“雙碳”背景下工程燃燒學(xué)課程思政建設(shè)探索與心得

王秋麟 張守玉 周 騖

高等院校是我國(guó)貫徹科教興國(guó)方針政策的前沿陣地，肩負(fù)著為黨為國(guó)家為人民培養(yǎng)優(yōu)秀建設(shè)者和接班人的重大任務(wù)。為全面推進(jìn)習(xí)近平新時(shí)代中國(guó)特色社會(huì)主義思想進(jìn)課堂、進(jìn)教材、進(jìn)大腦，落實(shí)高校立德樹(shù)人根本任務(wù)[1]，須突破傳統(tǒng)思政教育依靠思政課程的“孤島”現(xiàn)象，充分發(fā)揮每門課程的德育功能，從而全面提升人才培養(yǎng)質(zhì)量。目前，普遍認(rèn)為理工科專業(yè)課程是落實(shí)課程思政建設(shè)短板和難點(diǎn)所在[2]，歸因于理工科課程教學(xué)重知識(shí)技術(shù)而輕社會(huì)情懷，強(qiáng)調(diào)“工具理性”而缺少“價(jià)值引領(lǐng)”。然而，培養(yǎng)具有社會(huì)主義核心價(jià)值觀和使命感的綜合型創(chuàng)新“大工程”人才是攻克我國(guó)“卡脖子”技術(shù)難題、提升國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力的必備條件。這就要求理工科專任教師用好“課堂教學(xué)主渠道”，突破“知識(shí)傳授”與“價(jià)值引領(lǐng)”壁壘，深化課程思政建設(shè)，助力“大工程”人才培養(yǎng)。

為積極應(yīng)對(duì)全人類共同面臨的全球氣候變暖問(wèn)題，習(xí)近平總書(shū)記在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)上提出“中國(guó)二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”目標(biāo)?！半p碳”戰(zhàn)略布局正大力推進(jìn)我國(guó)能源格局快速向綠色低碳轉(zhuǎn)型，也對(duì)高校人才培養(yǎng)提出了新的更高的要求?；剂先紵沃覈?guó)約85%能源供給[4]，決定了燃燒學(xué)科發(fā)展和相關(guān)人才培養(yǎng)對(duì)我國(guó)構(gòu)建清潔、低碳、安全、高效能源體系發(fā)揮著重要作用。本文以工程燃燒學(xué)為載體，將課程教學(xué)內(nèi)容、課程育人目標(biāo)與“雙碳”戰(zhàn)略布局相結(jié)合，提煉“雙碳”背景下課程思政新元素，探討課程思政元素與專業(yè)知識(shí)隱形相融的有效方案，分享課程思政成效評(píng)價(jià)新舉措，助力培養(yǎng)具有愛(ài)國(guó)主義情懷、環(huán)境保護(hù)意識(shí)和科技報(bào)國(guó)精神的綜合性創(chuàng)新人才。

