熱質交換原理與設備課程思政教學設計與實踐

doi：10.11835/j.issn.1005-2909.2024.02.023

歡迎按以下格式引用：牛曉峰，周君明.熱質交換原理與設備課程思政教學設計與實踐［J］.高等建筑教育，2024，33（2）：161-167.

摘要：課程思政是實現“三全育人”的有效途徑。基于熱質交換原理與設備課程，探索了課程思政實施的整體思路和具體方式，制定了與課程特點相契合的課程思政目標。課程思政教學需以學生為中心，從培養思辨能力、傳遞科學精神和樹立綠色低碳發展理念三方面深入挖掘課程思政元素，實踐探究式教學、過程性考核機制可保障課程思政高效融入課堂教學。并以溫濕度獨立調節空調系統教學內容為例，給出了課程思政的具體實施步驟和流程。

關鍵詞：建環專業；熱質交換原理與設備；課程思政；教學設計

中圖分類號：G641.0 """""文獻標志碼：A """""文章編號：1005-2909（2024）02-0161-07

課程思政建設是落實立德樹人根本任務的戰略舉措。習近平總書記強調：“要從黨和國家事業發展全局的高度，堅守為黨育人、為國育才，把立德樹人融入思想道德教育、文化知識教育、社會實踐教育各環節”“要堅持顯性教育和隱性教育相統一，挖掘其他課程和教學方式中蘊含的思想政治教育資源，實現全員全程全方位育人”。熱質交換原理與設備作為建筑環境與能源應用工程專業重要的專業基礎課，以傳輸理論為基礎，將暖通空調專業中熱質交換原理及相應設備的相關內容提煉整理、充實加工而形成一門課程，為專業基礎理論和專業課之間搭建了橋梁^［1］。該課程教學內容中可深入挖掘理想信念、創新思維和科學精神等思政元素，在人才培養中可發揮重要作用。

熱質交換原理與設備是一門“年輕”、有難度的課程，對于其課程思政的探索實踐尚不充分，如何在該課程教學中做好課程思政，是多數教師尤其是青年教師面臨的迫切問題。1998年專業名稱由“供熱空調與燃氣工程”更名為“建筑環境與設備工程”后，于2001年制定了新的專業教學計劃總體框架^［2-3］，提出增設熱質交換原理與設備課程。目前，即便是最早開設該課程的高校也才進行了21年的教學實踐。因此，是一門“年輕”的課程。同時，該課程內容理論性強、抽象度高、邏輯關聯性差^［4-5］，學生感覺學習難度大，教師感覺知識點難教，是一門有難度的課程。教師在如何講授好課程知識點上尚覺困難，對以公式和理論為主的教學內容表象背后所蘊含的思政元素更缺少深入思考，結合教學內容進行高質量課程思政的思考與實踐較為缺乏"^［6］，亟待從課程思政目標設定、課程思政元素挖掘、課程思政教學方法設計等方面進行探索。

一、熱質交換原理與設備課程思政整體思路

（一）"課程思政目標和內容需要契合課程特點

課程思政可發揮價值引領作用的要素非常豐富。例如，社會主義核心價值觀、馬克思主義唯物史觀、愛國主義精神、工匠精神，以及科學家精神等，都可寓于知識傳授和能力培養之中，幫助學生塑造正確的世界觀、人生觀、價值觀。但是，在具體設定課程思政目標和挖掘課程思政要素的過程中不能貪多求全，更不能生搬硬套、牽強附會，必須遵循規律性，把握原則性，掌握要點性^［7-8］，促使知識傳授與價值引領相統一。既積極融入，又緊密契合具體課程內容和特點，進行科學合理的選擇和設定。熱質交換原理與設備課程擬定的各章授課內容對應的課程思政提要如表1所示。

熱質交換原理與設備課程的突出特點是理論性強、難度大^［9-10］，學生對該課程的反饋是“上課時滿屏的公式，特別是傳質理論部分，看到就心里發怵”。基于此，熱質交換原理與設備課程思政應著重培養學生的批判性思維，提升主動探索、勤于思考和精益求精的科學素養。同時，熱質交換原理與設備課程中所涉及的空氣熱濕處理過程和設備整體理念，需與暖通空調行業中低碳、綠色、可持續的要求相適應。

