核化工实验课程思政建设的探索与实践.pdf

实验与实践教学582023年4月第40 卷第2 期东等核化工实验课程思政建设的探索与实践王寅，晋宇辉，贾贺翔，陈乔，牛智伟，郭治军（兰州大学核科学与技术学院，甘肃兰州7 3 0 0 0 0）摘要核化工实验是核化工与核燃料工程专业的核心课程，其教学中存在专业知识与思政内容“两张皮”的现象。对此，兰州大学核化工实验教学团队制定了专业能力与职业素养并重的培养目标，从教学方案设计与教学内容实施两方面入手进行课程思政建设，通过线上线下混合式教学强化思政元素与专业知识的有机融合，利用“翻转课堂”充分调动学生的学习积极性，取得了良好的教学效果，在一定程度上实现了专业教育与思政教育目标。【关键词核化工实验；课程思政；线上线下混合式教学；翻转课堂Exploration and Practice of Curriculum Ideological andPolitical Education of Nuclear Chemical Engineering ExperimentsWang Yin,Jin Yuhui,Jia Hexiang,Chen Qiao,Niu Zhiwei,Guo Zhijun(School of Nuclear Science and Technology,Lanzhou University,Lanzhou730000,Gansu,China)Abstract:Nuclear chemical engineering experiments is the core course for Nuclear Chemical Engineeringand Fuel Cycle.In the teaching process,a separation of professional education from ideological andpolitical education exists.The team on Nuclear Chemical Experiments in Lanzhou University has beenrecruited,and the training goal has been regulated,reaching a balance between professional ability andprofessional quality.A teaching process was built up,where the design of teaching plan and theimplementation of teaching content was included.Specifically,the integration of ideological and politicalelements and professional knowledge was strengthened through the online and offline mixed teaching,and the students learning passion was reignited through the flipped classroom teaching model.Goodteaching effect have achieved,which indicates that the goals of professional education and ideological andpolitical education have realized to a certain extent.Key words:Nuclear chemical engineering experiments;Curriculum ideological and political education;Online and offline mixed teaching;Flipped classroom作者简介王寅（1 98 6-），男，副教授，博士，硕导；牛智伟（1 97 2-），男，高级工程师；郭治军（1 97 2-），男，教授，博导，系主任。通信作者王寅，E-mail:。59寅，等.核化工实验课程思政建设的探索与实践“教育是国之大计，党之大计”，承担着立德树人的根本任务。教育部印发的高等学校课程思政建设指导纲要中指出，“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 ”。