“工程热力学”课程思政元素的挖掘与融合实践

王 帅，吴朝海，王 乐

（青海大学 省部共建三江源生态与高原农牧业国家重点实验室，青海 西宁 810016）

引言

所谓课程思政，简而言之，就是高校的所有课程都要发挥思想政治教育作用［1］。2016年，习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上强调，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［2］。2020年，教育部印发《高等学校课程思政建设指导纲要》，明确指出要结合专业特点分类推进课程思政建设，其中理学、工学类专业课程，要在课程教学中把马克思主义立场观点方法的教育与科学精神的培养结合起来，提高学生正确认识问题、分析问题和解决问题的能力［3］。工学类专业课程，要注重强化学生的工程伦理教育，培养学生精益求精的大国工匠精神，激发学生科技报国的家国情怀和使命担当。

“工程热力学”作为工学类专业中的经典课程，是化工、能源、动力等学科的专业基础课，与生产生活息息相关［4］。高校教师应当更好地承担起育人的责任，要在深入梳理教学内容的基础上，结合课程特点、思维方法和价值理念，深入挖掘课程思政元素，有机融入课程教学，达到润物无声的育人效果。

“工程热力学”是一门研究热能与其他形式能量之间的转化规律及工程应用的科学［5］，主要内容包括热力学第一定律、热力学第二定律的内涵及应用、气体与蒸汽的热力过程和热力性质、㶲的相关概念、热力循环等。通过学习这些内容，可以分析不同类型能量利用的基本原理，可以优化生产、生活中的用能过程，最终达到节能的目的。本文结合“工程热力学”课程的特点与《高等学校课程思政建设指导纲要》的要求，就工科课程思政元素挖掘与融合的难题，总结了五个思政切入点，并对各章内容的具体知识点进行了融合设计与实践，期望能为工科专业课程的思想政治教育提供新的思路和借鉴。

一、“工程热力学”课程思政切入点

结合“工程热力学”实际，本文从科学哲理、科学史与名人、实际工程问题、工匠精神、时政热点等五个方面为切入点来进行课程思政的融合，“工程热力学”课程思政切入点及其育人目标如图1所示。

图1 “工程热力学”课程思政切入点及其育人目标

1.科学哲理。理工科课程的内涵就是揭示自然科学的普遍规律，并将这些规律应用在生产、生活当中。教学过程中也需要让学生领会到如何利用马克思主义立场、观点和方法来辩证地、唯物地、全面地解释及解决科学问题与实际问题。

2.科学史与名人。科学的发展过程有其独特的发展规律，学生需要了解该学科的发展历程。了解学科的发展历程能有效地帮助学生建立本学科的思维逻辑，为学习具体知识奠定良好的基础。科学史上的名人也应当成为学生学习的榜样，用名人事迹来激励和感染学生，激发学生对真理的渴求。

3.实际工程问题。培养工科学生就是在培养未来的工程师，他们在以后的学习和工作中将不可避免地遇到实际工程问题。在课程中将实际工程问题作为案例，不仅使课堂更加生动，还能够有效地拉近理论与实际的距离，让学生明白一切理论都将应用于实际问题，并非空中楼阁。

4.工匠精神。工匠精神是指一种职业精神，它是职业道德、职业能力、职业品质的体现，是从业者的一种职业价值取向和行为表现。在为国家培养人才的过程中，必须将职业道德的培养放在重要位置，用精神引领行动，培养合格的、有职业素养的工程师。

5.时政热点。当代大学生，需要将眼光聚焦于时政热点事件，利用自己的专业知识为社会做出应有的贡献，并在此过程中找到自身价值。例如，青海省正在建设国家清洁能源示范省，在此项工程的建设过程中，工程热力学的作用不言而喻，本专业的学生也必然会在这一领域发挥重要的作用。因此，要在课堂上适时地融入时政热点问题，让学生在读圣贤书的同时也闻窗外事。

二、课程思政元素的挖掘与融合实践

结合以上课程思政切入点，课程组教师选定毕明树主编的普通高等教育“十一五”国家级规划教材《工程热力学》，进行课程思政的深入挖掘与融合。在课程设计过程中采用了小组讨论、观看视频、直接导入、启发教学、案例教学等方法，有机地将思想政治内容与课程知识点进行融合，部分“工程热力学”课程思政元素的挖掘与融合示例如表1所示。

第一章主要讲解本课程的基本概念，为整门课程内容的学习奠定基础。首先通过海洋中的岛屿引出热力系统的相关概念，以形象生动的举例，理解并区分敞开系统、封闭系统、孤立系统、非孤立系统等热力学常见系统。

热力系统在某一瞬间所呈现的宏观物理状况称为系统的状态，要描述状态需要有很多的物理量，其中最典型的就是温度、压力、体积、熵、内能、焓等。在讲授此处知识点时要引导学生进行哲学思考，对现象的描述方式有很多种，其中较为准确且概括性最好的一种就是应用数学模型的描述方式，引导学生思考前端课程（例如“高等数学”“化工应用数学”等）的意义所在，培养学生的思维能力。

第二章主要讲解热力学中的基本定律，包括热力学第一定律及热力学第二定律的实质和应用。这部分内容以热力学发展史为例，讲解科技的进步是人类社会不断发展的产物，一个学科的发展过程依附于人类社会的需求。人类从钻木取火开始就已经意识到热是可以被利用，并且能相互转化的，然而，直到焦耳完成了热功当量的测定，人们才认识到热是一种能量，为热力学第一定律奠定了基础，在这里融入焦耳测定热功当量的故事，说明对于一些大家习以为常的定律要有批判思维，坚持自己的想法，不屈服于权威，这样才能探索到真理。

