《傳熱學(xué)》課程思政教學(xué)探索與實(shí)踐

張墨　唐愛坤　邵霞　張彭崗

為了把思想政治教育貫穿人才培養(yǎng)體系，全面推進(jìn)高校課程思政建設(shè)，發(fā)揮好每門課程的育人作用，提高高校人才培養(yǎng)質(zhì)量，2020年5月，教育部印發(fā)了《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》。該《綱要》指出，課程思政建設(shè)是全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要任務(wù)，以堅(jiān)定學(xué)生理想信念，以愛黨、愛國、愛社會主義為主線，圍繞政治認(rèn)同、家國情懷、文化素養(yǎng)等課程思政內(nèi)容，進(jìn)行中國特色社會主義教育、社會主義核心價(jià)值觀教育。《傳熱學(xué)》課程是能源與動(dòng)力類專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程，在專業(yè)培養(yǎng)體系和學(xué)生認(rèn)知體系中均具有重要作用，如何根據(jù)不同的專業(yè)方向和特色，深度挖掘提煉專業(yè)基礎(chǔ)知識體系中所蘊(yùn)含的思想價(jià)值和精神內(nèi)涵，科學(xué)合理拓展專業(yè)基礎(chǔ)課程的深度與廣度，增加課程的知識引領(lǐng)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力，我校《傳熱學(xué)》教學(xué)團(tuán)隊(duì)的老師們經(jīng)過不斷地學(xué)習(xí)與摸索，總結(jié)積累了一些課程思政建設(shè)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在這里與同行們進(jìn)行分享與探討。

1.精品教材建設(shè)

為了培養(yǎng)創(chuàng)新型卓越工程科技人才，高等學(xué)校要主動(dòng)服務(wù)國家戰(zhàn)略需求，主動(dòng)服務(wù)行業(yè)企業(yè)需求，加快建設(shè)發(fā)展新工科，探索形成中國特色、世界水平的工程教學(xué)體系，江蘇大學(xué)作為兩個(gè)主編單位之一，出版了“十三五”國家重點(diǎn)出版物出版規(guī)劃項(xiàng)目——現(xiàn)代機(jī)械工程系列精品教材《傳熱學(xué)》。該教材在內(nèi)容上既有廣度，又有深度，將傳熱數(shù)值解法由導(dǎo)熱領(lǐng)域拓展到了對流傳熱領(lǐng)域和輻射傳熱領(lǐng)域，同時(shí)又引入了大量傳熱學(xué)應(yīng)用的高新工程案例，例如熱管及其應(yīng)用，新型空冷傳熱技術(shù)，電動(dòng)汽車動(dòng)力電池組的熱管理，太陽能的熱利用，新型導(dǎo)熱和絕熱材料等。教材的優(yōu)化與改進(jìn)，不僅加深了課程知識體系的內(nèi)容，完善了人才培養(yǎng)方案，更加有利于思政目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生深入思考，激勵(lì)學(xué)生應(yīng)用課程所學(xué)解決工程實(shí)踐問題。

2.課程大綱修訂

我校能源與動(dòng)力工程專業(yè)正在準(zhǔn)備進(jìn)行專業(yè)認(rèn)證工作，《傳熱學(xué)》課程作為專業(yè)核心基礎(chǔ)課程，根據(jù)工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)提出的畢業(yè)要求，教學(xué)大綱作了相應(yīng)修訂，明確把課程思政作為首要課程目標(biāo)：能說明傳熱學(xué)在能源與動(dòng)力相關(guān)行業(yè)的應(yīng)用與發(fā)展?fàn)顩r，理解熱能的高效傳遞對于節(jié)約能源具有重要意義，認(rèn)識到目前溫度控制以及強(qiáng)化傳熱等領(lǐng)域存在的瓶頸和所面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，增強(qiáng)學(xué)生專業(yè)興趣，培養(yǎng)學(xué)生不懼困難勇于攻關(guān)的科學(xué)精神和嚴(yán)謹(jǐn)求真、勇于創(chuàng)新的科學(xué)態(tài)度，激發(fā)學(xué)生科技興國的家國情懷和使命擔(dān)當(dāng)。具體到章節(jié)內(nèi)容，明確把思政元素的融入寫進(jìn)了新的教學(xué)大綱，詳細(xì)內(nèi)容見下面思政融入點(diǎn)設(shè)計(jì)及教學(xué)案例部分。

