新时代教育改革背景下“工程热力学”课程思政设计与实践

陈九玉，孙运兰，朱宝忠

（常州大学 石油与天然气工程学院/能源学院，江苏常州 213164）

习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上指出：“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，努力开创我国高等教育事业发展新局面。”[1-2]课程思政教育作为一种综合教育理念，是将思想政治教育的理论知识、价值观念以及精神追求等通过课堂教学这个主渠道融入专业课程教学，实现知识传授与思想政治教育齐头并进，形成协同效应[3]。它不仅体现在思想政治类课程的教学上，而且体现在各类专业课程教学以及其他的教育活动。教育理念的转变，使当前教育教学工作中课程思政的设计与实践变得至关重要。这一变化要求教师在教授理论知识的同时，深入挖掘并有效融合课程中的思政元素，以实现“知识传授、能力培养、价值塑造”三者的有机融合[4]。对教师（特别是工科专业的教师）来说，实现上述培养目标无疑是一项巨大的挑战。这要求教师不仅要充分理解并传授理论知识，而且需要考虑如何根据课程知识点加强学生的社会主义核心价值观教育，培养学生的爱国情怀、责任感、使命感，确保价值引领与思想导向充分融入课程教学中。然而，课程思政的实施过程中存在教师对课程思政的认识不充分、对思政教育授课形式的不明确以及人文素养知识储备的不足等问题[5-6]。这些问题导致思政教育与知识点融合度不高，学生对课程思政教育的获得感不足。鉴于此，本文以“工程热力学”这一工科专业基础课程为例，充分挖掘和梳理课程内容中蕴含的思政元素，并结合案例将这些元素有机地融入课程教学中，以实现知识、能力和德育的同步培养。

一、“工程热力学”课程目标

“工程热力学”是能源与动力工程、航空航天工程、建筑环境与能源应用工程等专业的主要学科基础课程，是研究热能有效利用、热能与机械能及其他能量转换规律的科学。具体而言，“工程热力学”研究各种热力过程、循环（动力循环、制冷循环等）、设备和装置中能量交换情况。本课程的教学目标是学生掌握能量转换的基本规律、基本热力过程和热力循环的分析方法，并深刻理解提高能量利用率的基本原理及其主要途径。本课程的能力目标是学生能够在实际生活与生产过程中，根据能量转换的基本规律选择合适的循环方式，并能针对具体问题进行分析，提出合理的解决方案，同时使学生在应用学科领域内具备分析、研究和解决问题的能力。本课程的教学思政目标是培养学生的爱国精神和社会责任感，树立社会主义核心价值观，加强节能与环保意识，提高职业素养。

二、“工程热力学”实施课程思政教育的必要性

“工程热力学”是多个专业的核心基础课程。学生毕业后，工作领域涉及锅炉厂、燃煤电厂、空调设备、暖通工程等与国计民生密切相关的行业[7]。这要求学生不仅具备扎实的理论知识和专业技能，而且拥有正确的价值观、社会责任感和良好的职业道德素养。才者，德之资也；德者，才之帅也。人才培养一定是育人和育才相统一的过程，而育人是本，人无德不立，育人的根本在于立德。“德”与“才”同时兼备，我们才能干成事、干好事、干大事，才能保障民生，促进国家和民族事业的可持续发展。这些教育目标的实现在很大程度上依赖于思想政治教育。大学阶段是开展这一教育的重要时期。大二通常是大学生心理发展较为平稳的阶段。这一时期的学生需要得到积极引导，以帮助他们树立正确的世界观、人生观和价值观[8]。在大二开设的“工程热力学”课程教学中，教师通过融入家国情怀、社会责任感、科学思辨精神以及大国工匠精神等思政元素，进行思想政治教育。这不仅促进学生学习专业知识和技能，而且培养学生的爱国情怀、社会责任感和良好的职业道德。通过这种教育方式，学生能够树立正确的价值观，为建设具有中国特色的社会主义贡献自己的力量，立志成为国家和人民需要的优秀人才，最终成为合格的社会主义事业的接班人。

