“雙碳”背景下傳熱學課程思政教育教學改革研究

許亞兵　賈明正　吳依靜

摘 要：2020年9月22日，我國首次提出了2030年實現碳達峰、2060年實現碳中和的目標。這對于能源專業的必修課程——傳熱學來說提出了新的要求。文章以傳熱學為例，以“雙碳”目標為切入點，討論在當前形勢下，無論是在理論課程還是實驗課程，教師都需要加強課程思政意識，通過引入能源環保、國家安全、危機意識、融合創新、可持續發展等話題，切實提高學生的思想道德素質和思想政治水平，促進學生全面發展壯大。

關鍵詞：雙碳 傳熱學 理論課程 實驗課程 能源環保

1 前言

在過去的200年里，人類已經向大氣中排放了數萬億噸二氧化碳[1]。碳排放受經濟發展、產業結構、能源使用、技術水平等諸多因素影響，根據國際能源署（IEA）的數據顯示：能源行業的碳排放量約占全球碳排放總量的40%左右，主要包括石油、天然氣和煤炭等化石燃料的開采、生產和使用；交通運輸行業的碳排放量約占全球總排放量的24%，主要來自公路、航空、海運和鐵路運輸等[2]；工業制造業的碳排放量約占全球總排放量的22%，主要涉及鋼鐵、水泥、化學工業、建筑材料和紡織業等領域。大量二氧化碳排放至大氣中，如同給地球披上了一件厚厚的“棉襖”，且引發溫室效應、臭氧層空洞等一系列問題，對全球氣候產生前所未有的影響，嚴重破壞了全球生態平衡，這已成為制約人類可持續發展的重大挑戰之一。

在此背景下，中國宣布2030年實現碳達峰、2060年實現碳中和的宏偉目標。“雙碳”目標的提出，充分彰顯了我國積極應對氣候變化、推動綠色低碳發展道路、促進全人類共同發展的堅定決心[3]。當前我國一次能源中，85%仍依賴于化石能源，每年大約排放98億噸的碳，占全社會碳排放總量的近90%[4]。因此，要實現“雙碳”目標，關鍵在于提高能源利用效率、控制碳排放量，根本解決之道在于轉變能源發展方式。

傳熱學作為能源專業的必修課程之一，主要研究熱量在物質中傳遞的科學，其在能源系統的設計、優化和碳排放控制方面發揮著重要作用。這同我國提出的“雙碳”目標高度契合。通過對傳熱學的學習研究和應用可以促進能源系統的低碳化和碳排放的減少，為實現雙碳目標提供技術支持和解決方案。2020年5月，教育部印發《高等學校課程思政建設指導綱要》，綱要明確提出，在理工科專業的課程教學中，應將馬克思主義立場、觀點和方法的教育同科學精神的培養相結合，不斷提高學生正確認識、分析和解決問題的能力，持續培養學生探索未知、追求真理、勇攀科學高峰的責任感和使命感，充分激發學生獻身國家科技事業的情懷和使命感[5]。

本文以傳熱學為例，以“雙碳”目標為切入點，討論在當前形勢下，如何將課程思政與傳熱學教學有機結合起來。

2 “傳熱學”課程思政教學現狀

“傳熱學”課程主要涉及理論課程、實驗課程兩方面內容。其中理論課程主要包括傳熱學的基本概念、基本原理和基本計算方法，旨在使學生深刻理解傳熱學并具備應用能力；實驗課程主要講授傳熱學理論的實際應用和實驗技術，通過傳熱學實驗課程，學生能夠將傳熱學理論應用到實際操作中，提高觀察和分析傳熱現象的能力，培養實驗設計和數據處理的技能，從而更好地理解和掌握傳熱學的實際應用。除此之外，為了深入理解傳熱學知識、提高工程實踐能力以及適應工程發展的需要，往往在課后給同學們推薦幾款熱力學仿真軟件供大家自行學習，如fluent等。

2.1 理論課課程思政教學現狀

隨著國家對思政教育的重視力度不斷加大，我校也持續積極響應，不斷強調要將課程思政融入到日常教學活動中去，此外，還會組織相關活動，如課程思政教學技能大賽等。目前我校講授傳熱學的老師均為工科類專業出身，其自身在學生時期學習期間，更側重于專業理論的學習，因此在思政教育方面的素養和能力可能相對較弱。因此當其走上工作崗位后，由于慣性，在理論教學中延續了專注于傳授專業知識和技能，缺乏對思政教育方法和內容的充分了解和重視，導致思政教育效果收到限制；還有部分老師在傳熱學理論課融入思政元素時，只是簡單地講授一些基本的國情或社會道德知識，缺乏深度和廣度，難以引起學生的興趣和思考；此外，還有一些老師在將思政元素融入課堂過程中，缺乏有效的互動，導致學生的參與度較低，使學生難以感受到思政教育對傳熱學理論知識的指導和引領作用。