3.思政融入設(shè)計(jì)

將思想政治教育融入專業(yè)教學(xué)，使各類課程與思政課程同向同行，將顯性教育和隱性教育相統(tǒng)一，寓價(jià)值觀引導(dǎo)于知識傳授和能力培養(yǎng)之中，形成協(xié)同效應(yīng)，幫助學(xué)生塑造正確的世界觀、人生觀、價(jià)值觀。本文結(jié)合《傳熱學(xué)》課程特點(diǎn)，經(jīng)過細(xì)心挖掘，實(shí)現(xiàn)思政元素與課程教學(xué)內(nèi)容的有機(jī)融合。

3.1矢志不移的家國情懷

傳熱學(xué)具有廣泛應(yīng)用的工程背景。傳熱學(xué)是研究熱量傳遞規(guī)律的一門學(xué)科，在能源、電力、冶金、動(dòng)力機(jī)械、石油、化工、低溫、建筑以及航空航天等許多工業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮著極其重要的作用，傳熱學(xué)理論發(fā)展歷程中的許多實(shí)例都體現(xiàn)了我國老一輩科技工作者對祖國的深厚情感。例如我國傳熱領(lǐng)域著名科學(xué)家陶文銓院士對于傳熱問題的數(shù)值解法作出了重要貢獻(xiàn)；我國著名物理學(xué)家過增元院士在熱流體科學(xué)、等離子體、微尺度傳熱等方面取得了巨大成就，在他們身上，個(gè)人對民族的歸屬感、認(rèn)同感、尊嚴(yán)感與榮譽(yù)感實(shí)現(xiàn)了高度統(tǒng)一。通過聯(lián)系國家重大發(fā)展戰(zhàn)略，引導(dǎo)學(xué)生樹立把自己的理想同祖國的前途和民族的命運(yùn)緊密聯(lián)系在一起就是愛國，就是自我實(shí)現(xiàn)的人生觀價(jià)值觀。通過這些內(nèi)容的講解，使學(xué)生意識到在很多方面，我們必須要獨(dú)立自主，掌握核心技術(shù)，才能立于世界強(qiáng)國之林，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和為國奮斗的愛國情懷。

3.2科學(xué)探索和創(chuàng)新精神

傳熱學(xué)和國家新型戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)聯(lián)系密切，如新能源汽車動(dòng)力電池的熱失控防范、燃料電池?zé)峁芾硪约按蠊β视?jì)算機(jī)散熱等。能源與動(dòng)力工程中的傳熱問題，尤其是復(fù)雜問題必須通過深入細(xì)致地研究，花費(fèi)心思，竭力思索，才能達(dá)到解決問題的目的。眾所周知國外采取種種措施控制多項(xiàng)核心技術(shù)，制約中國的發(fā)展。例如燃煤發(fā)電廠冷卻散熱所使用的空冷島冷卻技術(shù)，早期被美國和德國所壟斷，僅設(shè)計(jì)費(fèi)就要支付幾千萬，就因?yàn)楫?dāng)時(shí)我國還做不出這樣的設(shè)備，他們故意抬高價(jià)格，面對這樣的困難，我國科研人員發(fā)奮圖強(qiáng)自主研發(fā)，很快就突破了這個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，解決了中國在這個(gè)領(lǐng)域的短板。本課程通過層層挖掘知識點(diǎn)中的勵(lì)志成分和理論成就背后的勵(lì)志故事，引導(dǎo)學(xué)生克服消極思想，敢于迎難而上，探究問題背后蘊(yùn)含的規(guī)律，努力突破理論瓶頸，培養(yǎng)學(xué)生不斷創(chuàng)新、勇攀高峰的科學(xué)精神，激發(fā)學(xué)生科技報(bào)國的使命感和責(zé)任感。

3.3節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境

傳熱學(xué)與節(jié)約能源緊密聯(lián)系，在電力、冶金、化工、建材等高能耗行業(yè)中熱能是能源的主要表現(xiàn)形式，約80%的熱量需要通過換熱器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。在教學(xué)活動(dòng)中將節(jié)約能源作為本門課程的一根突出主線，將如何實(shí)現(xiàn)高效傳熱與我國面臨的嚴(yán)峻能源形勢聯(lián)系起來，使學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識的同時(shí)，樹立起“節(jié)能減排”和“科技報(bào)國”的信念。由于大量企業(yè)使用含碳燃料，廢氣排放造成了環(huán)境污染和氣候惡化等問題，引導(dǎo)學(xué)生重視環(huán)境保護(hù)，把國家的前途和人民的幸福視作當(dāng)代中國青年必須承擔(dān)的重任，為減少碳排放，培養(yǎng)學(xué)生的節(jié)能意識和環(huán)保意識，為實(shí)現(xiàn)國家的雙碳目標(biāo)而努力奮斗。

