課程思政在工程熱力學課程中的教學模式探討①

張丹慧，宋圓美，梁儒全

（臨沂大學機械與車輛工程學院，山東 臨沂 276000）

2016 年12 月，習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上重點強調(diào)：“高校思想政治工作關(guān)系高校培養(yǎng)什么樣的人、如何培養(yǎng)人以及為誰培養(yǎng)人這個根本問題。要堅持把立德樹人作為中心環(huán)節(jié)，把思想政治工作貫穿教育教學全過程，實現(xiàn)全程育人、全方位育人，努力開創(chuàng)我國高等教育事業(yè)發(fā)展新局面?！苯陙?，課程思政已成為課程建設(shè)、教學改革的重要方面，工程熱力學課程也不例外。很長時間以來，高校專業(yè)課程教學運用灌輸?shù)膫鹘y(tǒng)教學模式，對學生思想的引導以及學習目標的設(shè)定沒有起到積極的作用，導致部分學生思想迷茫、目標模糊，從而形成學生學習的積極性、主動性不足等局面。為將思想政治教育貫穿大學生學習的整個過程，本文以臨沂大學機械與車輛工程學院機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)、車輛工程專業(yè)、機械電子專業(yè)中所涉及的工程熱力學這一專業(yè)核心課為例，探討將課程思政融入工程熱力學課程的教學模式中[1-2]，從而激發(fā)學生學習的主動性，培養(yǎng)學生的家國情懷、愛國主義精神，增強學生的節(jié)能環(huán)保意識。

一、工程熱力學課程特點

工程熱力學是一門應用性非常強的學科，在工程中的重要領(lǐng)域發(fā)揮著不可估量的作用。工程熱力學將理論知識聯(lián)系工程實際，主要研究實際工程中工質(zhì)的熱力學性質(zhì)、能量相互轉(zhuǎn)換的關(guān)系以及探討如何將熱能直接轉(zhuǎn)換利用等問題，是設(shè)計、分析、計算內(nèi)燃機、蒸汽機、供暖裝備、制冷機、發(fā)電機、壓縮機等理論基礎(chǔ)。工程熱力學是以熱力學第一定律、熱力學第二定律、熱力學第三定律為依據(jù)探討如何提高能源的利用率及相互轉(zhuǎn)換規(guī)律的一門核心課程，也是機械類、航空航天類、車輛工程類等專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程[3-4]。

工程熱力學是一門理論與實際聯(lián)系非常緊密的學科。（1）工程熱力學主要探討能夠為人類提供能量的物質(zhì)資源，簡稱能源。如大家所熟悉的化石能源、可再生能源、原子能、生物質(zhì)能等。學生首先要了解什么是不可再生能源、可再生能源、一次能源、二次能源、常規(guī)能源、新能源等，人類是如何使用這些能源以及這些能源產(chǎn)生的原理。學生通過學習要明白能源通過怎樣的途徑轉(zhuǎn)化為我們?nèi)粘Ｉ钪械碾娔?、熱能、機械能等。（2）工程熱力學與工業(yè)生產(chǎn)、日常生活緊密相關(guān)。如核電站涉及核能轉(zhuǎn)化為電能，熟食的產(chǎn)生來自天然氣的燃燒，汽車的動力來源于化石能源石油的燃燒產(chǎn)生的熱能。（3）工程熱力學與環(huán)境休戚相關(guān)。全球環(huán)境惡化問題主要為因二氧化碳濃度過高導致的溫室效應、大氣層中臭氧層短缺不能有效阻止紫外線的輻射以及具有腐蝕性的酸雨等。眾所周知，化石能源的主要成分是碳元素。而溫室效應則是由于化石能源的燃燒產(chǎn)生的大量的二氧化碳排放所導致的熱污染，主要體現(xiàn)在工業(yè)鍋爐、工業(yè)窯爐、工業(yè)上使用的各種冷卻設(shè)備等，這些熱污染從原則上講是一切能量轉(zhuǎn)換和能源消費過程中不可避免的損失。臭氧層能夠吸收太陽光中對人類和動植物有害的紫外光，它能夠減少地球表面所有生物因紫外輻射產(chǎn)生的一系列嚴重后果。然而，自18 世紀工業(yè)革命以來，隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對能源及氟氯烴類物質(zhì)的消費數(shù)量呈現(xiàn)指數(shù)倍的增長，而產(chǎn)生的廢棄物使臭氧層中臭氧的含量急劇減少，最終形成臭氧層空洞，對人類的健康以及地球上動植物的生存造成嚴重的危害，導致生態(tài)破壞。酸雨是由于化石燃料的燃燒產(chǎn)生大量的二氧化硫和氮氧化合物，被雨水等吸收后從而導致土壤、江河湖泊里的水的酸性增強，影響人們的健康[5]。