在第九节中有一个非常重要的概念——熵，熵的概念在前期课程中学生已经有所了解，知道这个物理量是体系混乱程度的度量，但是对其推导过程并不清楚。每个物理量的产生都有其必然性，想让学生理解一个抽象概念，就必须把这个概念产生的前因后果都讲清楚。如今熵的概念已经广泛地应用于社会学领域，与生活息息相关。因此，与传统课堂不同，在课程实践中以视频《人生的意义》为开端，激发学生的学习兴趣，使学生思考：为什么在工科的课堂上要引入一个哲学问题？通过学习视频，学生了解到人类对意义的追求是大脑神经工作的结果，这与热力学中的过程极为类似，在这个过程中熵扮演了重要的角色，激发了学生的探索欲，让他们能自主进行学习和探究。

应用工科知识解答人文社科的问题，“熵”这个概念不是个例，也不是偶然。在人类发展史上，科学理论与人文精神本来就是相辅相成的，不应该割裂开来，由于现在采用的西方学科分类方法过细，使文科与理工科成了被分裂开来的两类学科，这是不符合科学发展规律的，应当在课上尽可能地弱化这种分裂，让学生学习到完整的、符合客观规律的知识。这段课堂引入会激发学生的好奇心，使学生希望能从课堂上得到人生意义的答案，同时很好地将课程思政内容融入课堂。在课程中完整推导出熵的概念后，学生就会有所思考：数学公式推导出的一个新的物理量为什么可以应用于社会学？在课程的最后安排了课堂分享的时间，让学生说出自己的想法，使知识内化，进一步提升学习效果。

第三章主要讲解气体与蒸汽的热力性质，从理想气体状态方程开始讲解，然后逐渐过渡到真实气体的状态方程，在讲解过程中，希望学生能够明白，“理想”与“现实”之间存在很大的差距，在工程热力学中要解决这个差距的问题，让方程能够更好地匹配真实气体计算，需要一步一步地来拟合，从范德华方程到RK方程再到SRK方程是逐渐细化和拟合的过程。这里要着重训练学生的工科思维能力，工程师会面对很多实际问题，理论依据一般都是以理想状态为前提的，这个时候我们应该用不同的思维方法来解决实际问题，这就是工科学生应该思考并掌握的能力。

工程热力学虽然起源于西方，但是近些年来我国科学家也为推动其发展做出了巨大贡献，比如浙江大学侯虞钧教授，他1955年在美国博士毕业后回到祖国，与美国科学家合作提出的马丁-侯方程，是世界公认的精确的实际气体状态方程之一。1981年他又独立对该方程进行改进，使之能用于液相及相平衡的计算，取得了系统而有成效的成果。通过这些例子激发学生的爱国主义情怀。

第四章主要介绍气体与蒸汽的热力过程，在此章节中主要介绍几种工程中常见机械的热力过程，例如压气机、往复式膨胀机、锅炉、蒸汽轮机等。在授课过程中融入清华大学吴仲华先生的感人事迹，他曾受聘于美国国家航空航天局（NASA），1954年毅然回清华大学任教，并于1956年创建我国第一个燃气轮机专业，为我国工程热力学的发展做出了重要贡献；弘扬爱国主义精神，为老一辈科学家的奉献精神点赞，鼓励学生向他们学习。通过这些事例引导学生认识到职业要服从于国家利益，个人价值的实现要建立在国家整体利益的基础之上，让学生树立“科学无国界，但科学家有祖国”的家国情怀。

第五章主要介绍㶲分析相关知识。通过学习㶲的含义，可知能量不仅有数量还有品质的差别，能量的品质体现在做功能力的差异上，高品质的能量具有更多的㶲，有更强的做功能力。以透平机械乏汽冷凝过程能量利用为例，虽然乏汽冷凝过程中释放的能量数值可观，但是因这部分工质热力状态接近环境条件，能量品质低，利用价值不高，工程上不会投资大量的设备成本用于这部分能量的回收。节能的本质是关注能量的品质，即节㶲。

明确了节能的本质，在工程上利用能量时需要做到合理用能。教学过程中以不同压力和温度的蒸汽利用情况为例，进行㶲计算，通过比较不同状态下蒸汽的加热能力和做功能力，进行㶲分析。能级匹配、梯度利用、避免能量无偿降级是合理用能的最基本原则。

第六章主要介绍热力循环的相关知识，包括蒸汽动力循环、制冷循环、热泵供热循环三个部分的内容。

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。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。然而，提高过热蒸汽压力、提高过热蒸汽温度和降低乏汽压力，分别受机械设备安全性和环境条件的限制。在工程设计中我们不仅要考虑节能的要求，还要从设备操作成本和热效率运行成本两方面的经济性，关注机械安全运转、设备材质和强度安全性，以及环境条件能否实现等方面进行综合评价，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，可培养学生技术可行、安全可靠、高效节能的工程思维，做出更好的工业设计。

结语

本文以工科经典课程“工程热力学”为例，进行课程思政元素的挖掘与融合。文中选择了五个方面的课程思政切入点，进行课程思政的融合，分别是：科学哲理、科学史与名人、实际工程问题、工匠精神、时政热点等。同时也依据课程具体知识点匹配了相应的思想政治内容，希望能为工科专业课程融入思想政治教育提供新的思路和借鉴。