4.教學(xué)案例探索

我校《傳熱學(xué)》課程思政建設(shè)一直秉承立德樹人的根本目標(biāo)，經(jīng)過團(tuán)隊(duì)全體教師的努力探索，堅(jiān)持將價(jià)值塑造、知識傳授和能力培養(yǎng)三者融為一體，幫助學(xué)生塑造正確的世界觀、人生觀和價(jià)值觀，努力培養(yǎng)全面發(fā)展的社會主義建設(shè)者和接班人。

4.1強(qiáng)化傳熱、節(jié)能減排，助力雙碳

熱量傳遞有三種方式，導(dǎo)熱、對流傳熱和輻射傳熱，在課堂教學(xué)過程中，針對每一種熱量傳遞方式進(jìn)行了深入學(xué)習(xí)以后，給學(xué)生布置拓展任務(wù)：在當(dāng)前國家雙碳背景下，如何實(shí)現(xiàn)其強(qiáng)化傳熱、節(jié)約能源的目的？學(xué)生們自由選題，課下分組進(jìn)行資料收集及學(xué)習(xí)，分工合作，回到課堂上進(jìn)行匯報(bào)和交流，通過這種翻轉(zhuǎn)課堂的形式，學(xué)生們在小組內(nèi)緊密配合，鍛煉了團(tuán)隊(duì)組織和協(xié)調(diào)能力；主動(dòng)學(xué)習(xí)和思考，集思廣益，尋求解決問題的方法和途徑；學(xué)生們走上講臺，展示小組的研究成果，鍛煉了在公共場合的表達(dá)能力；通過組間交流，互通有無，又將知識匯聚到一起，這種翻轉(zhuǎn)課堂進(jìn)行知識傳播的過程，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)課堂只有老師“一言堂”的效果。

學(xué)生們結(jié)合自己的專業(yè)方向和未來工作領(lǐng)域，討論了脈動(dòng)熱管、微納米疏水多孔介質(zhì)相變傳熱、離子風(fēng)散熱、超聲波傳熱、納米流體傳熱等新型強(qiáng)化傳熱技術(shù)的發(fā)展以及對節(jié)能減排、實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)的意義。課后同學(xué)們都反饋說參加這樣的課堂活動(dòng)有很大的收獲，明確了作為能動(dòng)專業(yè)的學(xué)生所承擔(dān)的歷史使命和時(shí)代重任，對于自己的專業(yè)產(chǎn)生了濃厚的學(xué)習(xí)興趣，堅(jiān)定了未來從事科研、報(bào)效祖國的奮斗目標(biāo)。

4.2注重強(qiáng)調(diào)工程倫理與職業(yè)道德建設(shè)

在講授對流傳熱問題時(shí)，引入目前新能源電動(dòng)車存在自燃事故頻發(fā)的問題，主要原因就是新能源汽車電池包不具有冷卻管路，冷卻方式為自然風(fēng)冷，該種散熱方式相對于成本較高的液冷散熱來說，散熱效率偏低，電池包過熱，導(dǎo)致起火燃燒；在講授鍋爐中水的沸騰傳熱時(shí)，強(qiáng)調(diào)臨界熱負(fù)荷的重要性，一旦超過臨界熱負(fù)荷，會造成鍋爐管束溫度過高，導(dǎo)致嚴(yán)重的爆管事故。

通過分析這些工程事故產(chǎn)生的原因，都是因?yàn)闇囟冗^高導(dǎo)致超過材料的安全運(yùn)行溫度，體現(xiàn)傳熱學(xué)溫度控制在工程應(yīng)用中的重要性，闡述工程事故與責(zé)任心、職業(yè)道德的關(guān)系，讓學(xué)生產(chǎn)生對職業(yè)的敬畏感，樹立社會責(zé)任意識和職業(yè)道德感。

