“工程热力学”课程思政元素的挖掘与融合实践

［摘 要］ 课程思政是指高校的所有课程都要发挥思想政治教育作用。工科类课程因有着较强的专业性和理论性使得思政元素挖掘与融合成为难题。以工科经典课程“工程热力学”为例，进行课程思政元素的挖掘与融合。选择科学哲理、科学史与名人、实际工程问题、工匠精神、时政热点等五个方面为切入点来进行课程思政的融合，依据课程知识点匹配思政内容，希望能为工科专业课程的思政教育提供新的思路和借鉴。

［关键词］ 工程热力学；课程思政；挖掘；融合

［基金项目］ 2022年度青海大学课程思政示范课项目（SZ2211）

［作者简介］ 王 帅（1991—），女，山西临汾人，工学硕士，青海大学省部共建三江源生态与高原农牧业国家重点实验室实验师，主要从事化学工程研究。

［中图分类号］ G641 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2023）52-0110-05 ［收稿日期］ 2022-10-26

引言

所谓课程思政，简而言之，就是高校的所有课程都要发挥思想政治教育作用^［1］。习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上强调，要坚持把立德树人作为中心环节，把思想政治工作贯穿教育教学全过程，实现全程育人、全方位育人^［2-3］。2020年教育部印发的《高等学校课程思政建设指导纲要》中明确指出，要结合专业特点分类推进课程思政建设，其中理学、工学类专业课程，要在课程教学中把马克思主义立场观点方法的教育与科学精神的培养结合起来，提高学生正确认识问题、分析问题和解决问题的能力。工学类专业课程，要注重强化学生工程伦理教育，培养学生精益求精的大国工匠精神，激发学生科技报国的家国情怀和使命担当^［4］。

“工程热力学”作为工学类专业中的经典课程，是化工、能源、动力等学科的专业基础课，与生产生活息息相关^［5］。应当更好地承载起育人的责任，要在深入梳理教学内容的基础上，结合课程特点、思维方法和价值理念，深入挖掘课程思政元素，有机融入课程教学，达到润物无声的育人效果。

“工程热力学”是一门研究热能与其他形式能量之间的转化规律及工程应用的科学^［6］。主要内容包括热力学第一定律、热力学第二定律的内涵及应用、气体与蒸汽的热力过程和热力性质、㶲的相关概念、热力循环等方面的内容。通过这些内容的学习可以分析不同类型能量利用的基本原理，可以优化生产、生活中的用能过程，最终达到节能的目的。本文结合课程的特点与《高等学校课程思政建设指导纲要》的要求，就工科课程思政元素挖掘与融合的难题，总结了五个思政切入点，并对各章内容的具体知识点进行了融合设计与实践，期望能给工科专业课程的思政教育提供新的思路和借鉴。

一、“工程热力学”课程思政切入点

结合“工程热力学”实际，本文从科学哲理、科学史与名人、实际工程问题、工匠精神、时政热点等五个方面为切入点来进行课程思政的融合，切入点以及其育人目标如图1所示。

科学哲理。理工科课程的内涵就是揭示自然科学的普遍规律，并将这些规律应用在生产、生活当中。教学过程中也需要让学生领会到如何利用马克思主义立场、观点和方法来辩证地、唯物地、全面地解释及解决科学问题与实际问题。

科学史与名人。在科学的发展过程中，有着其独特的发展规律，学生需要了解该学科的发展历程。了解学科的发展历程能有效地帮助学生建立起本学科的思维逻辑，为学习具体知识奠定良好的基础。科学史上的名人也应当成为学生学习的榜样，用名人事迹来激励和感染学生，激发学生对真理的渴求。

实际工程问题。培养工科学生就是在培养未来的工程师，他们在以后的学习和工作中将不可避免地遇到实际工程问题。课程中利用实际工程问题作为案例，不仅使课堂更加生动，而且能够有效地拉近理论与实际的距离，让学生明白一切理论都将应用于实际问题，并非空中楼阁。

工匠精神。所谓工匠精神是指一种职业精神，它是职业道德、职业能力、职业品质的体现，是从业者的一种职业价值取向和行为表现。在为国家培养人才的过程中，必须将职业道德的培养放在重要的位置上，用精神来引领行动，培养出合格的、有职业素养的工程师。

时政热点。当代大学生，需要将眼光聚焦于时政热点事件，利用自己的专业知识为社会做出应有的贡献，并在此过程中找到自身价值。例如，青海省正在建设国家清洁能源示范省，在此项工程的建设过程中“工程热力学”的作用不言而喻，而本专业的学生也必然会在这一领域发挥重要的作用。因此在课堂上适时地将时政热点问题融入进去，让学生在读圣贤书的同时也闻窗外事。

