“石油工程热工学”课程思政育人实践探索

［摘 要］ “石油工程热工学”是中国石油大学〔北京〕石油工程专业的专业必修课，课程蕴含特色鲜明的“石油味”思政元素。通过开展课程思政建设工作，将国情教育、科学家精神、石油精神及哲学思想等元素有机嵌入相关教学章节，并结合课程的学习目标要求，从三方面设计形成了课程的思政育人模式，进行了课堂教学实践。教学效果表明，课程思政加深了学生对课程知识点的理解，增强了学生对课程的认同感，扩展了学生对热工学知识范畴的认识，显著提高了课堂教学效果。

［关键词］ 石油工程；热工学；课程思政；教学改革

［基金项目］ 2022年度中国石油大学（北京）本科教育教学改革项目“石油工程热工学课程思政建设”（XM1072022163）；2022年度北京市本科教学改革创新项目“立足国家能源需求，构建石油工程专业德智体美劳全面培养的贯通式大教育体系”；2022年度中国石油大学（北京）石油工程学院本科教育教学改革项目“石油工程热工学MOOC建设”

［作者简介］ 东晓虎（1986—），男，陕西西安人，工学博士，中国石油大学（北京）石油工程学院副教授（通信作者），博士生导师，主要从事油气田开发工程研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）46-0029-04 ［收稿日期］ 2024-03-28

引言

习近平总书记在党的二十大报告中提出，积极稳妥推进碳达峰碳中和。立足我国能源资源禀赋，坚持先立后破，有计划分步骤实施碳达峰行动。加强煤炭清洁高效利用，加大油气资源勘探开发和增储上产力度，加快规划建设新型能源体系，统筹水电开发和生态保护，积极安全有序发展核电［1］。党的二十大报告为新时代的能源行业发展，保障国家能源资源安全指明了前进方向。为落实党的二十大报告中深入推进能源革命、加快油气资源勘探开发和增储上产、加快规划建设新型能源体系，确保国家能源资源安全的重大需求，必须以能源资源开发、转换及利用过程中的一系列关键问题为抓手。而在不同的能源资源类型中，热能最具代表性，是不同能量相互转化的最广泛能量形式。近代以来，热能主要来源于煤炭、石油、天然气、油页岩、地热能及天然气水合物能等矿物燃料和核燃料［2］。石油是能源资源的最典型代表，是经济社会发展的重要物质基础。对石油资源开发、利用过程中涉及的热工学问题，即“石油工程热工学”基础科学问题，进行教育教学，对于落实党的二十大报告关于能源的论述，培养能源领域可堪大用、能担重任的栋梁之材，具有重要意义。

热工学问题及相关理论技术是当前工业制造及石油等能源行业的基础环节，在提高工业制造能力、产品质量及油气采收率等方面，热工学理论极为重要，有利于增强学生立志投身于先进技术学习和石油工业，将个人的成才梦想有机地融入实现中华民族伟大复兴的道路中。通过将国情教育、科学家精神、石油精神及哲学思想等有机地嵌入本门课程的相关教学内容中，教育学生深刻认识热工学在国家科技层面的重要性，掌握关键核心技术才拥有创新发展的话语权和主动权，应踏踏实实做好基础科学知识储备。在课堂教学中，引导学生思考本门课对自己未来的职业生涯的影响，树立正确的人生观、价值观，为我国的石油工业以及其他能源行业发展做出自己的贡献。

一、“石油工程热工学”课程介绍

“石油工程热工学”是中国石油大学（北京）石油工程专业的一门必修课，是在石油工程专业培养计划修订优化的基础上，将学生培养计划中的热工学课程由选修课转变为必修课，同时考虑石油工程的专业特色，将课程名称确定为“石油工程热工学”，目前已接受了多轮次教学实践检验，教学效果良好。该课程具有热工学+流体力学+石油工程的多学科交叉特征，课程教学内容既含有大量的基础性理论概念，又包括石油背景的应用性质案例分析［3］。前期课程建设过程中，经过调整优化，已形成了具有石油工程专业特色的“石油工程热工学”教学大纲及教学内容体系。

