“双碳”背景下工程燃烧学课程思政建设探索与心得

王秋麟 张守玉 周 骛

高等院校是我国贯彻科教兴国方针政策的前沿阵地，肩负着为党为国家为人民培养优秀建设者和接班人的重大任务。为全面推进习近平新时代中国特色社会主义思想进课堂、进教材、进大脑，落实高校立德树人根本任务[1]，须突破传统思政教育依靠思政课程的“孤岛”现象，充分发挥每门课程的德育功能，从而全面提升人才培养质量。目前，普遍认为理工科专业课程是落实课程思政建设短板和难点所在[2]，归因于理工科课程教学重知识技术而轻社会情怀，强调“工具理性”而缺少“价值引领”。然而，培养具有社会主义核心价值观和使命感的综合型创新“大工程”人才是攻克我国“卡脖子”技术难题、提升国家竞争力的必备条件。这就要求理工科专任教师用好“课堂教学主渠道”，突破“知识传授”与“价值引领”壁垒，深化课程思政建设，助力“大工程”人才培养。

为积极应对全人类共同面临的全球气候变暖问题，习近平总书记在第七十五届联合国大会上提出“中国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”目标。“双碳”战略布局正大力推进我国能源格局快速向绿色低碳转型，也对高校人才培养提出了新的更高的要求。化石燃料燃烧支撑着我国约85%能源供给[4]，决定了燃烧学科发展和相关人才培养对我国构建清洁、低碳、安全、高效能源体系发挥着重要作用。本文以工程燃烧学为载体，将课程教学内容、课程育人目标与“双碳”战略布局相结合，提炼“双碳”背景下课程思政新元素，探讨课程思政元素与专业知识隐形相融的有效方案，分享课程思政成效评价新举措，助力培养具有爱国主义情怀、环境保护意识和科技报国精神的综合性创新人才。

一、“双碳”背景下思政新元素挖掘

(一)人类文明进步与燃烧学科发展

火是人类最早发现和利用的自然力，使人类种群得以逐渐壮大，为人类进入文明社会创造了条件。从燧人氏“钻木取火”和普罗米修斯“盗神火救人类”的古老传说；到17世纪末，斯塔尔提出错误燃素说；到18世纪，普利斯特里发现氧和拉瓦锡大胆提出氧化概念，确立正确燃烧学说；到19世纪，燃烧过程开始被作为热力学平衡体系来研究，热力学成为认识燃烧现象的重要基础；再到20世纪30年代，美国化学家刘易斯和前苏联化学家谢苗诺夫等人引入化学反应动力学机理研究燃烧反应速率，确认化学反应动力学是影响燃烧速率的重要因素，且发现燃烧反应具有连锁反应特点，从而奠定了现代燃烧理论基础；再到20世纪30年代至20世纪50年代，人们开始认识到影响和控制燃烧过程的因素不仅仅是化学反应动力学因素，还有气体流动、分子扩散、热量传递等物理因素。美国力学家冯·卡门和我国力学家钱学森首先倡议用连续介质力学来研究燃烧基本过程，建立了“反应流体力学”；再到20世纪60年代后期，斯波尔丁建立了燃烧问题的数值计算方法，逐渐形成了“计算燃烧学”，定量预测燃烧过程和燃烧技术，从而使燃烧理论及其应用达到一个新高度。现如今，燃烧科学正从一门传统经验科学逐渐发展成为一门系统的、涉及热力学、流体力学、化学动力学、传热学、传质学、物理学的综合理论体系，推进人类社会大步向前迈进。

燃烧学科发展史也正是人类文明进步史。回顾人类历史长河，人类文明每一步跨越都得益于燃烧理论和燃烧技术的蓬勃发展。18世纪60年代，第一次工业革命的重要标志即为蒸汽机技术的改进与广泛应用。蒸汽机的广泛应用使社会生产力大大提高，同时带动煤炭勘探、开采和运输业大力发展，使全球能源消费结构完成了薪柴向煤炭的转变。19世纪60年代，以内燃机为标志的第二次工业革命开始。内燃机大大提高了热功转换效率，同时推动石油和天然气勘探、开采及炼制技术发展，使全球能源消费结构从煤炭为主转变为以石油和天然气为主。现如今，化石燃料燃烧依然是人类获取能源的主要方式[4]。燃烧在造福人类的同时，也带来了一系列问题，比如环境污染和温室效应。全人类正共同面临着全球气候变暖问题，控制二氧化碳等温室气体排放刻不容缓。燃烧学科具有鲜明的时代性和先进性，在全球能源格局重塑关键期也必然面临新的挑战和机遇。工程燃烧学以培养专业知识扎实且具有远大抱负的“大工程”人才为目标，向学生讲述人类文明进步与燃烧学科发展的密切联系，突出燃烧学科发展在人类社会历史进程中扮演的重要角色，激发学生学习燃烧学知识的动力和兴趣，树立为人类文明进步而努力的大局意识。