二、课程思政元素的挖掘与融合实践

结合以上课程思政切入点，课程组教师选定以普通高等教育“十一五”国家级规划教材，即毕明树主编的《工程热力学》第三版为教材进行课程思政的深入挖掘与融合。在课程设计过程中采用了小组讨论、观看视频、直接导入、启发教学、案例教学等方法有机地将思政内容与课程知识点进行融合，部分示例如表1所示。

第一章主要讲解本课程的基本概念，为整门课程内容的学习打下基础。首先通过海洋中的岛屿来引出热力系统的相关概念，给学生形象生动的例子，理解并区分敞开系统、封闭系统、孤立系统、非孤立系统等热力学常见系统。热力系统在某一瞬间所呈现的宏观物理状况称为系统的状态，要描述状态需要有很多的物理量，其中最典型的就是温度、压力、体积、熵、内能、焓等。在讲授此处知识点时要引发学生的哲学思考，对于现象的描述方式有很多种，而其中较为准确且概括性最好的一种就是应用数学模型的描述方式，引导学生思考前端课程（例如高等数学、化工应用数学等）的意义所在，培养学生的思维能力。

第二章主要讲解热力学中的基本定律，包括热力学第一定律及热力学第二定律的实质和应用。这部分内容以热力学发展史为引子，讲解科技的进步是人类社会不断发展的产物，而一个学科的发展过程也是依附于人类社会的需求。人类从钻木取火开始就已经意识到热是可以被利用，并且能相互转化的，但直到物理学家焦耳完成了热功当量的测定，才认识到热是一种能量，为热力学第一定律奠定了基础，在这里融入焦耳测定热功当量的故事，说明对于一些大家习以为常的定律要有批判思维，并且坚持自己的想法，不屈服于权威，这样才能探索到真理。在第九节中有一个非常重要的概念“熵”，熵的概念在前端课程中学生已经有所了解，知道这个物理量表示的就是混乱程度，但是推导过程不清楚。每个物理量的产生都有其必然性，想让学生理解一个抽象概念，就必须把这个概念产生的前因后果都讲清楚。而如今熵的概念已经广泛地应用于社会学领域，与生活息息相关。因此在课程实践中以视频“人生的意义”为开端，这与传统课堂有着很大的不同，学生会充满好奇，为什么在工科的课堂上要引入一个哲学问题。通过视频的学习学生将了解到人类对意义的追求是大脑神经工作的结果，这与热力学中的过程极为类似，在这中间熵扮演了重要的角色，激发学生的探索欲，让他们能自主地进行学习和探究。应用工科知识来解答人文社科的问题，“熵”这个概念不是个例，也不是偶然。在人类发展史上，科学理论与人文精神本来就是相辅相成的，不应该割裂开，而由于现在采用的西方学科分类方法过细，使文科与理工科成了人为分裂的两类学科，这是不符合科学发展规律的。应当在课堂上尽可能地弱化这种分裂，让学生学习到完整的、符合客观规律的知识。这段课堂引入会引发学生的好奇心，希望能从课堂上得到人生意义的答案。同时也很好地将课程思政内容融入课堂当中。在课程中完整推导出熵的概念后，学生就会有所思考，了解数学公式推导出的一个新的物理量为什么可以应用于社会学。在课程的最后，也安排了课堂分享的时间，让学生说出自己的想法，让知识内化进一步提升学习效果。

第三章主要讲解气体与蒸汽的热力性质，从理想气体状态方程开始讲解，然后逐渐过渡到真实气体的状态方程，在讲解过程中希望学生能够明白，“理想”与“现实”之间存在很大的差距，在工程热力学中要解决这个差距的问题，让方程能够更好地匹配到真实气体当中，就需要一步一步地来拟合，从范德华方程到RK方程再到SRK方程都是逐渐细化和拟合的过程。这里要着重训练学生的工科思维能力，作为工程师面对的都是现实问题，而理论依据一般都是以理想状态为前提的，这个时候我们应该用一种什么样的思维方法来解决实际问题，这就是工科学生应该思考并且掌握的能力。工程热力学虽然起源于西方，但是近些年来我国科学家也为其推动做出了巨大贡献，比如浙江大学侯虞钧教授，他1955年在美国博士毕业后回到祖国，与美国科学家合作提出的马丁-侯方程，是世界公认的精确的实际气体状态方程之一。1981年他又独立对该方程进行改进，使之能用于液相及相平衡的计算，取得了系统而有成效的成果。通过这些例子来激发学生的爱国热情。

