航空航天類“工程熱力學”課程思政建設的探索與實踐
——以布雷頓熱力循環(huán)為例

史磊，鄧甜

（中國民航大學中歐航空工程師學院，天津 300300）

“工程熱力學”是研究熱能與機械能及其相互轉換規(guī)律的一門專業(yè)基礎課，內容涉及我國能源安全、環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展、能量轉化裝備、節(jié)能減排等，具有理論性強、概念抽象、知識點多、公式復雜、系統(tǒng)性強等特點，具備天然的課程思政屬性。本文所討論的“工程熱力學”隸屬于中國民航大學中歐航空工程師學院，課程采用46 短學時教學模式，在本科第七學期開設。“工程熱力學”課程內容飽滿、案例豐富、邏輯嚴密，充分吸收法國工程師院校的教學特點，緊密結合工程實際，以鍛煉學生推理判斷能力、提升知識運用能力、強化計算分析能力，培養(yǎng)學生社會責任感和民族使命感為目標。

一、國內研究現(xiàn)狀

目前國內相關院校已針對“工程熱力學”開展了課程思政建設并且取得了顯著成果。范晶等人討論了在能源與動力工程專業(yè)中開展“工程熱力學”課程建設的必要性，并指出教師的示范教育作用、經典案例的引入和思政元素的挖掘是開展課程思政建設的具體措施。

杜芳莉等人以建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)為例開展了“工程熱力學”課程思政的改革探析，制定了課程思政改革的思路及步驟，確立了德育目標并梳理了思政元素等。

婁欽等人對“工程熱力學”教學進行了調整與完善，提出“開放式育人教學模式”，即春風化雨浸潤性思辨能力，堅持以人為本、立德樹人價值觀和構筑平等合作的新型師生關系，從而建立思政教育協(xié)同創(chuàng)新課程教學模式。

劉高潔介紹了“工程熱力學”課程的特點和該課程中思想政治教育的核心內容，提出在專業(yè)基礎課教學中開展思想政治教育的具體舉措。

綜上所述，目前在“工程熱力學”課程中開展思政教育的系統(tǒng)性有待加強，思政元素與專業(yè)知識的有機融合不夠深入。課程組結合自身情況，以氣體動力循環(huán)教學內容中6 學時的布雷頓循環(huán)（授課+習題+實驗）為例開展課程思政建設的探索與實踐。

二、課程思政建設的設計與思考

本文將從中國航空工程師學院的具體實情出發(fā)，結合人才培養(yǎng)目標開展適合該院的航空航天類專業(yè)方向“工程熱力學”課程思政建設，主要包括五個方面：參與人員、思政元素、教學方法、教學過程和教學評價。

圖1 課程思政建設的五個方面及其相互作用關系

參與人員作為中心環(huán)節(jié)與其他四個方面都產生相互作用。教師團隊應挖掘思政元素，不斷創(chuàng)新教學方法，依托多樣化的教學手段構建覆蓋線上、線下的全時空教學過程，在教學過程中融合教學評價，及時獲取課堂反饋并調整教學方案。教師和學生共同實施教學評價并根據(jù)實際情況不斷修改和優(yōu)化評價標準。教學評價的反饋有助于思政元素的進一步凝練和完善，使得整個課程思政教學形成持續(xù)優(yōu)化的穩(wěn)定閉環(huán)系統(tǒng)，給教師和學生帶來深刻影響。

（一）參與人員

李國娟指出課程思政建設的關鍵在教師，史玉鳳談到了課程思政中的教師責任，強調教師要遵紀守法、熟練掌握所承擔課程、關心國內外發(fā)展現(xiàn)狀等。本課程組教師自承擔“工程熱力學”課程以來，不斷提高自身專業(yè)水平，瞄準航空與能源產業(yè)，開展了廣泛而深入的調研，先后在民用航空發(fā)動機生產、研制、維修單位實習，與國內高水平院校建立深度科研合作。在教師育德能力培養(yǎng)方面，授課教師積極參加疫情防控工作、學校建黨百年系列活動等，感受祖國的強盛，實現(xiàn)精神的升華，將紅色基因溶于血液，將光榮使命銘記于心。

課程思政不單考慮“供給側”，更要考慮“需求側”，針對學生特點因材施教，只有“知己知彼”，才能“百戰(zhàn)不殆”，發(fā)揮出課程思政的最佳育人效果。以中歐航空工程師學院工程熱力學的教學活動為例，該活動面向的學生群體為剛剛結束預科教育進入工程師階段的大四學生，在授課方式上更加青睞于嚴密的邏輯推理和公式推導，缺乏專業(yè)認知，學生在授課學期內要進行研究生入學統(tǒng)一考試和本科畢業(yè)設計，課業(yè)負擔偏重，精神壓力較大。鑒于此種情況，任課教師在學期伊始就應強調作為考研科目之一的“工程熱力學”課程學習的緊迫感，強化前期學習效果，融合思政元素做好課程導入，通過1—2 節(jié)大課逐步完成由推導型授課向講述型授課的轉變，借助課程內容合理引入學術規(guī)范與要求，培養(yǎng)學生的專業(yè)認知等等，調動學生學習的主動性和積極性，提高育人質量。