如何充分挖掘专业课程中蕴含的思政元素，提升专业教育与思政教育的融合度，使专业课与思政课形成协同效应，是摆在高校教师面前的重要任务，也是高校教师面临的巨大挑战3-1 。核化工实验是为核化工与核燃料工程专业本科生开设的一门实践性很强的专业核心课程，旨在使学生通过对核燃料循环前端及后端常用的离子交换柱、混合澄清槽、离心萃取器和脉冲萃取柱等设备进行横向对比以及进行原理学习和上机实验，初步具备以下能力：1.能够根据实验方案构建实验系统，安全地开展实验，正确、完整地采集实验数据并进行分析；2.能够了解和使用核化工相关设备和计算机软件、数据库、搜索引擎等工具与资源；3.在工程实践中能够遵守工程职业道德规范并履行责任；4.能够与团队成员合作开展工作，并对实验数据和实验现象进行讨论和分析。以上四方面的能力分别对应工程教育专业认证标准中的研究、使用现代工具、职业规范、个人和团队四个分级指标（毕业要求）。因此，本课程能够支撑学生相关能力的培养和毕业要求的达成，有助于学生巩固所学的核化学工程课程知识，也有利于他们日后胜任核燃料循环相关工作。从工科实验的共性和涉核专业的特点出发，我们发现核化工实验课程中蕴含着大量思政元素，在实验教学中融人这些思政元素，不仅能够对专业知识教学起到补充作用，而且能够对学生的思想观念产生潜移默化的影响。例如，“放射性实验的注意事项与基本操作”部分的教学要求学生掌握放射源的开源、分装、转移和贮存等操作，在教师指导下复习普通化学实验注意事项，并认识到放射性废物管理的重要性，了解其与非放射性废物管理方式的差异，理解放射性污染的特殊危害，掌握放射性实验的防护要求5 。在教学中，教师引导学生了解一般安全操作规程与涉核安全操作规程的异同，使学生树立核安全文化理念，并强化安全意识和责任担当意识的培养。又如，教师结合2 0 0 9年河南杞县发生的核恐慌事件，向学生普及辐射防护和核应急知识，并对事件进行说明：此事件源于一次偶然的放射源运行故障，碰巧工厂内发生了小型火灾，工人们就误以为发生了核爆炸，并以讹传讹，最终导致全县人民外逃，这堪称现代版的“杞人优天”6 基于能力提升和素质培养的双重目标，我们进行了核化工实验课程思政建设探索与实践，并积累了一些经验。本文将在分析核化工实验课程教学中存在问题的基础上，介绍课程思政教学设计思路和典型案例，并就如何更好地实施课程思政提出一些建议门一、核化工实验教学中存在的问题近年来，课程思政建设取得了一些进展，但仍有一些问题尚待解决。一是在部分学校尤其是工科类院校中，思政教育长期面临“孤岛”困境，思政课程和其他课程之间缺乏有效的衔接。二是工科专业的部分学生奉行实用主义价值观，未能将思政内容内化于心、外化于行。对此，李剑光等提出将课程思政与工程教育专业认证相融合，实现专业教学和课程育人的同步，并在实践中取得了一定成效8；刘金库等提出通过言传身教和思政育人设计，以润物无声的方式提升课程思政教学效果9。然而文献调研发现，目前尚未有学者就核化工实验课程思政建设进行过深人研究。同时，鉴于涉核专业的特殊性，已报道的工科课程思政教学案例的参考价值有限。因此，开展核化工实验课程思政建设研究，是迫切且重要的。我们对往年任课教师自评、听课教师建议、学生评教、实验报告等材料进行综合分析后发现，本课程的教学中存在几个突出的问题。一是课程内容与思政元素之间的衔接不够，课程思政教学效果不佳。教师对思政元素的挖掘不够全面、准确，导致思政教育与专业教育“两张皮”的现象始终存在，这难免会让学生产生抵触情绪，影响到学生的学习积极性。二是在实验课程教学中，思政教学深度不够，存在重操作训练、轻素质培养的问题。由于核化工实验步骤繁复、数据量大，同时教学时间紧、实土60寅，等.核化工实验课程思政建设的探索与实践操任务重，教师在有限的课堂讲授时间内，往往较为关注实验流程能否顺利进行，对于蕴含丰富思政元素的实验背景、实验思考题等只作简单介绍。三是师生互动不够，思政教育没有入脑人心。在实验教学中，学生习惯被动学习，而教师习惯采用“满堂灌”的教学方式，这就导致学生高度依赖教材内容，机械地完成教师的要求，对专业知识缺乏独立思考，对课程思政内容也缺少深刻领悟。二、教学方案设计为了解决上述问题，我们重新进行了教学方案设计，从思政元素的挖掘与融合、线上线下混合式教学体系的构建及“翻转课堂”的实施等方面入手，将核化工实验课程教学划分为课前、课堂和课后三部分，将思政内容与专业知识紧密结合并贯穿整个教学过程。核化工实验课程思政的整体设计思路如图1 所示。