一、“雙碳”背景下思政新元素挖掘

(一)人類文明進(jìn)步與燃燒學(xué)科發(fā)展

火是人類最早發(fā)現(xiàn)和利用的自然力，使人類種群得以逐漸壯大，為人類進(jìn)入文明社會(huì)創(chuàng)造了條件。從燧人氏“鉆木取火”和普羅米修斯“盜神火救人類”的古老傳說(shuō)；到17世紀(jì)末，斯塔爾提出錯(cuò)誤燃素說(shuō)；到18世紀(jì)，普利斯特里發(fā)現(xiàn)氧和拉瓦錫大膽提出氧化概念，確立正確燃燒學(xué)說(shuō)；到19世紀(jì)，燃燒過(guò)程開(kāi)始被作為熱力學(xué)平衡體系來(lái)研究，熱力學(xué)成為認(rèn)識(shí)燃燒現(xiàn)象的重要基礎(chǔ)；再到20世紀(jì)30年代，美國(guó)化學(xué)家劉易斯和前蘇聯(lián)化學(xué)家謝苗諾夫等人引入化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理研究燃燒反應(yīng)速率，確認(rèn)化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)是影響燃燒速率的重要因素，且發(fā)現(xiàn)燃燒反應(yīng)具有連鎖反應(yīng)特點(diǎn)，從而奠定了現(xiàn)代燃燒理論基礎(chǔ)；再到20世紀(jì)30年代至20世紀(jì)50年代，人們開(kāi)始認(rèn)識(shí)到影響和控制燃燒過(guò)程的因素不僅僅是化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)因素，還有氣體流動(dòng)、分子擴(kuò)散、熱量傳遞等物理因素。美國(guó)力學(xué)家馮·卡門和我國(guó)力學(xué)家錢學(xué)森首先倡議用連續(xù)介質(zhì)力學(xué)來(lái)研究燃燒基本過(guò)程，建立了“反應(yīng)流體力學(xué)”；再到20世紀(jì)60年代后期，斯波爾丁建立了燃燒問(wèn)題的數(shù)值計(jì)算方法，逐漸形成了“計(jì)算燃燒學(xué)”，定量預(yù)測(cè)燃燒過(guò)程和燃燒技術(shù)，從而使燃燒理論及其應(yīng)用達(dá)到一個(gè)新高度?，F(xiàn)如今，燃燒科學(xué)正從一門傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)科學(xué)逐漸發(fā)展成為一門系統(tǒng)的、涉及熱力學(xué)、流體力學(xué)、化學(xué)動(dòng)力學(xué)、傳熱學(xué)、傳質(zhì)學(xué)、物理學(xué)的綜合理論體系，推進(jìn)人類社會(huì)大步向前邁進(jìn)。

燃燒學(xué)科發(fā)展史也正是人類文明進(jìn)步史?；仡櫲祟悮v史長(zhǎng)河，人類文明每一步跨越都得益于燃燒理論和燃燒技術(shù)的蓬勃發(fā)展。18世紀(jì)60年代，第一次工業(yè)革命的重要標(biāo)志即為蒸汽機(jī)技術(shù)的改進(jìn)與廣泛應(yīng)用。蒸汽機(jī)的廣泛應(yīng)用使社會(huì)生產(chǎn)力大大提高，同時(shí)帶動(dòng)煤炭勘探、開(kāi)采和運(yùn)輸業(yè)大力發(fā)展，使全球能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)完成了薪柴向煤炭的轉(zhuǎn)變。19世紀(jì)60年代，以內(nèi)燃機(jī)為標(biāo)志的第二次工業(yè)革命開(kāi)始。內(nèi)燃機(jī)大大提高了熱功轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)推動(dòng)石油和天然氣勘探、開(kāi)采及煉制技術(shù)發(fā)展，使全球能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)從煤炭為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐允秃吞烊粴鉃橹鳌，F(xiàn)如今，化石燃料燃燒依然是人類獲取能源的主要方式[4]。燃燒在造福人類的同時(shí)，也帶來(lái)了一系列問(wèn)題，比如環(huán)境污染和溫室效應(yīng)。全人類正共同面臨著全球氣候變暖問(wèn)題，控制二氧化碳等溫室氣體排放刻不容緩。燃燒學(xué)科具有鮮明的時(shí)代性和先進(jìn)性，在全球能源格局重塑關(guān)鍵期也必然面臨新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。工程燃燒學(xué)以培養(yǎng)專業(yè)知識(shí)扎實(shí)且具有遠(yuǎn)大抱負(fù)的“大工程”人才為目標(biāo)，向?qū)W生講述人類文明進(jìn)步與燃燒學(xué)科發(fā)展的密切聯(lián)系，突出燃燒學(xué)科發(fā)展在人類社會(huì)歷史進(jìn)程中扮演的重要角色，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)燃燒學(xué)知識(shí)的動(dòng)力和興趣，樹(shù)立為人類文明進(jìn)步而努力的大局意識(shí)。

(二)雙碳戰(zhàn)略布局與燃燒技術(shù)革新

我國(guó)能源結(jié)構(gòu)仍面臨煤炭占主導(dǎo)地位、環(huán)境污染碳排放高、用能效率和電能占比低、新能源技術(shù)創(chuàng)新能力不足和能源安全形勢(shì)嚴(yán)峻等問(wèn)題，為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，我國(guó)制定了化石能源清潔化、清潔能源規(guī)?；托屡f能源綜合化的戰(zhàn)略布局，努力構(gòu)建“清潔、低碳、安全、高效”的能源體系。在此新形勢(shì)下，工程燃燒學(xué)教學(xué)應(yīng)引導(dǎo)和鼓勵(lì)學(xué)生關(guān)注燃燒學(xué)科領(lǐng)域發(fā)展新動(dòng)態(tài)，例如新型燃料、新型燃燒組織方式和新型燃燒設(shè)備等。

