課程育人視域下工程熱力學與傳熱學的教學改革實踐

摘 要：在新工科建設與課程育人協同創(chuàng)新背景下，文章以工程熱力學與傳熱學課程為載體，探索專業(yè)知識與價值引領要素深度融合路徑。通過挖掘課程中蘊含的科學精神、家國情懷、工匠精神及生態(tài)文明等育人內涵，結合碳中和戰(zhàn)略、能源安全、技術創(chuàng)新等國家需求，提出“知識點-價值點-實踐鏈”三位一體的教學設計框架。構建了包含案例教學、項目式實踐、熱點研討的多元化教學模式。實踐表明，通過將科學原理與國家戰(zhàn)略、工程倫理、社會責任相聯結，不僅強化了學生對專業(yè)知識的理解，更有效培養(yǎng)了其創(chuàng)新使命感及科技報國情懷，為工科專業(yè)課程育人體系建設提供了可推廣的方式。教學反饋顯示，課程育人元素的滲透顯著提升了學生的課堂參與度與價值認同感，實現了知識傳授與價值引領的有機統一。

關鍵詞：課程育人 工程熱力學 傳熱學 教學改革 價值引領

1 緒論

在全球能源轉型與碳中和戰(zhàn)略加速推進背景下，新工科建設對工程人才培養(yǎng)提出了更高要求——不僅需要扎實的專業(yè)知識，更需強化價值引領，培養(yǎng)兼具技術創(chuàng)新能力與社會責任感的新型人才。課程育人作為落實“立德樹人”根本任務的核心路徑，其重要性日益凸顯，但當前工科教育中仍普遍存在“知識傳授與價值教育割裂”的困境[1-2]。以工程熱力學與傳熱學為例，其內容天然關聯能源轉換效率、節(jié)能減排技術、可持續(xù)發(fā)展等國家重大戰(zhàn)略需求，本應成為價值觀教育的優(yōu)質載體。然而現實教學中，育人元素的挖掘往往停留于表層，或是簡單“貼標簽”，或是脫離工程實踐空談理論，導致學生難以形成對科技報國等價值觀的深層認同，更無法激發(fā)其解決國家“卡脖子”技術難題的使命感。

在此背景下，探索專業(yè)課程與價值觀教育的深度融合機制具有雙重價值[3]。從理論層面看，如何破解工科課程育人“知行脫節(jié)”現象，構建科學系統的教學設計框架，是當前高等教育改革的重點議題；從實踐層面看，將碳中和目標、能源安全戰(zhàn)略等國家需求融入課堂，能夠引導學生從“被動接受知識”轉向“主動擔當責任”，這正是新工科人才培養(yǎng)的核心訴求。研究以工程熱力學與傳熱學為切入點，通過剖析學科知識與價值引領要素的融合邏輯，提出“知識點-價值點-實踐鏈”三位一體的教學框架，并圍繞熱力學定律與生態(tài)文明、傳熱技術與創(chuàng)新責任等模塊開展教學設計。文章通過理論建構、案例設計與教學驗證，旨在為工科課程育人改革提供可復制、可推廣的實踐方式，推動工程教育從“技能培養(yǎng)”到“人格塑造”的轉型升級。

2 課程育人與專業(yè)課程的融合邏輯

課程思政的核心理念在于將價值塑造嵌入知識體系，而非簡單的“思政疊加”。工程熱力學與傳熱學作為研究能量轉換與傳遞規(guī)律的基礎學科，其教學內容天然承載著科學探索的嚴謹性與工程實踐的社會性。例如，熱力學第一定律揭示的能量守恒原理，不僅是物理規(guī)律的總結，更暗含資源高效利用的生態(tài)觀；傳熱學中導熱、對流與輻射的機理分析，可引申至技術創(chuàng)新對能源效率提升的推動作用。這種學科特性為思政元素的滲透提供了內在邏輯——科學原理的發(fā)現與應用始終離不開社會需求與人類價值的導向。進一步而言，工程問題的解決往往涉及多目標權衡，如熱力系統設計中效率與環(huán)保的平衡、技術方案的成本與倫理考量，這些矛盾恰恰是培養(yǎng)學生辯證思維與社會責任感的切入點。通過將“雙碳”目標、能源安全等國家戰(zhàn)略與課程內容關聯，學生得以在專業(yè)知識學習中理解科技工作者的時代使命，從而形成“學以致用、用以報國”的深層認知。