挖掘与融合实验背景线上教学思政元素课前测试课前邀请学生进探究式教学行预实验，拍“翻转课堂”摄教学、科普视频实验目的实验原理主要试剂专业课与挖掘与融合核化工实验课堂线下教学思政课思政元素实验装置协同并进实验步骤注意事项实验数据挖掘与融合线上教学实验思考题思政元素课后邀请学生编探究式教学写数据处理“翻转课堂”软件，对课程提出改进意见图1核化工实验课程思政的整体设计思路（一）挖掘与融合思政元素基于本课程的具体内容，结合核化工与核燃料工程专业的特色，我们一方面将经典思政元素与课程教学内容进行有机融合，另一方面结合本专业特点及工程教育专业认证要求挖掘和整理思政元素。1.经典思政元素的融人在“2 3 4Th(UX,)示踪法研究Th(NO，）4的萃取机理”实验中，教师需要在实验原理部分特别说明：本实验应忽略2 3 4Th(UX）的总量在离子交换前后的变化，以简化分配比的计算过程（简化计算对计算结果的影响非常小）。这种简化可以帮助学生更好地把握事物的主要矛盾以及矛盾的主要方面。这是马克思主义哲学与毛泽东思想中“重点论”和“矛盾论”在工科实践中运用的鲜活实例1 0-1 1涉及液-液萃取设备的六个实验（脉冲萃取柱、混合澄清槽、离心萃取器各安排两个实验，每类装置分别开设水力学性质测定和萃取-反萃实验)中均采用苯甲酸/水-煤油的体系，且试剂均可重复使用。教师在讲解时应向学生说明：采用该体系的目的之一是减少实验污染，降低废物处理成本，保护生态环境。这是践行“绿水青山就是金山银山”理念的具体举措1 2 2.具有专业特色的思政元素的融人在“阴离子交换法分离无载体的2 3 4Th（U X）”实验中，教师在实验背景部分着重介绍我国“离子交换树脂之父”何炳林院士的事迹。2 0 世纪5 0年代，何先生在条件受限的情况下，成功研发出强碱性阴离子交换树脂（2 0 1 X4），这种凝胶型离子61寅，等.核化工实验课程思政建设的探索与实践交换树脂可从贫铀矿的硫酸浸出液中选择性吸附UO，（SO）2 和UO,（SO）。何炳林院士凭借在核燃料生产领域的重要贡献，荣获“献身国防科技事业”荣誉证章1 3 同时，教师还将何炳林院士的事迹与兰州大学核学院“铸剑强国，核以道和”的院训结合，讲述兰州大学放射化学前辈的奋斗故事。在2 0 世纪60至8 0 年代，陶祖贻、邱陵、赵爱民、杨宏秀等克服客观条件的限制，成功研发出国内领先的高压离子排代设备，该设备可从高放废液中有效提取广泛应用于国防工程的1 4 Pm14。以上事迹的介绍有助于激发学生的爱国主义情怀，促使学生继承并发扬“热爱祖国、无私奉献，自力更生、艰苦奋斗，大力协同、勇于登攀”的“两弹一星”精神。3.符合工程教育专业认证要求的思政元素在“2 0 型离心萃取器水力学性质的测定”实验中，学生在使用?2 0 型离心萃取器（由清华大学核研院自主设计制造）时，要注意使用方法和工艺操作的规范性与安全性。在教学过程中，教师结合中美贸易争端、西方对我国实行技术封锁等时政内容，以核工业“四个一切（事业高于一切，责任重于一切，严细融人一切，进取成就一切)”精神为切人点，讲述科学家的独立自主开创我国核工业事业的光荣传统，强调掌握“卡脖子”关键技术的重要性，培养学生的职业道德、劳动观念和创新精神。（二）构建线上线下混合式教学体系为突破传统课堂在时间与空间上的限制，我们利用“超星学习通”平台进行在线课程建设，构建了包含安全/基础知识测试题、实验示范视频、课后讨论话题、PBL任务等内容的线上学习平台，并实施线上线下混合式教学。线上教学分为课前、课后两部分，涵盖实验背景、课前测试和实验思考题三部分内容。在学生进入实验室之前，教师在线发布实验室安全准人测试题，以考查学生的安全素养。在每个实验开始之前，教师会根据实验内容设计并在线发布相应的讨论话题，鼓励学生自主查阅我国相关领域的发展现状、有关科学家的事迹等资料，完成实验背景的学习。随后，教师发布预习测试题（以选择题、判断题为主），考查学生的预习情况，以便更好地开展课堂教学。课后，教师发布含有思政元素的思考题，通过微信群与学生交流，帮助学生将所学知识内化于心、融会贯通。线下教学包含实验目的、实验原理、主要试剂、实验装置、实验步骤、注意事项、实验数据等内容。教师先进行整体设计，并与部分学生交流，听取学生的反馈意见；之后从中选择三至四部分内容，开展课程思政教学。需要注意的是，教师应找到专业教育与思政教育的结合点，以“润物无声”的方式实现育人；思政教学应重点突出，与主干内容紧密结合，且不过度占用课堂时间。