在新型燃料方面，教師可向?qū)W生介紹利用可再生能源制取綠氫和新興綠氨的前沿技術(shù)。前者能量密度高、來(lái)源和產(chǎn)物綠色無(wú)污染，但存在產(chǎn)率低、儲(chǔ)存難和燃燒控制不易等問(wèn)題；后者被認(rèn)為是最具潛力的氫能載體，但如何控制氨氧反應(yīng)朝氮?dú)夂退较蜻M(jìn)行而不產(chǎn)生氮氧化物是有待解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。以此擴(kuò)寬學(xué)生學(xué)科視野、增強(qiáng)學(xué)生環(huán)境保護(hù)意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維和多角度思考問(wèn)題的能力。

在新型燃燒組織方式方面，教師可向?qū)W生講述有別于傳統(tǒng)燃燒方式的新型化學(xué)鏈燃燒。化學(xué)鏈燃燒技術(shù)是實(shí)現(xiàn)煤炭清潔利用的創(chuàng)新型技術(shù)，是將傳統(tǒng)的燃料與空氣直接接觸反應(yīng)的燃燒借助于載氧體的循環(huán)作用解耦為兩個(gè)或多個(gè)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)CO2低耗捕集、同時(shí)抑制NO產(chǎn)生，在制氧、制氫、發(fā)電、化學(xué)品生產(chǎn)工藝中有巨大潛力[5]。通過(guò)向?qū)W生展示各種新型燃燒組織方式，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)。

在新型燃燒設(shè)備方面，教師可向?qū)W生展示由中國(guó)華能集團(tuán)有限公司自主研發(fā)的世界參數(shù)最高、容量最大的超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電試驗(yàn)機(jī)組。該機(jī)組成功投運(yùn)驗(yàn)證了超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電技術(shù)工業(yè)運(yùn)行的可行性，有望徹底改變傳統(tǒng)熱力發(fā)電技術(shù)140多年來(lái)以水蒸氣為主流工質(zhì)的發(fā)電方式，標(biāo)志著我國(guó)在超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域已處于世界領(lǐng)先水平，為進(jìn)一步提升能源利用效率、實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)提供了重要路徑。以此鼓勵(lì)學(xué)生敢于突破、勇于創(chuàng)新，厚植民族自豪感，樹(shù)立制度自信。

(三) 先進(jìn)人物事跡與燃燒理論更迭

每一門學(xué)科的建立與發(fā)展都凝聚著無(wú)數(shù)科學(xué)家的研究成果和探索精神[6]。教師在課程思政實(shí)踐過(guò)程中，以科學(xué)家們實(shí)事求是的科學(xué)精神和追求真理的艱辛歷程引導(dǎo)學(xué)生，讓學(xué)生感悟科學(xué)家的工匠精神和探索精神，弘揚(yáng)科技報(bào)國(guó)情懷。

斯塔爾是探尋燃燒本質(zhì)的先驅(qū)者之一，他提出的燃素說(shuō)雖被后人證明是完全錯(cuò)誤的，但他注意觀察和理論總結(jié)的研究方法，卻為后代科學(xué)家提供了一個(gè)范例，使后來(lái)正確的燃燒學(xué)說(shuō)得以很快發(fā)現(xiàn)[7]。該事例提醒學(xué)生要用辯證思維看待失敗，強(qiáng)調(diào)實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。