经过前期教学实践，“石油工程热工学”课程已组建形成了具有多学科交叉背景的教学团队，出版了具有石油工程专业特色的教材《石油工程热工学基础》，上线了课程慕课视频，建立了以学生为中心、线上线下相结合的教学方法，取得了一定成效。但在目前的新工科背景下，教师在课堂教学过程中，除正常的教学内容讲授外，需进一步结合专业特色和课程特点，进行适度课程思政，坚持立德树人根本任务，增强学生的课程认同感和专业认同感，增强学生创新意识和主动学习能力［3-4］。“石油工程热工学”课程，既区别于机电类专业的“工程热力学与传热学”，又与石油工程专业的“油藏工程”“渗流力学”“油层物理”等专业类课程不同。作为专业必修基础课，需要寻找适合的思政切入点开展“石油工程热工学”的课程思政教学，对增强学生的课程认同感、扩展学生思维、强化对石油工程中涉及的热工学元素理解等极为重要。课程思政是新时代高校思想政治工作的创新发展，是我国高校落实立德树人根本任务的有效举措。通过将思政教育与课程教学活动进行有机融合，可以与思政类课程相辅相成，共同构建全课程育人的新格局［3，5］。

具体地，对于“石油工程热工学”课程，在思政建设方面存在以下问题：一是教学过程中需要选取具有热工学特点的课程思政案例，并考虑石油工程的专业特点，通过合适的教学切入点，实现润物无声式的协同育人，具体的案例形式可选取包括热工学发展历史，热力学名人介绍、知识扩展及知识点应用前景等。二是教学案例选取上，不能也不适合沿用原机械类专业中的热泵、制冷机等案例，需结合学生石油工程的专业背景，引导学生思考石油工程中的热工学元素，让学生深刻体会到该课程在石油工程中也是有广泛应用的，如卡诺循环在地热井取热效率方面的应用、稳态与不稳态导热在计算油气井井筒传热方面的应用等。三是基于学生石油工程的专业背景，应尽可能考虑到当前的“双碳”、地热等能源领域重点攻关方向，结合课程教学内容，利用相关“卡脖子”难题的攻关案例，引导学生思考工程难题背后涉及的热工学知识点，让学生切实感受到课程的重要性，学好热工学课程，对于日后从事石油工程及能源行业的工作大有裨益［6］。

二、“石油工程热工学”课程思政设计

“石油工程热工学”是一门偏基础科学的专业必修课，开展课程思政建设，将教学目标融入课程教学过程，对于增强学生的课程认同感、扩展学生思维、强化对于石油工程中涉及的热工学元素理解等极为重要。通过总体的课程思政设计，目前已基本形成“石油工程热工学”的课程思政育人设计模式，并经过多轮教学实践，效果良好。

（一）强化学生的课程认同感

教学过程中，结合课程的知识内容特点，选取合适的融入点，开展思政教学，提高学生对知识点的理解程度，增强课程认同感。具体可从课程模范人物引导、哲学思想感悟和石油精神传承等三方面入手。“热工学”是多个工程类专业学生的必修基础课，对于典型的模范人物或科学家，如开尔文、焦耳、傅里叶等工学理论的开创者及国内数值传热学奠基人西安交通大学陶文铨院士等，以及哲学思想（如辩证唯物主义、理想化简化处理方法、工程图示法等）育人方面，热工学方面的多个国内外经典教材及课堂，已有相对丰富的案例。但由于课程的石油工程专业背景特点，导致学生学习过程中对课程的认同感不够，往往认为相关知识内容在以后的工作学习中用不到。因此，石油精神育人是本课程的典型特色，包括大庆精神、“苦干实干、三老四严”等。通过石油工程方面的热工学元素引导，增强学生立志投身于石油等能源行业学习、保障国家能源安全、践行端牢能源饭碗。

（二）鼓励学生立志探索工程难题

在知识传授的同时，适当引入相关工程实例，扩展学生思维宽度，培养责任意识，鼓励学生立志探索工程难题，增强分析和解决实际工程问题的能力，具体可从社会责任感知、工程难题探索和职业情怀塑造三方面入手。通过近年来国家在多个工程领域的核心成就，如C919大飞机、空间站及超深井钻完井等大型工程案例，教育学生深刻认识热工学在国家科技层面的重要性，掌握关键核心技术才能拥有创新发展的话语权和主动权，感知社会责任。同时，在石油工程方面，通过介绍部分“卡脖子”难题（如油藏数值模拟软件、钻完井装备等）攻关过程中涉及的热工学问题和石油行业在国家经济发展中的核心地位，引导学生励志探索工程难题，塑造石油工作者的职业情怀。

