新時代教育改革背景下“工程熱力學”課程思政設計與實踐

陳九玉，孫運蘭，朱寶忠

（常州大學 石油與天然氣工程學院/能源學院，江蘇常州 213164）

習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上指出：“要堅持把立德樹人作為中心環(huán)節(jié)，把思想政治工作貫穿教育教學全過程，實現(xiàn)全程育人、全方位育人，努力開創(chuàng)我國高等教育事業(yè)發(fā)展新局面。”[1-2]課程思政教育作為一種綜合教育理念，是將思想政治教育的理論知識、價值觀念以及精神追求等通過課堂教學這個主渠道融入專業(yè)課程教學，實現(xiàn)知識傳授與思想政治教育齊頭并進，形成協(xié)同效應[3]。它不僅體現(xiàn)在思想政治類課程的教學上，而且體現(xiàn)在各類專業(yè)課程教學以及其他的教育活動。教育理念的轉變，使當前教育教學工作中課程思政的設計與實踐變得至關重要。這一變化要求教師在教授理論知識的同時，深入挖掘并有效融合課程中的思政元素，以實現(xiàn)“知識傳授、能力培養(yǎng)、價值塑造”三者的有機融合[4]。對教師（特別是工科專業(yè)的教師）來說，實現(xiàn)上述培養(yǎng)目標無疑是一項巨大的挑戰(zhàn)。這要求教師不僅要充分理解并傳授理論知識，而且需要考慮如何根據課程知識點加強學生的社會主義核心價值觀教育，培養(yǎng)學生的愛國情懷、責任感、使命感，確保價值引領與思想導向充分融入課程教學中。然而，課程思政的實施過程中存在教師對課程思政的認識不充分、對思政教育授課形式的不明確以及人文素養(yǎng)知識儲備的不足等問題[5-6]。這些問題導致思政教育與知識點融合度不高，學生對課程思政教育的獲得感不足。鑒于此，本文以“工程熱力學”這一工科專業(yè)基礎課程為例，充分挖掘和梳理課程內容中蘊含的思政元素，并結合案例將這些元素有機地融入課程教學中，以實現(xiàn)知識、能力和德育的同步培養(yǎng)。

一、“工程熱力學”課程目標

“工程熱力學”是能源與動力工程、航空航天工程、建筑環(huán)境與能源應用工程等專業(yè)的主要學科基礎課程，是研究熱能有效利用、熱能與機械能及其他能量轉換規(guī)律的科學。具體而言，“工程熱力學”研究各種熱力過程、循環(huán)（動力循環(huán)、制冷循環(huán)等）、設備和裝置中能量交換情況。本課程的教學目標是學生掌握能量轉換的基本規(guī)律、基本熱力過程和熱力循環(huán)的分析方法，并深刻理解提高能量利用率的基本原理及其主要途徑。本課程的能力目標是學生能夠在實際生活與生產過程中，根據能量轉換的基本規(guī)律選擇合適的循環(huán)方式，并能針對具體問題進行分析，提出合理的解決方案，同時使學生在應用學科領域內具備分析、研究和解決問題的能力。本課程的教學思政目標是培養(yǎng)學生的愛國精神和社會責任感，樹立社會主義核心價值觀，加強節(jié)能與環(huán)保意識，提高職業(yè)素養(yǎng)。

二、“工程熱力學”實施課程思政教育的必要性

“工程熱力學”是多個專業(yè)的核心基礎課程。學生畢業(yè)后，工作領域涉及鍋爐廠、燃煤電廠、空調設備、暖通工程等與國計民生密切相關的行業(yè)[7]。這要求學生不僅具備扎實的理論知識和專業(yè)技能，而且擁有正確的價值觀、社會責任感和良好的職業(yè)道德素養(yǎng)。才者，德之資也；德者，才之帥也。人才培養(yǎng)一定是育人和育才相統(tǒng)一的過程，而育人是本，人無德不立，育人的根本在于立德。“德”與“才”同時兼?zhèn)洌覀儾拍芨沙墒隆⒏珊檬隆⒏纱笫拢拍鼙Ｕ厦裆龠M國家和民族事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。這些教育目標的實現(xiàn)在很大程度上依賴于思想政治教育。大學階段是開展這一教育的重要時期。大二通常是大學生心理發(fā)展較為平穩(wěn)的階段。這一時期的學生需要得到積極引導，以幫助他們樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀[8]。在大二開設的“工程熱力學”課程教學中，教師通過融入家國情懷、社會責任感、科學思辨精神以及大國工匠精神等思政元素，進行思想政治教育。這不僅促進學生學習專業(yè)知識和技能，而且培養(yǎng)學生的愛國情懷、社會責任感和良好的職業(yè)道德。通過這種教育方式，學生能夠樹立正確的價值觀，為建設具有中國特色的社會主義貢獻自己的力量，立志成為國家和人民需要的優(yōu)秀人才，最終成為合格的社會主義事業(yè)的接班人。

