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摘要：应对全球气候变化，加强节能减排事业是国家基本国策，也是当代理工科教学必然要加强的专业知识和素质教育内容，但是尚未将其有效而系统地整合到本科生教学与培养体系中。文章介绍了如何在“工程热力学”课堂教学中，将与应对全球气候变化与节能减排密切相关的低碳技术、能源利用与环境污染、能源的高效利用、可再生新能源技术与传统的工程热力学基本理论、热力性质、热力过程、热力循环相整合。
关键词：节能减排；全球气候变化；工程热力学；教学
作者简介：张昊春（1977-），男，河北万全人，哈尔滨工业大学能源科学与工程学院，讲师；王洪杰（1962-），男，山东掖县人，哈尔滨工业大学能源科学与工程学院，教授。（黑龙江 哈尔滨 150001）
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2012）05-0052-02
一、欧美教学体系中的全球气候变化及节能减排教学
工业革命带来的现代经济增长，使人类的物质财富以史无前例的速度扩张。但是，由于这种经济社会发展模式是以使用化石燃料为基础，化石能源生产和消费排放的大量温室气体导致全球气候变化，引发了气候变暖、极端天气、气象灾难、海平面上升，危及整个人类的生存和发展。为遏制全球气候变化，人类必须大幅减少化石燃料的使用，减少温室气体排放。未来的经济社会发展模式必须建立在低碳基础之上，通过低碳发展，研发和推广低碳能源技术、增加碳汇、发展碳吸收技术，以及节能减排、产业升级、消费模式更新和制度创新，大幅提高单位碳排放的生产效率，推动应对气候变化取得新的重大进展。这种变化代表着一种新发展模式的出现，必将深刻地改变人类的生产和生活方式。
应对全球气候变化，加强节能减排事业是国家基本国策，也是当代高等工程教育中必然要深入和强化的教学内容。但是，目前没有将其全面而系统纳入现有的高等教育培养体系中，在教材、课堂教学和素质培养过程中并没有占有相应的重要地位，如何在现有的教学体系中整合这部分内容成为教育者共同关注的问题。
2007年，受美国自然科学基金会的资助，美国Connecticut大学举办了名为“Frontiers in Transport Phenomena Research and Education：Energy Systems，Biological Systems，Security，Information Technology and Nanotechnology（传输现象研究和教育前沿：能源系统、生态系统、国家安全、信息技术和纳米技术）”的研讨会。国际工程热力学领域著名学者，美国内华达大学机械工程系的Yunus Cengel教授做了题为“Green Practices into Engineering and Non-Engineering Education to Combat Climate Change（工程中引入绿色实践及挑战气候变化的非工程教育）”的特邀报告，加拿大皇后大学的Patrick Osthuizen教授做了题为“Some Factors to Consider in Teaching Renewable Energy in an Undergraduate Engineering Program（在工科本科生教学计划中讲授可再生能源的一些考虑因素）”的报告，旨在改进现有的工程教学体系，从而保证发达国家在可再生能源领域的全球领导力[1]。
实际上，长期以来，与气候变化、能源高效利用、可再生能源开发与利用相关的教学和素质拓展内容在欧美的《工程热力学》教材与教学体系中一直得到很好的整合，涉及现实中与能源相关的经济、设计及国家安全问题，既学以致用，又帮助学生提高对工程实践及安全的意识，还提高了学生的环境保护意识，代表了当前国际领域内工程热力学教学的最高水平。如美国内达华大学（里诺校区）Yunus A. Cengel教授和北卡罗来纳州立大学教授Michael Boles合著的《Thermodynamics：An Engineering Approach》一书[2]，是全球范围内最为畅销的工程热力学教材，迄今为止已更新至第7版，其中关于能源与环境、气候变化及能源有效利用的非传统经典内容在书中所占的比重越来越大，彰显了在前言中作者谈到的著书宗旨：talks directly to tomorrow's engineers in a simple yet precise manner，that encourages creative thinking，and is read by the students with interest and enthusiasm（直接与未来的工程师以一种简单而精确的方式对话，鼓励创新性思维，让学生读起来感兴趣并有热情）。另一个例子是国际工程热物理界著名学者Heniz Herwig教授所著的《Technische Thermodynamik（工程热力学）》教材[3]，包含了温室效应及核能、太阳能、风能、生物能等可再生能源在德国的实际应用案例。
二、教学内容的重新分配与系统整合