二、工程熱力學課程思政的引入

工程熱力學是機械工程、機械電子、車輛工程等工科專業(yè)必修的一門核心課。為將課程思政元素更好地融入工程熱力學，要改革教學方法，創(chuàng)新教學模式，重塑課程育人的目標。工程熱力學課程主要探討實際工程中工質(zhì)本身所具有的能量、能量傳遞和轉(zhuǎn)換過程以及能量與物質(zhì)之間的關(guān)系。工程熱力學的課程目標主要為理解并掌握熱力學第零定律、熱力學第一定律、熱力學第二定律以及熱力學第三定律的基本原理，并能夠運用原理和方法探討工程實際過程能量相互轉(zhuǎn)化的規(guī)律，使學生提出提高能量利用率的方法和手段從而合理并科學地利用能源。但是由于工程熱力學課程有理論性強、知識點多且零散，前后聯(lián)系比較緊密等特點，在學習過程中需要將高等數(shù)學、工程化學、大學物理等基礎(chǔ)與工程熱力學融會貫通，但是部分學生在大學一年級的基礎(chǔ)課學習過程中，基本知識掌握不牢固，存在一知半解的情況，從而容易陷入課上講解一聽就會，課下做題一做就錯的局面。為從根本上改變學生學習的現(xiàn)狀，全面提高學生學習的積極性、主動性和學習的熱情，提高教學效果，我們將課程思政與課堂教學相結(jié)合，對工程熱力學這門課程進行教學改革和創(chuàng)新[6]。

將課程思政融入工程熱力學教學過程中，著重體現(xiàn)在教學大綱、教材選用、教學環(huán)節(jié)的設(shè)計等方面。結(jié)合工程熱力學自身課程特點，融合課程思政元素在工程熱力學課程教學中，同時在教材選取上融會貫通課程思政元素，進一步優(yōu)化課程思政教學設(shè)計，從根本上展現(xiàn)出課堂教學育人功能的優(yōu)勢。

（一）教學大綱

教學大綱是專業(yè)人才培養(yǎng)體系需求落實到具體課程的體現(xiàn)。對工程熱力學課程而言，原來教學目標的設(shè)定主要體現(xiàn)在理論知識的掌握和應用方面，對思政環(huán)節(jié)沒有任何要求，教師只是一味地灌輸理論知識。當前的課程教學大綱要以增強學生集體榮譽感為主線，培養(yǎng)學生渴望真理、追求真理的責任感和使命感，從而激發(fā)學生的愛國情懷，使學生不僅能掌握理論知識，更重要的是加強思想政治教育。因此，教學大綱的制訂尤為重要[7]。

（二）教材的選用

教材是高校落實立德樹人根本任務的媒介。隨著網(wǎng)絡(luò)化、信息化技術(shù)的高速發(fā)展，推動了相關(guān)課程資源的開發(fā)。工程熱力學作為工科專業(yè)的核心課程，同樣具有豐富的數(shù)字化課程資源，為學生有效學習和提高課程教學質(zhì)量提供了便利。數(shù)字化教材資源主要有兩種鏈接方式：一種是課程網(wǎng)站，網(wǎng)站內(nèi)含有各種各樣的資源，如課程PPT、每一章節(jié)的授課視頻、題庫、拓展資料、重點難點講解等，學生可以在任何時間進行相關(guān)的學習；另一種是二維碼鏈接，主要內(nèi)容為工程熱力學在工程中應用的相關(guān)課件、實例以及綜合練習等。通過數(shù)字資源的使用，可以使學生將節(jié)省查閱資料的時間用于理論知識的鞏固與學習方面。

（三）教學環(huán)節(jié)設(shè)計

教學環(huán)節(jié)的設(shè)計在整個教學過程中起到非常重要的作用。課前結(jié)合課程思政元素設(shè)計好教學方案，有效、合理地安排整個教學過程，是教書育人的基礎(chǔ)。針對不同的知識點，設(shè)計出結(jié)合課程思政的切入點，做好設(shè)計方案，這樣在課堂上就能胸有成竹地進行課程思政教育。例如，我們在講到能源的分類及使用時，可以談一下當今世界和中國能源的特點。眾所周知，我們的日常生活主要是吃、穿、住、行等方面，都與能源密切相關(guān)。如我們吃的熟食需要消耗天然氣，行駛的汽車需要消耗汽油、柴油等。

（四）教學評價

教學評價最直接的手段就是考核。當然，合理、公正并正確的考核方式才是對教學、對學生檢驗的有效手段。以工程熱力學課程為例，考核方式主要體現(xiàn)為教學效果和思想政治教育兩部分，而這兩部分以平時學習表現(xiàn)和期末考試為主要檢驗形式。平時學習表現(xiàn)占比40%，期末考試占比60%。課堂教學是教師講授、學生接受的一個雙重過程：教師在講課過程中傾其所有傳授給學生，學生應該認真、仔細地在短暫的課堂教學時間內(nèi)盡可能多地獲取知識。

三、教學過程

（一）教學態(tài)度與教學準備

教師的教學工作以育人為天職，以教書為職業(yè)。當前，我們的教師團隊均是從國內(nèi)重點大學畢業(yè)且具有博士學位的高層次人才，具有較高的職業(yè)素養(yǎng)和道德素養(yǎng)，治學嚴謹，要求嚴格。課前認真準備每一堂課，深知“臺上一分鐘，臺下十年功”的道理。同時對每章節(jié)授課的重點和難點都進行具體的設(shè)計，教學目標明確。

