热学课程思政的理论建构与思政元素挖掘

一、研究背景：

1. 热学课程在基础物理教育中的战略地位

热学作为物理学的重要分支，是基础物理教育的核心组成部分。它不仅揭示了宏观世界中温度、热量、内能等基本概念及其相互关系，还深入到微观层面，通过统计物理的方法阐述热现象的本质。在科学知识体系中，热学为其他学科提供了重要的理论基础，如化学中的热化学、工程学中的热力学分析等。

2. 传统热学教学中思政元素隐性缺失的现状分析

在传统热学教学模式下，教学重点往往集中在知识的传授和技能的训练上，思政元素的融入相对较少。教师在教学过程中主要关注热学概念、定律的讲解和公式的推导，注重学生解题能力的培养，而忽视了对学生价值观、科学精神和人文素养的引导。

二、热学课程思政的理论建构

1. 物理学科思政的独特性

物理学科作为研究自然界最基本规律的科学，其思政内涵具有区别于人文社科的独特性，这种独特性在热学领域表现为三重辩证统一：

（1）自然规律认知与哲学思维的辩证关系

热学研究始终伴随着人类对自然本质的哲学思考。从早期培根的“热是运动”的朴素唯物主义观点，到克劳修斯对熵概念的哲学阐释，热学理论的每一次突破都推动着哲学认识论的发展。例如，热力学第二定律揭示的自然过程方向性，与辩证法中“发展是螺旋式上升”的观点形成呼应；统计物理学中“微观偶然与宏观必然”的关系，印证了唯物辩证法关于“必然性与偶然性”的辩证统一原理。这种“以物载理、以理明哲”的特点，使热学课程能够引导学生在认识自然规律的过程中，培养辩证思维能力，形成科学的世界观。

（2）热学理论发展史中的科学精神传承

热学发展历程是一部科学家群体追求真理、勇于探索的奋斗史，蕴含着丰富的科学精神资源。19 世纪能量守恒定律的建立，汇聚了迈耶的医学观察、焦耳的精密实验、亥姆霍兹的数学论证等智慧，展现了“跨学科协作”的科学研究范式；开尔文勋爵在提出绝对温标的同时，坦诚承认“物理学晴朗天空中的两朵乌云”，体现了科学家“严谨谦逊”的治学态度；普朗克为解释黑体辐射现象提出量子假说，打破经典物理框架，彰显了“敢于突破、勇于创新”的科学勇气。这些历史片段能够让学生深刻理解：科学进步不仅依赖智力因素，更需要执着追求、求真务实的精神品质。

（3）热力学定律的哲学隐喻（如熵增定律与文明发展观）

热学定律的哲学隐喻为思政教育提供了独特视角。熵增定律揭示孤立系统的无序化趋势，而人类文明的发展恰恰是通过与外界的能量交换（负熵输入）实现有序化的过程，这一对比启示学生：个人成长与社会进步都需要主动汲取“正能量”，抵制“无序化”倾向；能量守恒定律则隐喻着“付出与收获”的辩证关系，引导学生树立“一分耕耘一分收获”的价值观。这种将自然规律与人类社会发展相联系的隐喻思维，能够让思政教育摆脱说教式灌输，实现“润物细无声”的效果。

2. 课程思政三维模型构建

基于热学学科特点与思政教育目标，构建“知识—方法—价值”三维课程思政模型，实现学科知识与思政元素的有机融合：

（1）知识维度：统计物理与集体主义价值观

统计物理学通过研究大量微观粒子的集体行为揭示宏观现象规律，其核心思想“个体无规则运动与整体有序表现”的辩证关系，为理解集体主义价值观提供了科学依据。例如，理想气体压强的形成源于分子无规则碰撞的统计平均，单个分子的运动方向随机，但大量分子的集体行为呈现确定规律。这一原理可类比于社会发展：个体的多样性选择与社会整体的有序运行并不矛盾，集体利益恰恰是个体利益的统计体现。通过这种类比，引导学生理解集体主义的科学性，树立“个体与集体和谐统一”的价值观。

（2）方法维度：热力学循环与系统思维培养

热力学循环（如卡诺循环、斯特林循环）的分析方法强调“整体优化”与“环节协同”，为培养系统思维提供了绝佳载体。卡诺循环通过分析四个过程的能量转换效率，揭示“最大效率由温差决定”的规律，同时表明“任何环节的损耗都会降低整体性能”。通过热力学循环的分析训练，引导学生养成“整体把握、细节优化”的系统思维方式。

