“双碳”背景下传热学课程思政教育教学改革研究

许亚兵　贾明正　吴依静

摘 要：2020年9月22日，我国首次提出了2030年实现碳达峰、2060年实现碳中和的目标。这对于能源专业的必修课程——传热学来说提出了新的要求。文章以传热学为例，以“双碳”目标为切入点，讨论在当前形势下，无论是在理论课程还是实验课程，教师都需要加强课程思政意识，通过引入能源环保、国家安全、危机意识、融合创新、可持续发展等话题，切实提高学生的思想道德素质和思想政治水平，促进学生全面发展壮大。

关键词：双碳 传热学 理论课程 实验课程 能源环保

1 前言

在过去的200年里，人类已经向大气中排放了数万亿吨二氧化碳[1]。碳排放受经济发展、产业结构、能源使用、技术水平等诸多因素影响，根据国际能源署（IEA）的数据显示：能源行业的碳排放量约占全球碳排放总量的40%左右，主要包括石油、天然气和煤炭等化石燃料的开采、生产和使用；交通运输行业的碳排放量约占全球总排放量的24%，主要来自公路、航空、海运和铁路运输等[2]；工业制造业的碳排放量约占全球总排放量的22%，主要涉及钢铁、水泥、化学工业、建筑材料和纺织业等领域。大量二氧化碳排放至大气中，如同给地球披上了一件厚厚的“棉袄”，且引发温室效应、臭氧层空洞等一系列问题，对全球气候产生前所未有的影响，严重破坏了全球生态平衡，这已成为制约人类可持续发展的重大挑战之一。

在此背景下，中国宣布2030年实现碳达峰、2060年实现碳中和的宏伟目标。“双碳”目标的提出，充分彰显了我国积极应对气候变化、推动绿色低碳发展道路、促进全人类共同发展的坚定决心[3]。当前我国一次能源中，85%仍依赖于化石能源，每年大约排放98亿吨的碳，占全社会碳排放总量的近90%[4]。因此，要实现“双碳”目标，关键在于提高能源利用效率、控制碳排放量，根本解决之道在于转变能源发展方式。

传热学作为能源专业的必修课程之一，主要研究热量在物质中传递的科学，其在能源系统的设计、优化和碳排放控制方面发挥着重要作用。这同我国提出的“双碳”目标高度契合。通过对传热学的学习研究和应用可以促进能源系统的低碳化和碳排放的减少，为实现双碳目标提供技术支持和解决方案。2020年5月，教育部印发《高等学校课程思政建设指导纲要》，纲要明确提出，在理工科专业的课程教学中，应将马克思主义立场、观点和方法的教育同科学精神的培养相结合，不断提高学生正确认识、分析和解决问题的能力，持续培养学生探索未知、追求真理、勇攀科学高峰的责任感和使命感，充分激发学生献身国家科技事业的情怀和使命感[5]。

本文以传热学为例，以“双碳”目标为切入点，讨论在当前形势下，如何将课程思政与传热学教学有机结合起来。

2 “传热学”课程思政教学现状

“传热学”课程主要涉及理论课程、实验课程两方面内容。其中理论课程主要包括传热学的基本概念、基本原理和基本计算方法，旨在使学生深刻理解传热学并具备应用能力；实验课程主要讲授传热学理论的实际应用和实验技术，通过传热学实验课程，学生能够将传热学理论应用到实际操作中，提高观察和分析传热现象的能力，培养实验设计和数据处理的技能，从而更好地理解和掌握传热学的实际应用。除此之外，为了深入理解传热学知识、提高工程实践能力以及适应工程发展的需要，往往在课后给同学们推荐几款热力学仿真软件供大家自行学习，如fluent等。

2.1 理论课课程思政教学现状

随着国家对思政教育的重视力度不断加大，我校也持续积极响应，不断强调要将课程思政融入到日常教学活动中去，此外，还会组织相关活动，如课程思政教学技能大赛等。目前我校讲授传热学的老师均为工科类专业出身，其自身在学生时期学习期间，更侧重于专业理论的学习，因此在思政教育方面的素养和能力可能相对较弱。因此当其走上工作岗位后，由于惯性，在理论教学中延续了专注于传授专业知识和技能，缺乏对思政教育方法和内容的充分了解和重视，导致思政教育效果收到限制；还有部分老师在传热学理论课融入思政元素时，只是简单地讲授一些基本的国情或社会道德知识，缺乏深度和广度，难以引起学生的兴趣和思考；此外，还有一些老师在将思政元素融入课堂过程中，缺乏有效的互动，导致学生的参与度较低，使学生难以感受到思政教育对传热学理论知识的指导和引领作用。

