“双碳”战略融入热工学课程思政教学探索及成效

冯俊军　陈霞　黄琪嵩　林晓飞

［摘 要］“双碳”战略是我国应对极端气候变化的重要决策，要达成这一战略目标首先要提高热能转换效率、减少化石燃料的消耗、降低热量传递的损失，这与热工学课程教学主题高度契合。文章以“双碳”战略下我国电力能源行业节能减排为切入点，探索将“双碳”战略融入热工学课程思政的教学模式，通过问卷调查收集學生对热工学课程思政的教学评价和意见，分析热工学课程思政教学模式成效及影响因素，提出有针对性的改进措施，为进一步提高热工学课程思政教学效果提供参考。

［关键词］“双碳”战略；节能减排；热工学；课程思政；成效调查

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 2095-3437（2023）11-0120-04

近年来全球极端气候频繁发生，2022年6月以来，全球经历了有史以来最热的夏天，破纪录的热浪席卷全球各地，巴基斯坦受热带季风影响遭遇了严重的洪水灾害，这一系列现象表明温室气体带来的气候变化正严重影响着人类的生存环境[1]。2022年9月22日，习近平总书记在第75届联合国大会一般性辩论中提出：“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，使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。”[2]“双碳”目标的提出彰显了我国应对气候变化的坚定决心，现已成为一项重要的国家战略决策[3]。

煤炭是碳排放强度最大的化石能源，化石能源在利用过程中存在两个关键难题：一个是燃烧引起的超量碳排放问题，另一个是热能传递和转换效率低的问题。当前，我国能源产业长期依赖煤电，燃煤电厂仍有1000多座，产能占全球50%以上，因此，电力能源行业碳减排成效是实现“双碳”战略目标的关键[4]。从能量角度来看，电力行业碳减排重点在于提高由热能到电能的能量转换效率，从而大幅减少化石燃料的消耗，降低碳的排放量；此外，还可以通过提高化石燃料的热量传递效率达到节能的目的，如减少热量传递损失、提高余热回收率等。

能量转换效率和热量传递效率正是热工学课程研究的内容，这意味着我国“双碳”战略与热工学课程的教学目标高度契合。当前，关于课程思政的教学探索正在如火如荼地进行[5]，任课教师可以创造性地把“双碳”战略作为热工学课程思政的教学主题，而如何将“双碳”战略有效融入热工学课程教学是当前亟须解决的问题。本文以中国电力行业节能减排需求为切入点，探索将“双碳”战略主题与热工学课程思政教学有效融合，并通过调查问卷收集学生对热工学课程思政教学的评价和意见，分析“双碳”战略融入课程思政的有效性及影响因素，提出有针对性的改进措施，从而为热工学课程融入思政教学提供参考。

一、“双碳”战略融入课程教学思路

热工学课程主要讲解热能利用知识。根据能量利用方式的不同，课程知识可分为工程热力学和传热学，其中，工程热力学主要研究热能间接利用，即热能与机械能等其他形式能量之间的相互转换规律，其目标是减少能量在转换过程中的损失，从而提高能量的转换效率[6]；传热学则主要研究热能的直接利用，即热量传递基本原理及热量传递遵循的物理规律，其目标是减少热量在传递过程中的损失，提高热量传递的效率[7]。总的来说，热工学课程的主要目标是让学生掌握并高效利用热能的工程知识，这与当前国家“双碳”战略下节能减碳的改革需求十分契合。因此，将“双碳”战略融入热工学课程思政教学具有重要意义，具体教学思路如下。