(二)双碳战略布局与燃烧技术革新

我国能源结构仍面临煤炭占主导地位、环境污染碳排放高、用能效率和电能占比低、新能源技术创新能力不足和能源安全形势严峻等问题，为实现“双碳”目标，我国制定了化石能源清洁化、清洁能源规模化和新旧能源综合化的战略布局，努力构建“清洁、低碳、安全、高效”的能源体系。在此新形势下，工程燃烧学教学应引导和鼓励学生关注燃烧学科领域发展新动态，例如新型燃料、新型燃烧组织方式和新型燃烧设备等。

在新型燃料方面，教师可向学生介绍利用可再生能源制取绿氢和新兴绿氨的前沿技术。前者能量密度高、来源和产物绿色无污染，但存在产率低、储存难和燃烧控制不易等问题；后者被认为是最具潜力的氢能载体，但如何控制氨氧反应朝氮气和水方向进行而不产生氮氧化物是有待解决的关键问题之一。以此扩宽学生学科视野、增强学生环境保护意识，培养学生逻辑思维和多角度思考问题的能力。

在新型燃烧组织方式方面，教师可向学生讲述有别于传统燃烧方式的新型化学链燃烧。化学链燃烧技术是实现煤炭清洁利用的创新型技术，是将传统的燃料与空气直接接触反应的燃烧借助于载氧体的循环作用解耦为两个或多个反应，实现CO2低耗捕集、同时抑制NO产生，在制氧、制氢、发电、化学品生产工艺中有巨大潜力[5]。通过向学生展示各种新型燃烧组织方式，激发学生创新意识。

在新型燃烧设备方面，教师可向学生展示由中国华能集团有限公司自主研发的世界参数最高、容量最大的超临界二氧化碳循环发电试验机组。该机组成功投运验证了超临界二氧化碳循环发电技术工业运行的可行性，有望彻底改变传统热力发电技术140多年来以水蒸气为主流工质的发电方式，标志着我国在超临界二氧化碳循环发电技术领域已处于世界领先水平，为进一步提升能源利用效率、实现“双碳”目标提供了重要路径。以此鼓励学生敢于突破、勇于创新，厚植民族自豪感，树立制度自信。

(三) 先进人物事迹与燃烧理论更迭

每一门学科的建立与发展都凝聚着无数科学家的研究成果和探索精神[6]。教师在课程思政实践过程中，以科学家们实事求是的科学精神和追求真理的艰辛历程引导学生，让学生感悟科学家的工匠精神和探索精神，弘扬科技报国情怀。

斯塔尔是探寻燃烧本质的先驱者之一，他提出的燃素说虽被后人证明是完全错误的，但他注意观察和理论总结的研究方法，却为后代科学家提供了一个范例，使后来正确的燃烧学说得以很快发现[7]。该事例提醒学生要用辩证思维看待失败，强调实践是检验真理的唯一标准。

前苏联杰出化学家谢苗诺夫(1956年诺贝尔奖获得者)丰富和发展了链式反应理论，促使人们深入探究燃烧反应历程，初步奠定了燃烧理论基础。作为一个世界著名科学家，谢苗诺夫多次强调科学要为人类的幸福和社会的进步服务。通过介绍谢苗诺夫的事迹和主张，使学生感悟杰出科学家致力于为全人类幸福和社会进步做贡献的磅礴气势，提升学生科学素养的同时，树立构建人类命运共同体的责任意识。

世界著名科学家、中国两弹一星功勋奖章获得者钱学森，被誉为“中国航天之父”。钱学森与美国力学家冯·卡门首先倡议用连续介质力学来研究燃烧基本过程，为燃烧学科发展做出了突破性贡献。由于当年钱学森回国效力，中国导弹、原子弹的发射向前推进了至少20年。除了钱学森的伟大建树，他当年坎坷的归国经历所折射出的深厚爱国情怀，更值得我们学习和传颂。通过讲述钱学森经历千难万险回国报效祖国的壮举，在学生心中厚植爱国主义情怀和科技报国的远大志向。