前蘇聯(lián)杰出化學(xué)家謝苗諾夫(1956年諾貝爾獎(jiǎng)獲得者)豐富和發(fā)展了鏈?zhǔn)椒磻?yīng)理論，促使人們深入探究燃燒反應(yīng)歷程，初步奠定了燃燒理論基礎(chǔ)。作為一個(gè)世界著名科學(xué)家，謝苗諾夫多次強(qiáng)調(diào)科學(xué)要為人類的幸福和社會(huì)的進(jìn)步服務(wù)。通過(guò)介紹謝苗諾夫的事跡和主張，使學(xué)生感悟杰出科學(xué)家致力于為全人類幸福和社會(huì)進(jìn)步做貢獻(xiàn)的磅礴氣勢(shì)，提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的同時(shí)，樹(shù)立構(gòu)建人類命運(yùn)共同體的責(zé)任意識(shí)。

世界著名科學(xué)家、中國(guó)兩彈一星功勛獎(jiǎng)?wù)芦@得者錢學(xué)森，被譽(yù)為“中國(guó)航天之父”。錢學(xué)森與美國(guó)力學(xué)家馮·卡門首先倡議用連續(xù)介質(zhì)力學(xué)來(lái)研究燃燒基本過(guò)程，為燃燒學(xué)科發(fā)展做出了突破性貢獻(xiàn)。由于當(dāng)年錢學(xué)森回國(guó)效力，中國(guó)導(dǎo)彈、原子彈的發(fā)射向前推進(jìn)了至少20年。除了錢學(xué)森的偉大建樹(shù)，他當(dāng)年坎坷的歸國(guó)經(jīng)歷所折射出的深厚愛(ài)國(guó)情懷，更值得我們學(xué)習(xí)和傳頌。通過(guò)講述錢學(xué)森經(jīng)歷千難萬(wàn)險(xiǎn)回國(guó)報(bào)效祖國(guó)的壯舉，在學(xué)生心中厚植愛(ài)國(guó)主義情懷和科技報(bào)國(guó)的遠(yuǎn)大志向。

講授固體燃料燃燒設(shè)備時(shí)，講解適應(yīng)性極強(qiáng)的煤清潔燃燒技術(shù)——循環(huán)流化床技術(shù)時(shí)，重點(diǎn)向?qū)W生介紹岳光溪院士的事跡，在面對(duì)我國(guó)自身燃煤技術(shù)落后他國(guó)、引進(jìn)國(guó)外技術(shù)被拒的情況下，岳光溪院士團(tuán)隊(duì)自力更生、發(fā)憤圖強(qiáng)，徹底弄清了循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計(jì)背后的原理，揭開(kāi)了國(guó)外技術(shù)缺陷和不適應(yīng)中國(guó)企業(yè)的根本原因，使循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計(jì)從純經(jīng)驗(yàn)方式轉(zhuǎn)向了“中國(guó)特色”的理論指導(dǎo)方式，獲得了2011年國(guó)際循環(huán)流化床技術(shù)成就獎(jiǎng)，讓學(xué)生感悟科學(xué)家的家國(guó)情懷，激發(fā)學(xué)生民族自豪感，樹(shù)立做國(guó)家棟梁的主人翁意識(shí)。

二、課程思政實(shí)施方案探索

探索恰當(dāng)有效的實(shí)施方案使專業(yè)知識(shí)與課程思政無(wú)縫對(duì)接，是實(shí)現(xiàn)思政育人“潤(rùn)物無(wú)聲”的關(guān)鍵。本教研小組嘗試從課前“精雕細(xì)琢”、課堂“見(jiàn)縫插針”和課后“運(yùn)籌帷幄”三方面，開(kāi)啟全方位育人模式，以期獲得良好的思政育人效果。

(一)課前“精雕細(xì)琢”

針對(duì)每一次教學(xué)活動(dòng)，任課教師須明確思政要點(diǎn)，搜集思政素材，精準(zhǔn)設(shè)計(jì)教學(xué)安排，避免課堂“自由發(fā)揮”所導(dǎo)致的“顧此失彼”。教師是決定課程思政教育成效的關(guān)鍵因素。為更好地落實(shí)課程思政建設(shè)，教師應(yīng)奉行“育人先育己”理念，加強(qiáng)教師自身德育意識(shí)和德育能力，提高對(duì)國(guó)家方針政策和育人目標(biāo)的準(zhǔn)確認(rèn)知能力，從而為課程思政育人提質(zhì)增效。

(二)課堂“齊頭并進(jìn)”