三、“工程热力学”开展课程思政的思路与实施方案

工科专业课程在开展思政教学方面与公共思想政治类课程有所不同。公共思想政治类课程，如“思想道德与法治”“毛泽东思想和中国特色社会主义理论体系概论”“习近平新时代中国特色社会主义思想概论”等，通常从道德、人文、法律、历史等多个维度对学生进行思想道德教育。相比之下，工科专业课程则需要教师在授课过程中挖掘和融合课程内的思政元素，旨在使学生掌握专业理论知识和技能的同时，促进其德育水平的提升[9]。例如，“工程热力学”这门工科专业课程，因其概念抽象、公式繁多、理论与工程实践紧密相关等特点，成为思政教学的挑战之一。课程中的概念，如焓、熵，对学生来说难以理解，常使学生感到困惑，被认为是思政教学中的“重灾区”。

因此，为了确保“工程热力学”课程思政建设的有效进行，本专业教研室从教学队伍建设、课程教学环节（如课件、教学方式）等方面进行了探索与改革。在教学队伍建设方面，我们通过“老带新”模式，成立了由“教授/副教授+讲师”组成的教学团队。这种做法既促进了年轻教师在教学方法和技巧上的学习与提升，提高了他们的专业教学能力，也加强了他们的思政意识和人文素养知识储备。同时，年轻教师还学习到如何巧妙地将思政元素融入专业课程教学之中，从而更好地发挥思政教育在专业课程中的作用。在课程教学环节，我们坚持教学方式创新与思政教育改革相结合。在课件与教学方式的设计中，教师紧密围绕专业知识，同时融合相关领域的热点议题。例如，教师在“绪论”部分讲解“双碳”目标时，强调节能减排降碳的重要性；在“热力过程与动力循环”讲解中，引入“神州”系列航天器的案例，展现“大国重器”和“大国工匠”精神以及树立中国特色社会主义的四个自信。此外，教师通过介绍迈耶、卡诺、钱学森等科学家充满挑战与成就的人生故事，激励学生。在准备课程和教学过程中，教师通过将思政元素巧妙地融入专业知识讲授，实现思政教育的隐形融入，使思政内容既感人又接地气，展现出多样性。教师以正确的价值观和人生哲理为指导，充分利用图片、数据、视频等多媒体资源来传达思政内容，激发学生的家国情怀，指导他们树立正确的价值观，使育人、专业知识传授和能力目标培养同向而行。

“工程热力学”课程部分思政设计的案例如下。

1.“绪论”章节主要介绍了“热能及其利用”“热能与机械能相互转换过程”以及“热力学发展简史”。在介绍热能及其利用部分时，教师通过具体案例帮助学生了解我国能源现状以及在此领域的国家重大工程建设成就与重大突破。在我国的能源结构中，煤炭、石油、天然气等传统化石燃料占据主导地位，但化石燃料的广泛使用对人类的生存环境和生存空间质量造成了消极影响。此外，化石能源的长期开采与利用导致其储备量日益减少，越来越难以支撑经济的快速发展。在寻找替代能源的过程中，核能因具有高效、清洁、低碳等明显优势而受到关注和重视。核能发电的基础是核裂变链式反应，完成核能—热能—机械能—电能的转换过程。1951年，人类首次实现了核能发电。我国在20世纪70年代初才开始对核电站进行最初的研究，并于1985年开工建设了第一座自主设计的秦山核电站，1991年12月25日成功并网，结束了我国无核电的历史。过去，我国核电发展滞后，核电自主知识产权不足，导致核电项目难以“走出去”。然而，近年来，我国坚持核电自主创新的道路。2022年中核集团华龙一号（全球第三台，我国第二台）并网掀开了我国核电发展新篇章。“华龙一号”批量化建设有序推进，标志着我国核电技术实现全面跨越，成功跻身世界前列。随后，“国和一号”示范工程建设项目的推进，标志着我国先进核电工程建设及关键技术研发获得了新突破，自主化、国产化水平稳步提高，国际合作持续深化[11]。我国核电产业的发展历程实现了从“自立自强”到“走出去”的转变，有助于增强学生的民族自豪感和荣誉感，坚定中国特色社会主义的“四个自信”。我们通过展示全球能源现状和环境污染的图片、视频，增强学生的忧患意识，使学生认识到能源危机及环境污染的严重性，引导学生深入分析我国能源消费结构，深刻理解并践行绿色经济与循环经济的可持续发展战略，同时强化生态责任的认识，构建人与自然和谐共处的良好态势。

