工程热力学课程思政教学设计

张 伟，胡柏松，王德武，白玉石，刘 燕，邓会宁，张少峰

(1 河北工业大学化工学院，天津 300130；2 河北省“巨人计划”创新创业团队-河北工业大学河北省蒸发

结晶及干燥工程技术研究中心创新团队，天津 300130；3 中建电子信息技术有限公司，北京 100123)

新时代背景，对专业人才培养和教学也提出了更高的要求。习近平总书记在关于高校思想政治工作的论述中指出，所有课堂都有育人功能，各门课程都要守好一段渠、种好责任田，将各类课程与思想政治理论课程同向同行，形成协同效应。通过专业课程教学育人不仅要实现专业层面的技术能力要求，同时更要注重思政方面的非技术能力的培养。如何以润物无声的方式将课程思政教学融入到理论性和专业性强的专业基础课程中，也是当前工科专业基础课程教师课程思政建设的重点工作[3-4]。工程热力学课程本身承载了知识、意识、思维和能力等多方面的要求[5]，如何定位课程，传授知识，传播学科理念，渗透人文教育在其中，值得深思和改进。本文结合具体专业课程内容和实例，探讨了工程热力学课程思政教学的设计思路和实施方案。

1 工程热力学课程思政教学目标

课程教学目标是课程教学上所要达到的最终结果，其具体要求是课程教学设计和实施的重要依据。工程热力学是一门研究热能的有效利用和与其它形式能量(机械能)的转化规律的课程[6]。作为节能的理论基础，在课程教学中要体现出工程实践与环境、社会可持续发展间的关系，因此教学目标需从专业和思政两个方面综合设定。教学目标具体在技术能力培养的专业层面，是使学生在学习热力学基本原理的基础上，了解并掌握理想气体和实际气体的性质及相关热力过程，从而进一步研究整套热力循环装置的能量转换规律，最终让学生掌握提高能源转化效率、合理利用能源的途径。教学目标具体在非技术能力培养的思政层面，是使学生能够在热力学工程应用中树立正确的节能与环保意识，明确节能本质和合理用能原则，在过程工业设计与开发方案中培养安全可靠、高效节能及绿色环保的工程思维，并具备对方案的实施效果与既有的技术指标进行对比评估的能力。

2 工程热力学课程思政教学设计思路

3 工程热力学课程思政教学设计实施方案

3.1 树立节能和环保意识

在基础理论与工质性质模块，可逆和不可逆过程是热力学问题分析最基本的两个概念。可逆过程是热力学系统由某一状态出发，经过某一过程到达另一状态后，如果存在另一过程，它能使系统和外界完全复原，既使系统回到原来状态，同时又完全消除原来过程对外界所产生的一切影响的理想过程。反之，如果无论采用何种办法都不能使系统和外界完全复原，则原来的过程称为不可逆过程。以上述概念来探讨人类社会，人类所处的环境本身就是一个热力系统，在其运转过程中，存在物质循环和能量流动。能量流动是不可逆的，这也就意味着人类活动通过工程实践改造环境，这个过程也不可逆的，但为了生存和维持自身社会的可持续发展，必须注重环境保护。

能源的类型包括一次能源和二次能源，能源利用就是能量的转化过程。通过化石燃料燃烧将其化学能转变为热能后再加以利用的比例仍然是当前能源利用的主要方式之一。但是化石能源燃烧利用的过程存在两个关键问题：一个是污染物排放引起的环境问题，另一个是热能与其它形式能量转换效率低的问题。从环保的角度而言，一方面需要开放更多的清洁能源利用技术，另一方面就是要提高热能利用效率，即节能。节能和环保二者是相辅相成的关系，节能就是环保，节能和环保的意识应深植于工程和社会发展始终。

3.2 明确节能本质和合理用能原则

3.3 培养技术可行、安全可靠、高效节能工程思维和提升基于节能理念对比方案评估能力

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，其基本原理是利用循环工质水蒸汽将燃料燃烧释放的热能通过热力循环转化为机械能。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，分别受锅炉设备、透平机械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、以及关注乏汽干度对透平机械安全运转、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。

冬天取暖季，常遇到取暖方式选择的问题。通过热泵循环的学习可知空调取暖是基于热泵循环借助热泵装置将热量由低温热源转移到高温热源。空调采用电能驱动，从低温环境中吸取热量，并将其传输给高温室内空间以供使用，传输到高温热源中的热量不仅大于所消耗的能量，而且大于从低温热源中吸收的能量，而电暖气则是直接将电能转化为热能。市面上空调的制热量与输入功率的比值(供热系数COP)大多在3～5之间，电暖气的COP小于1，理论上消耗相同数量的电能，通过空调的热泵循环比电暖气可以使室内获得更多的热量。长期使用的情况下，空调取暖具有更低的运行成本，更节能，但是空调设备前期投资高，相比之下电暖器设备成本低廉，局部升温很快，布置灵活，在实际选择时应根据使用需求，合理选取供暖方案。由日常生活中实际问题回归到热力学理论分析，使学生能够基于节能环保理念对不同方案进行对比评估能力得到提升。

4 结 语

针对工程热力学课程是工程实践节能理论的基础，将课程思政教学定位在体现工程实践与环境、社会可持续发展间的关系，设定了专业和思政教学目标。在课程思政教学设计和实施上，结合基础理论与工质性质、过程能量分析和热力循环课程模块的专业知识由浅入深的递进脉络，从树立节能和环保意识，明确节能本质和合理用能原则，培养技术可行、安全可靠、高效节能工程思维和提升基于节能理念对比方案评估能力不同层面构建了工程热力学完整的课程思政教学逻辑关系体系。相关思路和设计理念可为其他工程类专业基础课程的课程思政教学提供参考。