（三）通过“翻转课堂”增强学生学习兴趣我们以兰州大学大学生创新创业行动计划、高校学生课外“核十X”创意大赛等活动为依托，引人“翻转课堂”教学模式，吸引核化工与核燃料工程专业本科生参与课程内容设计及实验验证，提高实验的针对性和可操作性，使教学更好地适应学生的认知水平和学习特点。在春季学期，教师邀请部分学生分组进行预实验，根据学生的操作表现和反馈情况，确定秋季学期的实验操作内容、仪器参数范围和课堂时间安排。如在2 0 2 0 年春季学期，有两名学生拍摄了实验演示视频，教师采用PBL教学法培养学生严谨的态度和团队精神。课后，教师指导部分已完成教学实验的学生编写软件，对实验数据进行分析，这一过程显著增强了学生的创新意识与解决实际问题的能力。此外，教师还鼓励学生自主探索课程中蕴含的思政元素并提出教学改进意见，引导学生主动学习。学生在实践和思考过程中加深了对思政内容的理解，在“翻转课堂”中感受到课程思政的魅力。三、教学实施案例在核化工实验课程思政教学中，我们积累了一批可操作、可复制的教学案例，其中以“PS-C-100型混合澄清槽水力学及单级萃取性能研究”和2 0 型离心萃取器单级萃取性能研究”两个实验教学案例最为典型。混合澄清槽是一种逐级接而卸出的燃料被称为乏燃料核燃料核燃料芝燃料就像锅炉烧久了需要卸出烧换新的媒炭一样，核电站运行后需要更换新的核燃料，而卸出被称为乏燃料。而卸出的燃料被称为乏燃料62寅，等.核化工实验课程思政建设的探索与实践触式萃取设备，具有效率高、适应性强、工艺简单等优点，是从初步提纯的料液中进一步提取目标核素的可靠设备之一1 5 。离心萃取器是通过离心筒的高速旋转实现两相混合和分离的设备，其混合能力强、传质效果好，具有优异的水力学性能和萃取性能，广泛应用于核化工、生物医药、有色冶金等领域1 6 。图2 是混合澄清槽（单级)外观图，图3 是离心萃取器（单级）外观图。这两类装置的实验均以苯甲酸/水-煤油为萃取体系进行设计，研究内容分别是水力学性质与单级萃取性能。图2混合澄清槽（单级）外观图3离心萃取器（单级）外观一）课前阶段在2 0 1 7 年和2 0 2 0 年春季学期，教师先后指导七名核化工与核燃料工程专业的学生申报了两项校级大学生创新创业行动计划项目，分别设计了两类装置的教学实验流程并进行了预实验，验证了教学实验的可行性。学生利用暑假时间在实验室探索溶液浓度、动泵转速、相比、叶轮转速等参数的适宜范围，并制作教学演示视频。图4是“20型离心萃取器单级萃取性能研究”教学视频片段。两个项目均成功结项，其中“2 0 型离心萃取器处理含酚废水的工艺参数-萃取效率的模型研究”项目荣获2 0 1 7 年优秀项目三等奖。随后，学生在教师的指导下思考两个实验的社会价值，并制作了乏燃料去哪儿了科普视频（见图5）。该视频以动画形式展示了乏燃料后处理的概念、意义以及混合澄清槽与离心萃取器在该过程中的应用，这项作品荣获“大禹节水杯”首届甘肃省青年生态文明创新创业大赛宣传创意组优秀奖和第六届高校学生课外“核十X”创意大赛优秀奖。蠕动泵蠕动泵图示分别为蠕动泵图4“20型离心萃取器单级萃取性能研究”教学视频片段图5乏燃料去哪儿了科普视频片段在上课前一周，教师通过“超星学习通”平台发布讨论话题，让学生结合核工业史，简述混合澄清槽与离心萃取器在我国核工业领域的应用。学生自由组成五个小组，各组成员利用图书馆、网络数据库等资源，分工合作完成一份课程作业。临近上课时，教师对学生的基本操作知识掌握情况进行考查，确保学生了解设备的正确使用方法及安全注意事项（二）访课堂阶段在课堂上，教师根据实验内容寻找专业教育与思政教育的结合点，并制定相应的教学目标，确63寅，等.核化工实验课程思政建设的探索与实践定思政教学内容。表1 和表2 分别为上述两个实验的思政教学设计。表1“PS-C-100型混合澄清槽水力学及单级萃取性能研究”实验思政教学设计实验内容专业教育与思政教育结合点教学目标教学方式煤油、苯甲酸的使用和随意排放主要试剂和实验会造成环境污染，实验室最新购引导学生了解绿色生提问：核化工生产中主装置：PS-C-100置的PS-C-100型混合澄清槽体产方式，养成节约资要的污染源是什么，如型混合澄清槽，积较小，实验试剂用量显著减少，源的习惯，形成保护何减少污染，列举新的含苯甲酸的废能够减轻环境压力、降低污染和环境的意识（核）化工生产工艺水，煤油处理费用多级萃取涉及级联问题，流速、叶作业：基于单级萃取数轮转速等参数的计算方法与单级培养学生面对困难锲据，拟合多级（3 5 