2.“热力学第一定律”章节的主要内容包括“热力学第一定律及其基本能量方程式”“开口系统的能量方程式”和“人体的能量平衡”。在讲述热力学第一定律及其基本能量方程式时，教师引入了三位有重大贡献的科学家。第一位是迈尔医生，他首次将热学观点用于研究有机世界。他在一次航行中给船员做手术时观察到血液在不同地区呈现不同的颜色。通过分析，他认为食物中的化学能可以在机体中燃烧转化为热能。相较于温带地区，食物在热带地区由于燃烧过程减慢，耗氧量减少，残留氧量增加。由此，他得出“能量是不灭的，而是可以转化的、不可称量的客体”。随后，他发表了自己的观点，更是在1845年的论文中写道“无不能生有，有不能变无”。然而，当时的物理学界并不认同他的观点。亥姆霍兹吸取了迈尔的经验，通过实验验证了迈尔的观点，并首次用数学公式将能量守恒定律表达出来。焦耳通过长达三十多年的实验，测定了热功当量。通过了解热力学第一定律的历史背景，学生可以学会辨识真伪，培养“科学思辨”精神。亥姆霍兹和焦耳的故事也启示学生，在科学探索的道路上需要坚持不懈和勇往直前的勇气，坚定“不破楼兰终不还”的决心。将来走上工作岗位时，学生应始终保持不畏困难的攻坚精神，尤其是在面对制约我国发展的“卡脖子”技术问题时，要勇于挑战，坚持到底，不惧风险。

热力学第一定律，也称为能量守恒与转化定律。它告诉我们第一类永动机（即不消耗任何形式的能量而对外做功的机械）的制造是不可能实现的。这个原理不仅是物理学的基础，而且为我们在社会中的角色和责任提供了隐喻。作为国家的一员，我们享受着国家提供的福利，也有促进国家发展和民族复兴的责任和义务。在这个比喻中，每个人可以被视为一个独立的热力系统，我们为国家的发展做出的贡献，好比是系统对外做的功。根据热力学第一定律，若要增加做功的量，就需要吸收更多的热量（能量）。在这里，热量可以比喻为科学文化知识。这启发我们必须努力学习，不断积累知识和智慧，为实现中国梦而贡献力量。

3“.热力学第二定律”章节涵盖了“热力学第二定律”“卡诺循环和多热源可逆循环”“熵、热力学第二定律的数学表达式”“孤立系统熵增原理”“能量贬值原理”和“”等九部分内容。热力学第二定律阐明了与热现象有关的各种过程进行的方向、条件以及限度。最基本且广泛应用的表达形式是热力学第二定律的克劳修斯说法。他从热量传递的方向性角度出发，指出热量不可能自发地、无代价地从低温物体传至高温物体。这种“自发”过程具有一定的“方向性”，属于不可逆过程。这就提醒学生“盛年不重来，一日难再晨。及时当勉励，岁月不待人”，莫要“少壮不努力，老大徒伤悲”。

