1. 引言
在2022年，教育部等十个部门发布的通知中，强调了要全面推进“大思政课”建设，并印发了《全面推进“大思政课”建设的工作方案》[1]。从思政课到“大思政课”，表面上只有一字之差，实质上是办好思政课理念的再更新、视野再开阔和格局再拓展。首先，在指导思想方面，要坚定不移地推动新时代党的创新理论融入灵魂与教育，持续增强针对性和提升有效性，使其真正深入人心。二是工作原则上以学校政治课、课程思政及日常思想政治教育活动为重点，突出实践导向，充分调动社会力量资源。三是在目标任务上，教师要推动思政小课堂与社会大课堂相结合，推动各类课程与思政课同向同行，成为堪当民族复兴重任的时代新人。
热学课程是面向高等院校理科学生开设的一门专业基础必修课，同时也是学生入学后首个学期的理论课程，课程涵盖面比较广，涉及力、热、光、电、磁和量子理论等，在物理学教育以及科学技术发展中占据着重要的地位。物理学的研究方法和思维方式，能给学生提供一种独特的视角和思维方法，从而帮助学生对复杂的社会问题有较好的认识和应对能力，进而培养学生辩证唯物观、科学思维素养和创新意识，从而达到对物理学科的学习目的[2]。同时学生在热学物理实验课程中，不仅可以深化对日常生活中热现象的理解，还能运用理论知识剖析这些现象。基于热学课程的基础性，近年来各个高校在热学思政教育方面开展了许多研究。如中国矿业大学材料与物理学院在热学课程中，深入挖掘课程蕴含的思想政治教育资源，将思政教育有机地融入专业知识进行传授，在热学课程中，通过介绍热力学定律、统计力学等理论的发展历程和实际应用，引导学生认识到科学探索的艰辛与伟大，培养学生的科学精神和创新思维。同时，结合国家重大科技成就和科学家的事迹，激发学生的爱国情怀和民族自豪感[3]。西安交通大学在热学课程中，通过融入科学家故事和哲学方法论等方式，将思政教育融入教学。该课程教师孟婧团队在实验中穿插讲述老一辈科学家的故事，将科技报国的情怀厚植于学生心中。同时，针对课程的特殊性，把团队协作、尊重事实、严谨认真等思政元素融入教学中。在讲述“强化换热”原理时，孟老师加入哲学方法论元素，与马克思主义哲学思想中“抓住事物主要矛盾”这一观点，引导学生学会从方法论上寻找解决问题之道[4]。此外，孟老师还通过“讲故事”的方式，如“一个小数点酿成的悲剧”，提醒学生在实验过程中时刻牢记严谨求真的科学精神。这种好奇心成为他们未来投身热学研究的基石，有助于推动该领域的发展与创新。进一步地讲，热学课程的深入探索有望为新材料研发、能源效率提升及传热装置改良等领域提供创新的技术解决方案，促进热学知识在科技前沿的广泛应用。基于此，本文以熵与熵增原理为例，深入挖掘热学基础课程中的思政元素，让课程思政潜移默化影响学生的人生观、价值观和世界观，对提高学生的科学素养、职业精神和爱国主义精神具有重要的意义。探索“大思政”人才培养模式下将课程思政元素高效率地融入热学基础物理教学，推动学生的全方面发展，为社会主义培养建设者和接班人。
2. 熵原理及其哲学意义
2.1. 熵原理的基本定义及其应用
熵(Entropy)是描述系统无序程度或混乱度的物理量，反映了系统能量分布的均匀程度，熵总是趋于增加，即系统总是从有序向无序发展[5]。在热力学中，一个系统的能量分布越均匀，熵就越大，这一原理揭示了自然界中能量转化和物质运动的普遍规律。熵的初始定义来源于克劳修斯在研究卡诺热机时提出的公式：dS = (dQ/T)，其中dS表示熵的变化，dQ表示热量变化，T表示温度。熵增原理是热力学第二定律的核心内容，它表明一个孤立系统的熵永远不会减少，总是倾向于增加到最大值。这一原理揭示了自然界中一切自发过程都具有方向性，是不可逆的。热量不能自发地从低温物体传导到高温物体，这就是熵增原理的一个具体表现。可以引导学生思考熵增原理对生命和社会的影响。生命的有序是以环境的无序(熵增)为代价的，人的成长就是对抗熵增的过程[6]。通过这样的引导和实践，可以让学生更加深刻地认识到生命和社会的复杂性和动态性，并思考如何保持生命和社会的有序性和稳定性。
2.2. 熵与熵增原理的哲学意义与社会价值
