工程熱力學課程思政的探索與實踐

劉 龍，時 偉，王海英，徐振軍，江 波

（1.青島理工大學，山東 青島 266520；2.青島農業大學，山東 青島 266109）

工程熱力學是化工、能源、動力、機械等相關學科的專業基礎課，是研究熱功轉換規律和能量有效利用的科學；在學生學習專業理論基礎知識中的作用和地位是舉足輕重的，為學生畢業后解決實際工程問題和參與科學研究工作打下了理論基礎。本課程的教學設計應注重培養學生的創新思維和實踐能力。習近平總書記在2016 年全國高校思想政治工作會議上強調，“要用好課堂教學這個主渠道……使各類課程都要與思想政治理論課同向同行，形成協同效應。

立德樹人是教育的根本目的，本課程融入課堂思政，不但能把專業知識和人生哲理結合起來，而且更重要的是符合“新工科“的發展需求，體現了知識傳授與價值引領的教學內涵，是未來課程發展的趨勢。

在融入課堂思政的過程中，應摒棄“生搬硬套”“陳詞濫調”的思政方式，而適宜用一種“潤物細無聲“的方式進行無痕思政，例如可以用原創的詩詞，結合本課程的基本概念，解釋原理的同時進行課堂思政，既體現了文化自信，又潛移默化地影響了學生。

一、工程熱力學思政德育目標及表達方式

工程熱力學課程思政的德育目標主要有：培養學生正確的人生觀、文化自信、節能意識、批判精神、創新能力等，如圖1 所示；在教學過程中，不斷挖掘案例，實現對上述德育目標的有效支撐。

圖1 工程熱力學課程思政技術路線圖

為了實現無痕思政，目前用到的主要表達方式和實施手段有：（1）把專業中的原理上升到人生哲理的層面，再自創詩詞，用較為唯美的手段實現無痕思政，培養學生正確的人生觀、價值觀和世界觀；（2）將唯美的詩詞與工科較為枯燥的基本概念結合起來進行無痕思政，培養學生的文化自信；（3）將專業知識與生活常識相結合，培養學生的節能意識；（4）讓學生主動去分析國家出臺的一些能源政策，培養學生的批判意識；（5）不斷采用啟發式教學，與學生碰撞出創新火花，指導學生申請專利的同時指導學生參加科技創新比賽，培養學生的創新意識及實踐能力。

為了驗證思政的效果，隨時關注學生的平時表現和課下反饋，目的是查缺補漏，持續改進。應發揮學生的主觀能動性，例如培養學生的創新意識，不能只是一句空話，而應該落實到具體的項目上；學生提出具體問題，通過教師不斷指導，既能讓學生在解決問題的過程中得到鍛煉和成長，又能讓教師不斷積累教學素材，達到了教學相長的良性循環。

二、工程熱力學思政案例

（一）培養學生正確的人生觀

案例1：工程熱力學是研究熱功轉換的一門課程，動力循環是非常重要的一個章節。以“朗肯循環”為例，鍋爐內的水受熱蒸發，變成高溫高壓的過熱蒸汽，這是一個蓄能的過程；過熱蒸汽進入汽輪機發電，這是一個作功的過程。從這點出發可總結為，只有不斷積蓄力量才能厚積薄發。所有動力循環均具備這樣的特點。基于此，寫出十六字箴言，作為一個人生道理送給學生。

一念善惡，一線功熱；非善不教，無功不學。

簡單解釋一下：人的善惡在一念之間，環境溫度線把能量分為有用功和廢熱；只有善良的老師才能認真教學，也只有用功的學生才能刻苦學習。

（二）培養學生文化自信

將文科唯美的詩詞與工科的基本理論結合起來，能夠極大地提高學生的學習興趣，同時能培養學生的文化自信。

案例1：熱力學第二定律的實質與表述一節中，教材中給出了克勞修斯說法和開爾文普朗克說法。克勞修斯說法從傳熱的角度闡述了熱力過程具有方向性，而開爾文普朗克說法從熱變功的角度表達了能質不守恒的客觀定律。結合生活中的現象和專業中的應用，給學生講解熱力學第二定律的實質，為了加深學生的理解。除此之外，為了培養學生的文化自信，將詩詞與講課內容結合起來。

為了表達溫度自發地從高到低，可以用“日輪當午凝不去，萬國如在洪爐中”，可以提出問題：正午太陽高照的時候，為什么不說“萬國如在冰窖中”呢？

為了表達密度自發地從高到低，可以用表達氣味彌漫的詩句，例如“蛾兒雪柳黃金縷，笑語盈盈暗香去”或者“遙知不是雪，為有暗香來”，可以提出問題：詩人沒有看到梅花，但是聞到了梅花的香味，于是就能判斷出拐角處就是梅花，這香味的彌漫是不是密度自發地從高到低呢？

