“雙碳”戰(zhàn)略融入熱工學(xué)課程思政教學(xué)探索及成效

馮俊軍　陳霞　黃琪嵩　林曉飛

［摘 要］“雙碳”戰(zhàn)略是我國應(yīng)對極端氣候變化的重要決策，要達成這一戰(zhàn)略目標(biāo)首先要提高熱能轉(zhuǎn)換效率、減少化石燃料的消耗、降低熱量傳遞的損失，這與熱工學(xué)課程教學(xué)主題高度契合。文章以“雙碳”戰(zhàn)略下我國電力能源行業(yè)節(jié)能減排為切入點，探索將“雙碳”戰(zhàn)略融入熱工學(xué)課程思政的教學(xué)模式，通過問卷調(diào)查收集學(xué)生對熱工學(xué)課程思政的教學(xué)評價和意見，分析熱工學(xué)課程思政教學(xué)模式成效及影響因素，提出有針對性的改進措施，為進一步提高熱工學(xué)課程思政教學(xué)效果提供參考。

［關(guān)鍵詞］“雙碳”戰(zhàn)略；節(jié)能減排；熱工學(xué)；課程思政；成效調(diào)查

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標(biāo)識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2023）11-0120-04

近年來全球極端氣候頻繁發(fā)生，2022年6月以來，全球經(jīng)歷了有史以來最熱的夏天，破紀(jì)錄的熱浪席卷全球各地，巴基斯坦受熱帶季風(fēng)影響遭遇了嚴重的洪水災(zāi)害，這一系列現(xiàn)象表明溫室氣體帶來的氣候變化正嚴重影響著人類的生存環(huán)境[1]。2022年9月22日，習(xí)近平總書記在第75屆聯(lián)合國大會一般性辯論中提出：“中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，使二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和?！盵2]“雙碳”目標(biāo)的提出彰顯了我國應(yīng)對氣候變化的堅定決心，現(xiàn)已成為一項重要的國家戰(zhàn)略決策[3]。

煤炭是碳排放強度最大的化石能源，化石能源在利用過程中存在兩個關(guān)鍵難題：一個是燃燒引起的超量碳排放問題，另一個是熱能傳遞和轉(zhuǎn)換效率低的問題。當(dāng)前，我國能源產(chǎn)業(yè)長期依賴煤電，燃煤電廠仍有1000多座，產(chǎn)能占全球50%以上，因此，電力能源行業(yè)碳減排成效是實現(xiàn)“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)的關(guān)鍵[4]。從能量角度來看，電力行業(yè)碳減排重點在于提高由熱能到電能的能量轉(zhuǎn)換效率，從而大幅減少化石燃料的消耗，降低碳的排放量；此外，還可以通過提高化石燃料的熱量傳遞效率達到節(jié)能的目的，如減少熱量傳遞損失、提高余熱回收率等。

能量轉(zhuǎn)換效率和熱量傳遞效率正是熱工學(xué)課程研究的內(nèi)容，這意味著我國“雙碳”戰(zhàn)略與熱工學(xué)課程的教學(xué)目標(biāo)高度契合。當(dāng)前，關(guān)于課程思政的教學(xué)探索正在如火如荼地進行[5]，任課教師可以創(chuàng)造性地把“雙碳”戰(zhàn)略作為熱工學(xué)課程思政的教學(xué)主題，而如何將“雙碳”戰(zhàn)略有效融入熱工學(xué)課程教學(xué)是當(dāng)前亟須解決的問題。本文以中國電力行業(yè)節(jié)能減排需求為切入點，探索將“雙碳”戰(zhàn)略主題與熱工學(xué)課程思政教學(xué)有效融合，并通過調(diào)查問卷收集學(xué)生對熱工學(xué)課程思政教學(xué)的評價和意見，分析“雙碳”戰(zhàn)略融入課程思政的有效性及影響因素，提出有針對性的改進措施，從而為熱工學(xué)課程融入思政教學(xué)提供參考。

