匠精神，保证不管在生产、研发还是流通领域，都能做到精益求精，将产品和服务质量做到最好，从而提高企业乃至国家的竞争力。

4 合成氨模块融入课程思政的意义

一方面，合成氨是重要的化工技术，产品氨气或氨水是大宗化学品化肥和硝酸的主要原料，且其发展历程体现了热力学和催化化学的发展特点，具有较大的研究价值；另一方面，合成氨可以是一门独立课程，也可以是物理化学、化学工艺和工业催化等课程的重要模块。因此，在合成氨技术讲授过程中融入课程思政，具有下述重要的意义：第一，将合成氨技术模块的理论、实践和发展讲授好，可以为讲好合成氨技术模块打好基础；第二，课程思政在合成氨技术模块的成功运用，可以为物理化学等化学化工类课程改革提供思路；第三，通过课程思政培养学生的爱国情怀、工匠精神和正确的人生观和世界观，势必对学生学习专业知识、提高综合素质大有裨益，为三全育人实践提供有益的借鉴。

5 结语

在专业课教学和学科教育过程中，尤其是在课堂上，开展课程思政，是新时代的要求和创举。该项举措是我党进行全面教育改革的具体体现，是进行政治思想教育和三全育人的重要手段。综上所述，虽然在化工原理、工业催化等课程中开展课程思政教学实践和研究已有诸多成果，但将将合成氨知识点进行凝练，对其在不同课程中的课程思政元素进行充分挖掘，形成一套初级的合成氨课程思政案例库，可望为读者提供重要的思路和借鉴。然而，在具体的课堂讲授实践中，还要注意以下几点：第一，导入合成氨课程思政元素时要自然，实现“软着陆”。即知识点要与课程思政要求的元素直接相关，在生活生产中存在，使学生能够理解，不会有生拉硬拽、牵强附会之嫌；第二，对比正反两个方面的案例。这有利于知识点分析透彻，使学生更容易理解、记忆；第三，授课形式要灵活多样，可采用线下与线上结合、课件中通过超链接导入视频动画等内容、老师与学生互动讨论等形式。总之，在课程思政作为常态教学内容越来越重要的背景下，我们应尝试合成氨案例库建设，充分挖掘知识点和元素，注重多样、高效的课堂教学，这必定能对相关课程专业教学质量、学生思想政治素养和学生综合能力提升起到重要的促进作用。