課程育人視域下工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)的教學(xué)改革實(shí)踐

摘 要：在新工科建設(shè)與課程育人協(xié)同創(chuàng)新背景下，文章以工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)課程為載體，探索專業(yè)知識(shí)與價(jià)值引領(lǐng)要素深度融合路徑。通過挖掘課程中蘊(yùn)含的科學(xué)精神、家國情懷、工匠精神及生態(tài)文明等育人內(nèi)涵，結(jié)合碳中和戰(zhàn)略、能源安全、技術(shù)創(chuàng)新等國家需求，提出“知識(shí)點(diǎn)-價(jià)值點(diǎn)-實(shí)踐鏈”三位一體的教學(xué)設(shè)計(jì)框架。構(gòu)建了包含案例教學(xué)、項(xiàng)目式實(shí)踐、熱點(diǎn)研討的多元化教學(xué)模式。實(shí)踐表明，通過將科學(xué)原理與國家戰(zhàn)略、工程倫理、社會(huì)責(zé)任相聯(lián)結(jié)，不僅強(qiáng)化了學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解，更有效培養(yǎng)了其創(chuàng)新使命感及科技報(bào)國情懷，為工科專業(yè)課程育人體系建設(shè)提供了可推廣的方式。教學(xué)反饋顯示，課程育人元素的滲透顯著提升了學(xué)生的課堂參與度與價(jià)值認(rèn)同感，實(shí)現(xiàn)了知識(shí)傳授與價(jià)值引領(lǐng)的有機(jī)統(tǒng)一。

關(guān)鍵詞：課程育人 工程熱力學(xué) 傳熱學(xué) 教學(xué)改革 價(jià)值引領(lǐng)

1 緒論

在全球能源轉(zhuǎn)型與碳中和戰(zhàn)略加速推進(jìn)背景下，新工科建設(shè)對(duì)工程人才培養(yǎng)提出了更高要求——不僅需要扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)，更需強(qiáng)化價(jià)值引領(lǐng)，培養(yǎng)兼具技術(shù)創(chuàng)新能力與社會(huì)責(zé)任感的新型人才。課程育人作為落實(shí)“立德樹人”根本任務(wù)的核心路徑，其重要性日益凸顯，但當(dāng)前工科教育中仍普遍存在“知識(shí)傳授與價(jià)值教育割裂”的困境[1-2]。以工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)為例，其內(nèi)容天然關(guān)聯(lián)能源轉(zhuǎn)換效率、節(jié)能減排技術(shù)、可持續(xù)發(fā)展等國家重大戰(zhàn)略需求，本應(yīng)成為價(jià)值觀教育的優(yōu)質(zhì)載體。然而現(xiàn)實(shí)教學(xué)中，育人元素的挖掘往往停留于表層，或是簡單“貼標(biāo)簽”，或是脫離工程實(shí)踐空談理論，導(dǎo)致學(xué)生難以形成對(duì)科技報(bào)國等價(jià)值觀的深層認(rèn)同，更無法激發(fā)其解決國家“卡脖子”技術(shù)難題的使命感。

在此背景下，探索專業(yè)課程與價(jià)值觀教育的深度融合機(jī)制具有雙重價(jià)值[3]。從理論層面看，如何破解工科課程育人“知行脫節(jié)”現(xiàn)象，構(gòu)建科學(xué)系統(tǒng)的教學(xué)設(shè)計(jì)框架，是當(dāng)前高等教育改革的重點(diǎn)議題；從實(shí)踐層面看，將碳中和目標(biāo)、能源安全戰(zhàn)略等國家需求融入課堂，能夠引導(dǎo)學(xué)生從“被動(dòng)接受知識(shí)”轉(zhuǎn)向“主動(dòng)擔(dān)當(dāng)責(zé)任”，這正是新工科人才培養(yǎng)的核心訴求。研究以工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)為切入點(diǎn)，通過剖析學(xué)科知識(shí)與價(jià)值引領(lǐng)要素的融合邏輯，提出“知識(shí)點(diǎn)-價(jià)值點(diǎn)-實(shí)踐鏈”三位一體的教學(xué)框架，并圍繞熱力學(xué)定律與生態(tài)文明、傳熱技術(shù)與創(chuàng)新責(zé)任等模塊開展教學(xué)設(shè)計(jì)。文章通過理論建構(gòu)、案例設(shè)計(jì)與教學(xué)驗(yàn)證，旨在為工科課程育人改革提供可復(fù)制、可推廣的實(shí)踐方式，推動(dòng)工程教育從“技能培養(yǎng)”到“人格塑造”的轉(zhuǎn)型升級(jí)。