一、“雙碳”戰(zhàn)略融入課程教學(xué)思路

熱工學(xué)課程主要講解熱能利用知識。根據(jù)能量利用方式的不同，課程知識可分為工程熱力學(xué)和傳熱學(xué)，其中，工程熱力學(xué)主要研究熱能間接利用，即熱能與機械能等其他形式能量之間的相互轉(zhuǎn)換規(guī)律，其目標(biāo)是減少能量在轉(zhuǎn)換過程中的損失，從而提高能量的轉(zhuǎn)換效率[6]；傳熱學(xué)則主要研究熱能的直接利用，即熱量傳遞基本原理及熱量傳遞遵循的物理規(guī)律，其目標(biāo)是減少熱量在傳遞過程中的損失，提高熱量傳遞的效率[7]?？偟膩碚f，熱工學(xué)課程的主要目標(biāo)是讓學(xué)生掌握并高效利用熱能的工程知識，這與當(dāng)前國家“雙碳”戰(zhàn)略下節(jié)能減碳的改革需求十分契合。因此，將“雙碳”戰(zhàn)略融入熱工學(xué)課程思政教學(xué)具有重要意義，具體教學(xué)思路如下。

（一）能量轉(zhuǎn)換規(guī)律與節(jié)能減排相結(jié)合

能量轉(zhuǎn)換規(guī)律是熱工學(xué)的重點內(nèi)容之一，研究熱能與機械能等其他形式能量之間的轉(zhuǎn)換規(guī)律與能源領(lǐng)域的工程需求密切相關(guān)，也和國家能源安全密切相關(guān)。能源安全涉及國家工業(yè)的經(jīng)濟命脈和國家安全，是我國實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的重要前提[8]，因此，在熱工學(xué)課程的教學(xué)過程中，可以將能量轉(zhuǎn)換規(guī)律與我國能源安全相結(jié)合，一方面可以使學(xué)生更好地將理論知識與工程實際聯(lián)系起來，另一方面又可以讓學(xué)生了解到該課程對國家的重要性，增強學(xué)生的使命感。如在講解能源轉(zhuǎn)換方式時，可以將我國火力發(fā)電、水力發(fā)電、太陽能發(fā)電等能源利用技術(shù)與我國經(jīng)濟發(fā)展相結(jié)合，強調(diào)能源領(lǐng)域的不斷改革進步對我國經(jīng)濟發(fā)展的重要性，特別是火力發(fā)電作為我國能源供應(yīng)的重要部分，為了保障經(jīng)濟綠色和可持續(xù)性發(fā)展，必須要通過技術(shù)革新丟掉高污染、高能耗的帽子，這就要求熱工學(xué)專業(yè)人才必須具有扎實的熱工學(xué)理論基礎(chǔ)。

（二）熱量傳遞規(guī)律與余熱利用相結(jié)合

能量轉(zhuǎn)換規(guī)律是熱工學(xué)課程的另一個重點內(nèi)容，它主要研究三種基本熱量傳導(dǎo)的規(guī)律及其影響因素。在化石能源的利用過程中，我們通常只能利用一部分熱能，另一部分則以不同的形式變成了余熱、余能，而對于余熱、余能的再次利用也是國家能源行業(yè)改革的重要部分?；鹆Πl(fā)電行業(yè)的余熱資源主要為冷卻循環(huán)水余熱和鍋爐排煙余熱兩種，這兩種典型的余熱利用技術(shù)本質(zhì)上都是通過熱傳導(dǎo)將熱量再次回收利用起來，因此需要考慮熱量傳遞效率，盡量降低熱量在回收利用過程中的熱損失?；诖?，筆者建議可以將火力發(fā)電的余熱利用與熱量傳遞規(guī)律教學(xué)結(jié)合起來。衡量熱量傳遞的物理量是熱流量和熱流密度，而控制熱流量和熱流密度的關(guān)鍵在于控制傳熱溫差和路徑，因此通過引入余熱利用的內(nèi)容可以將傳熱學(xué)的一系列核心知識點，即傳熱溫差、熱流量、熱流密度、熱阻等概念串聯(lián)起來，引導(dǎo)學(xué)生逐漸掌握這些課程知識點，掌握熱量傳遞的規(guī)律，并明了其對國家能源行業(yè)“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)實現(xiàn)具有的重要意義。

二、課程思政教學(xué)成效調(diào)查分析

筆者采用網(wǎng)絡(luò)問卷的方式開展了2021—2022學(xué)年熱工學(xué)課程思政教學(xué)成效調(diào)查。本次調(diào)查共發(fā)放調(diào)查問卷46份，回收有效問卷45份，有效回收率為97.83%。此次主要調(diào)查學(xué)生對熱工學(xué)課程思政教學(xué)的接受程度、學(xué)習(xí)現(xiàn)狀以及學(xué)習(xí)效果，問卷調(diào)查結(jié)果可為后續(xù)課程思政改革提供依據(jù)。