（3）价值维度：能量守恒与可持续发展观

能量守恒定律（热力学第一定律）表明“能量既不能创造也不能消灭，只能转化”，这一规律为树立可持续发展观提供了科学基础。结合能源危机现实，可引导学生认识到：人类无法“创造”能量，只能通过技术创新提高能量转化效率、优化能源结构；熵增定律则警示“能量转化具有方向性，高品质能源会不断耗散”，进而理解“节能减排”的紧迫性。这种基于科学规律的价值引导，能够让学生深刻认识到可持续发展不仅是道德要求，更是自然规律的必然选择，从而将“绿色发展”理念内化为自觉行动。

三、热学课程思政元素挖掘与分类

1. 科学思维与科学方法维度（1）统计平均思想与科学思维培养

统计物理学是热学的核心方法论，其通过研究大量微观粒子的集体行为揭示宏观规律，这一思想对培养学生科学思维具有重要价值。例如，在讲解气体动理论时，教师可引导学生思考：单个气体分子的运动方向完全随机，但大量分子的统计平均却呈现确定的压强、温度等宏观性质。这种“微观无序与宏观有序”的辩证关系，不仅体现了统计平均方法的科学性，更揭示了科学认知的底层逻辑——从复杂现象中提炼规律的能力。通过设计“分子运动模拟实验”，让学生直观观察统计平均过程，可强化其对“偶然性与必然性”辩证关系的理解，培养其透过现象看本质的科学思维。

（2）理想模型构建与创新思维激发

理想模型是物理学抽象思维的重要工具，热学中的理想气体模型、黑体模型等均体现了“简化现实、聚焦本质”的创新思维。例如，理想气体模型假设分子间无相互作用力、分子本身无体积，这一简化虽与实际气体存在偏差，却为推导理想气体状态方程提供了可能。教师可引导学生讨论：为何科学家要构建“不完美”的理想模型？其价值何在？通过对比理想气体与实际气体的差异，学生可理解“模型是科学研究的阶梯”这一哲理，进而认识到：创新往往始于对复杂现实的合理抽象，而非盲目追求完美。这种思维训练可迁移到工程设计中，如优化热机结构时需平衡理论模型与实际工况的矛盾。

2. 科学家精神与历史维度

（1）热学发展历程中的科学家事迹

热学史是一部科学家群体协作与突破的奋斗史。例如，能量守恒定律的建立汇聚了迈耶（通过医学观察提出热功当量猜想）、焦耳（用20 年时间改进实验装置，最终精确测定热功当量）、亥姆霍兹（从数学角度统一能量概念）等多学科智慧。教师可设计“科学家角色扮演”活动，让学生分组模拟三位科学家的研究过程，体会跨学科协作的重要性。此外，开尔文勋爵在提出绝对温标时，坦诚承认“物理学晴朗天空中的两朵乌云”（黑体辐射与以太问题），这种“已知未知”的治学态度，可引导学生树立“严谨谦逊、追求真理”的科学精神。

（2）从科学发展历程感悟坚持与突破

热学理论的每一次突破都伴随着科学家的坚持与勇气。例如，普朗克为解释黑体辐射实验数据，被迫提出能量量子化假说，这一“违背经典物理直觉”的突破，虽最初被视为“数学技巧”，却最终开启了量子力学时代。教师可引导学生分析：普朗克为何在面对巨大争议时仍坚持研究？其动力何在？通过讨论，学生可感悟到：科学进步需要“敢于突破、勇于创新”的勇气，而这种勇气源于对真理的执着追求。结合当代科研案例（如高温超导材料的探索），可进一步强化这一价值观。

3. 家国情怀与社会责任感维度（1）热学知识在国家重大工程中的应用

热学知识在航空航天、能源开发等领域具有关键作用。例如，火箭发动机的热防护系统需通过热传导方程优化材料结构；核电站的冷却系统设计需基于热力学第二定律确保安全。教师可邀请行业专家开展讲座，或组织学生参观科技馆、能源企业，让学生直观感受热学技术对国家发展的支撑作用。通过分析“长征五号”火箭液氧煤油发动机的热管理难题，可激发学生的爱国情怀与民族自豪感，同时引导其思考：如何将个人专业选择与国家需求结合？

（2）能源问题与可持续发展理念渗透

能源危机是当今全球性挑战，热学课程可结合能量守恒定律与熵增定律，引导学生理解能源问题的本质。例如，通过计算传统化石能源的能量转化效率（如燃煤电厂约 35% ），对比可再生能源（如光伏发电约 20%）的潜力，学生可认识到：提高能源利用效率是缓解危机的关键。进一步结合“双碳”目标，讨论热学技术在节能减排中的应用（如热泵技术、余热回收），可强化学生的社会责任感，使其意识到：可持续发展不仅是政策要求，更是自然规律的必然选择。