（三）培养学生严谨的科学研究态度

结合当前的教育教学新形势，教学过程中应引入相关案例引导学生的价值塑造，培养学生严谨的科学态度，树立正确的世界观和价值观。具体可从典型认知辨别、价值导向指引和石油特色熏陶三方面入手。结合热工学课程中的多个谬论和认知（如第一类永动机、第二类永动机、麦克斯韦妖等），通过讲解相关概念培养学生明辨是非的能力和严谨的科学态度，树立正确的“三观”。同时，考虑课程石油工程专业的特色属性，还应凸显课程知识点在相关油气领域重大工程项目中的关键作用（如天然气水合物、地热资源的勘探开发等）。

教学过程中，结合具体的课程知识目标、能力目标和育人目标，从上述三方面入手，充分挖掘课程中的思政元素，让课程思政元素“溶盐于水”，形成具有“石油味”的热工学课堂，使学生在学习知识的同时实现能力提升和价值塑造，达到春风化雨、沁人心田的育人成效。

三、典型的课程思政教学案例

以该课程工程热力学部分的水蒸气产生过程作为典型教学案例。知识目标为理解水和水蒸气的状态，掌握水蒸气的定压产生过程与相态图线；能力目标为能够分析水蒸气在定压条件下产生的基本过程；育人目标为激发学生进行多学科交叉发展，激励学生树立科研创新意识。教学重点和难点是水蒸气的定压产生过程和水蒸气的相态图线。

为实现上述三方面的教学目标，开展课程思政教学实践，辅助课程教学，增强教学效果。思政融入点是首先介绍水蒸气在能源动力、航空航天及石油工程等多个行业领域的广泛应用案例，包括火箭发射时的白色水雾、航空母舰中的蒸汽轮机及油田现场的蒸汽锅炉等。可引导学生思考或调研航空母舰采用的动力方式是什么。经过讨论式教学，结合我国003航母大国重器的建设案例，强化学生探索工程难题，增强科研创新意识。此外，对于课程教学内容中涉及的超临界水性质及对物质超临界性质的认识，可结合2022年北京冬奥会期间大放异彩的国家速滑馆开展讨论和分析，通过价值导向指引，增强学生的民族自豪感。

在教学方法上主要采用问题导向式教学方法和开放研讨教学方法，具体设计包括三步：第一步，提出问题。引导学生思考日常生活中水蒸气的应用场景，如蒸汽拖把、蒸锅、蒸汽消毒等。之后，继续思考在工业领域中水蒸气的应用场景，如蒸汽轮机、蒸汽锅炉等。通过两个思考，引导学生体会水蒸气的广泛应用，思考水蒸气的优点，如无毒、来源广、携热性能好等。基于上述引导，教师提出重要问题：“日常生活中的水蒸气和工业领域中的水蒸气有何不同，是怎么产生的？”第二步，知识讲解。学生带着这样的问题，就有了了解水蒸气产生方式的需求。此时，授课教师开始按部就班对水蒸气的基本概念、产生方式、相态图线等进行讲解、介绍及分析，过程中结合《世界地理志》“地面之水蒸发不断，浮而上升，是为水蒸气”的说法帮助学生理解，并通过案例强化学生对水蒸气性质的认识，能够辨别相关谬论，塑造石油工程师严谨的工作态度。第三步，引导研讨。学习完水蒸气的产生方式后，教师引导学生结合压容图和温熵图两个相态图线，思考水蒸气的类型，并回答日常生活中的水蒸气和工业领域中的水蒸气有何不同。进一步引出超临界水的概念，并对物质的超临界属性进行研讨。结合学生的分析和讨论，激励学生的科研创新意识，从而使学生理解研究人员通过发挥超临界水蒸气的特性优势解决了多个难题。再进一步，基于对物质超临界属性的认识，结合当前“双碳”目标背景，引入关于二氧化碳超临界特征的问题。结合国家速滑馆“冰丝带”的建设背景及技术分析，作为拥有世界首个二氧化碳超（跨）临界直冷制冰系统的速滑馆，增强学生的民族自豪感，引导学生立志解决能源领域“卡脖子”技术，理解目前国家注重强化自主知识创新的重要性。

四、“石油工程热工学”课程思政改革计划