針對熱質交換原理與設備課程和專業的上述特點，因勢利導開展課程思政，制定了與專業、課程特點相契合的課程思政目標。即將低碳環保理念、綠色生態思維融入理論學習與工程實踐，引導學生樹立正確的職業觀念、踐行社會責任感、厚植愛國主義情懷、提升科學素養和創新意識。該課程思政目標被明確寫入教學大綱，在大綱指引下可充分挖掘以下三方面思政元素。一是注重思辨能力培養。以問題為導向布置自主學習任務，啟迪學生的主動探索思維，培養學生的探究能力和思辨能力。二是注重傳遞科學精神，訓練科學思維方法。熱質傳遞理論的發展歷史揭示了豐富的科學發展規律，分析規律的發現過程，引入相關科學故事，可激勵學生科研熱情，培育學生的科學素養、學術志趣和創新意識。例如，在講授以人名命名的熱質交換無量綱準則數時，介紹涉及人物的師承關系，培養學生細致嚴謹的工作作風、勇于探索創新的科研精神。此外，學生以研究小組的形式合作完成知識學習和展示，也培養了科研工作必需的合作能力，樹立了團隊精神。三是注重樹立綠色低碳發展理念。緊密圍繞新時代對暖通空調行業提出的發展要求，分析不同方案和技術對環境和資源能耗的影響。同時，將課程內容與實際工程、社會熱點和我國科學家的事跡相聯系。既能使學生樹立綠色低碳環保理念，又能培育學生的愛國熱情和民族自豪感，從而引導學生樹立正確的職業觀念和踐行社會責任感。

（二）"課程思政教學方法需要貫徹以學生為中心

目前，高校教學對象以青年群體為主，他們對新鮮事物有好奇心，但是對專業和職業前景存在迷茫；對互聯網便利的軟硬件工具較為熟悉，但是又存在一定程度的沉迷和依賴；對個人發展和榮譽有不服輸的心態，但是對集體活動不太熱衷；對國家取得的一系列標志性成果普遍認同，但是對新中國史了解不深。此外，部分青年群體對師長說教型的教育方式存在本能的抵觸。

課程思政教學方法需適應新時代青年學生的上述特點，特別注重發揮學生在學習過程的主體作用。要實現課程思政對學生知識獲得、能力培養、價值觀形成三位一體培養，除了融入教學內容，還需要對教學方法進行創新設計。以學生學習和發展為中心，真正落實學生的主體地位，無論是理論知識還是課程思政的學習，都需充分發揮學生的主觀能動性，通過獨立思考、發揚批判性思維，真正全身心投入對知識的探求和對真理的揭示過程。南京工業大學熱質交換原理與設備課程教學團隊著重在教學組織形式和考核評價模式兩方面進行了探索，保證課程思政能夠高效融入課堂教學。

1.以小班化和在線學習平臺為載體，開展探究式教學

（1）課堂教學與在線學習、翻轉課堂相結合。采用問題教學法啟發學生，從易到難、由淺入深，探求本課程關于質量傳遞的新知識，使每個學生都要思考、能思考、會思考。提前布置需要學生自學或進行文獻檢索的問題，學生以小組為單位自行進行任務分解，通過在線學習和文獻調研獲取答案。一到兩周后安排課堂討論報告，由學生進行翻轉課堂，學生可自由提問、討論并獨立評分，最后教師進行點評、總結和答疑。在此過程中，激發了學生主動進行探究和思辨的意識，也培養了團隊合作能力。小班化和在線學習平臺為這一教學模式的實施提供了條件。

（2）進行自制實驗設備開發和相關實驗。課程教師團隊自主設計開發了溶液表面蒸汽壓測量裝置，設置了開放性、綜合性實驗項目，突破演示性和驗證性教學實驗的壁壘。教師引導學生主動思考除濕過程中傳質推動力與表面蒸汽壓的關系，學生通過動手實驗得出表面蒸汽壓的影響因素及其量化影響效果。在此過程中，學生不是被動地重復驗證性實驗，而是全程在線學習、查閱文獻、設計具體實驗工況，以及分析實驗數據。學生主動探索、勤于思考、精益求精、嚴謹細致的科學精神和團隊協作精神均得到了提升。

2.構建過程性考核評價機制，促進學生自主性學習

（1）平時成績占50%，實驗成績占10%，期末考試成績僅占40%。避免平時松懈、考前突擊和期末考試一錘定音的情況，促進學生自覺學習。此外，每8學時設置1～2次隨堂測試。利用在線學習平臺發放測試題目、限時收卷、在線評分。

（2）安排3～4次學生課堂討論報告，由學生進行互評。每名同學的成績由“報告成績”和“個人貢獻成績”兩部分按60%和40%的比例加權構成。其中，“報告成績”由其他小組現場打分，包括文獻廣泛性、闡述清晰度、PPT制作、時間進度、表達情況，以及團隊協作情況6項評價內容；“個人貢獻成績”由各組的組長根據每個組員的貢獻度給出。通過這一舉措，對每位同學在團隊中的協作態度、合作精神和實際成效進行量化考核并計入綜合成績中，對學生學習起到了鞭策作用。