讲授固体燃料燃烧设备时，讲解适应性极强的煤清洁燃烧技术——循环流化床技术时，重点向学生介绍岳光溪院士的事迹，在面对我国自身燃煤技术落后他国、引进国外技术被拒的情况下，岳光溪院士团队自力更生、发愤图强，彻底弄清了循环流化床锅炉设计背后的原理，揭开了国外技术缺陷和不适应中国企业的根本原因，使循环流化床锅炉设计从纯经验方式转向了“中国特色”的理论指导方式，获得了2011年国际循环流化床技术成就奖，让学生感悟科学家的家国情怀，激发学生民族自豪感，树立做国家栋梁的主人翁意识。

二、课程思政实施方案探索

探索恰当有效的实施方案使专业知识与课程思政无缝对接，是实现思政育人“润物无声”的关键。本教研小组尝试从课前“精雕细琢”、课堂“见缝插针”和课后“运筹帷幄”三方面，开启全方位育人模式，以期获得良好的思政育人效果。

(一)课前“精雕细琢”

针对每一次教学活动，任课教师须明确思政要点，搜集思政素材，精准设计教学安排，避免课堂“自由发挥”所导致的“顾此失彼”。教师是决定课程思政教育成效的关键因素。为更好地落实课程思政建设，教师应奉行“育人先育己”理念，加强教师自身德育意识和德育能力，提高对国家方针政策和育人目标的准确认知能力，从而为课程思政育人提质增效。

(二)课堂“齐头并进”

工程燃烧学学习任务繁重，如何充分发挥45分钟课堂作用，是教师需要关注的重点。得益于课前“精雕细琢”环节，教师在课堂上可运用讲课艺术、多媒体设备及线上教学平台互动等，牢牢抓住学生的注意力，激发学生的学习兴趣，循循善诱，化“枯燥”为“有趣”，助学生领悟“思政”内涵。理工科教师切忌将课程思政化，避免“夸夸其谈”或沦为“空中楼阁”，要专业知识和课程思政“两手抓且两手都要硬”，从而达到课程融思政，思政寓课程的双向效果。

(三)课后“志存高远”

为巩固所学知识，检验思政成效，课堂教学活动结束后不仅须布置与所学知识相关的作业，还应设置多元化“思政”作业，引导学生调研课程相关的人物事迹、关注燃烧领域前沿热点或思考“卡脖子”技术解决之道等，使学生从“被动接受”转为“主动汲取”，激励学生自觉把个人理想追求融入国家和民族的事业中，促进思政理念内化于心。

三、课程思政成效评价尝试

课程思政建设是否有效激发学生学习兴趣，保证优良学习效果，是课程思政建设的基石。学生是课程思政教育的受众，是否领悟和认同教师所传达的思政要点，直接决定课程思政教育的成败。真实反馈课程思政改革实践效果，有助于完善和改进课程思政建设方案。据问卷调查结果显示(图1)，参与问卷调查的学生共有35人，82.9%的学生认为本课程有趣；85.7%的学生认为所学燃烧学知识有用；94.3%的学生认为每节课重点明确。该调查结果表明课程思政建设能够激发学生学习兴趣，并赋予专业知识以实用价值，给予了教师继续贯彻课程思政的信心与热情。然而，本问卷调查也存在涉及内容窄，难以全面反映课程思政育人效果的问题，后续将进一步丰富问卷内容，争取全方位真实反馈本课程思政建设成效。

图1 工程燃烧学课程问卷调查结果

综上所述，燃烧学科是一门既古老又年轻的学科。工程燃烧学课程定位为核心专业基础课程，内容涵盖燃烧基本理论、燃烧技术及其应用，承担着为我国能源动力领域培养高质量人才的重任。本课程知识掌握程度很大程度上决定了本专业人才培养质量。“碳达峰、碳中和”战略布局正促使我国能源消费和生产格局发生大转型，也使得燃烧学科面临新的挑战和机遇。及时追踪“双碳”背景下的燃烧学学科前沿问题、关键技术和发展趋势，保持课程体系先进性与前沿性，是工程燃烧学课程有效落实课程思政育人目标的关键。