内燃机原理在课程思政教学中的设计

绪论：在寻找写作灵感吗？爱发表网为您精选了1篇内燃机原理在课程思政教学中的设计，愿这些内容能够启迪您的思维，激发您的创作热情，欢迎您的阅读与分享！

1前言

2022年2月，河南省发布的《关于上好2022年春季开学思政第一课的通知》的文件中也强调，深入学习关于体育的重要论述，紧密结合北京2022年冬奥会、冬残奥会等体育盛会，激励全省师生敢于拼搏、永不服输、永不放弃的意志品质[3]。因此，教师在教学中需要紧密联系时政热点，并在专业教学中融入思政理念，实现专业知识传授与思政教育的有机统一。

2课程特点

内燃机原理课程是机械制造及其自动化专业的一门重要的专业必修课，主要讲授内燃机的结构及构造、内燃机工作性能指标、工作循环、内燃机燃料、内燃机气体流动与混合气的形成及燃烧、排放原理及控制、内燃机节能减排等内容。其目的是培养学生应用内燃机构造和原理进行机械设备设计和应用的能力，通过本门课程的学习，为今后从事内燃机及车辆设计、研发、汽车运用及维修方面的工作奠定基础。

3课程思政育人目标

通过在教学中实施课程思政，将知识传授与价值观引导相结合，培养学生追求真理、勇攀科技高峰的责任感和使命感[4]。在本文的思政教学案例设计中，充分抓住北京2022冬奥运这一热点，将奥运元素融入到课程思政教学中。以冬奥会中呈现出的精彩瞬间为切入点，深入透析其中包含的科技创新，并与内燃机原理课程紧密结合，构建典型教学案例。通过案例讲解与知识延伸，开阔学生的视野，激发学生的爱国热情。

4挖掘冬奥元素中的科学内涵，构建典型思政案例

2022年是中国的奥运年，秉承“更快，更高，更强，更团结的”奥运精神，各国运动员在冬奥赛场上赛出了风格，创造了一个个新的奥运记录。同时，各项新技术在奥运赛场上大量被采用。紧密结合时代热点，将北京2022冬奥会元素融入内燃机原理思政课堂，创新教学模式，激发学生的学习热情和爱国情怀。根据《内燃机原理》教学大纲，将冬奥元素为主题的思政内容融入每个章节的讲解中，具体案例及其与课程内容的融合如图1所示。

4.1将冬奥格言引入内燃机发展历程，激励学生不断突破自我

首先以奥运格言作为切入点，也即“更快、更高、更强”，奥委会主席巴赫又增加了“更团结”一词。“更快、更高、更强”充分表达了奥林匹克运动不断进取、永不满足的奋斗与拼搏精神。而内燃机的发展历程中也同样体现着“更高、更快、更强”的精神。“更高”体现在内燃机燃烧室所能承受更高的温度和更高的压力。1876年，德国发明家奥托运用罗沙的原理，创制成功第一台往复活塞式、单缸、卧式、4.4马力的四冲程内燃机[5]。它以煤气为燃料，采用火焰点火，而压缩比仅为2.66，热效率也仅有14%。在当时，无论是功率还是热效率，它都是最高的。而目前的内燃机压缩比普遍都在9以上，热效率最高可达40%以上，体现了人类对内燃机性能更高层次的追求。“更快”则是指发动机的转速，1876年，德国工程师奥拓发明的内燃机转速仅为156.7转/分，而目前的轿车用内燃机在怠速下的转速约为900转/分，而高速运行下可达上万转每分钟。发动机在高转速运行下可实现发动机高功率输出，这样发动机的能量密度也会提高。“更强”是体现在发动机各系统组件强度更大。这是因为目前内燃机运行时的缸内压力越来越大，大功率柴油机缸内瞬时燃烧压力可达几十兆帕，如果材料强度不够，则可能导致零部件变形，破坏配合间隙，导致发动机无法正常运行，因此这就要求相关零部件强度要足够大。而内燃机要想实现“更高、更快、更强”的设计，离不开无数科研人员、工程师夜以继日的科技攻关。近些年来虽然我国在内燃机领域取得了长足的发展，也建立了完整的生产线。但不可否认，在一些关键技术领域如大型船用发动机以及常规发动机的耐久性、热效率和高性能增压器等方面与先进国家相比仍有一定差距，部分技术仍受制于人。因此，要求新一代年轻人要有国际视野，认清现实，肩负起新时代科技创新使命，不懈奋斗，为我国内燃机行业跨越式发展多做贡献。

