材料加工冶金傳輸原理課程思政探索與實踐
——以熱量傳輸?shù)幕痉绞胶鸵?guī)律為教學案例

李方杰 李九霄 楊東野張 艷 劉 敏

（1.上海工程技術大學材料工程學院 上海 201602；2.上海應用技術大學材料科學與工程學院 上海 201418）

2020年6月1日，教育部頒發(fā)了《高等學校課程建設指導綱要》，旨在全面推進高校課程思政建設[1]。該《綱要》指出高校要深化教育教學改革，充分挖掘各類課程的思想政治資源，重點發(fā)揮每門課程的育人作用，全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。課堂教學是課程思政建設的主要渠道，要把課程思政建設在課堂教學中真正的落實到各方面，貫穿于人才培養(yǎng)各環(huán)節(jié)。“材料加工冶金傳輸原理”是材料工程學院材料成型及控制工程專業(yè)基礎課，以高等數(shù)學、大學物理、物理化學等公共基礎課程為基礎，涵蓋并優(yōu)化了專業(yè)改革前的“流體力學”“傳熱學”及“傳質(zhì)學”課程的內(nèi)容[2-4]。課程主要講授流體流動過程、傳熱過程以及傳質(zhì)過程的基本理論和基本方程，以及三種傳輸現(xiàn)象的類比分析，并結(jié)合學科發(fā)展前沿及最新技術介紹了它們在材料加工及冶金工程實踐中的主要應用，為學生架構(gòu)了動量、熱量及質(zhì)量傳輸?shù)奈⒂^機理與材料加工及冶金中宏觀應用的橋梁。材料加工冶金傳輸原理課程與思想政治理論課應該同向同行，形成協(xié)同效應，在傳輸課堂專業(yè)知識的同時，也進行思想政治教育。

1 課程育人目標

“材料加工冶金傳輸原理”是一門重要的專業(yè)基礎課[5-6]，在該課程中深挖思政元素，厚植愛國情懷具有重大意義。開展課程思政教學設計，以培養(yǎng)理想信念為核心，基于立德樹人的根本，將傳輸原理中蘊含的思政教育內(nèi)涵與傳輸原理專業(yè)知識有機融合在一起，獲得傳道受業(yè)與價值觀引領的有機統(tǒng)一，強化高校為黨育人、為國育才的立身之本。具體的育人目標如下：

（1）在知識傳授層面上，主要講授動量、熱量和質(zhì)量傳輸?shù)幕靖拍睢⒒驹砗鸵?guī)律，培養(yǎng)學生掌握動量、熱量及質(zhì)量傳輸?shù)幕驹恚私獠牧霞庸ぜ耙苯疬^程中的各種傳輸現(xiàn)象，以及各因素對傳輸過程的影響規(guī)律，為今后的就業(yè)及進一步深造打下堅實的理論基礎。

（2）在技能培養(yǎng)層面上，培養(yǎng)學生運用動量、熱量及質(zhì)量傳輸?shù)幕纠碚摵脱芯糠椒ㄈシ治觥⒔鉀Q實際工程和科學問題的能力。如應用課程中的“非穩(wěn)態(tài)導熱理論”理解高強鋼的生產(chǎn)過程、利用課程中的“分子擴散和對流傳質(zhì)理論”避免出現(xiàn)昆山中榮金屬制品有限公司特別重大的鋁粉塵爆炸以及鋼水精煉爐內(nèi)冷卻水管爆裂，蒸汽導致壓力容器爆炸等事故。

（3）在價值觀引領層面上，培養(yǎng)學生善于運用馬克思主義的立場、觀點和方法發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，在課程的講授過程中，引導學生樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀。如在管路計算及傳熱計算等章節(jié)涉及到的試差計算方法，可以引導學生增強自身抗挫能力，養(yǎng)成精益求精的科學探索精神；穿插國家航空航天重大工程中的傳熱問題，提高學生的愛國熱情和民族自豪感；講述鋼鐵工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，使大學生充分認識到中國鋼鐵行業(yè)逐漸發(fā)展變強的發(fā)展趨勢，激發(fā)學生立足冶金行業(yè)全面趕超世界先進水平而努力學習和奮斗。

2 知識點與對應的思政要素

2.1 理解熱的本質(zhì)

思政要素：歷史上，人們對“熱究竟是什么”一直爭論不休。古希臘人認為熱、火、燃燒是指同一種物質(zhì)；中國古代的五行之說，也是將火作為一種物質(zhì)看待。也有人從摩擦起火出發(fā)，認為“木與木相磨則燃”。這就是關于熱的兩種觀點——物質(zhì)觀和運動觀。后來，科學家布拉克提出了“熱質(zhì)說”，認為熱質(zhì)從高溫物體流向低溫物體，直至兩者溫度相等，并且傳遞過程中熱質(zhì)守恒。盡管這一學說可以解釋冷卻和熱輻射等多種熱現(xiàn)象，但仍然無法解釋摩擦生熱現(xiàn)象，尤其是兩個冰塊摩擦生熱化成水的現(xiàn)象。直到“熱動說”提出熱是運動的表現(xiàn)，并且精準用實驗測定了熱和運動的定量關系，熱的概念才確立起來。通過介紹古往今來國內(nèi)外科學家們對于熱本質(zhì)的不懈研究，向?qū)W生傳輸科學家們這種不斷靠近真理的探索精神，培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W素養(yǎng)、系統(tǒng)的思維能力及精益求精的科學精神。