级）实验步骤：多级萃取差异较大，对实验者提出更而不舍和勇于攀登的连续萃取的方程，并给萃取实验（选做）高的要求，需要学生自主查找资科学精神，鼓励学生出结果料并使用多元方程进行数值联进行自主学习思考：多级拟合手段有立、求解哪些告诚学生在生产实践提问：核化工生产中的中要遵守操作规范，工作人员危害因素种类注意事项：煤油煤油具有一定的挥发性，若口树立安全意识，引导及其预防措施有哪些不能使用口容放置则易挥发进入空气，对实验学生认识到遵守操作思考：职业照射剂量与器存放者造成伤害规范是对自己和他人普通人群照射剂量存在负责倍数关系的原因实验数据：分别计算不同流速下帮助学生认识到实践的萃取率，并与是检验真理的唯一标参考值由进行预实验的学生测作业：对本组及参考组参考值进行对准，培养学生敢于质定，受多种因素影响，参考值不一的实验数据进行对比比，实验结果与疑的精神和从多角度定准确分析参考值相差较大查找影响因素并进行的组别开展重复验证的思维方式实验（三）课后阶段在课堂教学结束后，教师布置实验思考题，让学生思考实验的收获，分享最有意思或者印象最深刻的环节，完成教学反馈。学生各抒己见，有的感概“我国核工业成就辉煌，我们的目标是星辰大海，希望我将来也能为祖国的发展贡献力量”，有的切身体会到安全对于涉核工作的重要意义，表示“日后走上工作岗位，会牢记今天的教训，树立牢固的核安全意识”，还有的领悟到“纸上得来终觉浅，绝知此事要行，老师给出的结果不一定准确，只有实践才能检验真理”。令人欣慰的是，有学生表示“想把同学们的错误操作汇集成册，警64寅，等.核化工实验课程思政建设的探索与实践表2“20型离心萃取器单级萃取性能研究”实验思政教学设计实验内容专业教育与思政教育结合点教学目标教学方法实验步骤：蠕动培养学生的团队合作精需要三名同学互相配合，共同操提问：如何缩短校泵的校正、单级神，提高学生的沟通交流作实验仪器才能完成正-标定时间萃取率的测定能力注意事项：实验思考：国际上明确培养学生的规范意识与保过程中严禁对禁止出口的核技术密观念，以及对我国核工20型离心萃取该仪器的内部结构涉及保密问题还有哪些，中国现业独立自主发展的荣誉感器内部结构进行在还有哪些“卡脖与责任感拍照子”技术没有掌握主要试剂和实验两个装置的实验均采用苯甲酸/培养学生的工科思维，理提问：两种萃取设装置：$2 0 型离水-煤油的萃取体系，可实现统一解个别（具体事物）与一般备的异同是什么心萃取器，含苯计算，横向比较两类设备的水力（普遍规律）的区别和联作业：计算单级离甲酸的废水，学及萃取行为异同，是单因素变系，提高学生解决实际问心萃取器及混合澄煤油换思想在工科实验中的应用题的能力清槽的值示学弟学妹”。教师最后进行点评、总结，对学生的想法和意见给予反馈。在“超星学习通”平台的课程讨论区里，许多学生针对课程内容提出改进建议，包括：请学生分组上台讲解较为简单的内容，以提高学生的表达能力；设置课堂讨论环节，以提高学生的沟通交流能力；按照不同的学习目标（深造、就业）对学生进行分类考核。随后，教师邀请擅长编程的学生使用MATLAB编写了数据处理软件“020型离心萃取器工艺参数-萃取效率计算模拟平台”（见图6）。该软件是一款核化工离心萃取装置的计算模拟软件，可根据设定的分类值将工艺参数组进行Fisher线性分类，计算工艺参数阈值并预测萃取率。目前，参与编写的教师和学生已取得计算机软件著作权。四、教学效果评价目前，核化工实验课程思政教学已实施三年（2 0 1 9年秋，2 0 2 0 年秋，2 0 2 1 年秋），学生反馈良好，评教分数（三年平均分为96.1 2 分）提高了6.54%。我们已经组建了校级核化工实验教学团队，正在申报省级教学团队及教学成果培育项目。fisher线性分类输入萃取率值a1a2a3a4a5预测率示例：E=a1+a2*Ro+a3*Rw+a4*Ctbp+a5*V计算画数图6数据处理软件运行界面（部分）核化工实验课程思政教学实践表明，专业内容和思政内容的有机融合能够显著提升教学效果，增强学生的学习兴趣，帮助学生开阔视野。基于专业知识的思政元素挖掘与融合、在线课程建设以及以学生为主体的教学设计过程，拓展了教学的广度与深度，提升了学生的学习主动性，基本解决了之前普遍存在的教学问题，达到了专业教育与思政教育同向同行的预期目标。但是，我们也发现一些新的问题，如教师对在线教学平台的使用不够熟练、PBL任务完成度不高、部分学生的思政作业流于形式等。未来，我们将以问题为导向，持续推进核化工实验课程思政教学改革，努力构建（下转第1 1 9页）119包雨云生能动学习能力的培养实践2 庞维国.自主学习一一学与教的原理和策略 M.上海：华东师范大学出版社，2 0 0 3.3 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