航空航天类“工程热力学”课程思政建设的探索与实践——以布雷顿热力循环为例

史磊，邓甜

（中国民航大学中欧航空工程师学院，天津 300300）

“工程热力学”是研究热能与机械能及其相互转换规律的一门专业基础课，内容涉及我国能源安全、环境与可持续发展、能量转化装备、节能减排等，具有理论性强、概念抽象、知识点多、公式复杂、系统性强等特点，具备天然的课程思政属性。本文所讨论的“工程热力学”隶属于中国民航大学中欧航空工程师学院，课程采用46 短学时教学模式，在本科第七学期开设。“工程热力学”课程内容饱满、案例丰富、逻辑严密，充分吸收法国工程师院校的教学特点，紧密结合工程实际，以锻炼学生推理判断能力、提升知识运用能力、强化计算分析能力，培养学生社会责任感和民族使命感为目标。

一、国内研究现状

目前国内相关院校已针对“工程热力学”开展了课程思政建设并且取得了显著成果。范晶等人讨论了在能源与动力工程专业中开展“工程热力学”课程建设的必要性，并指出教师的示范教育作用、经典案例的引入和思政元素的挖掘是开展课程思政建设的具体措施。

杜芳莉等人以建筑环境与能源应用工程专业为例开展了“工程热力学”课程思政的改革探析，制定了课程思政改革的思路及步骤，确立了德育目标并梳理了思政元素等。

娄钦等人对“工程热力学”教学进行了调整与完善，提出“开放式育人教学模式”，即春风化雨浸润性思辨能力，坚持以人为本、立德树人价值观和构筑平等合作的新型师生关系，从而建立思政教育协同创新课程教学模式。

刘高洁介绍了“工程热力学”课程的特点和该课程中思想政治教育的核心内容，提出在专业基础课教学中开展思想政治教育的具体举措。

综上所述，目前在“工程热力学”课程中开展思政教育的系统性有待加强，思政元素与专业知识的有机融合不够深入。课程组结合自身情况，以气体动力循环教学内容中6 学时的布雷顿循环（授课+习题+实验）为例开展课程思政建设的探索与实践。

二、课程思政建设的设计与思考

本文将从中国航空工程师学院的具体实情出发，结合人才培养目标开展适合该院的航空航天类专业方向“工程热力学”课程思政建设，主要包括五个方面：参与人员、思政元素、教学方法、教学过程和教学评价。

图1 课程思政建设的五个方面及其相互作用关系

参与人员作为中心环节与其他四个方面都产生相互作用。教师团队应挖掘思政元素，不断创新教学方法，依托多样化的教学手段构建覆盖线上、线下的全时空教学过程，在教学过程中融合教学评价，及时获取课堂反馈并调整教学方案。教师和学生共同实施教学评价并根据实际情况不断修改和优化评价标准。教学评价的反馈有助于思政元素的进一步凝练和完善，使得整个课程思政教学形成持续优化的稳定闭环系统，给教师和学生带来深刻影响。

（一）参与人员

李国娟指出课程思政建设的关键在教师，史玉凤谈到了课程思政中的教师责任，强调教师要遵纪守法、熟练掌握所承担课程、关心国内外发展现状等。本课程组教师自承担“工程热力学”课程以来，不断提高自身专业水平，瞄准航空与能源产业，开展了广泛而深入的调研，先后在民用航空发动机生产、研制、维修单位实习，与国内高水平院校建立深度科研合作。在教师育德能力培养方面，授课教师积极参加疫情防控工作、学校建党百年系列活动等，感受祖国的强盛，实现精神的升华，将红色基因溶于血液，将光荣使命铭记于心。

