傳熱學課程思政融入設計與實踐

云南農業大學機電工程學院 郭智群 馬彥花 和 婷

《高等學校課程思政建設指導綱要》提出，實施專業課課程思政，使各類課程與思想政治理論課同向同行，為落實立德樹人根本任務提供思想政治保障。傳熱學是能源與動力工程專業的核心基礎課程之一，能夠為后續鍋爐原理和制冷原理等課程的學習奠定理論基礎。課程內容嚴謹深刻、邏輯性強，根據課程體系在課程中添加思政教育環節，提煉出精益求精的工匠精神、嚴謹科學的治學態度、高尚的愛國情操、人類命運共同體意識等方面思政元素，不僅有助于培養學生知識學習能力，而且有益于對學生進行思想引導和價值塑造，潛移默化地達到育人目標。本文根據課程教學目標，對傳熱學課程思政元素深入發掘，充分融入課程教學內容，通過教學實踐對傳熱學課程思政實施過程及育人成效進行分析和總結。

一、教學目標與課程思政

傳熱學課程需要具備高等數學、流體力學和工程熱力學等課程作為先修課程，課程具有理論與工程實踐結合緊密、公式圖表較多、計算難等特點。課程教學目標為，知識目標：掌握熱能傳遞三種方式的基本理論；能夠應用數學分析理論和傳熱學基本原理，對傳熱過程進行分析、建模和表達，并能對溫度場和傳熱熱流量進行計算求解，以獲得合理有效的結論。能力目標：具備綜合運用傳熱學基本原理對工程實際傳熱問題進行系統分析、計算和實驗方案設計的能力。具備自主學習的理念，有持續學習和調適發展的能力。素質目標：能夠在人類命運共同體框架下就傳熱問題的解決方案對社會、環境、可持續發展和安全等方面的影響進行分析理解和溝通交流，具有良好的創新意識和團隊精神。

基于課程目標，教學團隊圍繞政治認同、優秀傳統文化素養、家國情懷和責任感、使命感等優化課程思政內容供給，逐步建立對傳熱學課程育人的認知和理解，堅持知識傳授和價值引領相統一，將課程思政教育元素與時俱進融入課程教學大綱，并在課程教學中進行全面實踐和持續改進。做好學生的思想引領、價值塑造，讓學生成為全面發展的能源人才。2020年傳熱學課程被列入校課程思政示范課培育項目，2021年傳熱學課程被列為學校一流本科課程。

二、課程思政元素挖掘與融入

深入挖掘適宜的思政元素有機融入課程內容對于課程思政教學改革至關重要。如果所挖掘的思政案例生搬硬套無法滲透“傳熱學”知識體系，將會使課程思政教學效果大打折扣。在教學過程中應深入考慮傳熱學課程思維方式和思政內涵，正確充分挖掘教材與課程中所蘊含的隱性思政元素。

（一）堅定科學精神與家國情懷

傳熱學課程涉及導熱、對流及輻射三種熱能傳遞方式，基本定律和圖表多，理論性較強，推導計算抽象復雜，學生存在畏難和厭學心理。在教學中通過講述傳熱學曲折前進的發展歷史，傅里葉、普朗特和基爾霍夫等科學家不斷探索百折不撓的科學研究精神，培養學生見賢思齊、學習科學家潛心學術求實進取的精神。課程教材選用“十二五”普通高等教育本科國家級規劃教材、陶文銓編著的《傳熱學（第五版）》。陶文銓院士是交通大學西遷后首批奔赴祖國西部報到的本科生，課上為學生播放陶文銓院士的采訪視頻，使學生深刻感受陶院士弘揚傳統、艱苦創業的西遷精神和胸懷大局、無私奉獻的愛國情操。

導熱部分教學中講解“保溫材料”的界定與發展，一般將導熱系數小的材料稱為保溫材料，其界定值與各國保溫材料生產與節能技術水平有關。20世紀50年代，我國取值為0.23W／（m·K），80年代取值降低為0.14W／（m·K），2008年的國家標準中界定值減小到0.08W／（m·K）。近年來隨著納米技術的發展，納米多孔材料的有效導熱系數低至0.02W／（m·K）以下。這些數據背后是一代又一代能源人繼往開來的杰出貢獻，也是我國節能減排事業蒸蒸日上的有力佐證。通過這樣的思政案例，不僅可以使學生體會到中國的高速發展與守正創新，提升民族自豪感，還能促使將個人發展與祖國命運緊緊聯系的使命感和責任感，克服畏難情緒，從而提升對傳熱學的學習興趣和內驅力。