熵原理不仅具有深厚的科学基础，还蕴含着丰富的哲学思想和价值观。熵增原理揭示了自然界中一切自发过程都具有方向性，这一思想可以延伸到生命系统、社会系统等多个领域。通过这一思考，可以激发学生对时间、生命和宇宙变迁的不可逆性的认识，树立珍惜时间、珍爱生命的情感、态度和价值观。将热力学系统类比成个人与社会的关系：公式中“对外做功”对应“社会贡献”，吸收的“热量”象征知识积累，激励学生努力学习以服务国家发展，通过物理公式的具象化类比，实现价值观的内化，将抽象哲学理论与学生成长路径结合[7]。温标三要素(测温属性、标准点、变化关系)分析清代南怀仁制作的早期温度计，对比伽利略温度计，凸显中国古代科技贡献，并组织学生讨论传统科技对现代科学的启示。将传统文化元素嵌入物理概念教学，打破“西方中心论”叙事，激发民族自豪感。最后，熵增原理还可以引发学生对社会变迁和文明发展的思考。人类所面临的环境问题和资源危机，随着社会的不断发展和文明的不断进步而日益严重。熵增原理告诉我们，任何系统都存在着向无序性发展的趋势，因此我们需要通过不断创新和改革来保持社会的有序性和稳定性。通过这样的讲解和实践，可以让学生更加深刻地认识到创新和改革的重要性，并思考如何为实现社会的可持续发展贡献自己的力量。
2.3. 结合熵与熵增原理培养学生的综合素质
在热学课程中，教师可以通过结合熵与熵增原理来培养学生的综合素质。具体来说，可以从以下几个方面进行：培养科学思维：通过讲解熵与熵增原理的概念和性质，引导学生运用科学思维来分析问题和解决问题，引导学生思考如何利用熵的原理来优化能源利用和减少环境污染等问题。通过这样的引导和实践，可以培养学生的科学思维和解决问题的能力。培养创新意识：通过引导学生思考熵与熵增原理的应用和拓展，激发学生的创新意识和实践能力[8]。鼓励学生思考如何利用熵的原理来开发新的科技产品或解决实际问题。通过这样的引导和实践，可以培养学生的创新意识和实践能力，为未来的科技创新和社会发展打下基础。培养社会责任感：通过结合熵与熵增原理来讨论环境保护和资源利用等问题，培养学生的社会责任感和使命感。思考如何通过减少熵增来实现可持续发展和保护环境的目标。通过这样的引导和实践，让学生更加深刻地认识到自己在保护环境和节约资源方面的责任和使命，为未来的社会发展贡献自己的力量。
3. 热学课程中的思政元素的挖掘
3.1. 科学精神的培养
热学课程中的熵与熵增原理等概念，都是科学家们经过长期实验和理论推导得出的。这些科学成果的背后，蕴含着科学家们勇于探索、不断创新的科学精神。在热学课程中，教师可以通过讲述科学家的故事和科研历程，引导学生学习科学家的探索精神和科学态度，培养学生的科学精神和创新意识。在讲解熵的概念时，教师可以介绍克劳修斯的勇于探索与修正错误的批判精神、玻尔兹曼的挑战权威与跨学科创新的突破精神等，通过了解科学家对熵的研究历程和贡献，让学生认识到科学成果的来之不易和科学家的艰辛付出[9]。同时，教师还可以结合当前的科研热点和前沿问题，引导学生思考科学研究的价值和意义，激发学生的科研兴趣和探索精神。
3.2. 家国情怀的融入
热学课程中的许多概念和原理都与国家的发展和人民的福祉密切相关。如能源的开发和利用、环境的保护和治理等都与热学原理息息相关。在热学课程中融入家国情怀，可以引导学生关注国家的发展和人民的福祉，培养学生的社会责任感和使命感。在讲解熵增原理时，教师可以结合当前的环境问题和能源危机，引导学生思考如何通过减少熵增来实现可持续发展。教师可以介绍一些节能减排、环境保护的实际案例，让学生了解到自己在保护环境和节约能源方面的责任和使命。同时，教师还可以结合国家的能源政策和环保政策，引导学生思考如何为实现国家的绿色发展贡献自己的力量。
3.3. 创新意识的激发