2 課程育人與專業(yè)課程的融合邏輯

課程思政的核心理念在于將價(jià)值塑造嵌入知識(shí)體系，而非簡單的“思政疊加”。工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)作為研究能量轉(zhuǎn)換與傳遞規(guī)律的基礎(chǔ)學(xué)科，其教學(xué)內(nèi)容天然承載著科學(xué)探索的嚴(yán)謹(jǐn)性與工程實(shí)踐的社會(huì)性。例如，熱力學(xué)第一定律揭示的能量守恒原理，不僅是物理規(guī)律的總結(jié)，更暗含資源高效利用的生態(tài)觀；傳熱學(xué)中導(dǎo)熱、對(duì)流與輻射的機(jī)理分析，可引申至技術(shù)創(chuàng)新對(duì)能源效率提升的推動(dòng)作用。這種學(xué)科特性為思政元素的滲透提供了內(nèi)在邏輯——科學(xué)原理的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用始終離不開社會(huì)需求與人類價(jià)值的導(dǎo)向。進(jìn)一步而言，工程問題的解決往往涉及多目標(biāo)權(quán)衡，如熱力系統(tǒng)設(shè)計(jì)中效率與環(huán)保的平衡、技術(shù)方案的成本與倫理考量，這些矛盾恰恰是培養(yǎng)學(xué)生辯證思維與社會(huì)責(zé)任感的切入點(diǎn)。通過將“雙碳”目標(biāo)、能源安全等國家戰(zhàn)略與課程內(nèi)容關(guān)聯(lián)，學(xué)生得以在專業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)中理解科技工作者的時(shí)代使命，從而形成“學(xué)以致用、用以報(bào)國”的深層認(rèn)知。

3 課程育人元素的挖掘與教學(xué)設(shè)計(jì)框架

課程育人元素的系統(tǒng)化挖掘，需扎根于專業(yè)知識(shí)體系與國家戰(zhàn)略需求的深層聯(lián)結(jié)[4]。以熱力學(xué)第二定律為例，其揭示的能源品位退化規(guī)律，成為解讀碳中和目標(biāo)的關(guān)鍵科學(xué)視角——通過對(duì)比燃煤發(fā)電與光伏系統(tǒng)的火用效率差異，引導(dǎo)學(xué)生量化分析能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的減排潛力，將抽象的可持續(xù)發(fā)展觀轉(zhuǎn)化為可計(jì)算、可驗(yàn)證的技術(shù)路徑。這種挖掘邏輯不僅凸顯專業(yè)知識(shí)的社會(huì)價(jià)值，更讓學(xué)生在數(shù)據(jù)推演中感知個(gè)體能力與國家戰(zhàn)略的同頻共振。進(jìn)一步而言，該教學(xué)策略通過建立“物理量-政策目標(biāo)-倫理準(zhǔn)則”的映射關(guān)系，使熱力學(xué)參數(shù)成為價(jià)值判斷的客觀標(biāo)尺，在提升專業(yè)認(rèn)知深度的同時(shí)，塑造工程決策的價(jià)值敏感度。而在工程案例提煉中，職業(yè)倫理的滲透需超越技術(shù)表象，如解析第四代核反應(yīng)堆冷卻技術(shù)突破時(shí)，同步追溯關(guān)鍵材料國產(chǎn)化歷程，使傳熱計(jì)算與科技自立自強(qiáng)的家國敘事交織，讓“卡脖子”技術(shù)攻堅(jiān)的使命感自然融入工程思維。這種“技術(shù)解構(gòu)-歷史敘事-戰(zhàn)略認(rèn)知”的三重認(rèn)知框架，本質(zhì)上是通過知識(shí)體系的重構(gòu)，實(shí)現(xiàn)科學(xué)思維與價(jià)值思維的共生演化。