工程热力学是研究热能和机械能相互转换规律及热能有效利用的科学。“工程热力学”课程是热工、市政、航空航天等多个工程类专业的重要技术基础课之一，课程的教学目的和主要任务是使学生掌握能量转换的基本规律，并能正确运用这些规律进行热工过程和热力循环的分析计算[4]。本课程的学习不仅为学生学习专业课程提供必要的基础理论知识，而且为学生毕业后解决生产实际问题和参加科学研究工作打下一定的理论基础。以提高能源转换效率为核心内容的“工程热力学”课程与该主题有着天然的紧密联系，可以在传统的教学内容中纳入现代元素，课程教学内容的重新分配与系统整合如表1所示。
三、实践性环节
在实践性环节中，[5]结合工程专业的科技创新活动，通过课程设计和课程论文，让学生自己查阅资料，自己动手分析和解决问题，从而培养创造性思维能力和独立研究能力，论文题目有中国可再生能源利用现状调研、日常生活节能方案、教室照明用电浪费情况调查、航天系统能源设备调研等。
表2给出了一位2006年本科生完成的《个人节能计划与实践》的主要内容。
四、总结
应对全球气候变化，节能减排是当代高等工程教育中必然要深入和强化的教学内容，但是目前尚未在教材、课堂教学和素质培养过程中占据相应的地位，在现有的教学体系中全面而有效整合这部分内容，业已成为国际工程教育界所共同关注的问题。欧美大学《工程热力学》的教学体系中有效整合了气候变化、能源高效利用、可再生能源开发与利用的内容，代表了当前国际领域内工程热力学教学的最高水平。
笔者在宽专业和多学时“工程热力学”教学实践中，将与应对全球气候变化与节能减排密切相关的国家政策、全球能源利用与环境污染现状、能源的高效利用和新能源技术与工程热力学各教学章节环节相整合，并指导学生开展实践活动，取得了良好的教学效果，为“工程热力学”课程教学与气候变化与节能减排的整合进行了有效的探索和实践。
参考文献：
[1]杨玉顺,张昊春,贺志宏.工程热力学[M].北京:机械工业出版社,2009.
[2]张昊春,王洪杰,窦亚茹.高等工科《工程热力学》创新教学模式研究和实践[J],黑龙江教育,2010,(3):153-155.
[3]T.L.Bergman,A.Faghri,R.Viskanta.Frontiers in transport phenomena research and education:Energy systems,biological systems,security,information technology and nanotechnology[J].International J.of Heat and Mass Transfer,51,2008,4599-4613.
[4]Y.Cengel,M.Boles.Thermodynamics:An Engineering Approach(7th edition)[J].McGraw-Hill Higher Education,2010.
[5]Technische Thermodynamik von A - Z,Systematische und ausführliche Erläuterungen wichtiger Größen und Konzepte Verlag:TuTech GmbH,532 Seiten,2008.
（责任编辑：刘辉）
关键词：节能减排；全球气候变化；工程热力学；教学
作者简介：张昊春（1977-），男，河北万全人，哈尔滨工业大学能源科学与工程学院，讲师；王洪杰（1962-），男，山东掖县人，哈尔滨工业大学能源科学与工程学院，教授。（黑龙江 哈尔滨 150001）
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2012）05-0052-02
一、欧美教学体系中的全球气候变化及节能减排教学
工业革命带来的现代经济增长，使人类的物质财富以史无前例的速度扩张。但是，由于这种经济社会发展模式是以使用化石燃料为基础，化石能源生产和消费排放的大量温室气体导致全球气候变化，引发了气候变暖、极端天气、气象灾难、海平面上升，危及整个人类的生存和发展。为遏制全球气候变化，人类必须大幅减少化石燃料的使用，减少温室气体排放。未来的经济社会发展模式必须建立在低碳基础之上，通过低碳发展，研发和推广低碳能源技术、增加碳汇、发展碳吸收技术，以及节能减排、产业升级、消费模式更新和制度创新，大幅提高单位碳排放的生产效率，推动应对气候变化取得新的重大进展。这种变化代表着一种新发展模式的出现，必将深刻地改变人类的生产和生活方式。
应对全球气候变化，加强节能减排事业是国家基本国策，也是当代高等工程教育中必然要深入和强化的教学内容。但是，目前没有将其全面而系统纳入现有的高等教育培养体系中，在教材、课堂教学和素质培养过程中并没有占有相应的重要地位，如何在现有的教学体系中整合这部分内容成为教育者共同关注的问题。
2007年，受美国自然科学基金会的资助，美国Connecticut大学举办了名为“Frontiers in Transport Phenomena Research and Education：Energy Systems，Biological Systems，Security，Information Technology and Nanotechnology（传输现象研究和教育前沿：能源系统、生态系统、国家安全、信息技术和纳米技术）”的研讨会。国际工程热力学领域著名学者，美国内华达大学机械工程系的Yunus Cengel教授做了题为“Green Practices into Engineering and Non-Engineering Education to Combat Climate Change（工程中引入绿色实践及挑战气候变化的非工程教育）”的特邀报告，加拿大皇后大学的Patrick Osthuizen教授做了题为“Some Factors to Consider in Teaching Renewable Energy in an Undergraduate Engineering Program（在工科本科生教学计划中讲授可再生能源的一些考虑因素）”的报告，旨在改进现有的工程教学体系，从而保证发达国家在可再生能源领域的全球领导力[1]。