2.2 實驗課課程思政教學現狀

目前，課程思政與課程的融入多數體現在理論課程上，而在實驗課程中，實驗內容與思政元素融合的效果卻并不理想。由于我校教師部分為企業人員轉型而來，還有部分老師為應屆畢業生，這些老師本身缺乏相關的教學資源和培訓指導，對于實驗課程中思政教育的理解和運用仍然不夠深入；此外，實驗中融入的思政元素往往只是簡單地引用一些名言、典故或道德典范，而并沒有緊跟時事發展和國家、社會需求等，這可能導致學生對于思政教育的重要性和內涵產生疲勞感，也無法在實驗課程思政中獲得更多的收獲和發展。

3 “傳熱學”課程思政設計思路

在新時代“雙碳”背景下，“傳熱學”融入課程思政應始終以貫徹落實立德樹人的根本任務為出發點，培養學生的社會主義核心價值觀和中國特色社會主義理論體系[6]。在學生的思想道德教育中貫徹綠色發展理念和可持續發展觀念，培養學生積極參與到環保和低碳行動中去的意識和行動能力，為實現“雙碳”目標培養更多的具有環保意識和責任感的未來公民。

3.1 “傳熱學”理論課課程思政設計思路

在講授熱能傳遞的三種基本方式時，引入當下一直被國人關注的芯片問題。2023年10月，華為發布了一項芯片封裝技術。為了提高散熱性能，華為的專利技術將熱界面材料（TIM）的厚度控制得更小，從而降低了熱阻，實現了熱性能的改進。該技術不僅適用于CPU、GPU等常見的處理器，還適用于FPGA、ASIC等其他類型的芯片。引入該案例，能夠讓同學們深深感受到在華為依然被美國制裁的今天，同學們應將自己的學業和國家的命運緊緊聯系起來，時刻關注國際形勢、關注國家戰略并強化愛國意識，學習相關知識和技能、積極參與科研和創新，為國家的未來發展做出積極貢獻。

在講授提高傳熱效率的措施和方法時，和當下熱門的話題“雙碳”結合起來，確保高傳熱效率是實現雙碳目標的重要步驟之一。在此，筆者在授課過程中給同學們舉了一組數據：以燃煤鍋爐為例，一般的熱效率可以達到70%-80%左右。如果將熱效率提升1%，即從75%提升至76%，可以獲得約2%的能源節約和減少相應的碳排放。具體來說，假設該鍋爐每天燃燒10噸煤，熱值為5500千卡/千克，每噸煤排放的二氧化碳為2.6噸，那么每提升1%的熱效率，可以節約大約0.2噸的煤，減少約0.52噸的二氧化碳排放。因此，同學們在學習專業課程過程中，要注意將傳熱學與雙碳目標緊密結合，培養、提高學生的環保意識和創新能力，為未來工程技術的可持續發展奠定堅實的基礎。這不但符合當前社會對工程技術人才的需求，也是培養適應未來社會發展需要的重要舉措。

在講授換熱器的應用場合時，除了舉例傳統的空調系統、電力行業、石油化工、食品行業等領域外，筆者還引入醫學領域——人工肺的例子，在人工肺中，傳熱學起著非常重要的作用，人工肺需要模擬自然肺的氣體交換功能，包括將氧氣輸送到血液中并將二氧化碳從血液中排出，這就需要在人工肺內部進行有效的氣體和血液之間的傳熱和傳質過程。比如上海交通大學就成立了生物醫學工程學院生物傳熱傳質實驗室，通過生、醫、工融合交叉，致力于熱物理和生物學的跨學科研究，探尋重大疾病的診療新技術。由此使同學們明白，在新形勢下，沒有一門學科是孤立存在的，跨學科發展才是未來課程的方向標，因此同學們應積極開闊自己的學科視野，探索各學科之間的交叉點，并自發地參與跨學科學習與合作，以此培養創新思維和解決問題的能力，為以后的學習和職業發展打下堅實的基礎。