“知識(shí)點(diǎn)-價(jià)值點(diǎn)-實(shí)踐鏈”框架的核心，在于構(gòu)建知行合一的教學(xué)閉環(huán)。當(dāng)學(xué)生探究建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)時(shí)，可嵌入近零能耗社區(qū)案例，通過計(jì)算節(jié)能效益理解低碳建筑對(duì)城市轉(zhuǎn)型的貢獻(xiàn)；隨后以模擬設(shè)計(jì)任務(wù)驅(qū)動(dòng)，要求綜合考量技術(shù)參數(shù)、民生需求與生態(tài)成本，迫使傳熱公式在真實(shí)場(chǎng)景中與人性溫度對(duì)話。這種設(shè)計(jì)摒棄了育人元素的表層附著，轉(zhuǎn)而通過“技術(shù)-倫理-社會(huì)”的多維碰撞，讓熱力學(xué)定律在解決現(xiàn)實(shí)問題時(shí)自然折射科技向善的價(jià)值光芒。值得強(qiáng)調(diào)的是，該框架創(chuàng)新性地運(yùn)用“約束性目標(biāo)引導(dǎo)法”，將價(jià)值要素轉(zhuǎn)化為工程設(shè)計(jì)中的邊界條件，使學(xué)生在技術(shù)優(yōu)化過程中自發(fā)形成對(duì)可持續(xù)發(fā)展原則的操作性理解。學(xué)生在優(yōu)化熱力系統(tǒng)效率時(shí)，不僅推導(dǎo)瓦特與焦耳的數(shù)值關(guān)系，更在技術(shù)決策中體悟工程師對(duì)社會(huì)責(zé)任的承載——這種從“工具理性”到“價(jià)值理性”的認(rèn)知躍遷，本質(zhì)上完成了工程教育從技能訓(xùn)練向價(jià)值塑造的范式轉(zhuǎn)換，為新工科人才培養(yǎng)提供了可復(fù)制的認(rèn)知發(fā)展路徑。