4.2将火炬元素引入内燃机工作原理，点燃学生科技强国梦想

从1936年柏林奥运会起，现代奥运会便开始进行圣火传递，而圣火传递的重要载体—火炬，也成为了举办奥运盛会的重要标志。燃料从储藏罐中喷出，与外界空气进行混合，然后在火炬顶部出口处进行燃烧，实现化学能向热能的转换。对火炬而言，它看似简单，实则充满了科技创新。人们在进行火炬传递过程中会遭遇各种突发状况，需要保证火炬在严寒、低压、强风、缺氧等极端条件下仍能够正常工作而不熄灭。科研实力雄厚的中国航天科工集团的研发人员通过不懈的技术攻关与反复测试，终于研制出了能够抵御以上极端条件的火炬内部燃烧系统，体现了科研人员特别能吃苦、特别能战斗、特别能攻关、特别能奉献的航天精神。而内燃机本质上是一种热机，它通过燃料在气缸中燃烧产生的高温高压气体推动活塞做功，进而将燃料的化学能转化为动能，对外输出动力。内燃机燃烧是一个复杂的物理化学过程，燃烧环境极为恶劣，研究燃烧有助于深刻认识内燃机的工作循环过程与性能提升。内燃机与火炬中均涉及到燃烧，燃烧是人类最早发现和利用的一种自然现象，从远古时代的取暖、制陶到现代工业文明时期的炼钢、取暖等，都与燃烧密切相关。然而到底什么是燃烧，它的内在本质又是什么，人们至今还没有完全明白。因此前苏联著名化学家谢苗诺夫曾经说过一句名言：火和电是推动人类技术前进的两个主要杠杆，然而我们对古老火的了解远远不如对年轻电的了解。由此可见燃烧的复杂性，因此深刻认识和利用燃烧，对于从本质上认识和改进内燃机具有十分重大的意义。因此，通过将火炬元素与内燃机原理课程内容有机融合，激发学生的爱国情怀，增强民族自豪感，培养他们探索未知的兴趣，积极投身国家科技强国建设，点燃他们的科研强国梦想，从而实现课程思政的目的。

4.3将冬奥理念引入内燃机发展，提升学生民族自豪感

结合内燃机课程内容及其发展趋势，将绿色发展理念贯穿于课程思政教育中。减少资源消耗和浪费，提倡绿色发展，已经成了全人类的共识。“绿色奥运”也是北京申办2022冬奥会时向世界做出的庄严承诺。这首先体现在火炬燃料的选择上，本届冬奥会选择了绿色清洁的无碳燃料—氢气。氢气的燃烧产物为水，对环境无害；其次，在主火炬设计上采用小火炬创意，极大地减少了资源的消耗和污染物的排放。无独有偶，绿色发展的理念在内燃机领域同样受到高度重视。内燃机大量消耗一次能源，同时这些一次能源的燃烧产生污染物，引发大量的环境问题。因此发展清洁燃料内燃机，实现低碳甚至无碳排放成为了新的发展趋势。这些年，随着国家对新能源汽车的大力补贴，各种混合动力、纯电汽车蓬勃发展。据统计，2021年中国新能源汽车销量占世界总销量的50%以上。在传统汽车领域，“缺芯”问题一直困扰着中国汽车产业做大做强，难以与欧美等车企竞争，而如今在新能源汽车领域正迎头赶上世界一流水平，实现了弯道超车，未来中国在新能源汽车领域的科技创新必将成为全球汽车发展的风向标。通过将内燃机原理课程污染物排放控制、内燃机节能减排等章节的内容与奥运元素有机结合，引出相关课程思政教学内容。帮助学生深刻认识当今内燃机技术更迭及国家新兴产业发展趋势，了解我国在新一轮产业变革中的发展成就及取得的显著成效，提升学生的民族自豪感。