三、“工程熱力學”開展課程思政的思路與實施方案

工科專業(yè)課程在開展思政教學方面與公共思想政治類課程有所不同。公共思想政治類課程，如“思想道德與法治”“毛澤東思想和中國特色社會主義理論體系概論”“習近平新時代中國特色社會主義思想概論”等，通常從道德、人文、法律、歷史等多個維度對學生進行思想道德教育。相比之下，工科專業(yè)課程則需要教師在授課過程中挖掘和融合課程內的思政元素，旨在使學生掌握專業(yè)理論知識和技能的同時，促進其德育水平的提升[9]。例如，“工程熱力學”這門工科專業(yè)課程，因其概念抽象、公式繁多、理論與工程實踐緊密相關等特點，成為思政教學的挑戰(zhàn)之一。課程中的概念，如焓、熵，對學生來說難以理解，常使學生感到困惑，被認為是思政教學中的“重災區(qū)”。

因此，為了確保“工程熱力學”課程思政建設的有效進行，本專業(yè)教研室從教學隊伍建設、課程教學環(huán)節(jié)（如課件、教學方式）等方面進行了探索與改革。在教學隊伍建設方面，我們通過“老帶新”模式，成立了由“教授/副教授+講師”組成的教學團隊。這種做法既促進了年輕教師在教學方法和技巧上的學習與提升，提高了他們的專業(yè)教學能力，也加強了他們的思政意識和人文素養(yǎng)知識儲備。同時，年輕教師還學習到如何巧妙地將思政元素融入專業(yè)課程教學之中，從而更好地發(fā)揮思政教育在專業(yè)課程中的作用。在課程教學環(huán)節(jié)，我們堅持教學方式創(chuàng)新與思政教育改革相結合。在課件與教學方式的設計中，教師緊密圍繞專業(yè)知識，同時融合相關領域的熱點議題。例如，教師在“緒論”部分講解“雙碳”目標時，強調節(jié)能減排降碳的重要性；在“熱力過程與動力循環(huán)”講解中，引入“神州”系列航天器的案例，展現(xiàn)“大國重器”和“大國工匠”精神以及樹立中國特色社會主義的四個自信。此外，教師通過介紹邁耶、卡諾、錢學森等科學家充滿挑戰(zhàn)與成就的人生故事，激勵學生。在準備課程和教學過程中，教師通過將思政元素巧妙地融入專業(yè)知識講授，實現(xiàn)思政教育的隱形融入，使思政內容既感人又接地氣，展現(xiàn)出多樣性。教師以正確的價值觀和人生哲理為指導，充分利用圖片、數(shù)據、視頻等多媒體資源來傳達思政內容，激發(fā)學生的家國情懷，指導他們樹立正確的價值觀，使育人、專業(yè)知識傳授和能力目標培養(yǎng)同向而行。

“工程熱力學”課程部分思政設計的案例如下。

1.“緒論”章節(jié)主要介紹了“熱能及其利用”“熱能與機械能相互轉換過程”以及“熱力學發(fā)展簡史”。在介紹熱能及其利用部分時，教師通過具體案例幫助學生了解我國能源現(xiàn)狀以及在此領域的國家重大工程建設成就與重大突破。在我國的能源結構中，煤炭、石油、天然氣等傳統(tǒng)化石燃料占據主導地位，但化石燃料的廣泛使用對人類的生存環(huán)境和生存空間質量造成了消極影響。此外，化石能源的長期開采與利用導致其儲備量日益減少，越來越難以支撐經濟的快速發(fā)展。在尋找替代能源的過程中，核能因具有高效、清潔、低碳等明顯優(yōu)勢而受到關注和重視。核能發(fā)電的基礎是核裂變鏈式反應，完成核能—熱能—機械能—電能的轉換過程。1951年，人類首次實現(xiàn)了核能發(fā)電。我國在20世紀70年代初才開始對核電站進行最初的研究，并于1985年開工建設了第一座自主設計的秦山核電站，1991年12月25日成功并網，結束了我國無核電的歷史。過去，我國核電發(fā)展滯后，核電自主知識產權不足，導致核電項目難以“走出去”。然而，近年來，我國堅持核電自主創(chuàng)新的道路。2022年中核集團華龍一號（全球第三臺，我國第二臺）并網掀開了我國核電發(fā)展新篇章。“華龍一號”批量化建設有序推進，標志著我國核電技術實現(xiàn)全面跨越，成功躋身世界前列。隨后，“國和一號”示范工程建設項目的推進，標志著我國先進核電工程建設及關鍵技術研發(fā)獲得了新突破，自主化、國產化水平穩(wěn)步提高，國際合作持續(xù)深化[11]。我國核電產業(yè)的發(fā)展歷程實現(xiàn)了從“自立自強”到“走出去”的轉變，有助于增強學生的民族自豪感和榮譽感，堅定中國特色社會主義的“四個自信”。我們通過展示全球能源現(xiàn)狀和環(huán)境污染的圖片、視頻，增強學生的憂患意識，使學生認識到能源危機及環(huán)境污染的嚴重性，引導學生深入分析我國能源消費結構，深刻理解并踐行綠色經濟與循環(huán)經濟的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，同時強化生態(tài)責任的認識，構建人與自然和諧共處的良好態(tài)勢。