（一）能量转换规律与节能减排相结合

能量转换规律是热工学的重点内容之一，研究热能与机械能等其他形式能量之间的转换规律与能源领域的工程需求密切相关，也和国家能源安全密切相关。能源安全涉及国家工业的经济命脉和国家安全，是我国实现中华民族伟大复兴的重要前提[8]，因此，在热工学课程的教学过程中，可以将能量转换规律与我国能源安全相结合，一方面可以使学生更好地将理论知识与工程实际联系起来，另一方面又可以让学生了解到该课程对国家的重要性，增强学生的使命感。如在讲解能源转换方式时，可以将我国火力发电、水力发电、太阳能发电等能源利用技术与我国经济发展相结合，强调能源领域的不断改革进步对我国经济发展的重要性，特别是火力发电作为我国能源供应的重要部分，为了保障经济绿色和可持续性发展，必须要通过技术革新丢掉高污染、高能耗的帽子，这就要求热工学专业人才必须具有扎实的热工学理论基础。

（二）热量传递规律与余热利用相结合

能量转换规律是热工学课程的另一个重点内容，它主要研究三种基本热量传导的规律及其影响因素。在化石能源的利用过程中，我们通常只能利用一部分热能，另一部分则以不同的形式变成了余热、余能，而对于余热、余能的再次利用也是国家能源行业改革的重要部分。火力发电行业的余热资源主要为冷却循环水余热和锅炉排烟余热两种，这两种典型的余热利用技术本质上都是通过热传导将热量再次回收利用起来，因此需要考虑热量传递效率，尽量降低热量在回收利用过程中的热损失。基于此，笔者建议可以将火力发电的余热利用与热量传递规律教学结合起来。衡量热量传递的物理量是热流量和热流密度，而控制热流量和热流密度的关键在于控制传热温差和路径，因此通过引入余热利用的内容可以将传热学的一系列核心知识点，即传热温差、热流量、热流密度、热阻等概念串联起来，引导学生逐渐掌握这些课程知识点，掌握热量传递的规律，并明了其对国家能源行业“双碳”战略目标实现具有的重要意义。

二、课程思政教学成效调查分析

笔者采用网络问卷的方式开展了2021—2022学年热工学课程思政教学成效调查。本次调查共发放调查问卷46份，回收有效问卷45份，有效回收率为97.83%。此次主要调查学生对热工学课程思政教学的接受程度、学习现状以及学习效果，问卷调查结果可为后续课程思政改革提供依据。

（一） 课程思政教学接受程度

图1（a）为学生对课程思政教学元素的感知度，从中可以看出，在教学授课过程中，能够感觉到思政元素的学生占97.8%，说明课程思政已融入课堂。另外，经过本学期课程思政教学后，认为有必要在热工学课程开展思政教学的学生占91.1%，如图1（b）所示，相比于传统的专业教学，学生更青睐于专业知识与思政元素深度融合的教学模式，这也在一定程度上反映了开展热工学课程思政教学改革的必要性。

（二）课程思政教学成效分析

“双碳”战略融入热工学课程思政的具体成效分析结果如图2所示。从图2（a）可以看出，认为课程思政对课程学习有非常大帮助和较大帮助的学生占比为91.1%，说明“双碳”战略融入热工学课程思政的教学模式具有较大成效。由图2（b）可知，37%的学生认为掌握了课程知识对我国能源供应和经济发展的重要意义；32%的学生认为课程思政有助于他们从辩证唯物主义的角度客观全面地认识和看待事物；18.4%的学生认为课程思政帮助他们形成了成熟和积极的人生观、世界观和方法论；12.6%的学生认为课程思政扩大了自己的知识面，使自己增长了见识，促进了理论与实际的结合。由图2（c）可知，“双碳”战略政策得到了62.2%学生的认同，进一步说明，将“双碳”战略融入热工学课程思政教学是合理且有效的。最后，学生对热工学课程思政总体教学效果进行了评价，认为课程思政教学效果非常好和很好的学生合计占比为95.6%，如图2（d）所示，充分证实了“双碳”战略融入热工学课程思政教学的成效。