2.2 实验课课程思政教学现状

目前，课程思政与课程的融入多数体现在理论课程上，而在实验课程中，实验内容与思政元素融合的效果却并不理想。由于我校教师部分为企业人员转型而来，还有部分老师为应届毕业生，这些老师本身缺乏相关的教学资源和培训指导，对于实验课程中思政教育的理解和运用仍然不够深入；此外，实验中融入的思政元素往往只是简单地引用一些名言、典故或道德典范，而并没有紧跟时事发展和国家、社会需求等，这可能导致学生对于思政教育的重要性和内涵产生疲劳感，也无法在实验课程思政中获得更多的收获和发展。

3 “传热学”课程思政设计思路

在新时代“双碳”背景下，“传热学”融入课程思政应始终以贯彻落实立德树人的根本任务为出发点，培养学生的社会主义核心价值观和中国特色社会主义理论体系[6]。在学生的思想道德教育中贯彻绿色发展理念和可持续发展观念，培养学生积极参与到环保和低碳行动中去的意识和行动能力，为实现“双碳”目标培养更多的具有环保意识和责任感的未来公民。

3.1 “传热学”理论课课程思政设计思路

在讲授热能传递的三种基本方式时，引入当下一直被国人关注的芯片问题。2023年10月，华为发布了一项芯片封装技术。为了提高散热性能，华为的专利技术将热界面材料（TIM）的厚度控制得更小，从而降低了热阻，实现了热性能的改进。该技术不仅适用于CPU、GPU等常见的处理器，还适用于FPGA、ASIC等其他类型的芯片。引入该案例，能够让同学们深深感受到在华为依然被美国制裁的今天，同学们应将自己的学业和国家的命运紧紧联系起来，时刻关注国际形势、关注国家战略并强化爱国意识，学习相关知识和技能、积极参与科研和创新，为国家的未来发展做出积极贡献。

在讲授提高传热效率的措施和方法时，和当下热门的话题“双碳”结合起来，确保高传热效率是实现双碳目标的重要步骤之一。在此，笔者在授课过程中给同学们举了一组数据：以燃煤锅炉为例，一般的热效率可以达到70%-80%左右。如果将热效率提升1%，即从75%提升至76%，可以获得约2%的能源节约和减少相应的碳排放。具体来说，假设该锅炉每天燃烧10吨煤，热值为5500千卡/千克，每吨煤排放的二氧化碳为2.6吨，那么每提升1%的热效率，可以节约大约0.2吨的煤，减少约0.52吨的二氧化碳排放。因此，同学们在学习专业课程过程中，要注意将传热学与双碳目标紧密结合，培养、提高学生的环保意识和创新能力，为未来工程技术的可持续发展奠定坚实的基础。这不但符合当前社会对工程技术人才的需求，也是培养适应未来社会发展需要的重要举措。

在讲授换热器的应用场合时，除了举例传统的空调系统、电力行业、石油化工、食品行业等领域外，笔者还引入医学领域——人工肺的例子，在人工肺中，传热学起着非常重要的作用，人工肺需要模拟自然肺的气体交换功能，包括将氧气输送到血液中并将二氧化碳从血液中排出，这就需要在人工肺内部进行有效的气体和血液之间的传热和传质过程。比如上海交通大学就成立了生物医学工程学院生物传热传质实验室，通过生、医、工融合交叉，致力于热物理和生物学的跨学科研究，探寻重大疾病的诊疗新技术。由此使同学们明白，在新形势下，没有一门学科是孤立存在的，跨学科发展才是未来课程的方向标，因此同学们应积极开阔自己的学科视野，探索各学科之间的交叉点，并自发地参与跨学科学习与合作，以此培养创新思维和解决问题的能力，为以后的学习和职业发展打下坚实的基础。