在讲解卡诺循环时，教师以评价“热机工作性能的经济性指标——热效率”为切入点。热效率表示为功量与吸热量的比值，功相对于热量是品质较高的能量，热效率本质上反映了热机“收益”与“付出代价”之比。热机的热效率实际上蕴含着两个重要的人生哲理，一是没有付出就没有回报，正如张衡所说“人生在勤，不索何获？”。二是人生观与价值观。具体而言，国家在发展，社会在进步，我们每个人想要获得一个比较好的待遇、生活，就必须对这个社会做出一定的贡献。只有每个人懂得贡献，才能使社会更加稳定，物质更加丰富，我们才能得到更多的回报，达到良性循环。钟南山院士曾寄语学生，要“处理好小我和大我、处理好索取与奉献”的关系。教师讲解“熵”的相关内容时，熵之“殇”引发学生哲学思考。人在面临挫折的时候，往往会产生消极、压抑的情绪。情绪的出现本质上就是一种“熵增”现象。根据熵的物理含义，熵在某种程度上表示混乱度。若面对苦难焦虑时自我逃避、自我封闭并沉浸其中，我们则会身处于孤立系统状态，“殇”会一直增大，不好的情绪会被持续放大（混乱度增大），最终迷失自我。因此，教师从“熵”的角度教导学生面对苦难挫折产生不良情绪时，要勇于反抗降低混乱度，即“熵减”行为。

4.“气体动力循环”章节深入探讨了不同气体动力装置的特性及能量转换规律，并分析了影响这些装置热效率和经济性的热力学本质。在教学中，教师除了传授基础理论知识，特别要强调近年来中国在燃气轮机领域取得的最新成就。2023年，中国航发“太行110”重型燃气轮机（代号AGT-110）完成了产品验证鉴定，填补了国内在110兆瓦功率等级产品的空白，标志着国产重型燃气轮机向商业化应用迈出了关键一步[12]。重型燃气轮机是工业领域的核心技术，尽管我国在此领域取得了显著进步，与国际先进技术相比仍存在一定差距。因此，教师在教学中鼓励学生奋发图强，激发学生的使命感和创新意识。同时，教师在介绍航空发动机部分，突出介绍了钱学森院士、徐建中院士、吴仲华院士等科学家为我国航空领域发展所作出的杰出贡献，弘扬他们无私奉献、勇于创新的“大国工匠”精神。这一教学内容旨在培养学生担负起推动我国从制造大国向制造强国转型的使命与责任。

除了上述提到的知识点蕴含思政元素外，“工程热力学”课程的教学内容中还有很多涉及家国情怀、节能减排、人生哲理等元素。例如，实际气体状态方程“马丁－侯方程”就是由侯虞钧教授与美国科学家合作提出，后又单独对其改进。侯教授放弃国外优渥待遇，选择回国任教，为国家建设作出了重大贡献。他的行为激励学生树立了“科学无国界，但科学家有祖国”的理念。在讲解如再热、回热、热电联产和热电冷联产等提高能量利用率的措施时，教师引导学生认识到燃料燃烧产生的热量中有超过一半无法被利用，从而培养学生的节能意识。

工程热力学教学内容中也蕴含不同的人生哲理。例如，气体压缩蕴含着“有压力才会有动力”的道理；水的定压加热气化过程可让学生懂得“不积跬步，无以至千里”；理想混合气体部分让学生明白总的时间有限，要善于合理分配时间，切勿浪费光阴；熵增原理告诉学生“果上随缘，因上努力”；压气机的工作原理教导学生“条条道路通罗马”，要实现预定目标，可选择不同的路径。这些内容的融合，不仅丰富了学生的专业知识，而且树立了他们的人生观和价值观。

四、结束语

本文阐述了“工程热力学”课程德育教育的作用，对课程知识点蕴含的思政元素进行了充分梳理，将可持续发展观、中国特色社会主义“四个自信”、科学思辨精神、社会主义核心价值观、“大国工匠”精神、家国情怀以及不畏难的攻坚精神等思政元素有机融入课程教学内容之中。课程内容与思政元素的有机统一，不仅培养学生的专业知识和技能，而且培养学生的爱国精神、社会责任感、使命感，以期实现“三全育人”目标。