2.“熱力學第一定律”章節(jié)的主要內容包括“熱力學第一定律及其基本能量方程式”“開口系統(tǒng)的能量方程式”和“人體的能量平衡”。在講述熱力學第一定律及其基本能量方程式時，教師引入了三位有重大貢獻的科學家。第一位是邁爾醫(yī)生，他首次將熱學觀點用于研究有機世界。他在一次航行中給船員做手術時觀察到血液在不同地區(qū)呈現(xiàn)不同的顏色。通過分析，他認為食物中的化學能可以在機體中燃燒轉化為熱能。相較于溫帶地區(qū)，食物在熱帶地區(qū)由于燃燒過程減慢，耗氧量減少，殘留氧量增加。由此，他得出“能量是不滅的，而是可以轉化的、不可稱量的客體”。隨后，他發(fā)表了自己的觀點，更是在1845年的論文中寫道“無不能生有，有不能變無”。然而，當時的物理學界并不認同他的觀點。亥姆霍茲吸取了邁爾的經驗，通過實驗驗證了邁爾的觀點，并首次用數(shù)學公式將能量守恒定律表達出來。焦耳通過長達三十多年的實驗，測定了熱功當量。通過了解熱力學第一定律的歷史背景，學生可以學會辨識真?zhèn)危囵B(yǎng)“科學思辨”精神。亥姆霍茲和焦耳的故事也啟示學生，在科學探索的道路上需要堅持不懈和勇往直前的勇氣，堅定“不破樓蘭終不還”的決心。將來走上工作崗位時，學生應始終保持不畏困難的攻堅精神，尤其是在面對制約我國發(fā)展的“卡脖子”技術問題時，要勇于挑戰(zhàn)，堅持到底，不懼風險。

熱力學第一定律，也稱為能量守恒與轉化定律。它告訴我們第一類永動機（即不消耗任何形式的能量而對外做功的機械）的制造是不可能實現(xiàn)的。這個原理不僅是物理學的基礎，而且為我們在社會中的角色和責任提供了隱喻。作為國家的一員，我們享受著國家提供的福利，也有促進國家發(fā)展和民族復興的責任和義務。在這個比喻中，每個人可以被視為一個獨立的熱力系統(tǒng)，我們?yōu)閲业陌l(fā)展做出的貢獻，好比是系統(tǒng)對外做的功。根據熱力學第一定律，若要增加做功的量，就需要吸收更多的熱量（能量）。在這里，熱量可以比喻為科學文化知識。這啟發(fā)我們必須努力學習，不斷積累知識和智慧，為實現(xiàn)中國夢而貢獻力量。

3“.熱力學第二定律”章節(jié)涵蓋了“熱力學第二定律”“卡諾循環(huán)和多熱源可逆循環(huán)”“熵、熱力學第二定律的數(shù)學表達式”“孤立系統(tǒng)熵增原理”“能量貶值原理”和“”等九部分內容。熱力學第二定律闡明了與熱現(xiàn)象有關的各種過程進行的方向、條件以及限度。最基本且廣泛應用的表達形式是熱力學第二定律的克勞修斯說法。他從熱量傳遞的方向性角度出發(fā)，指出熱量不可能自發(fā)地、無代價地從低溫物體傳至高溫物體。這種“自發(fā)”過程具有一定的“方向性”，屬于不可逆過程。這就提醒學生“盛年不重來，一日難再晨。及時當勉勵，歲月不待人”，莫要“少壯不努力，老大徒傷悲”。