3.2 “传热学”实验课课程思政设计思路

传热学实验课程的重要性在于能够帮助学生深入理解传热学理论，掌握能源转换效率、清洁能源开发和环保意识方面的关键知识和技能，为实现“双碳”目标贡献力量。

在稳态平板法测定材料导热系数实验中，主要采用稳态导热过程的原理，来测定材料导热系数和温度的关系。在该实验进行过程中，需要仔细检查各接线电路并联接，尤其是加热器电源接线及测温热电偶的导线要接到配电箱对应的接线端子上，如果接线端子未拧紧或接线联接错误不仅会造成测量误差较大，甚至引起安全事故的发生。并以此为契机，向同学们讲述了2020年南京龙超金属制造科技有限公司发生的一起触电事故，该事故原因为一根导热棒电源接线从接头处包扎的绝缘胶带中断开，员工在对电源接线进行检查时，左手直接触碰到导热管从电气控制柜（电气柜动力电源为380V）引出的电源接线带电裸露接头部位，随即触电倒地身亡。由此来告诫学生，在实验过程中，细心和谨慎是必备素质，《说苑·敬慎》中提到：患生于所忽，祸起于细微。尤其是是在实现“双碳”目标的进程中，要确保“稳中求进”，稳中求进和安全是相辅相成的。当然，所谓安全不仅仅值得是个人生命财产收到损害，更重要是国家的能源安全、环境安全、经济安全、地缘政治安全及社会稳定等。作为热工专业学生而言，要从我做起，培养安全意识，并能够警觉和预见潜在风险，采取相应防范和对应措施，对自己负责，对国家负责！

在换热器综合性能测定实验中，通过对不同结构换热器的传热性能进行测量，并对其进行比较分析，同学们会发现换热器形式、介质状态、温度以及流动方式不同，其传热系数、传热温差及热平衡误差均存在差异。因此，在实际应用中，需要综合考虑，合理选择和管理换热器。在此，结合“双碳”背景，提醒同学们，为了实现可持续发展和“双碳”目标，大家更应该关注“双碳”目标的关键问题，古人云：提纲而众目张，振领而群毛理。抓住主要矛盾对于实现可持续发展和双碳目标至关重要，它可以帮助我们聚焦关键问题，优化资源利用，制定有效政策，解决制约因素，最大化效果，推动可持续发展进程。在能源领域，主要问题通常涉及能源供需平衡、能源转换效率以及碳排放等方面的矛盾。因此必须通过科学规划、技术创新和政策支持，针对主要矛盾采取有针对性的措施，优化能源结构、提高能源利用效率，推动可持续发展和双碳目标的实现。

4 总结

欧盟外交与安全政策高级代表何塞普·博雷利·丰特列斯说过：“如果言语能付诸行动的话，中国要在2060年前实现碳中和这项宣布将成为应对气候变化的转折点。”[7]作为能源领域的重要基础学科，在“双碳”背景下，无论是在理论课程还是实验课程，教师都需要加强课程思政意识，通过引入能源环保、国家安全、危机意识、融合创新、可持续发展等话题，有效提升学生的思想道德素质和课程思政水平，促进他们全面发展和成长。

参考文献：

[1]王文蔚，王祖明，王祖敏.城镇化与能源和生态环境[C].浙江省科协，上海市科协，江苏省科协.推进能源生产和消费革命——第十届长三角能源论坛论文集.江苏海安新能源商会;中国人寿海安支公司;南京东华汽车装备有限公司，2013：5.

[2]陈影.国际碳减排机制下我国海运业低碳发展SD模型[D].大连：大连海事大学，2015.

[3]刘万波.“双碳”目标下煤炭企业高质量发展路径思考[J].中国煤炭工业，2022（05）：12-14.

[4]杨明珍.关于碳达峰碳中和目标的实现路径探索[J].皮革制作与环保科技，2022，3（02）：178-179.

[5]于丽敏，潘柯宇，郭家瑞，等.基于“课程思政”理念的工科专业课程教学方法研究——以新能源材料概论课程为例[J].商丘师范学院学报，2022，38（09）：94-96.

[6]贾振霞.社会主义核心价值观融入高职思政课理论教学探析——以《概论》教材为例[J].新西部（理论版），2016（22）：166-167.

[7]钮松.中东乱局持久化背景下欧盟中东战略的调整及困境[J].当代世界，2020（03）：19-25.DOI：10.19422/j.cnki.ddsj.2020.03.003.