三、课程思政教学成效巩固提升措施

为巩固热工学课程思政教学成效，笔者认为还需要从思政元素的多元化和融入度进一步探索，使热工学课程思政教学愈加丰富多彩和深入人心，具体措施如下。

（一）以“双碳”为主题，使思政元素更加多元化

“双碳”战略的背景是能源行业。近年来我国在能源领域的发展成效显著，在课程思政教学过程中，可以将重大能源科研成果与热工学的课程思政教育相关联，让学生深刻体会到国家能源发展带来的自豪感。比如，我国耗时多年建设的三峡水电站就是一项具有重要战略意义的清洁能源项目，不仅具有清洁、绿色的优点，而且可以在防涝抗洪方面起到重要作用。生态环保是近年来非常热门的时政话题，习近平总书记在关于社会主义生态文明建设的一系列重要论述中均强调了生态环境的重要性，如“绿水青山就是金山银山”“要把生态环境保护放在更加突出位置，像保护眼睛一样保护生态环境，像对待生命一样对待生态环境”。这一系列关于生态环保的论述，从不同程度宣传了生态、节能、环保的理念，极大地丰富了热工学课程的思政元素库。此外，“双碳”战略的突破口是清洁能源，通过开发大量清洁能源替代化石能源，能够达到降低碳排放的目的。在能源利用领域有一种新型能源，即地热能，这是一种非常清洁环保的可再生能源，它广泛分布于各个领域，不仅能够为人们提供采暖和制冷，而且能够为工业生产提供电力。地热发电是把地下的热能转变为机械能，再将机械能转变为电能的过程，该过程服从热力学第一定律。在热工学课程中引入清洁能源的元素，不仅有利于学生进一步了解热工学课程的实际意义，还能够鼓励学生学习和开发更先进的科学技术，为未来清洁能源的高效利用作出贡献。

（二） 以“节能”为目标，提高思政元素的融入度

要提高课程思政的融入度，达到“如盐化水”“润物细无声”的效果，就要赋予思政元素鲜活的实际意义，让高大上的思政元素接地气，再通过问题驱动式和案例研讨式教学达到潜移默化的教育效果。例如，在冬天取暖的时候，人们经常会遇到取暖方式的选择问题，比如：用空调和电暖气哪个更节能？这个生活案例实际是能量转换效率的问题。空调的能量转换机制是基于卡诺循环，将热量由低温热源转移到高温热源，而电暖气则是将电能直接转化为热能。从能量守恒的角度分析，电暖气相当于每秒将1焦耳的电能转换为热量，是能量的直接消耗，而空调是将室外的能量转移进室内，是能量的转移。正常情况下，空调工作的效率远高于直接的电加热，但当室外温度低于-10℃时，空调室外机会因结霜而无法正常工作，因此许多空调带有辅助电加热功能，此时耗能急剧增加。将热工学课程理论知识融入日常的实际案例能使学生对热工学节能环保理念有更深入的体会。比如引导学生从传热学角度分析在日常生活中如何降低冰箱的耗电量，提问：冰箱结霜的时候耗电量比没结霜的时候多吗？实际上，冰箱所产生的霜在蒸发器和热空气之间形成了一个热阻隔，要使冷藏室或冷冻室达到相同的温度，空气压缩机就必须提供更大的功率才能获得低温制冷液，所以当冰箱结霜时会比没结霜时更耗电。融入这些生活实际案例，一方面可以加强学生对课程知识的理解，另一方面也能使低碳节能的理念深入人心。

四、结语

本文主要探讨将国家“双碳”战略融入热工学课程思政教学，将能量转换规律与节能减碳理念相结合，把热量传递规律与余热利用思想联系起来，不仅能够帮助学生掌握课程专业知识的内涵，而且有助于学生深刻理解课程知识对我国能源行业高质量发展的重要意义。“双碳”战略融入课程思政的教学成效分析表明，相比于传统教学，学生更倾向于专业知识与思政元素深度融合的教学模式，将“双碳”战略融入课程思政对提高教学成效具有重要作用。最后，笔者提出以“双碳”为主题使思政元素多元化，以节能为目标提高思政元素的融入度。本研究成果不仅能为其他高校提高课程思政教学成效提供依据，而且可以为其他专业课程融入课程思政提供参考。

［ 参 考 文 献 ］

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［责任编辑：吴雪强］