為了表達壓力自發地從高到低的現象，可以用“山回路轉不見君，雪上空留馬行處”。可以提出問題：馬蹄踏在雪地上，留下了馬蹄印，馬蹄印會自動恢復嗎？

為了表達能質不守恒，可以用“強弩之末，不能穿魯縞也”，可以提出問題，最開始強弩那么快的速度，到最后連紗巾都穿不透了，強弩的動能去哪里了呢？

案例2：在“濕空氣”一章中，會涉及露點溫度的概念，為了表達結露的原理，自創一首詩《詠露》，露宿野草尖，最耐五更寒。晴天何處去？扶搖上九天。這首詩除了表達結露的原理之外，還有另外一層含義，就是告訴學生們，不耐五更寒，怎么有機會上九天！年輕人，就是要不斷經歷風吹雨打，磨練自己吃苦耐勞的意志力，才能不斷成長，才能成為家之脊柱、國之棟梁！念念不忘，必有回響，唯美的課堂思政也得到了學生的積極響應，曾有學生寫詩反饋——《詠露》，源起一粒塵，凝水露成真。伴陽起輕舞，昊空流云痕。

（三）培養學生節能意識

在動力循環、制冷循環、卡諾循環、逆卡諾循環等章節，均涉及能量利用和熱功轉換，動力循環中有“熱效率”的概念，制冷循環中有“制冷系數”“制熱系數”的概念，都與節能相關。與實際生活巧妙結合后，可用來培養學生的節能意識。以蒸氣壓縮制冷循環為例，該章節會涉及提高制冷/制熱系數的方法，在講述時，可以提出一句口號：“給國家省點電，給自己省點錢”。講述時可以提出以下問題供學生思考：“夏天開啟空調制冷，房間內既可以設置26℃，也可以設置20℃，哪個更節能呢？冬天開啟空調制熱，房間內既可以設置18℃，也可以設置24℃，哪個更節能呢？”然后再結合壓焓圖講述原理，讓學生從節能的角度明白，夏天不宜將房間內溫度設置過低，冬天不宜將房間內溫度設置過高。

（四）培養學生批判意識

讓學生運用所學知識，經過理性思考后，對社會各種現象做出正確判斷，培養學生的思辨能力和獨立思考的能力，反對“唯教材論”“唯專家論”。

案例1：熵方程一節，重點介紹熵產，像溫差傳熱，是典型的不可逆過程，也存在熵產，存在作功能力損失。于是引發學生思考“煤改氣”的政策是否合理呢？從保護環境，治理霧霾的角度講，“煤改氣”的政策是合理的。但是從能量利用的角度來分析，燃氣燃燒溫度高，產生的熱水溫度低，傳熱溫差極大，所以熵產大，作功能力的損失大，存在極大的能級浪費。接著提出問題“如何合理使用燃氣呢”，進而提出“冷、熱、電”三聯供的概念。這個案例不僅可以培養學生的批判意識，還能讓學生找到解決問題的途徑。

案例2：“熱泵”一節講完后，提出問題“國家出臺的煤改電政策是否合理呢？假如這個電的來源是火力發電，而熱電廠的熱效率一般在40%，用電去供暖，會不會造成更大的能量浪費呢？”然后與學生展開討論，當空氣源熱泵的制熱系數＞2.5 時，就不會造成更多的能量浪費，因此“煤改電”是合理的。

（五）培養學生的創新意識

課堂內容與指導學生參加科技創新比賽的項目結合起來，不但能加深學生對課堂知識的理解，更能體現學以致用的思想。舉例：濕空氣熱濕處理一節中，濕空氣受熱后，相對濕度降低，可用來干燥物體；而當物體表面溫度低于露點溫度時，可冷卻除濕。課程內容講述完以后，向學生提出啟發性問題：“如何干燥消防水帶呢？”把17 級學生申報的“一種基于熱泵的消防水帶干燥裝置”的專利介紹給學生，以此來激發學生們的創新熱情，通過撰寫專利、參加比賽等方式，鍛煉學生們撰寫專利的能力、團隊合作的能力、撰寫項目申報書的能力、制作實物模型的能力等。到目前為止，累計授權實用新型專利10 余項，包括一種負壓烘干機（14 級學生）、一種太陽能和燃氣壁掛爐耦合應用的供暖系統（15 級學生）、一種基于硅膠的太陽能、電能輔熱的消防水帶干燥裝置（16級學生）、一種溶液除濕蒸發冷卻系統（17 級學生）；累計獲得國家節能減排大賽三等獎4 次，獲得山東省大學生“互聯網+”比賽銀獎1 次。學生發揮主觀能動性才是創新的源動力；歷年學生的作品都可以作為來年授課的素材，真正達到了教學相長的效果。

三、結束語

本文結合工程熱力學的教學內容，總結出8 個案例，實現對5 個德育目標的有效支撐；提出了使用原創詩詞進行思政的方法，培養學生正確的人生觀；將唯美的詩詞與工科較為枯燥的基本概念結合起來進行無痕思政，培養學生的文化自信；將日常生活與專業結合起來，培養學生的節能意識；將國家相關的能源政策與課程內容結合起來，培養學生的批判意識；提出啟發性問題，采用申報專利、參加科技創新比賽等方式，培養學生的創新能力。

工程熱力學中可挖掘的思政元素很多，方式方法也更加多樣。本文中提到的方式方法滿足新工科一流課程的建設要求，且具有普適性，適合在專業基礎課和專業核心課中推廣。隨著思政素材的逐年積累，可以不斷改進思政案例和完善思政內容。