（一） 課程思政教學(xué)接受程度

圖1（a）為學(xué)生對課程思政教學(xué)元素的感知度，從中可以看出，在教學(xué)授課過程中，能夠感覺到思政元素的學(xué)生占97.8%，說明課程思政已融入課堂。另外，經(jīng)過本學(xué)期課程思政教學(xué)后，認為有必要在熱工學(xué)課程開展思政教學(xué)的學(xué)生占91.1%，如圖1（b）所示，相比于傳統(tǒng)的專業(yè)教學(xué)，學(xué)生更青睞于專業(yè)知識與思政元素深度融合的教學(xué)模式，這也在一定程度上反映了開展熱工學(xué)課程思政教學(xué)改革的必要性。

（二）課程思政教學(xué)成效分析

“雙碳”戰(zhàn)略融入熱工學(xué)課程思政的具體成效分析結(jié)果如圖2所示。從圖2（a）可以看出，認為課程思政對課程學(xué)習(xí)有非常大幫助和較大幫助的學(xué)生占比為91.1%，說明“雙碳”戰(zhàn)略融入熱工學(xué)課程思政的教學(xué)模式具有較大成效。由圖2（b）可知，37%的學(xué)生認為掌握了課程知識對我國能源供應(yīng)和經(jīng)濟發(fā)展的重要意義；32%的學(xué)生認為課程思政有助于他們從辯證唯物主義的角度客觀全面地認識和看待事物；18.4%的學(xué)生認為課程思政幫助他們形成了成熟和積極的人生觀、世界觀和方法論；12.6%的學(xué)生認為課程思政擴大了自己的知識面，使自己增長了見識，促進了理論與實際的結(jié)合。由圖2（c）可知，“雙碳”戰(zhàn)略政策得到了62.2%學(xué)生的認同，進一步說明，將“雙碳”戰(zhàn)略融入熱工學(xué)課程思政教學(xué)是合理且有效的。最后，學(xué)生對熱工學(xué)課程思政總體教學(xué)效果進行了評價，認為課程思政教學(xué)效果非常好和很好的學(xué)生合計占比為95.6%，如圖2（d）所示，充分證實了“雙碳”戰(zhàn)略融入熱工學(xué)課程思政教學(xué)的成效。

三、課程思政教學(xué)成效鞏固提升措施

為鞏固熱工學(xué)課程思政教學(xué)成效，筆者認為還需要從思政元素的多元化和融入度進一步探索，使熱工學(xué)課程思政教學(xué)愈加豐富多彩和深入人心，具體措施如下。

（一）以“雙碳”為主題，使思政元素更加多元化

“雙碳”戰(zhàn)略的背景是能源行業(yè)。近年來我國在能源領(lǐng)域的發(fā)展成效顯著，在課程思政教學(xué)過程中，可以將重大能源科研成果與熱工學(xué)的課程思政教育相關(guān)聯(lián)，讓學(xué)生深刻體會到國家能源發(fā)展帶來的自豪感。比如，我國耗時多年建設(shè)的三峽水電站就是一項具有重要戰(zhàn)略意義的清潔能源項目，不僅具有清潔、綠色的優(yōu)點，而且可以在防澇抗洪方面起到重要作用。生態(tài)環(huán)保是近年來非常熱門的時政話題，習(xí)近平總書記在關(guān)于社會主義生態(tài)文明建設(shè)的一系列重要論述中均強調(diào)了生態(tài)環(huán)境的重要性，如“綠水青山就是金山銀山”“要把生態(tài)環(huán)境保護放在更加突出位置，像保護眼睛一樣保護生態(tài)環(huán)境，像對待生命一樣對待生態(tài)環(huán)境”。這一系列關(guān)于生態(tài)環(huán)保的論述，從不同程度宣傳了生態(tài)、節(jié)能、環(huán)保的理念，極大地豐富了熱工學(xué)課程的思政元素庫。此外，“雙碳”戰(zhàn)略的突破口是清潔能源，通過開發(fā)大量清潔能源替代化石能源，能夠達到降低碳排放的目的。在能源利用領(lǐng)域有一種新型能源，即地?zé)崮?，這是一種非常清潔環(huán)保的可再生能源，它廣泛分布于各個領(lǐng)域，不僅能夠為人們提供采暖和制冷，而且能夠為工業(yè)生產(chǎn)提供電力。地?zé)岚l(fā)電是把地下的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，再將機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿倪^程，該過程服從熱力學(xué)第一定律。在熱工學(xué)課程中引入清潔能源的元素，不僅有利于學(xué)生進一步了解熱工學(xué)課程的實際意義，還能夠鼓勵學(xué)生學(xué)習(xí)和開發(fā)更先進的科學(xué)技術(shù)，為未來清潔能源的高效利用作出貢獻。