二、以溫濕度獨立調節空調系統為例的課程思政實施

（一）"教學知識點

溫濕度獨立調節空調系統的教學內容在1學時內完成，知識點包括溫濕度獨立調節空調系統的原理、典型的溫濕度獨立處理設備。前導知識為傳質的理論基礎、空氣的熱濕處理、吸收劑處理空氣的原理和方法。該知識點是在學習了降溫冷凝除濕、固體除濕、溶液除濕等基本原理之后，相對綜合的一部分內容，既有對前導知識的應用，又有對新知識點的拓展。

（二）"思政內涵

（1）分析得溫濕度一起處理的弊端，樹立低碳、環保、節能的職業理念，培育社會責任感。（2）學生在教師引導下通過小組文獻調研、翻轉課堂匯報形式逐步獲取知識，培養主動探索、思辨能力、團隊合作、實事求是等科研素養，形成辯證唯物主義思想。（3）在探索的過程中，獲知我國學者在溫濕度獨立處理領域的領先地位，增強民族自豪感和專業認同感，堅定理想信念。

（三）"教學實施步驟與流程

課堂教學目標如圖1所示，圍繞價值、知識、能力、素質等四個方面，漸進探索獲取知識，學思融合提高素養，潤物無聲引領價值。教學流程圖如圖2所示，分為課前準備和課中實施兩個階段。其中，課中實施階段按照引出→探索→獲得→升華四個步驟展開。

1.課前準備

教師布置文獻調研任務，要求學生在復習回顧空氣熱濕處理內容的基礎上，對溫濕度獨立處理相關技術進行文獻調研。引導學生選擇合適的文獻數據庫和關鍵詞，注意我國學者在溶液除濕、蒸發冷卻等技術領域的研究現狀與活躍程度。學生根據教師下達的任務，以每組5人左右進行分組，自行根據每位學生特點進行合理分工，協作進行文獻調研并總結制作匯報PPT。同時，復習回顧空氣熱濕處理途徑及采用固體除濕劑對空氣進行除濕的相關內容。思政要點：（1）通過小組文獻調研，培養學生主動探索、思辨能力和團隊合作等科研素養；（2）在文獻調研中獲知我國學者在溫濕度獨立處理領域的領先地位，增強學生的民族自豪感和專業認同感。

2.課中實施第一步——引出

教師首先闡明觀點，傳統的溫濕度一起處理的方案存在較大弊端，應采用溫濕度獨立處理方案。要求學生思考辨析生活中的親身見聞，并討論發表意見。例如，辦公室里同事夏天穿羽絨服，空調送風溫度低是為了節能。學生針對案例中看似不合理的現象進行思考，揭示夏天穿羽絨服的原因是送風溫度太低，并討論得出送風溫度低是為了將溫度降低到空氣的露點溫度以下，以滿足除濕需求，不對低溫送風進行再熱可避免冷熱抵消，因此是所謂“節能”的。思政要點：主動探索、思辨能力和團隊合作等科研素養。

3.課中實施第二步——探索

教師引導學生思考發言，從制取低溫冷媒耗費的代價、再熱冷熱抵消、無法避免的凝水潮濕表面，以及氟利昂類制冷劑的環保缺陷等方面發表對傳統溫濕度一起處理方案的見解。教師進行歸納總結，傳統溫濕度一起處理空調方式的缺點是“不節能、不環保、不衛生”。思政要點：培養學生主動探索、思辨能力等科研素養。

4.課中實施第三步——獲得

教師組織各組學生進行PPT匯報講解文獻調研的內容，并引導學生總結匯報內容，明確應用場景。采取翻轉課堂形式，學生就前期文獻調研的成果進行匯報講解，并對空氣濕度獨立處理、高溫冷媒制備，以及系統與末端可能發生的變化等進行介紹。學生可在每組匯報結束后對不明之處進行提問，同時要求各組互相進行現場打分和評價。思政要點：（1）主動探索、思辨能力、團隊合作，以及實事求是等科研素養；（2）樹立低碳節能、綠色環保的理念，培養社會責任感。

5.課中實施第四步——升華

教師引導學生對各組介紹的技術和設備進行比較，分析其推廣應用存在的技術障礙和非技術因素。總結得出溫濕度獨立處理系統的優點，著重比較、分析、思考各種技術的適用條件和應用障礙。思政要點：（1）培養主動探索、勤于思考的科學素養；（2）樹立技術需要與心理、社會學相結合的工程倫理觀；（3）培養以低碳節能、綠色環保為己任的社會責任感。