在講解卡諾循環(huán)時，教師以評價“熱機工作性能的經濟性指標——熱效率”為切入點。熱效率表示為功量與吸熱量的比值，功相對于熱量是品質較高的能量，熱效率本質上反映了熱機“收益”與“付出代價”之比。熱機的熱效率實際上蘊含著兩個重要的人生哲理，一是沒有付出就沒有回報，正如張衡所說“人生在勤，不索何獲？”。二是人生觀與價值觀。具體而言，國家在發(fā)展，社會在進步，我們每個人想要獲得一個比較好的待遇、生活，就必須對這個社會做出一定的貢獻。只有每個人懂得貢獻，才能使社會更加穩(wěn)定，物質更加豐富，我們才能得到更多的回報，達到良性循環(huán)。鐘南山院士曾寄語學生，要“處理好小我和大我、處理好索取與奉獻”的關系。教師講解“熵”的相關內容時，熵之“殤”引發(fā)學生哲學思考。人在面臨挫折的時候，往往會產生消極、壓抑的情緒。情緒的出現(xiàn)本質上就是一種“熵增”現(xiàn)象。根據熵的物理含義，熵在某種程度上表示混亂度。若面對苦難焦慮時自我逃避、自我封閉并沉浸其中，我們則會身處于孤立系統(tǒng)狀態(tài)，“殤”會一直增大，不好的情緒會被持續(xù)放大（混亂度增大），最終迷失自我。因此，教師從“熵”的角度教導學生面對苦難挫折產生不良情緒時，要勇于反抗降低混亂度，即“熵減”行為。

4.“氣體動力循環(huán)”章節(jié)深入探討了不同氣體動力裝置的特性及能量轉換規(guī)律，并分析了影響這些裝置熱效率和經濟性的熱力學本質。在教學中，教師除了傳授基礎理論知識，特別要強調近年來中國在燃氣輪機領域取得的最新成就。2023年，中國航發(fā)“太行110”重型燃氣輪機（代號AGT-110）完成了產品驗證鑒定，填補了國內在110兆瓦功率等級產品的空白，標志著國產重型燃氣輪機向商業(yè)化應用邁出了關鍵一步[12]。重型燃氣輪機是工業(yè)領域的核心技術，盡管我國在此領域取得了顯著進步，與國際先進技術相比仍存在一定差距。因此，教師在教學中鼓勵學生奮發(fā)圖強，激發(fā)學生的使命感和創(chuàng)新意識。同時，教師在介紹航空發(fā)動機部分，突出介紹了錢學森院士、徐建中院士、吳仲華院士等科學家為我國航空領域發(fā)展所作出的杰出貢獻，弘揚他們無私奉獻、勇于創(chuàng)新的“大國工匠”精神。這一教學內容旨在培養(yǎng)學生擔負起推動我國從制造大國向制造強國轉型的使命與責任。

除了上述提到的知識點蘊含思政元素外，“工程熱力學”課程的教學內容中還有很多涉及家國情懷、節(jié)能減排、人生哲理等元素。例如，實際氣體狀態(tài)方程“馬丁－侯方程”就是由侯虞鈞教授與美國科學家合作提出，后又單獨對其改進。侯教授放棄國外優(yōu)渥待遇，選擇回國任教，為國家建設作出了重大貢獻。他的行為激勵學生樹立了“科學無國界，但科學家有祖國”的理念。在講解如再熱、回熱、熱電聯(lián)產和熱電冷聯(lián)產等提高能量利用率的措施時，教師引導學生認識到燃料燃燒產生的熱量中有超過一半無法被利用，從而培養(yǎng)學生的節(jié)能意識。

工程熱力學教學內容中也蘊含不同的人生哲理。例如，氣體壓縮蘊含著“有壓力才會有動力”的道理；水的定壓加熱氣化過程可讓學生懂得“不積跬步，無以至千里”；理想混合氣體部分讓學生明白總的時間有限，要善于合理分配時間，切勿浪費光陰；熵增原理告訴學生“果上隨緣，因上努力”；壓氣機的工作原理教導學生“條條道路通羅馬”，要實現(xiàn)預定目標，可選擇不同的路徑。這些內容的融合，不僅豐富了學生的專業(yè)知識，而且樹立了他們的人生觀和價值觀。

四、結束語

本文闡述了“工程熱力學”課程德育教育的作用，對課程知識點蘊含的思政元素進行了充分梳理，將可持續(xù)發(fā)展觀、中國特色社會主義“四個自信”、科學思辨精神、社會主義核心價值觀、“大國工匠”精神、家國情懷以及不畏難的攻堅精神等思政元素有機融入課程教學內容之中。課程內容與思政元素的有機統(tǒng)一，不僅培養(yǎng)學生的專業(yè)知識和技能，而且培養(yǎng)學生的愛國精神、社會責任感、使命感，以期實現(xiàn)“三全育人”目標。