（二）滲透唯物辯證法

唯物辯證法是思政教育的核心內容之一，傳熱學課程中熱能傳遞規律與唯物辯證法相互印證。發掘傳熱學課程所隱含的唯物辯證法理論，推進傳熱學課程與思想政治課程同向同行，能夠幫助學生鞏固唯物辯證法邏輯思維體系，深刻認識并尊重自然發展規律。

歷史上外掠平板湍流對流傳熱關聯式曾利用“比擬理論”，通過比較容易測定的湍流阻力來推導得到。比擬理論充分詮釋了唯物辯證法“世界是普遍聯系的”這一重要內容。故在對流換熱教學中，講述流體外掠平板傳熱時強調比擬理論的定義及應用，使學生加深對動量方程和能量方程內涵的理解與掌握，還能夠進一步內化馬克思主義“聯系的普遍性”理論。讓學生懂得面對復雜情況時，要運用普遍聯系的觀點看待問題，善于總結規律進而舉一反三。

唯物辯證法指出，矛盾普遍存在，任何事物都由對立統一的矛盾構成。要善于一分為二利用矛盾分析法來處理矛盾。傳熱過程的分析和計算這一章節中，啟發式教學引導學生思考：圓管外敷設保溫層和圓管外增加肋片都使外表面積增加，即增加了導熱熱阻而降低了表面對流傳熱熱阻，為什么一般情況下增加肋片可以強化換熱，但敷設保溫層卻削弱換熱？其原因是增加表面積后所引起的對流熱阻減小量與導熱熱阻增加量的相對大小，改變程度較大的熱阻就是矛盾的主要方面，而改變程度較小的則屬于次要方面。保溫層多由導熱系數較低的保溫材料組成，外徑的增加使得換熱面積增大，因此對流換熱熱阻減小程度遠小于導熱熱阻增大程度，于是總熱阻增加達到削弱傳熱的目的。相反，肋片多由導熱系數較高的金屬制成，總的熱阻顯著低于光滑管。講述過程中要循循善誘，使學生明白在處理某個矛盾時，要清楚辨識矛盾的主次兩個方面，不能均衡用力，而要有的放矢、兩點兼顧。

（三）弘揚中國優秀傳統文化，增強文化自信

中國優秀傳統文化要走入當下，走向未來，要使優秀傳統文化浸潤人心，豐富人們的內涵，增強學生文化自信，就要做創造性的轉換。古詩詞是我國和民族勞動、生活的精神產物，是人們為之驕傲的精神力量，傳熱學課程中創新地引入中國古詩詞是一種嶄新的探索。在講授凝結換熱時帶領學生一起賞析古詩《夏日南亭懷辛大》。這首詩抒發了詩人對老友的懷念之情，其中的情境描寫“竹露滴清響”意為竹葉輕輕滴下露珠發出清響。這句詩將水蒸氣與低于飽和溫度的竹葉壁面接觸時形成凝結傳熱現象，以及凝結液匯聚滴落的情形描述得詩意靈動，形象逼真，與前文“山光落”和“池月上”刻畫出來夏日傍晚太陽輻射降低，溫度下降相呼應，真實而唯美地勾勒出夏夜的美好景致。引導學生以強大的文化自信作為個人奮斗的基礎動力，從生活中、詩詞中體會凝結傳熱的現象，在古詩詞的熏陶下逐步形成傳熱學獨有的美學欣賞。