（二） 以“節(jié)能”為目標(biāo)，提高思政元素的融入度

要提高課程思政的融入度，達到“如鹽化水”“潤物細無聲”的效果，就要賦予思政元素鮮活的實際意義，讓高大上的思政元素接地氣，再通過問題驅(qū)動式和案例研討式教學(xué)達到潛移默化的教育效果。例如，在冬天取暖的時候，人們經(jīng)常會遇到取暖方式的選擇問題，比如：用空調(diào)和電暖氣哪個更節(jié)能？這個生活案例實際是能量轉(zhuǎn)換效率的問題?？照{(diào)的能量轉(zhuǎn)換機制是基于卡諾循環(huán)，將熱量由低溫?zé)嵩崔D(zhuǎn)移到高溫?zé)嵩?，而電暖氣則是將電能直接轉(zhuǎn)化為熱能。從能量守恒的角度分析，電暖氣相當(dāng)于每秒將1焦耳的電能轉(zhuǎn)換為熱量，是能量的直接消耗，而空調(diào)是將室外的能量轉(zhuǎn)移進室內(nèi)，是能量的轉(zhuǎn)移。正常情況下，空調(diào)工作的效率遠高于直接的電加熱，但當(dāng)室外溫度低于-10℃時，空調(diào)室外機會因結(jié)霜而無法正常工作，因此許多空調(diào)帶有輔助電加熱功能，此時耗能急劇增加。將熱工學(xué)課程理論知識融入日常的實際案例能使學(xué)生對熱工學(xué)節(jié)能環(huán)保理念有更深入的體會。比如引導(dǎo)學(xué)生從傳熱學(xué)角度分析在日常生活中如何降低冰箱的耗電量，提問：冰箱結(jié)霜的時候耗電量比沒結(jié)霜的時候多嗎？實際上，冰箱所產(chǎn)生的霜在蒸發(fā)器和熱空氣之間形成了一個熱阻隔，要使冷藏室或冷凍室達到相同的溫度，空氣壓縮機就必須提供更大的功率才能獲得低溫制冷液，所以當(dāng)冰箱結(jié)霜時會比沒結(jié)霜時更耗電。融入這些生活實際案例，一方面可以加強學(xué)生對課程知識的理解，另一方面也能使低碳節(jié)能的理念深入人心。

四、結(jié)語

本文主要探討將國家“雙碳”戰(zhàn)略融入熱工學(xué)課程思政教學(xué)，將能量轉(zhuǎn)換規(guī)律與節(jié)能減碳理念相結(jié)合，把熱量傳遞規(guī)律與余熱利用思想聯(lián)系起來，不僅能夠幫助學(xué)生掌握課程專業(yè)知識的內(nèi)涵，而且有助于學(xué)生深刻理解課程知識對我國能源行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重要意義?！半p碳”戰(zhàn)略融入課程思政的教學(xué)成效分析表明，相比于傳統(tǒng)教學(xué)，學(xué)生更傾向于專業(yè)知識與思政元素深度融合的教學(xué)模式，將“雙碳”戰(zhàn)略融入課程思政對提高教學(xué)成效具有重要作用。最后，筆者提出以“雙碳”為主題使思政元素多元化，以節(jié)能為目標(biāo)提高思政元素的融入度。本研究成果不僅能為其他高校提高課程思政教學(xué)成效提供依據(jù)，而且可以為其他專業(yè)課程融入課程思政提供參考。

［ 參 考 文 獻 ］

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［責(zé)任編輯：吳雪強］