工程燃燒學(xué)學(xué)習(xí)任務(wù)繁重，如何充分發(fā)揮45分鐘課堂作用，是教師需要關(guān)注的重點(diǎn)。得益于課前“精雕細(xì)琢”環(huán)節(jié)，教師在課堂上可運(yùn)用講課藝術(shù)、多媒體設(shè)備及線上教學(xué)平臺(tái)互動(dòng)等，牢牢抓住學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，循循善誘，化“枯燥”為“有趣”，助學(xué)生領(lǐng)悟“思政”內(nèi)涵。理工科教師切忌將課程思政化，避免“夸夸其談”或淪為“空中樓閣”，要專業(yè)知識(shí)和課程思政“兩手抓且兩手都要硬”，從而達(dá)到課程融思政，思政寓課程的雙向效果。

(三)課后“志存高遠(yuǎn)”

為鞏固所學(xué)知識(shí)，檢驗(yàn)思政成效，課堂教學(xué)活動(dòng)結(jié)束后不僅須布置與所學(xué)知識(shí)相關(guān)的作業(yè)，還應(yīng)設(shè)置多元化“思政”作業(yè)，引導(dǎo)學(xué)生調(diào)研課程相關(guān)的人物事跡、關(guān)注燃燒領(lǐng)域前沿?zé)狳c(diǎn)或思考“卡脖子”技術(shù)解決之道等，使學(xué)生從“被動(dòng)接受”轉(zhuǎn)為“主動(dòng)汲取”，激勵(lì)學(xué)生自覺(jué)把個(gè)人理想追求融入國(guó)家和民族的事業(yè)中，促進(jìn)思政理念內(nèi)化于心。

三、課程思政成效評(píng)價(jià)嘗試

課程思政建設(shè)是否有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，保證優(yōu)良學(xué)習(xí)效果，是課程思政建設(shè)的基石。學(xué)生是課程思政教育的受眾，是否領(lǐng)悟和認(rèn)同教師所傳達(dá)的思政要點(diǎn)，直接決定課程思政教育的成敗。真實(shí)反饋課程思政改革實(shí)踐效果，有助于完善和改進(jìn)課程思政建設(shè)方案。據(jù)問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果顯示(圖1)，參與問(wèn)卷調(diào)查的學(xué)生共有35人，82.9%的學(xué)生認(rèn)為本課程有趣；85.7%的學(xué)生認(rèn)為所學(xué)燃燒學(xué)知識(shí)有用；94.3%的學(xué)生認(rèn)為每節(jié)課重點(diǎn)明確。該調(diào)查結(jié)果表明課程思政建設(shè)能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，并賦予專業(yè)知識(shí)以實(shí)用價(jià)值，給予了教師繼續(xù)貫徹課程思政的信心與熱情。然而，本問(wèn)卷調(diào)查也存在涉及內(nèi)容窄，難以全面反映課程思政育人效果的問(wèn)題，后續(xù)將進(jìn)一步豐富問(wèn)卷內(nèi)容，爭(zhēng)取全方位真實(shí)反饋本課程思政建設(shè)成效。

圖1 工程燃燒學(xué)課程問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果

綜上所述，燃燒學(xué)科是一門既古老又年輕的學(xué)科。工程燃燒學(xué)課程定位為核心專業(yè)基礎(chǔ)課程，內(nèi)容涵蓋燃燒基本理論、燃燒技術(shù)及其應(yīng)用，承擔(dān)著為我國(guó)能源動(dòng)力領(lǐng)域培養(yǎng)高質(zhì)量人才的重任。本課程知識(shí)掌握程度很大程度上決定了本專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量?！疤歼_(dá)峰、碳中和”戰(zhàn)略布局正促使我國(guó)能源消費(fèi)和生產(chǎn)格局發(fā)生大轉(zhuǎn)型，也使得燃燒學(xué)科面臨新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。及時(shí)追蹤“雙碳”背景下的燃燒學(xué)學(xué)科前沿問(wèn)題、關(guān)鍵技術(shù)和發(fā)展趨勢(shì)，保持課程體系先進(jìn)性與前沿性，是工程燃燒學(xué)課程有效落實(shí)課程思政育人目標(biāo)的關(guān)鍵。