工程熱力學課程思政教學設計

張 偉，胡柏松，王德武，白玉石，劉 燕，鄧會寧，張少峰

(1 河北工業大學化工學院，天津 300130；2 河北省“巨人計劃”創新創業團隊-河北工業大學河北省蒸發

結晶及干燥工程技術研究中心創新團隊，天津 300130；3 中建電子信息技術有限公司，北京 100123)

新時代背景，對專業人才培養和教學也提出了更高的要求。習近平總書記在關于高校思想政治工作的論述中指出，所有課堂都有育人功能，各門課程都要守好一段渠、種好責任田，將各類課程與思想政治理論課程同向同行，形成協同效應。通過專業課程教學育人不僅要實現專業層面的技術能力要求，同時更要注重思政方面的非技術能力的培養。如何以潤物無聲的方式將課程思政教學融入到理論性和專業性強的專業基礎課程中，也是當前工科專業基礎課程教師課程思政建設的重點工作[3-4]。工程熱力學課程本身承載了知識、意識、思維和能力等多方面的要求[5]，如何定位課程，傳授知識，傳播學科理念，滲透人文教育在其中，值得深思和改進。本文結合具體專業課程內容和實例，探討了工程熱力學課程思政教學的設計思路和實施方案。

1 工程熱力學課程思政教學目標

課程教學目標是課程教學上所要達到的最終結果，其具體要求是課程教學設計和實施的重要依據。工程熱力學是一門研究熱能的有效利用和與其它形式能量(機械能)的轉化規律的課程[6]。作為節能的理論基礎，在課程教學中要體現出工程實踐與環境、社會可持續發展間的關系，因此教學目標需從專業和思政兩個方面綜合設定。教學目標具體在技術能力培養的專業層面，是使學生在學習熱力學基本原理的基礎上，了解并掌握理想氣體和實際氣體的性質及相關熱力過程，從而進一步研究整套熱力循環裝置的能量轉換規律，最終讓學生掌握提高能源轉化效率、合理利用能源的途徑。教學目標具體在非技術能力培養的思政層面，是使學生能夠在熱力學工程應用中樹立正確的節能與環保意識，明確節能本質和合理用能原則，在過程工業設計與開發方案中培養安全可靠、高效節能及綠色環保的工程思維，并具備對方案的實施效果與既有的技術指標進行對比評估的能力。

2 工程熱力學課程思政教學設計思路

3 工程熱力學課程思政教學設計實施方案

3.1 樹立節能和環保意識

在基礎理論與工質性質模塊，可逆和不可逆過程是熱力學問題分析最基本的兩個概念。可逆過程是熱力學系統由某一狀態出發，經過某一過程到達另一狀態后，如果存在另一過程，它能使系統和外界完全復原，既使系統回到原來狀態，同時又完全消除原來過程對外界所產生的一切影響的理想過程。反之，如果無論采用何種辦法都不能使系統和外界完全復原，則原來的過程稱為不可逆過程。以上述概念來探討人類社會，人類所處的環境本身就是一個熱力系統，在其運轉過程中，存在物質循環和能量流動。能量流動是不可逆的，這也就意味著人類活動通過工程實踐改造環境，這個過程也不可逆的，但為了生存和維持自身社會的可持續發展，必須注重環境保護。

能源的類型包括一次能源和二次能源，能源利用就是能量的轉化過程。通過化石燃料燃燒將其化學能轉變為熱能后再加以利用的比例仍然是當前能源利用的主要方式之一。但是化石能源燃燒利用的過程存在兩個關鍵問題：一個是污染物排放引起的環境問題，另一個是熱能與其它形式能量轉換效率低的問題。從環保的角度而言，一方面需要開放更多的清潔能源利用技術，另一方面就是要提高熱能利用效率，即節能。節能和環保二者是相輔相成的關系，節能就是環保，節能和環保的意識應深植于工程和社會發展始終。

3.2 明確節能本質和合理用能原則

3.3 培養技術可行、安全可靠、高效節能工程思維和提升基于節能理念對比方案評估能力

在熱力循環模塊，蒸汽動力循環是火力發電廠的基本設計模型，其基本原理是利用循環工質水蒸汽將燃料燃燒釋放的熱能通過熱力循環轉化為機械能。作為動力循環，熱效率的高低直接關系著能量的轉化情況和運行成本。教學過程中，通過理論模型理想化簡化、熱力過程分析可以得到影響蒸汽動力循環熱效率的熱力參數。按照熱力學的分析方法，可知通過提高過熱蒸汽壓力、溫度和降低乏汽壓力來提高熱效率。但是提高過熱蒸汽壓力、提高過熱蒸汽溫度和降低乏汽壓力，分別受鍋爐設備、透平機械安全性和環境條件限制。在工程設計時我們不僅要考慮節能的要求，還需要從設備操作成本和熱效率運行成本兩方面的經濟性、以及關注乏汽干度對透平機械安全運轉、設備材質和強度安全性、以及環境條件能否實現等方面綜合評價，確定合理的電廠運行方案和參數。將蒸汽動力循環熱力學理論與實際條件進行對比，可培養學生在工業設計上具有技術可行、安全可靠、高效節能的工程思維。

冬天取暖季，常遇到取暖方式選擇的問題。通過熱泵循環的學習可知空調取暖是基于熱泵循環借助熱泵裝置將熱量由低溫熱源轉移到高溫熱源。空調采用電能驅動，從低溫環境中吸取熱量，并將其傳輸給高溫室內空間以供使用，傳輸到高溫熱源中的熱量不僅大于所消耗的能量，而且大于從低溫熱源中吸收的能量，而電暖氣則是直接將電能轉化為熱能。市面上空調的制熱量與輸入功率的比值(供熱系數COP)大多在3～5之間，電暖氣的COP小于1，理論上消耗相同數量的電能，通過空調的熱泵循環比電暖氣可以使室內獲得更多的熱量。長期使用的情況下，空調取暖具有更低的運行成本，更節能，但是空調設備前期投資高，相比之下電暖器設備成本低廉，局部升溫很快，布置靈活，在實際選擇時應根據使用需求，合理選取供暖方案。由日常生活中實際問題回歸到熱力學理論分析，使學生能夠基于節能環保理念對不同方案進行對比評估能力得到提升。

4 結 語

針對工程熱力學課程是工程實踐節能理論的基礎，將課程思政教學定位在體現工程實踐與環境、社會可持續發展間的關系，設定了專業和思政教學目標。在課程思政教學設計和實施上，結合基礎理論與工質性質、過程能量分析和熱力循環課程模塊的專業知識由淺入深的遞進脈絡，從樹立節能和環保意識，明確節能本質和合理用能原則，培養技術可行、安全可靠、高效節能工程思維和提升基于節能理念對比方案評估能力不同層面構建了工程熱力學完整的課程思政教學邏輯關系體系。相關思路和設計理念可為其他工程類專業基礎課程的課程思政教學提供參考。