第四章主要介绍气体与蒸汽的热力过程，在此章节中主要介绍几种工程中常见机械的热力过程，例如压气机、往复式膨胀机、锅炉、蒸汽轮机等。授课过程中融入清华大学吴仲华先生的感人事迹，他曾受聘于美国航空咨询委员会（NACA，为美国宇航局NASA前身），1955年毅然回清华大学任教，并于1956年创建我国第一个燃气轮机专业，为我国工程热力学的发展做出了重要贡献；弘扬爱国主义精神，为老一辈科学家的奉献精神点赞，并且要鼓励学生向他们学习。通过这些事例引导学生认识到职业要服从于国家利益，个人价值的实现要建立在国家整体利益的基础之上，让学生树立“科学无国界，但科学家有祖国”的家国情怀。

第五章主要介绍㶲分析相关知识。通过㶲含义的学习可知能量不仅有数量还有品质的差别，能量的品质体现在做功能力的差异上，高品位的能量具有更多的㶲也就是更强的做功能力。以透平机械乏汽冷凝过程能量利用为例，虽然乏汽冷凝过程中释放的能量数值可观，但是因这部分工质热力状态接近环境条件，能量品位低，利用价值不高，因而工程上不会投资大量的设备成本用于这部分能量的回收。节能的本质是关注能量的品质，即节㶲。明确了节能的本质，在工程上利用能量时就需要做到合理用能。教学过程中以不同压力和温度的蒸汽利用情况为例，进行㶲计算，通过比较不同状态蒸汽的加热能力和做功能力，进行㶲分析。能级匹配、梯度利用、避免能量无偿降级是合理用能的最基本原则。

第六章主要介绍热力循环的相关知识，包括蒸汽动力循环、制冷循环、热泵供热循环三个部分的内容。在热力循环模块，蒸汽动力循环是火力发电厂的基本设计模型。作为动力循环，热效率的高低直接关系着能量的转化情况和运行成本。教学过程中，通过理论模型理想化简化、热力过程分析可以得到影响蒸汽动力循环热效率的热力参数。按照热力学的分析方法，可知通过提高过热蒸汽压力、温度和降低乏汽压力来提高热效率。但是提高过热蒸汽压力、提高过热蒸汽温度和降低乏汽压力，分别受机械设备安全性和环境条件限制。在工程设计时我们不仅要考虑节能的要求，还需要从设备操作成本和热效率运行成本两方面的经济性，关注机械安全运转、设备材质和强度安全性，以及环境条件能否实现等方面综合评价，确定合理的电厂运行方案和参数。将蒸汽动力循环热力学理论与实际条件进行对比，可培养学生在工业设计上具有技术可行、安全可靠、高效节能的工程思维。

结语

本文以工科经典课程“工程热力学”为例，进行课程思政元素的挖掘与融合。文中选择了五个方面为课程思政切入点来进行课程思政的融合，分别是：科学哲理、科学史与名人、实际工程问题、工匠精神、时政热点等。同时也依据课程具体知识点进行了相应思政内容的匹配，希望能为工科专业课程的思政教育提供新的思路和借鉴。

参考文献

［1］邱伟光.课程思政的价值意蕴与生成路径［J］.思想理论教育，2017（7）：4-10.

［2］高德毅，宗爱东.课程思政：有效发挥课堂育人主渠道作用的必然选择［J］.思想理论教育导刊，2017（1）：4-31.

［3］高德毅，宗爱东.从思政课程到课程思政：从战略高度构建高校思想政治教育课程体系［J］.中国高等教育，2017（1）：6-43.

［4］教育部.关于印发《高等学校课程思政建设指导纲要》的通知：教高〔2020〕3号［A/OL］.（2020-06-01）［2022-09-26］.http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/202006/t20200603_462437.html.

［5］张伟，胡柏松，王德武，等.工程热力学课程思政教学设计［J］.广州化工，2020，48（13）：161-2+73.

［6］戚素素，董敏，张艳秋，等.工科专业课程思政建设的研究与探索：以《工程热力学》课程为例［J］.汽车实用技术，2021，46（22）：179-82.

The Practice of Excavation and Integration of Ideological and Political Elements in the Course Engineering Thermodynamics

WANG Shuai， WU Chao-hai， WANG Le

（State Key Laboratory of Plateau Ecology and Agriculture， Qinghai University， Xining， Qinghai 810016， China）

Abstract： Curriculum ideology and politics refers to the role of ideological and political education played by all courses in colleges and universities. Due to the strong professionalism and theoretical nature of engineering courses， the excavation and integration of ideological and political elements has become a difficult problem. This paper takes Engineering Thermodynamics as an example to explore and integrate the ideological and political elements of the course. In this work， the ideological and political elements can be excavated form the following five aspects： philosophy of science， history of science and famous people， practical engineering problems， craftsman spirit， and hot political issues. This work can provide an idea and reference for the ideological and political education in the professional courses of engineering.

Key words： Engineering Thermodynamics; curriculum ideology and politics; excavation; integration