4 課程育人的實(shí)施路徑與典型案例

課程育人的實(shí)施路徑，需依托真實(shí)可感的工程場(chǎng)景與階梯式任務(wù)設(shè)計(jì)。其本質(zhì)在于構(gòu)建“認(rèn)知腳手架”，通過技術(shù)問題的層次化拆解，引導(dǎo)學(xué)生在知識(shí)建構(gòu)過程中同步完成價(jià)值觀的自主生發(fā)。在熱力學(xué)第二定律教學(xué)中，以北方某大型火電廠的低碳改造為案例，學(xué)生通過分析機(jī)組熱效率提升對(duì)區(qū)域碳排放的影響，將抽象的“熵增不可逆性”轉(zhuǎn)化為具體的減排策略。例如，計(jì)算亞臨界機(jī)組升級(jí)為超臨界機(jī)組后，發(fā)電煤耗從320克/千瓦時(shí)降至280克/千瓦時(shí)的環(huán)境效益，并結(jié)合國家煤電“三改聯(lián)動(dòng)”政策，探討技術(shù)迭代如何助力“雙碳”目標(biāo)。這一過程中，生態(tài)文明價(jià)值觀不再停留于概念宣講，而是成為解決實(shí)際工程問題的決策準(zhǔn)則——當(dāng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)每提高1%熱效率可減少萬噸級(jí)二氧化碳排放時(shí)，技術(shù)優(yōu)化的意義自然升華為對(duì)生態(tài)責(zé)任的踐行。這種“量化分析-戰(zhàn)略關(guān)聯(lián)-價(jià)值內(nèi)化”的三階遞進(jìn)機(jī)制，本質(zhì)上重構(gòu)了工程倫理教育的發(fā)生邏輯，使價(jià)值觀形成過程與專業(yè)技術(shù)認(rèn)知產(chǎn)生化學(xué)鍵式的強(qiáng)耦合。傳熱學(xué)技術(shù)的價(jià)值觀融合，則聚焦于民生需求與技術(shù)創(chuàng)新雙重維度。通過建立“技術(shù)參數(shù)-社會(huì)變量”的關(guān)聯(lián)矩陣，將工程決策中的隱性價(jià)值選擇顯性化為可操作的約束條件。在“建筑節(jié)能技術(shù)”模塊中，以北方冬季供暖系統(tǒng)改造為切入點(diǎn)，對(duì)比傳統(tǒng)燃煤鍋爐與地源熱泵系統(tǒng)的傳熱效率差異，要求學(xué)生實(shí)地調(diào)研老舊社區(qū)的熱損失現(xiàn)狀，并設(shè)計(jì)兼顧經(jīng)濟(jì)性與減排目標(biāo)的改造方案。例如，某小組發(fā)現(xiàn)將外墻傳熱系數(shù)從1.5 W/（m2·K）降至0.8 W/（m2·K），可使住戶采暖能耗降低35%，但需平衡改造成本與居民支付能力。這種真實(shí)矛盾迫使學(xué)生超越純技術(shù)思維，在傳熱計(jì)算中納入社會(huì)公平考量，從而理解“節(jié)能減排不僅是技術(shù)命題，更是民生工程”的深層邏輯。該設(shè)計(jì)范式創(chuàng)新性地運(yùn)用“價(jià)值敏感設(shè)計(jì)”理論，在技術(shù)方案評(píng)估中植入多維價(jià)值權(quán)重，使工程教育從單純追求技術(shù)最優(yōu)解轉(zhuǎn)向?qū)で髢r(jià)值共識(shí)最大公約數(shù)。而在新能源領(lǐng)域，通過剖析光伏板散熱技術(shù)對(duì)發(fā)電效率的影響，引導(dǎo)學(xué)生探討如何通過納米涂層強(qiáng)化輻射散熱，將微觀傳熱機(jī)理與宏觀能源轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略相聯(lián)結(jié)。此外，通過“能源政策辯論賽”等形式，引導(dǎo)學(xué)生就“煤電退出路徑”“核能安全倫理”等爭議性話題展開研討，在數(shù)據(jù)舉證與觀點(diǎn)交鋒中培養(yǎng)批判性思維與社會(huì)責(zé)任感。這類教學(xué)活動(dòng)的教育學(xué)價(jià)值在于構(gòu)建“認(rèn)知沖突場(chǎng)域”，通過價(jià)值立場(chǎng)的碰撞與調(diào)和，促使學(xué)生完成從技術(shù)理性到價(jià)值理性的思維躍遷。這些案例的共同特點(diǎn)在于，將抽象理論置于真實(shí)復(fù)雜的工程情境中，使學(xué)生在解決具體問題時(shí)自然感知科技與社會(huì)的互動(dòng)關(guān)系，從而內(nèi)化“工程為民”的職業(yè)信念。值得強(qiáng)調(diào)的是，課程育人的深層效能體現(xiàn)在培育“技術(shù)-價(jià)值”雙重敏感性——既能夠精準(zhǔn)捕捉工程問題的技術(shù)本質(zhì)，又始終保持對(duì)社會(huì)福祉和生態(tài)倫理的自覺觀照，這正是新工科人才核心素養(yǎng)的應(yīng)有之義。

5 教學(xué)實(shí)踐與效果分析

經(jīng)過兩輪教學(xué)實(shí)踐，課程育人的實(shí)施效果逐步顯現(xiàn)。在知識(shí)掌握層面，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)使學(xué)生更深入理解熱力學(xué)與傳熱學(xué)的工程應(yīng)用場(chǎng)景，期末考核中案例分析題的得分率較往年提升23%；在價(jià)值觀塑造方面，匿名問卷顯示，85%的學(xué)生認(rèn)為課程“增強(qiáng)了科技強(qiáng)國的使命感”，尤其在“華為熱管理技術(shù)卡脖子事件”研討后，多名學(xué)生主動(dòng)參與校級(jí)節(jié)能減排創(chuàng)新競(jìng)賽。值得注意的是，部分起初對(duì)育人元素融入持抵觸態(tài)度的學(xué)生，在參與“社區(qū)供暖系統(tǒng)優(yōu)化”實(shí)地調(diào)研后，開始關(guān)注技術(shù)方案的社會(huì)公平性，體現(xiàn)了工程倫理意識(shí)的覺醒。然而，實(shí)踐也暴露出一些問題，如育人成效評(píng)估缺乏量化指標(biāo)、跨學(xué)科育人案例資源整合不足等。未來需進(jìn)一步開發(fā)動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)工具，并聯(lián)合人文社科教師共建跨學(xué)科育人案例庫，以增強(qiáng)教學(xué)的持續(xù)性與普適性。