（二）思政元素

在“工程熱力學”課程的第六次授課內容中將介紹氣體動力循環(huán)的其中一種方式——布雷頓循環(huán)，它是航空發(fā)動機和地面燃氣輪機采用的熱力循環(huán)模式基本形式，相比于活塞式內燃機，采用布雷頓循環(huán)的熱機允許通過的氣流流量更大、輸出功率更高，在國民經濟發(fā)展和國防工業(yè)建設中發(fā)揮著重要作用。該部分教學內容總共包括布雷頓循環(huán)簡介及其熱力過程、布雷頓循環(huán)的社會應用、定壓加熱理想循環(huán)、定壓加熱實際循環(huán)和提高循環(huán)熱效率方法等內容。

布雷頓循環(huán)熱機和活塞式內燃機都能夠實現(xiàn)進氣壓縮、加熱、做功和排氣放熱的過程，然而時空關系不同。布雷頓循環(huán)熱機的運行模式是在不同地點、同一時刻進行上述四個過程，采用團隊協(xié)作模式，進氣道和壓氣機負責進氣加壓，燃燒室負責加熱，渦輪負責做功，尾噴管負責排氣放熱，分工明確，各司其職，各負其責。而活塞式內燃機是在同一地點、不同時刻進行上述四個過程，采用“單打獨斗”模式，在缸體內部依次進行進氣壓縮、加熱、做功和排氣放熱，包攬所有環(huán)節(jié)，為實現(xiàn)大功率輸出常常采用并聯(lián)方式協(xié)同工作。本部分內容深刻反映了專業(yè)分工和團隊協(xié)作的重要性，個體需要找準自身專業(yè)方向并有機融入團隊才能貢獻出更大的力量，教師可以此告誡學生要謹慎對待專業(yè)選擇，培養(yǎng)團隊精神。與此同時，課程內容也傳遞了一種時空轉換的邏輯思維，以時間換空間可以降低規(guī)模與成本，以空間換時間可以提高效率和效果，這種思政元素的提煉對學生綜合素養(yǎng)的提升很有幫助。

在航空發(fā)動機領域，我國與歐美強國之間存在著較大差距，尤其在民用航空領域，作為世界第二大民航運輸國，我國沒有可用的國產民用航空發(fā)動機，不得不長期依賴于國外航空發(fā)動機寡頭，被迫接受各種霸王條款，從航材購置、關鍵零部件維修等業(yè)務中損失巨額利潤。通過該部分的教學可以讓學生深刻體會到“落后就要挨打”，明白唯有科技自立自強才能實現(xiàn)高質量發(fā)展的道理，感受到身上肩負的光榮使命與重要責任。

航空發(fā)動機可具體分為渦噴發(fā)動機、渦扇發(fā)動機、渦軸發(fā)動機、渦槳發(fā)動機、槳扇發(fā)動機、渦輪沖壓發(fā)動機等。渦噴發(fā)動機是最早出現(xiàn)的航空發(fā)動機，以其為基礎逐漸衍生出了具有更優(yōu)燃油經濟性的渦扇發(fā)動機、用于直升機動力的渦軸發(fā)動機、適用于中低速飛行的槳扇、渦槳發(fā)動機和應用于高超聲速飛行的渦輪、沖壓組合發(fā)動機等。通過課程內容的講解讓學生切身體會到如何靈活運用知識和原理“舉一反三”，如何發(fā)散思維開展創(chuàng)新與變革工作，如何透過現(xiàn)象看本質等等。

布雷頓循環(huán)也可稱作定壓加熱理想循環(huán)，是航空發(fā)動機或燃氣輪機熱力循環(huán)的理想化模型。在簡化過程中需要將工質視為處于理想氣體狀態(tài)的空氣，忽略燃油質量和燃氣成分變化，忽略工質動能和勢能的變化，將壓縮和膨脹視為等熵過程等等，這是很好地向學生展示如何通過建模思維將實際問題抽象化的機會。描述定壓加熱理想循環(huán)的特性參數(shù)有循環(huán)增壓比、循環(huán)增溫比、循環(huán)熱效率和循環(huán)輸出功等等，通過推導最終可以建立參數(shù)之間的函數(shù)關系，這提醒學生要善于提煉描述事物的特征，要學會利用數(shù)學思維、數(shù)學工具去分析事物，總結規(guī)律和特點等。