3 課程育人元素的挖掘與教學設計框架

課程育人元素的系統化挖掘，需扎根于專業(yè)知識體系與國家戰(zhàn)略需求的深層聯結[4]。以熱力學第二定律為例，其揭示的能源品位退化規(guī)律，成為解讀碳中和目標的關鍵科學視角——通過對比燃煤發(fā)電與光伏系統的火用效率差異，引導學生量化分析能源結構轉型的減排潛力，將抽象的可持續(xù)發(fā)展觀轉化為可計算、可驗證的技術路徑。這種挖掘邏輯不僅凸顯專業(yè)知識的社會價值，更讓學生在數據推演中感知個體能力與國家戰(zhàn)略的同頻共振。進一步而言，該教學策略通過建立“物理量-政策目標-倫理準則”的映射關系，使熱力學參數成為價值判斷的客觀標尺，在提升專業(yè)認知深度的同時，塑造工程決策的價值敏感度。而在工程案例提煉中，職業(yè)倫理的滲透需超越技術表象，如解析第四代核反應堆冷卻技術突破時，同步追溯關鍵材料國產化歷程，使傳熱計算與科技自立自強的家國敘事交織，讓“卡脖子”技術攻堅的使命感自然融入工程思維。這種“技術解構-歷史敘事-戰(zhàn)略認知”的三重認知框架，本質上是通過知識體系的重構，實現科學思維與價值思維的共生演化。

“知識點-價值點-實踐鏈”框架的核心，在于構建知行合一的教學閉環(huán)。當學生探究建筑圍護結構傳熱系數時，可嵌入近零能耗社區(qū)案例，通過計算節(jié)能效益理解低碳建筑對城市轉型的貢獻；隨后以模擬設計任務驅動，要求綜合考量技術參數、民生需求與生態(tài)成本，迫使傳熱公式在真實場景中與人性溫度對話。這種設計摒棄了育人元素的表層附著，轉而通過“技術-倫理-社會”的多維碰撞，讓熱力學定律在解決現實問題時自然折射科技向善的價值光芒。值得強調的是，該框架創(chuàng)新性地運用“約束性目標引導法”，將價值要素轉化為工程設計中的邊界條件，使學生在技術優(yōu)化過程中自發(fā)形成對可持續(xù)發(fā)展原則的操作性理解。學生在優(yōu)化熱力系統效率時，不僅推導瓦特與焦耳的數值關系，更在技術決策中體悟工程師對社會責任的承載——這種從“工具理性”到“價值理性”的認知躍遷，本質上完成了工程教育從技能訓練向價值塑造的范式轉換，為新工科人才培養(yǎng)提供了可復制的認知發(fā)展路徑。

4 課程育人的實施路徑與典型案例

課程育人的實施路徑，需依托真實可感的工程場景與階梯式任務設計。其本質在于構建“認知腳手架”，通過技術問題的層次化拆解，引導學生在知識建構過程中同步完成價值觀的自主生發(fā)。在熱力學第二定律教學中，以北方某大型火電廠的低碳改造為案例，學生通過分析機組熱效率提升對區(qū)域碳排放的影響，將抽象的“熵增不可逆性”轉化為具體的減排策略。例如，計算亞臨界機組升級為超臨界機組后，發(fā)電煤耗從320克/千瓦時降至280克/千瓦時的環(huán)境效益，并結合國家煤電“三改聯動”政策，探討技術迭代如何助力“雙碳”目標。這一過程中，生態(tài)文明價值觀不再停留于概念宣講，而是成為解決實際工程問題的決策準則——當學生發(fā)現每提高1%熱效率可減少萬噸級二氧化碳排放時，技術優(yōu)化的意義自然升華為對生態(tài)責任的踐行。這種“量化分析-戰(zhàn)略關聯-價值內化”的三階遞進機制，本質上重構了工程倫理教育的發(fā)生邏輯，使價值觀形成過程與專業(yè)技術認知產生化學鍵式的強耦合。傳熱學技術的價值觀融合，則聚焦于民生需求與技術創(chuàng)新雙重維度。通過建立“技術參數-社會變量”的關聯矩陣，將工程決策中的隱性價值選擇顯性化為可操作的約束條件。在“建筑節(jié)能技術”模塊中，以北方冬季供暖系統改造為切入點，對比傳統燃煤鍋爐與地源熱泵系統的傳熱效率差異，要求學生實地調研老舊社區(qū)的熱損失現狀，并設計兼顧經濟性與減排目標的改造方案。例如，某小組發(fā)現將外墻傳熱系數從1.5 W/（m2·K）降至0.8 W/（m2·K），可使住戶采暖能耗降低35%，但需平衡改造成本與居民支付能力。這種真實矛盾迫使學生超越純技術思維，在傳熱計算中納入社會公平考量，從而理解“節(jié)能減排不僅是技術命題，更是民生工程”的深層邏輯。該設計范式創(chuàng)新性地運用“價值敏感設計”理論，在技術方案評估中植入多維價值權重，使工程教育從單純追求技術最優(yōu)解轉向尋求價值共識最大公約數。而在新能源領域，通過剖析光伏板散熱技術對發(fā)電效率的影響，引導學生探討如何通過納米涂層強化輻射散熱，將微觀傳熱機理與宏觀能源轉型戰(zhàn)略相聯結。此外，通過“能源政策辯論賽”等形式，引導學生就“煤電退出路徑”“核能安全倫理”等爭議性話題展開研討，在數據舉證與觀點交鋒中培養(yǎng)批判性思維與社會責任感。這類教學活動的教育學價值在于構建“認知沖突場域”，通過價值立場的碰撞與調和，促使學生完成從技術理性到價值理性的思維躍遷。這些案例的共同特點在于，將抽象理論置于真實復雜的工程情境中，使學生在解決具體問題時自然感知科技與社會的互動關系，從而內化“工程為民”的職業(yè)信念。值得強調的是，課程育人的深層效能體現在培育“技術-價值”雙重敏感性——既能夠精準捕捉工程問題的技術本質，又始終保持對社會福祉和生態(tài)倫理的自覺觀照，這正是新工科人才核心素養(yǎng)的應有之義。