課程育人的深度整合顯著提升了學(xué)生的綜合素養(yǎng)。定量數(shù)據(jù)層面，課堂互動(dòng)頻次較傳統(tǒng)教學(xué)明顯增加。定性調(diào)研中，92%的學(xué)生認(rèn)同“課程加深了對(duì)工程師社會(huì)角色的理解”，這些反饋印證了價(jià)值觀的內(nèi)化并非抽象概念，而是源于解決真實(shí)問題的共情體驗(yàn)。本模式的創(chuàng)新性在于構(gòu)建了“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、虛實(shí)結(jié)合、多元共評(píng)”的育人實(shí)施生態(tài)。通過企業(yè)案例庫、虛擬仿真平臺(tái)與實(shí)地調(diào)研的協(xié)同，實(shí)現(xiàn)了專業(yè)知識(shí)與行業(yè)痛點(diǎn)的精準(zhǔn)映射；未來可進(jìn)一步提煉“技術(shù)-價(jià)值”雙目標(biāo)教學(xué)設(shè)計(jì)模板，推動(dòng)工程教育從“解決習(xí)題”向“解決問題”、從“追求標(biāo)準(zhǔn)答案”向“承擔(dān)社會(huì)責(zé)任”的范式轉(zhuǎn)型。

6 結(jié)論

研究以工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)課程為載體，系統(tǒng)探索了工科專業(yè)課程與價(jià)值引領(lǐng)要素的深度融合路徑，構(gòu)建了“知識(shí)點(diǎn)-價(jià)值點(diǎn)-實(shí)踐鏈”三位一體的教學(xué)設(shè)計(jì)框架。通過挖掘?qū)W科知識(shí)中蘊(yùn)含的科學(xué)精神、家國情懷、生態(tài)文明等育人內(nèi)涵，結(jié)合碳中和戰(zhàn)略、技術(shù)創(chuàng)新責(zé)任等國家需求，設(shè)計(jì)模塊化教學(xué)案例與多元化實(shí)踐模式，實(shí)現(xiàn)了專業(yè)知識(shí)傳授與價(jià)值引領(lǐng)的協(xié)同育人目標(biāo)。教學(xué)實(shí)踐表明，將熱力學(xué)定律與可持續(xù)發(fā)展觀、傳熱技術(shù)與節(jié)能減排責(zé)任、工程案例與職業(yè)倫理相結(jié)合，不僅深化了學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解，更顯著提升了其工程倫理意識(shí)、創(chuàng)新使命感及科技強(qiáng)國使命。學(xué)生反饋顯示，課程育人的有機(jī)融入增強(qiáng)了課堂參與度與價(jià)值認(rèn)同感，為工科課程育人體系建設(shè)提供了可借鑒的范式。未來，可進(jìn)一步拓展跨學(xué)科育人資源整合，例如結(jié)合人工智能、大數(shù)據(jù)技術(shù)開發(fā)虛實(shí)結(jié)合的數(shù)字化育人場(chǎng)景；同時(shí)，需完善課程育人長效機(jī)制，探索育人成效與學(xué)生職業(yè)發(fā)展的關(guān)聯(lián)性，推動(dòng)工科教育從“能力培養(yǎng)”向“價(jià)值塑造”的深層轉(zhuǎn)型。

基金項(xiàng)目：西安科技大學(xué)教改項(xiàng)目新時(shí)代下車輛工程專創(chuàng)融合式創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革研究與實(shí)踐（2010624025）；《工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)》課程思政案例—筑能源安全基石，育低碳節(jié)能人才（2010124024）。

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