4.3熱管工程應(yīng)用，解決世界難題

在講解工程應(yīng)用這一章內(nèi)容時(shí)，以熱管這一節(jié)作為思政元素切入點(diǎn)，先圍繞熱管元件的起源、結(jié)構(gòu)、工作原理展開，討論熱管的工作特性、分類方式以及典型的工程應(yīng)用，特別介紹熱管在我國青藏鐵路建設(shè)中的重大作用。

青藏高原的土壤和一般土壤不同，因?yàn)槠洫?dú)特的氣候條件，這里的土壤被稱為凍土，凍土的硬度非常高，不像常溫土壤能夠變得非常松軟，有利于施工挖掘，青藏高原上的凍土非常難以施工，在凍土上鋪設(shè)鐵軌，需要面臨不同季節(jié)變化帶來的影響，如果鐵軌剛好鋪在膨脹的凍土層上，凍土層就會逐漸地破壞已經(jīng)鋪設(shè)在凍土層表面的鐵軌，使得軌道發(fā)生變形，而一旦軌道發(fā)生了變形，火車就很容易脫軌，造成不可估量的災(zāi)難性后果。我國的鐵路工程師正是利用了熱管的高效熱導(dǎo)特性，克服鐵路建造中的凍土難題。青藏鐵路的成功建設(shè)，是世界基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)史上的一項(xiàng)偉大奇跡。

通過熱管在青藏鐵路建設(shè)中的應(yīng)用實(shí)例，可以讓學(xué)生體會到我國科技水平和綜合國力的日益強(qiáng)大，激勵(lì)學(xué)生作為未來的科技工作者，逐步提高正確認(rèn)識問題、分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生精益求精的大國工匠精神以及為祖國事業(yè)不斷奉獻(xiàn)和奮斗的精神。

4.4加強(qiáng)工程訓(xùn)練和實(shí)驗(yàn)仿真，增強(qiáng)學(xué)生的綜合實(shí)力

注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，擁有多套課程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，學(xué)生可以利用瞬態(tài)熱線法導(dǎo)熱系數(shù)儀進(jìn)行材料導(dǎo)熱系數(shù)的測定，利用對流傳熱試驗(yàn)臺進(jìn)行對流傳熱實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式的確定，利用紅外熱像儀進(jìn)行輻射能的測量，利用熱管實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行熱管性能的測試，以此鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力和數(shù)據(jù)處理能力，激發(fā)學(xué)生對于課程學(xué)習(xí)的熱情，增加實(shí)驗(yàn)教學(xué)的趣味性和體驗(yàn)感，提高學(xué)生解決問題的實(shí)踐能力，樹立刻苦鉆研、學(xué)以報(bào)國的崇高信念。

4.5形式多樣的思政融入方式，有效提升課堂思政效果

作為課程教學(xué)的輔助手段，自主繪制了大量思政教育配套動(dòng)畫。例如通過動(dòng)畫演示城市熱島效應(yīng)帶來的大氣污染問題，溫室氣體排放過多造成的溫室效應(yīng)問題。在教學(xué)過程中，適當(dāng)播放一些大國重器紀(jì)錄片或者工程技術(shù)發(fā)展影像報(bào)道等，通過動(dòng)畫演示或者視頻播放等進(jìn)行輔助教學(xué)，不僅可以幫助學(xué)生理解熱量傳遞的機(jī)理，而且可以吸引學(xué)生的注意力，產(chǎn)生濃厚的專業(yè)學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考，應(yīng)用所學(xué)習(xí)的專業(yè)知識解決工程問題，認(rèn)識到所肩負(fù)的歷史使命和責(zé)任。

綜上所述，課程思政融入不是某個(gè)思政元素與專業(yè)知識的生搬硬套，思政元素的融入是一個(gè)系統(tǒng)工程，是結(jié)合課程內(nèi)容和專業(yè)特色，從教材選用、大綱修訂、教案編寫、課堂組織等多個(gè)環(huán)節(jié)來實(shí)現(xiàn)的。要深入梳理專業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容，深入挖掘課程思政元素，有機(jī)融入課程教學(xué)，達(dá)到潤物細(xì)無聲的育人效果。

【基金項(xiàng)目：江蘇大學(xué)課程思政示范項(xiàng)目（課程《傳熱學(xué)》），江蘇大學(xué)一流課程建設(shè)項(xiàng)目（課程《傳熱學(xué)》）。】

（張墨，講師，研究方向：強(qiáng)化傳熱。唐愛坤，教授，研究方向：汽車熱管理、新型燃燒技術(shù)。）