（三）教學方法

在布雷頓循環(huán)的教學方法上，采用以課堂講授為主體、以網絡資源為輔助、以習題計算為重點、以課內實驗為補充、以虛擬仿真為拓展的教學方法，構建虛擬與實際相結合、理論與實踐互支撐、課上與課下同配合的全方位授課模式。

習題課與理論課按照1∶1 的比例進行配置，依托具體的工程應用場景進行知識點的深度串聯(lián)，隨著問題的一一被求解，學生對其的理解也在層層加深，這是學生將知識點“掰開揉碎”的關鍵環(huán)節(jié)，是將思政元素由學生被動接收向主動吸收轉變的必要過程，也是培養(yǎng)學生優(yōu)秀品格、鍛煉頑強意志的可靠途徑。課內實驗“航空發(fā)動機熱力循環(huán)分析”依托學院建成的WESTT CS BV 發(fā)動機半物理仿真平臺進行。在2019年，課程組建設了天津市級虛擬仿真實驗教學項目“航空發(fā)動機熱力循環(huán)分析及故障診斷實驗”，并在校內網絡平臺上公開運行。在網絡資源上，任課教師依托超星學習平臺初步建立了“工程熱力學”線上學習資源，并通過學習通App 進行日常管理，具體包括課程PPT、課內習題、拓展學習資料、視頻資源、重要知識點講解、內容討論等等。

（四）教學過程

思政元素在課堂中的融入要做到“潤物細無聲”，內容要適量、節(jié)奏要適度，要充分保證課程的完整性，教學內容不能因思政元素的引入而缺斤少兩，思政元素宜精不宜多，要發(fā)揮其“畫龍點睛”的作用，因此教學過程的實施非常重要。“工程熱力學”的整個教學過程始終以學生的知識獲得、能力提升、專業(yè)認同、品格塑造、情懷培養(yǎng)為牽引，布雷頓循環(huán)的教學過程如圖2所示。

圖2 布雷頓循環(huán)教學過程

教學過程依托課堂講授、網絡資源、習題計算、課內實驗和虛擬仿真5 種教學方法開展，覆蓋了課前、課中、課后全過程，思政元素需浸潤在教學過程中的每個環(huán)節(jié)中，通過“聽、說、讀、寫、想、算、問、練、學”等多個維度讓學生深切體會和感悟豐富的專業(yè)知識和思政元素。

（五）教學評價

教學評價能夠對課程的良性發(fā)展起到推動和促進作用，目前在“工程熱力學”教學評價體系中構建了“專家點評、同行交流、學生反饋”的機制，共同推動課程思政建設向深度和廣度發(fā)展：1.學院成立了課程思政建設小組，在院黨委的統(tǒng)一領導下開展課程思政建設與改革工作，由在課程思政方面經驗豐富的教師擔任專家，對各相關課程的思政建設開展指導和點評，分別從課程思政建設的背景與意義、思政元素的選取與提煉、教學環(huán)節(jié)的思考與設計等幾個方面入手，切實提高青年教師的課程思政建設水平和建設效果；2.同行交流是提高課程思政教學水平的重要途徑，因為這種交流不只局限于方法和理論層面，還要深入內容，在細節(jié)上產生共鳴，從而實現(xiàn)課程思政的真正落地；3.學生對課程的反饋體現(xiàn)在方方面面，需要教師細心總結與體會，感悟思政效果。比如教師“提前20 分鐘到教室檢查課前準備情況，并定時發(fā)布網絡簽到”，在開始執(zhí)行前，學生經常出現(xiàn)“踩點上課”或“上課遲到”的現(xiàn)象，習慣較為懶散。當教師能夠做到提前到教室候課后，學生上課遲到的問題得到了很大程度的改善。再如繪制p-v 和T-s 圖，學生在開始作圖時經常在符號大小寫、正斜體、曲線斜率、橫縱坐標等問題上出現(xiàn)各種各樣的錯誤，比較粗心和馬虎。在教師仔細講解每項作圖規(guī)范和具體要求后，學生的作圖質量顯著提高。這些現(xiàn)象都是課程思政育人效果的積極體現(xiàn)，值得去用心感受。

三、課程思政建設的總結與展望

中歐航空工程師學院“工程熱力學”的課程思政建設剛剛起步，還存在諸多不足之處。本文以布雷頓循環(huán)為例，較為詳細地介紹了課程組開展課程思政建設的探索與實踐，以期拋磚引玉，通過“工程熱力學”課程的思政建設弘揚科學家精神和工匠精神，鍛煉學生守時守信、艱苦奮斗、開拓創(chuàng)新的優(yōu)秀品質，增強行業(yè)緊迫感和危機感，培養(yǎng)社會責任感和使命感，提升民族自尊心和自豪感，為其自覺投身于民航強國戰(zhàn)略、推動國家高質量發(fā)展、實現(xiàn)中華民族偉大復興儲備強大的信念力量和思想源泉。