3.2 “傳熱學”實驗課課程思政設計思路

傳熱學實驗課程的重要性在于能夠幫助學生深入理解傳熱學理論，掌握能源轉換效率、清潔能源開發和環保意識方面的關鍵知識和技能，為實現“雙碳”目標貢獻力量。

在穩態平板法測定材料導熱系數實驗中，主要采用穩態導熱過程的原理，來測定材料導熱系數和溫度的關系。在該實驗進行過程中，需要仔細檢查各接線電路并聯接，尤其是加熱器電源接線及測溫熱電偶的導線要接到配電箱對應的接線端子上，如果接線端子未擰緊或接線聯接錯誤不僅會造成測量誤差較大，甚至引起安全事故的發生。并以此為契機，向同學們講述了2020年南京龍超金屬制造科技有限公司發生的一起觸電事故，該事故原因為一根導熱棒電源接線從接頭處包扎的絕緣膠帶中斷開，員工在對電源接線進行檢查時，左手直接觸碰到導熱管從電氣控制柜（電氣柜動力電源為380V）引出的電源接線帶電裸露接頭部位，隨即觸電倒地身亡。由此來告誡學生，在實驗過程中，細心和謹慎是必備素質，《說苑·敬慎》中提到：患生于所忽，禍起于細微。尤其是是在實現“雙碳”目標的進程中，要確保“穩中求進”，穩中求進和安全是相輔相成的。當然，所謂安全不僅僅值得是個人生命財產收到損害，更重要是國家的能源安全、環境安全、經濟安全、地緣政治安全及社會穩定等。作為熱工專業學生而言，要從我做起，培養安全意識，并能夠警覺和預見潛在風險，采取相應防范和對應措施，對自己負責，對國家負責！

在換熱器綜合性能測定實驗中，通過對不同結構換熱器的傳熱性能進行測量，并對其進行比較分析，同學們會發現換熱器形式、介質狀態、溫度以及流動方式不同，其傳熱系數、傳熱溫差及熱平衡誤差均存在差異。因此，在實際應用中，需要綜合考慮，合理選擇和管理換熱器。在此，結合“雙碳”背景，提醒同學們，為了實現可持續發展和“雙碳”目標，大家更應該關注“雙碳”目標的關鍵問題，古人云：提綱而眾目張，振領而群毛理。抓住主要矛盾對于實現可持續發展和雙碳目標至關重要，它可以幫助我們聚焦關鍵問題，優化資源利用，制定有效政策，解決制約因素，最大化效果，推動可持續發展進程。在能源領域，主要問題通常涉及能源供需平衡、能源轉換效率以及碳排放等方面的矛盾。因此必須通過科學規劃、技術創新和政策支持，針對主要矛盾采取有針對性的措施，優化能源結構、提高能源利用效率，推動可持續發展和雙碳目標的實現。

4 總結

歐盟外交與安全政策高級代表何塞普·博雷利·豐特列斯說過：“如果言語能付諸行動的話，中國要在2060年前實現碳中和這項宣布將成為應對氣候變化的轉折點。”[7]作為能源領域的重要基礎學科，在“雙碳”背景下，無論是在理論課程還是實驗課程，教師都需要加強課程思政意識，通過引入能源環保、國家安全、危機意識、融合創新、可持續發展等話題，有效提升學生的思想道德素質和課程思政水平，促進他們全面發展和成長。

參考文獻：

[1]王文蔚，王祖明，王祖敏.城鎮化與能源和生態環境[C].浙江省科協，上海市科協，江蘇省科協.推進能源生產和消費革命——第十屆長三角能源論壇論文集.江蘇海安新能源商會;中國人壽海安支公司;南京東華汽車裝備有限公司，2013：5.

[2]陳影.國際碳減排機制下我國海運業低碳發展SD模型[D].大連：大連海事大學，2015.

[3]劉萬波.“雙碳”目標下煤炭企業高質量發展路徑思考[J].中國煤炭工業，2022（05）：12-14.

[4]楊明珍.關于碳達峰碳中和目標的實現路徑探索[J].皮革制作與環保科技，2022，3（02）：178-179.

[5]于麗敏，潘柯宇，郭家瑞，等.基于“課程思政”理念的工科專業課程教學方法研究——以新能源材料概論課程為例[J].商丘師范學院學報，2022，38（09）：94-96.

[6]賈振霞.社會主義核心價值觀融入高職思政課理論教學探析——以《概論》教材為例[J].新西部（理論版），2016（22）：166-167.

[7]鈕松.中東亂局持久化背景下歐盟中東戰略的調整及困境[J].當代世界，2020（03）：19-25.DOI：10.19422/j.cnki.ddsj.2020.03.003.