课程思政不单考虑“供给侧”，更要考虑“需求侧”，针对学生特点因材施教，只有“知己知彼”，才能“百战不殆”，发挥出课程思政的最佳育人效果。以中欧航空工程师学院工程热力学的教学活动为例，该活动面向的学生群体为刚刚结束预科教育进入工程师阶段的大四学生，在授课方式上更加青睐于严密的逻辑推理和公式推导，缺乏专业认知，学生在授课学期内要进行研究生入学统一考试和本科毕业设计，课业负担偏重，精神压力较大。鉴于此种情况，任课教师在学期伊始就应强调作为考研科目之一的“工程热力学”课程学习的紧迫感，强化前期学习效果，融合思政元素做好课程导入，通过1—2 节大课逐步完成由推导型授课向讲述型授课的转变，借助课程内容合理引入学术规范与要求，培养学生的专业认知等等，调动学生学习的主动性和积极性，提高育人质量。

（二）思政元素

在“工程热力学”课程的第六次授课内容中将介绍气体动力循环的其中一种方式——布雷顿循环，它是航空发动机和地面燃气轮机采用的热力循环模式基本形式，相比于活塞式内燃机，采用布雷顿循环的热机允许通过的气流流量更大、输出功率更高，在国民经济发展和国防工业建设中发挥着重要作用。该部分教学内容总共包括布雷顿循环简介及其热力过程、布雷顿循环的社会应用、定压加热理想循环、定压加热实际循环和提高循环热效率方法等内容。

布雷顿循环热机和活塞式内燃机都能够实现进气压缩、加热、做功和排气放热的过程，然而时空关系不同。布雷顿循环热机的运行模式是在不同地点、同一时刻进行上述四个过程，采用团队协作模式，进气道和压气机负责进气加压，燃烧室负责加热，涡轮负责做功，尾喷管负责排气放热，分工明确，各司其职，各负其责。而活塞式内燃机是在同一地点、不同时刻进行上述四个过程，采用“单打独斗”模式，在缸体内部依次进行进气压缩、加热、做功和排气放热，包揽所有环节，为实现大功率输出常常采用并联方式协同工作。本部分内容深刻反映了专业分工和团队协作的重要性，个体需要找准自身专业方向并有机融入团队才能贡献出更大的力量，教师可以此告诫学生要谨慎对待专业选择，培养团队精神。与此同时，课程内容也传递了一种时空转换的逻辑思维，以时间换空间可以降低规模与成本，以空间换时间可以提高效率和效果，这种思政元素的提炼对学生综合素养的提升很有帮助。

在航空发动机领域，我国与欧美强国之间存在着较大差距，尤其在民用航空领域，作为世界第二大民航运输国，我国没有可用的国产民用航空发动机，不得不长期依赖于国外航空发动机寡头，被迫接受各种霸王条款，从航材购置、关键零部件维修等业务中损失巨额利润。通过该部分的教学可以让学生深刻体会到“落后就要挨打”，明白唯有科技自立自强才能实现高质量发展的道理，感受到身上肩负的光荣使命与重要责任。

航空发动机可具体分为涡喷发动机、涡扇发动机、涡轴发动机、涡桨发动机、桨扇发动机、涡轮冲压发动机等。涡喷发动机是最早出现的航空发动机，以其为基础逐渐衍生出了具有更优燃油经济性的涡扇发动机、用于直升机动力的涡轴发动机、适用于中低速飞行的桨扇、涡桨发动机和应用于高超声速飞行的涡轮、冲压组合发动机等。通过课程内容的讲解让学生切身体会到如何灵活运用知识和原理“举一反三”，如何发散思维开展创新与变革工作，如何透过现象看本质等等。

布雷顿循环也可称作定压加热理想循环，是航空发动机或燃气轮机热力循环的理想化模型。在简化过程中需要将工质视为处于理想气体状态的空气，忽略燃油质量和燃气成分变化，忽略工质动能和势能的变化，将压缩和膨胀视为等熵过程等等，这是很好地向学生展示如何通过建模思维将实际问题抽象化的机会。描述定压加热理想循环的特性参数有循环增压比、循环增温比、循环热效率和循环输出功等等，通过推导最终可以建立参数之间的函数关系，这提醒学生要善于提炼描述事物的特征，要学会利用数学思维、数学工具去分析事物，总结规律和特点等。

（三）教学方法

在布雷顿循环的教学方法上，采用以课堂讲授为主体、以网络资源为辅助、以习题计算为重点、以课内实验为补充、以虚拟仿真为拓展的教学方法，构建虚拟与实际相结合、理论与实践互支撑、课上与课下同配合的全方位授课模式。