实际上，长期以来，与气候变化、能源高效利用、可再生能源开发与利用相关的教学和素质拓展内容在欧美的《工程热力学》教材与教学体系中一直得到很好的整合，涉及现实中与能源相关的经济、设计及国家安全问题，既学以致用，又帮助学生提高对工程实践及安全的意识，还提高了学生的环境保护意识，代表了当前国际领域内工程热力学教学的最高水平。如美国内达华大学（里诺校区）Yunus A. Cengel教授和北卡罗来纳州立大学教授Michael Boles合著的《Thermodynamics：An Engineering Approach》一书[2]，是全球范围内最为畅销的工程热力学教材，迄今为止已更新至第7版，其中关于能源与环境、气候变化及能源有效利用的非传统经典内容在书中所占的比重越来越大，彰显了在前言中作者谈到的著书宗旨：talks directly to tomorrow's engineers in a simple yet precise manner，that encourages creative thinking，and is read by the students with interest and enthusiasm（直接与未来的工程师以一种简单而精确的方式对话，鼓励创新性思维，让学生读起来感兴趣并有热情）。另一个例子是国际工程热物理界著名学者Heniz Herwig教授所著的《Technische Thermodynamik（工程热力学）》教材[3]，包含了温室效应及核能、太阳能、风能、生物能等可再生能源在德国的实际应用案例。
二、教学内容的重新分配与系统整合
工程热力学是研究热能和机械能相互转换规律及热能有效利用的科学。“工程热力学”课程是热工、市政、航空航天等多个工程类专业的重要技术基础课之一，课程的教学目的和主要任务是使学生掌握能量转换的基本规律，并能正确运用这些规律进行热工过程和热力循环的分析计算[4]。本课程的学习不仅为学生学习专业课程提供必要的基础理论知识，而且为学生毕业后解决生产实际问题和参加科学研究工作打下一定的理论基础。以提高能源转换效率为核心内容的“工程热力学”课程与该主题有着天然的紧密联系，可以在传统的教学内容中纳入现代元素，课程教学内容的重新分配与系统整合如表1所示。
三、实践性环节
在实践性环节中，[5]结合工程专业的科技创新活动，通过课程设计和课程论文，让学生自己查阅资料，自己动手分析和解决问题，从而培养创造性思维能力和独立研究能力，论文题目有中国可再生能源利用现状调研、日常生活节能方案、教室照明用电浪费情况调查、航天系统能源设备调研等。
表2给出了一位2006年本科生完成的《个人节能计划与实践》的主要内容。
四、总结
应对全球气候变化，节能减排是当代高等工程教育中必然要深入和强化的教学内容，但是目前尚未在教材、课堂教学和素质培养过程中占据相应的地位，在现有的教学体系中全面而有效整合这部分内容，业已成为国际工程教育界所共同关注的问题。欧美大学《工程热力学》的教学体系中有效整合了气候变化、能源高效利用、可再生能源开发与利用的内容，代表了当前国际领域内工程热力学教学的最高水平。
笔者在宽专业和多学时“工程热力学”教学实践中，将与应对全球气候变化与节能减排密切相关的国家政策、全球能源利用与环境污染现状、能源的高效利用和新能源技术与工程热力学各教学章节环节相整合，并指导学生开展实践活动，取得了良好的教学效果，为“工程热力学”课程教学与气候变化与节能减排的整合进行了有效的探索和实践。
参考文献：
[1]杨玉顺,张昊春,贺志宏.工程热力学[M].北京:机械工业出版社,2009.
[2]张昊春,王洪杰,窦亚茹.高等工科《工程热力学》创新教学模式研究和实践[J],黑龙江教育,2010,(3):153-155.
[3]T.L.Bergman,A.Faghri,R.Viskanta.Frontiers in transport phenomena research and education:Energy systems,biological systems,security,information technology and nanotechnology[J].International J.of Heat and Mass Transfer,51,2008,4599-4613.
[4]Y.Cengel,M.Boles.Thermodynamics:An Engineering Approach(7th edition)[J].McGraw-Hill Higher Education,2010.
[5]Technische Thermodynamik von A - Z,Systematische und ausführliche Erläuterungen wichtiger Größen und Konzepte Verlag:TuTech GmbH,532 Seiten,2008.
（责任编辑：刘辉）