三、課程思政實施成效

在熱質交換原理與設備課程教學中，進行課程思政實踐三年以來，學生課程評教平均分數已達到97.64分。學生普遍反饋通過本課程的學習，加深了對專業的認同感和自豪感，對空氣熱濕處理中需遵循的綠色低碳、節能環保理念的理解也更加深刻。在準備和實施課堂匯報過程中綜合能力、團隊協作精神得到了鍛煉提升，養成了重點關注公式之間邏輯關系和科學原理的習慣，對滿屏的公式也不再感覺發怵。學生在評教系統留言“老師很能借助事例來講解”“采用PPT匯報這種學習形式確實加深了對相關知識的認識”“老師超級認真負責”，反映了學生通過本課程學得了知識，在能力和價值觀的培養上也收獲良多，實現了課程思政的初衷。

學生對熱質交換原理與設備課程較好的評教結果也說明本課程采取的課程思政實施方法得到了學生的認同，擺脫了說教式的傳統思政教育模式，實現了思政教育有機融入課程教學、潤物無聲的育人效果。2022年春季學期課程目標達成度的問卷調查結果如表2所示，學生分別對課程知識目標和思政目標達成度分別進行評價，結果顯示學生對兩項課程目標達成度持“非常滿意”的比例分別為93.1%和91.4%，思政目標達成度持“非常滿意”比例高達98.3%，體現了學生對熱質交換原理與設備課程思政的高度認可。此外，該課程還獲得學校首批課程思政項目立項，思政專業教師評委對該課程的評價認為“課程建設目標明確，能夠結合價值塑造、知識傳授和能力培養優化課程思政內容，能夠創新課程思政建設模式和方法路徑，將課程建設目標融入課程教學過程，課程考核評價的方法機制比較完善，特色、亮點和創新點突出”。

四、結語

全面推進課程思政建設，是落實立德樹人根本任務的內在要求，也是“三全育人”的重要一環。文章總結了在熱質交換原理與設備教學中開展課程思政的整體思路，以溫濕度獨立調節空調系統知識內容為例，介紹了熱質交換原理與設備課程思政的具體實施案例。針對熱質交換原理與設備課程理論性強、難度大的特點，對課程思政整體思路進行了設計，明確了該課程思政應著重培養學生批判性思維、主動探索、勤于思考，以及精益求精的科學精神，制訂完善了與課程能力培養目標并列、與專業和課程特點相契合的課程思政目標，以充分挖掘課程思政元素。對教學方法進行了新的設計，著重在探究式教學組織形式和過程性評價考核機制兩方面進行探索，使學生充分發揮主觀能動性，通過獨立思考、發揚批判性思維，投入對真理的探尋過程。后續將進一步深化對課程思政內涵的理解，凝練提升熱質交換原理與設備課程思政的理論水平，持續創新高效課堂教學模式，進一步完善學生對育人效果的反饋機制。

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Design and practice of curriculum based ideological and political education for principles and equipment of heat and mass exchange course

NIU Xiaofeng，"ZHOU Junming

（College of Urban Construction， Nanjing Tech University， Nanjing 211816， P.R.China）

Abstract： Curriculum based ideological and political educatiom is an effective way to realize Three-Whole Education. The overall ideas and specific ways of implementing ideological and political education in the course of principles and equipment of heat and mass exchange is explored. Based on the characteristics of this course， the ideological and political education goals of the course is formulated. Under the student-centered concept， the ideological and political elements of the course are deeply excavated from three aspects， including cultivating the thinking ability， conveying the scientific spirit and establishing the concept of green and low-carbon development. The inquiry-based teaching organization and process evaluation and assessment can ensure that ideological and political education is efficiently integrated into the teaching process. Taking the teaching content of air conditioning system with temperature and humidity independently control as an example， the specific implementation steps and processes of ideological and political education in the course are provided.

Key words： building environment and energy application engineering; principles and equipment of heat and mass exchange; curriculum based ideological and political educatiom; teaching design

（責任編輯""代小進）

基金項目：2021年南京工業大學第一批課程思政示范課程項目（17）；2021年南京工業大學在線開放課程項目（15）；南京工業大學疫情防控期間在線教學實踐與探索專項課題立項建設項目（2020Y016）；2023年南京工業大學教改課題項目（83）

作者簡介：牛曉峰（1980—），男，南京工業大學城市建設學院教授，博士，主要從事建筑環境與能源應用工程研究，（E-mail）newton@njtech.edu.cn。