习题课与理论课按照1∶1 的比例进行配置，依托具体的工程应用场景进行知识点的深度串联，随着问题的一一被求解，学生对其的理解也在层层加深，这是学生将知识点“掰开揉碎”的关键环节，是将思政元素由学生被动接收向主动吸收转变的必要过程，也是培养学生优秀品格、锻炼顽强意志的可靠途径。课内实验“航空发动机热力循环分析”依托学院建成的WESTT CS BV 发动机半物理仿真平台进行。在2019年，课程组建设了天津市级虚拟仿真实验教学项目“航空发动机热力循环分析及故障诊断实验”，并在校内网络平台上公开运行。在网络资源上，任课教师依托超星学习平台初步建立了“工程热力学”线上学习资源，并通过学习通App 进行日常管理，具体包括课程PPT、课内习题、拓展学习资料、视频资源、重要知识点讲解、内容讨论等等。

（四）教学过程

思政元素在课堂中的融入要做到“润物细无声”，内容要适量、节奏要适度，要充分保证课程的完整性，教学内容不能因思政元素的引入而缺斤少两，思政元素宜精不宜多，要发挥其“画龙点睛”的作用，因此教学过程的实施非常重要。“工程热力学”的整个教学过程始终以学生的知识获得、能力提升、专业认同、品格塑造、情怀培养为牵引，布雷顿循环的教学过程如图2所示。

图2 布雷顿循环教学过程

教学过程依托课堂讲授、网络资源、习题计算、课内实验和虚拟仿真5 种教学方法开展，覆盖了课前、课中、课后全过程，思政元素需浸润在教学过程中的每个环节中，通过“听、说、读、写、想、算、问、练、学”等多个维度让学生深切体会和感悟丰富的专业知识和思政元素。

（五）教学评价

教学评价能够对课程的良性发展起到推动和促进作用，目前在“工程热力学”教学评价体系中构建了“专家点评、同行交流、学生反馈”的机制，共同推动课程思政建设向深度和广度发展：1.学院成立了课程思政建设小组，在院党委的统一领导下开展课程思政建设与改革工作，由在课程思政方面经验丰富的教师担任专家，对各相关课程的思政建设开展指导和点评，分别从课程思政建设的背景与意义、思政元素的选取与提炼、教学环节的思考与设计等几个方面入手，切实提高青年教师的课程思政建设水平和建设效果；2.同行交流是提高课程思政教学水平的重要途径，因为这种交流不只局限于方法和理论层面，还要深入内容，在细节上产生共鸣，从而实现课程思政的真正落地；3.学生对课程的反馈体现在方方面面，需要教师细心总结与体会，感悟思政效果。比如教师“提前20 分钟到教室检查课前准备情况，并定时发布网络签到”，在开始执行前，学生经常出现“踩点上课”或“上课迟到”的现象，习惯较为懒散。当教师能够做到提前到教室候课后，学生上课迟到的问题得到了很大程度的改善。再如绘制p-v 和T-s 图，学生在开始作图时经常在符号大小写、正斜体、曲线斜率、横纵坐标等问题上出现各种各样的错误，比较粗心和马虎。在教师仔细讲解每项作图规范和具体要求后，学生的作图质量显著提高。这些现象都是课程思政育人效果的积极体现，值得去用心感受。

三、课程思政建设的总结与展望

中欧航空工程师学院“工程热力学”的课程思政建设刚刚起步，还存在诸多不足之处。本文以布雷顿循环为例，较为详细地介绍了课程组开展课程思政建设的探索与实践，以期抛砖引玉，通过“工程热力学”课程的思政建设弘扬科学家精神和工匠精神，锻炼学生守时守信、艰苦奋斗、开拓创新的优秀品质，增强行业紧迫感和危机感，培养社会责任感和使命感，提升民族自尊心和自豪感，为其自觉投身于民航强国战略、推动国家高质量发展、实现中华民族伟大复兴储备强大的信念力量和思想源泉。