（四）樹立“節約減排”的工程倫理

近年來全球能源供需矛盾突出，我國也一度出現能源區域性、時段性供應緊張情況。提高能源利用效率是維護我國現階段能源供需平衡的重要手段。習近平總書記在第75屆聯合國大會一般性辯論上提出了“雙碳”目標，即CO2排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和。因此通過傳熱學的學習要培養學生將來從業過程中具備“節能減排”的工程倫理。通過典型一維穩態導熱的講授，應使學生認識到工程應用中減少熱損失的重要性，合理增厚保溫層能夠削弱傳熱，減少不可逆損失，節約能源，使學生在進行熱能開發利用和設計過程中篤行愛國敬業精神，樹立“節能”的思想理念。學習輻射換熱后，課堂討論導致全球變暖的原因。引導學生明確，當工業發展所排放的大量CO2和CFCs等對紅外波段輻射具有一定吸收率的氣體聚集在地球外圍時，這些“溫室氣體”不會阻擋太陽對地球發出的短波輻射，但會使地球發出的長波輻射無法散發到宇宙空間，從而致使地球表面的溫度隨之升高形成“溫室效應”，嚴重威脅動植物和人類的生存發展。告誡學生應當在人類命運共同體的框架下掌握溫室效應概念及防治措施，牢固樹立“減排”的環保意識，幫助學生養成節能減排、低碳出行、綠色生活的良好習慣，提升能源學子的責任感與使命感。

三、課程思政育人成效

要達到課程思政教育效果，依賴于學生對課程思政案例的認知和理解，因此傳熱學課程注重學生參與教學管理，包括課程思政內容挖掘與融入形式探討，選取大學生接受度較高且符合課程思政教育目標的案例和內容作為課程思政元素，最后由學生參與課程思政成效的觀察、測評與調查反饋等。

通過對傳熱學授課對象進行課程思政滿意度問卷調查，結果表明在課程思政作用上，43%的學生認為課程思政能加深自身對社會主義核心價值觀的理解及對傳熱學工程應用的思考有很好的促進作用，45%的學生認為有部分促進作用，只有2%的學生認為課程思政可有可無，沒有明顯促進作用。通過課程思政潛移默化的影響，32%的學生意識到需要理論聯系實際，解決熱量傳遞問題；35.71%的學生意識到“節能減排”的工程倫理，能夠理解國家能源發展戰略，樹立節能環保的理念；15.48%的學生認為強化鞏固了唯物主義辯證法基本理論；13.1%的學生意識到抓住主要矛盾的方法論可以幫助解決很多工程及實際問題；只有3.57%的學生沒有意識到課程思政傳遞的價值理念。在學習收獲和感悟上，100%的學生對課程中穿插思政元素感覺到有收獲，其中，8%的學生認為課程思政可以更好地理解傳熱學內容；23%的學生表示能夠激發自己學習的興趣；15%的學生認為課程思政能夠在生活中指導自己的行為；8%的學生認為課程思政增強了民族榮譽感和歸屬感；46%的學生覺得課程思政的融入能夠了解時事并與傳熱學聯系。從問卷調查和走訪調研可以看出，融入課程思政進行課程實踐后，不僅學生學習興趣顯著提升，而且增強了民族自豪感和自信心，有效樹立了“節能減排”的發展理念，較好推進了協同育人的實質效果，傳熱學課程思政逐步構建出知識傳授、能力培養和價值引領相統一的課程體系。

四、結語

課程思政的宗旨是將專業知識傳授、個人能力培養、價值取向引導和思想道德引領自然結合起來，形成較為系統化的育人機制，從而解決好立德樹人的根本問題。通過傳熱學課程思政建設實踐得到以下經驗：第一，學生的認知水平與接受規律是呈現課程思政成效的基礎。貼近學生、貼近實際生活的思政元素，以及呼應已經學習過的思政課程內容更容易被學生接受和吸收。牽強附會或超出學生認知，容易使學生一知半解、不得要領，喪失對課程思政內容的興趣，達不到教學目標。第二，深入挖掘專業知識思政內涵是提升思政效果的關鍵。從調查問卷和走訪調研情況來看，所挖掘的課程思政案例不僅利于加深學生對專業課內容的理解，而且有助于學生從挖掘出的思政內涵獲益，得到正能量的價值和理念，獲得奮發向上積極進取的內驅力，收獲“節能減排”的職業準則和工程倫理，感受優秀傳統文化的熏陶。第三，專業課教師的思政敏感程度是進行課程思政建設的保障。教師自身對思政要素的透徹領悟，能夠巧妙熟練駕馭思政案例并靈活穿插在課程內容中，對于課程思政的課堂組織和實施來說非常重要。否則即使課程蘊含數量可觀的思政案例，囿于教師思政理解力和教育方法的限制，課程思政也難以取得預期效果。激活教師思政思路，加強課程思政建設，才能更好促進學生成長成才。