5 教學實踐與效果分析

經過兩輪教學實踐，課程育人的實施效果逐步顯現。在知識掌握層面，項目式學習使學生更深入理解熱力學與傳熱學的工程應用場景，期末考核中案例分析題的得分率較往年提升23%；在價值觀塑造方面，匿名問卷顯示，85%的學生認為課程“增強了科技強國的使命感”，尤其在“華為熱管理技術卡脖子事件”研討后，多名學生主動參與校級節(jié)能減排創(chuàng)新競賽。值得注意的是，部分起初對育人元素融入持抵觸態(tài)度的學生，在參與“社區(qū)供暖系統優(yōu)化”實地調研后，開始關注技術方案的社會公平性，體現了工程倫理意識的覺醒。然而，實踐也暴露出一些問題，如育人成效評估缺乏量化指標、跨學科育人案例資源整合不足等。未來需進一步開發(fā)動態(tài)評價工具，并聯合人文社科教師共建跨學科育人案例庫，以增強教學的持續(xù)性與普適性。

課程育人的深度整合顯著提升了學生的綜合素養(yǎng)。定量數據層面，課堂互動頻次較傳統教學明顯增加。定性調研中，92%的學生認同“課程加深了對工程師社會角色的理解”，這些反饋印證了價值觀的內化并非抽象概念，而是源于解決真實問題的共情體驗。本模式的創(chuàng)新性在于構建了“數據驅動、虛實結合、多元共評”的育人實施生態(tài)。通過企業(yè)案例庫、虛擬仿真平臺與實地調研的協同，實現了專業(yè)知識與行業(yè)痛點的精準映射；未來可進一步提煉“技術-價值”雙目標教學設計模板，推動工程教育從“解決習題”向“解決問題”、從“追求標準答案”向“承擔社會責任”的范式轉型。

6 結論

研究以工程熱力學與傳熱學課程為載體，系統探索了工科專業(yè)課程與價值引領要素的深度融合路徑，構建了“知識點-價值點-實踐鏈”三位一體的教學設計框架。通過挖掘學科知識中蘊含的科學精神、家國情懷、生態(tài)文明等育人內涵，結合碳中和戰(zhàn)略、技術創(chuàng)新責任等國家需求，設計模塊化教學案例與多元化實踐模式，實現了專業(yè)知識傳授與價值引領的協同育人目標。教學實踐表明，將熱力學定律與可持續(xù)發(fā)展觀、傳熱技術與節(jié)能減排責任、工程案例與職業(yè)倫理相結合，不僅深化了學生對專業(yè)知識的理解，更顯著提升了其工程倫理意識、創(chuàng)新使命感及科技強國使命。學生反饋顯示，課程育人的有機融入增強了課堂參與度與價值認同感，為工科課程育人體系建設提供了可借鑒的范式。未來，可進一步拓展跨學科育人資源整合，例如結合人工智能、大數據技術開發(fā)虛實結合的數字化育人場景；同時，需完善課程育人長效機制，探索育人成效與學生職業(yè)發(fā)展的關聯性，推動工科教育從“能力培養(yǎng)”向“價值塑造”的深層轉型。

基金項目：西安科技大學教改項目新時代下車輛工程專創(chuàng)融合式創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革研究與實踐（2010624025）；《工程熱力學與傳熱學》課程思政案例—筑能源安全基石，育低碳節(jié)能人才（2010124024）。

參考文獻：

[1]邱偉光.課程思政的價值意蘊與生成路徑[J].思想理論教育，2017（07）：10-14.

[2]蒲清平，黃媛媛.黨的二十大精神融入課程思政的價值意蘊與實踐路徑[J].重慶大學學報（社會科學版），2022，28：286-298.

[3]丁軍政，趙宇靜.混合教學模式下“機械設計基礎”課程思政探索與實踐[J].現代農機，2025（02）：113-115.

[4]王慧莉，吳赟.翻譯課程思政教學之“循環(huán)三步曲”[J].當代外語研究，2025（2）：183-193+204.