2.2 理解熱量傳輸?shù)闹匾饔?/h3>

思政要素：2003年2月1日美國東部時間上午9時，“哥倫比亞”號魂斷歸途，在得克薩斯上空解體墜毀，7名宇航員全部遇難，在悲傷的同時我們更應該弄清事故的原因。“哥倫比亞”號航天飛機事故調(diào)查委員會公布的調(diào)查報告稱，在起飛階段，外部燃料箱表面脫落的一塊泡沫材料擊中航天飛機左翼前緣的名為“增強碳碳”（即增強碳-碳隔熱板）的材料。當航天飛機返回時，經(jīng)過大氣層，產(chǎn)生劇烈摩擦使溫度高達1400℃的空氣在沖入左機翼后融化了內(nèi)部結(jié)構(gòu)，致使機翼和機體融化，導致了悲劇的發(fā)生。“哥倫比亞”號在太空飛行的16天中，NASA有足夠的時間對發(fā)射期間擊中航天飛機左側(cè)熱保護層的殘骸進行研究分析。但在NASA負責人看來，這一殘骸對航天飛機造成的危險“無關緊要”。通過介紹熱量傳輸基本規(guī)律的理論知識在航天飛機上的重要應用，以及工程項目決策者在趨利心態(tài)下的錯誤行為造成不可挽回的重大損失，鞭策學生成為一個造福人類和持可持續(xù)發(fā)展理念的現(xiàn)代工程師，在面對道德困境時，能夠做出正確的判斷和選擇。

2.3 掌握熱量傳輸?shù)幕疽?guī)律

思政要素：在講解熱阻類比電阻的結(jié)論中，得到了單層平壁中單位面積導熱熱阻與平壁的厚度成正比。聯(lián)想到實際生活應用中挑選鍋的實例，為了獲得較低的導熱熱阻，是否意味著我們在挑選鍋的時候要越薄越好呢？實際上，基于熱量傳輸中的熱阻分析法而言，這是正確的。但是若鍋的厚度過薄，鍋就很容易被燒壞。所以，我們做任何事情都要綜合考慮，鍛煉自我整體思維能力，既把握事物的主要矛盾，又不至于超出事物“度”的范圍，抓關鍵的同時聯(lián)系實際。從多方面綜合思考問題，在熱量傳輸理論的教學過程中充分體現(xiàn)辯證思維。再比如提高熱量傳輸效率的方法有很多，主動強化傳熱需要消耗更多的外部功耗，被動強化傳熱雖然沒有或者可以減少這些功耗，但是對傳熱對象要求更高的加工制造要求。即換熱過程中的高效、經(jīng)濟、可靠等指標既相互促進又相互制約，需要進行整體的綜合評價。在講解這部分內(nèi)容時，我們要向?qū)W生傳達綜合全面發(fā)展，實現(xiàn)整體平衡的思想。

3 教學反思

通過學生的課堂表現(xiàn)，可以看出“熱本質(zhì)”的探索歷程激起了學生的學習興趣，在介紹“哥倫比亞”號航天飛機墜毀事件時，學生們感到十分悲痛和可惜，并深深認識到熱量傳輸相關理論知識的重要應用價值和在航天等各行業(yè)中的核心地位。在講解熱量傳輸?shù)幕疽?guī)律時，通過提問題和聯(lián)系生活實際的教學方法，學生保持了較高的學習興趣。然而，課程教學還存在以下值得進一步提升的地方。

（1）在介紹熱本質(zhì)的研究歷程時，應增加核心關鍵詞的板書，如“熱動說”“熱質(zhì)說”來深化學生的理解和記憶，在學生的心里搭建“熱”的相關知識網(wǎng)。

（2）注意搜集有關熱量傳輸基本規(guī)律的具體實例，注意實例與理論的緊密關聯(lián)性以及與時俱進程度，及時更新實例內(nèi)容。

（3）進一步完善學生對授課內(nèi)容的反饋與評價體系，優(yōu)化教學內(nèi)容和思政導入的接入點，使得思政內(nèi)容能夠潤物細無聲的涌入學生的心房，如借助調(diào)查問卷、學生心聲小貼紙及時關注學生對課程思政元素導入的反應和意見，以便更好的改善教學手段和教學方法，從而進一步提高教學水平。