4.4将冬奥科技引入内燃机研究领域，塑造学生的科学与创新精神

结合内燃机原理课程知识点，可将内燃机研究相关基本原理与奥运科技进行有机结合，向学生介绍奥运赛场上的各种最新科技。本届冬奥会中一款国产的超高速摄像机在短道速滑、速度滑冰等比赛中大显神威，它让运动员的各种犯规行为无处隐藏。据了解，该摄像机名叫“猎豹”，是央视历时五年专门为北京奥运会研制的一款超高速4K轨道摄像机系统，它的设计标准能达到约时速90公里，能紧跟赛道上飞奔的运动员，帮助裁判进行公平地裁决与判罚。除了在奥运赛场大显神威，超高速相机在内燃机相关基础研究中也大有用途。众所周知，内燃运行频率非常高，最高可达几千甚至上万转每分钟，科研人员想要研究内燃机中气体的流动与燃烧过程，就必须借助高速相机的对缸内流动与燃烧过程进行拍摄，从而能从微观角度观测内燃机的点火及燃烧过程，因此超高速相机在内燃机领域的应用也为内燃机的发展做出了重要贡献。进一步地，继续向学生介绍开幕式上的精彩瞬间。开幕式上24道激光刻刀雕刻冰立方展现奥运五环的设计给全世界的观众留下了深刻的印象。激光除了应用在文艺演出中，它还在内燃机研究领域发挥着不可替代的作用。采用激光原理研制出的激光诊断设备能够对肉眼看不见的流场进行真实再现。这其中比较典型的就是利用激光诊断技术对内燃机进气道及气缸中流场的测量。需要用到的设备便是粒子图像测速仪。而该装置的核心便是一台脉冲激光发射装置，它能够精准捕捉流场中运动的示踪粒子，从而获得流场中肉眼看不到的气体运动状态，为喷嘴、进气道及燃烧室的设计提供重要的支撑。这里需要指出的是，无论是民用超高速相机还是PIV系统，均属于精密科学设备，而目前上述高端设备几乎被国外公司垄断，国内的科研机构不得不从国外高价采购。通过将奥运科技与内燃机原理课程中气体流动与燃烧、内燃机换气等相关章节知识点建立有机联系，引申出我国在高端科研仪器设备领域存在的明显短板，将思政元素有效融入课程讨论当中，激励当代青年学生大胆创新，专心于基础学科研究，解决国家在高端科研仪器设备国产化过程中面临一系列“卡脖子”难题，缩短我国在高端科研仪器技术领域与西方发达国家的差距。

4.5剖析冬奥项目内在原理，激发学生想象思维

冰壶是源自16世纪苏格兰的一项运动，在1998年正式称为冬奥项目。比赛过程中，一名队员投掷球，两名本方队员手持毛刷在冰壶滑行的前方快速左右摩擦冰面使冰壶能准确到达营垒的中心。最后双方队员投掷完所有冰壶，以场地上冰壶距离营垒圆心的远近决定胜负。而运动员之所以不停的擦冰，就是为了降低冰壶与冰面的摩擦系数，进而来控制冰壶的速度和路线。通过降低两个物体接触面之间的摩擦系数进而减小摩擦力的做法，也即是润滑。润滑系统是内燃机七大组成系统之一。众所周知，任何相互接触的运动副之间都存在摩擦力，因此也离不开润滑，否则接触面会由于摩擦力过大而导致温度急剧升高，缩减零部件的使用寿命。通过润滑，减少无用功损耗，也提高了发动机效率，起到了节能的目的。通过对奥运项目的内在原理进行物理分析，建立奥运项目与内燃机原理课程相关内容的内在关联，培养学生从事物本质发现问题的能力，找出解决问题的方法，激发学生的想象思维。

5总结

课程思政是高校贯彻落实教育为本、立德树人根本任务的战略举措。本文以内燃机原理课程的思政教学为例，以北京2022冬奥会为切入点，充分挖掘冬奥元素中蕴藏的与课程相关的科学知识，构建相应的思政教学案例，将课程思政融入到内燃机原理教学全过程，推动课程专业知识传授、专业能力培养和核心价值观引领的有机融合，不断提高高校思想政治教育工作水平，培养有理想、有担当、有能力、敢创新的时代新人。

参考文献：

[1]王航，张博文，夏庚磊.基于案例的能动类课程思政教学设计与探索—以“核动力装置与设备（一）”为例[J].大学，2022，3（549）：112-115.

[2]朱文兴.“自动控制原理”课程思政教学案例设计与实践[J].电气电子教学学报，2021，43（5）：16-20.

[3]河南大学党委宣传部.关于上好2022年春季开学思政第一课的通知[Z].（2022-02-26）.

[4]王若宾.数据库课程思政案例设计与教学实践[J].计算机教育，2022，（2），51-55.

[5]黄福军.微小型自由活塞发动机理论与实验研究[D].中国科学院大学（中国科学院工程热物理研究所），2020.DOI：

[6]我国今年将制定2030年前碳排放达峰行动方案[J].资源节约与环保，2021（03）：7.

作者:黄福军 张华伟 郭树满 王丽君 杨振中 单位:华北水利水电大学 机械学院 云南交通运输职业学院 智慧交通学院