（二）教學內(nèi)容與教學表述

在教學過程中注重對學生進行正確的價值觀引導。授課內(nèi)容充實且深度、廣度恰到好處，同時在授課過程中注重理論聯(lián)系實際，探討當前學科發(fā)展的最新動態(tài)和趨勢，思路清晰，條理清楚，注重前后知識的關(guān)聯(lián)性。例如，在探討熱能動力裝置的概念時，聯(lián)系當前的工程實際，如我們冬天取暖的鍋爐廠、發(fā)電廠等，都是通過煤燃燒提供熱能，但是產(chǎn)生的熱能不能都轉(zhuǎn)化為機械能，必然存在熱損失，那么問題自然來了，如何提高轉(zhuǎn)化率？進而聯(lián)系我們周圍直接關(guān)聯(lián)的如汽車、電動車等，通過思維導圖不斷拓展延伸，進而給學生制造解決問題的緊迫感與使命感。

（三）教學方法與教學手段

在工程熱力學教學過程中，我們?nèi)诤隙喾N教學方法，如采用問題學習法、演示法、練習法、啟發(fā)式教學等。對不同的知識點采用不同的教學方法，能夠有效幫助學生增強學習的主動性和能動性。以“問題學習法”為例，在講到能源的轉(zhuǎn)化率時，我們可以提出一些與生活、工程實踐密切聯(lián)系的實際問題（如發(fā)電廠是如何發(fā)電的？1 噸煤能轉(zhuǎn)化為多少度電？轉(zhuǎn)化率為多少？又如汽車消耗1L 汽油轉(zhuǎn)化了多少機械能，如何提高轉(zhuǎn)化率等問題）。學生通過問題查找資料，在查找資料的過程中不斷學習新的知識，同時也提高了解決問題的能力。這樣不僅使學生明白工程熱力學與我們?nèi)粘Ｉ?、工程實踐密切相關(guān)，還可以更大程度地激發(fā)學生的求知欲，調(diào)動學生學習的積極性。

（四）課堂管理與教學效果

在課堂管理方面，時刻關(guān)注學生的狀態(tài)，通過雨課堂隨機點名提問增強學生的緊張感和對知識的迫切感，使學生認真聽課，積極思考問題并能有效練習相關(guān)題目。通過整體的教學效果可以看出學生出勤率較高，學習狀態(tài)良好。從學生能力的角度來看，基本能夠掌握熱能和機械能相互轉(zhuǎn)換的基本規(guī)律，并能推廣到其他能量的轉(zhuǎn)換問題；能夠分析熱力過程和熱力循環(huán)，找到提高能量利用經(jīng)濟性的基本原則和主要途徑。

四、課程目標

工程熱力學研究的是熱能與機械能的相互轉(zhuǎn)換及其轉(zhuǎn)換過程所遵循的規(guī)律，主要以能源的高效利用、新能源的開發(fā)為主要出發(fā)點，因此針對工程熱力學開展課程思政教育得天獨厚。

（一）培養(yǎng)學生的家國情懷、愛國主義精神

講述實際氣體狀態(tài)方程時，介紹浙江大學侯虞鈞教授與美國科學家合作提出的馬丁—侯方程，是世界公認的精確的實際氣體狀態(tài)方程之一，但是侯教授面對國外的高薪待遇不為所動，毅然回國。之后，在1981年他又對該方程進行改進，使之用于液相及相平衡的計算。還有清華大學吳仲華先生，于1956 年創(chuàng)建了我國第一個燃氣輪機專業(yè)，為我國工程熱力學的發(fā)展做出了突出貢獻。

（二）增強學生的節(jié)能環(huán)保意識

工程熱力學是提高能源利用率的技術(shù)學科。在許多章節(jié)中向?qū)W生傳達了節(jié)能環(huán)保的思想，節(jié)能環(huán)保是全世界面臨的重要課題。如緒論部分中介紹全球能源利用的現(xiàn)狀：自20 世紀以來，煤炭資源儲采比為50年，石油為22 年，天然氣為30 年。而在當前熱能動力裝置中如發(fā)電廠等，熱能有效利用率僅有40%左右，大部分能量在轉(zhuǎn)換過程中都以無用能的形式損失，如何提高效率，是當前國內(nèi)外科學家不懈追求的目標。

五、結(jié)語

高等教學階段是學生世界觀、人生觀、價值觀發(fā)展成熟的關(guān)鍵時期，正確的思想政治引導是大學生未來發(fā)展的一盞指明燈。工程熱力學作為工科學生大學階段一門重要的專業(yè)核心課，需要教師在每節(jié)課上做到課程目標明確、思政融入準確，學生和教師積極向上，以達到提高教學效果的目的。同時，也期望這門課程不僅能為學生傳授專業(yè)知識，還能引領(lǐng)學生的價值取向。通過工程熱力學課程學習，能夠不斷加強學生的愛國主義情感、責任感和使命感，使學生能夠擔起復興民族的重任。