熵与熵增原理等热学概念具有深刻的哲学意义和广泛的应用价值。在热学课程中，通过引导学生思考这些概念的应用和拓展，激发学生的创新意识和实践能力。在讲解熵的概念时，可以引导学生思考熵在信息论、生态学等领域的应用，让学生了解到熵的跨学科价值和意义。同时，根据当前的科技热点和实际问题，热力学熵增定律指出，能量转换会伴随不可逆的损失(如废热)，而智能电网通过实时监测用电负荷与发电效率，动态调整电力分配，最小化系统的整体熵增。其创新之处在于相比传统电网(固定调度策略)，熵优化系统可提升能源效率15%以上，降低碳排放。通过这样的引导和实践，可以激发学生的创新意识和实践能力，培养学生的创新思维和解决问题的能力。引导学生思考如何利用熵的原理来解决实际问题或创新科技产品。
4. 教学策略与实施建议
4.1. 教学设计，激发兴趣
在热学课程中融入思政元素时，教师可以通过具有创新性的教学设计来激发学生的学习兴趣和积极性。例如设计一个PBL (项目式学习)项目以“城市热岛效应与熵增”为核心，构建“科学–技术–政策”三维学习场域。让学生分组进行六周的跨学科探究，运用热成像仪、建模等工具，解析城市热岛的热力学熵增机制，设计包含风道优化、动态电价算法的创新方案。而熵减理念转化为可操作的城市治理方案的核心在于多维度的干预，根据实际情况我们选择四个角度，其一是物理机制干预(地表改造和热流导向)：构建城市“负熵输入”系统。其二是城市规划创新：对绿色基础设施的拓扑优化与空间重构。其三是能源政策设计(碳积分交易)：价格信号机制与市场机制。其四是跨学科协同：从理论到实践的闭环将社会责任感的培养落到实处，通过政策模拟答辩与碳积分交易设计，可以将熵减理念转化为可操作的城市治理方案。基于此，评估体系就可以从科学严谨性、方案创新性与社会影响力三个维度进行评估，在培养学生系统思维的同时强化公民责任意识，实现从物理定律到城市治理的认知跃迁。这些热学原理紧密联系着现实生活与科技进步，激发了学生们探索热传导机制、热胀冷缩效应及热辐射应用在生物医学、化学工程、建筑节能等领域的兴趣[10]。同时，我们也将加强与其他学科的交叉融合，拓宽学生的知识视野和思维空间，培养他们的跨学科素养和综合能力。通过这样的创新设计和实践操作，可以让学生更加直观地理解熵增原理的概念和应用价值，并激发他们对环境保护和资源利用等问题的关注和思考。
4.2. 案例分析，深化理解
通过引入实际案例来深化学生对熵原理的理解和应用能力。如信息论中的算法推荐与认知熵变，算法通过协同过滤降低用户信息熵并建立表面秩序，称为个性化推送，但却导致了认知结构僵化(也就是无序创新被抑制)，那么反之来看，维基百科通过超链接构建非线性知识网络，允许可控的信息混乱，从而在一定程度上促进认知突破，在可控范围构建熵增体现了开放学习的目的。如经济学中的创新生态与市场熵值，风险投资通过注入资本(负熵流)可以对冲创业失败的高熵风险。以及社会学中的城市治理与空间熵控，通过电子围栏规则约束降低空间使用熵值，和东京23区通过“通勤地狱”倒逼出世界最密集轨道交通网，以及巴西贫民窟“自组织”社区展现非正规秩序的熵减效应，挑战传统城市规划范式。这些都是有序和无序辩证下的熵学延伸。而现代性困境的本质则是熵增定律与人类建序需求的博弈，所以我们会发现有效治理不在于消灭无序，而在于构建允许可控熵增的弹性系统，这恰是热力学第二定律对人文社科最深刻的隐喻。“熵减”的实现也是需要从外界输入能量和信息的，这与个人和社会需要开放、学习才能对抗僵化和衰退的道理是内在相通的。这也揭示了宇宙间一个普适的底层逻辑，即所有有序结构的维持，都依赖于与外界的持续交互。如人类每日摄入2000~2500大卡食物，通过线粒体ATP合成将化学能转化为生命活动所需能量，这本质是“负熵流”的注入。因此，当系统无法从外界获取足够负熵时，内部竞争将替代创新成为主导逻辑。这也揭示了对抗这一趋势的关键，在于构建“开放–学习–创新”的三位一体循环，这恰是热力学第二定律对人类文明最深刻的警示与指引。这种思考方式不仅有助于培养学生的批判性思维和创新能力，更能激发他们对自然和社会的热爱与社会责任感。这些实际案例增强了学生对熵与熵增原理的理解，也激发了他们对自然和生命的敬畏之心。
4.3. 实践探索，提升能力
此外，我们还将注重将思政教育与实践教学相结合，通过组织实验、社会实践等活动，使学生在实践中感悟科学精神，体会社会责任，人文素养得到提高，在创新意识、动手能力方面得到很好的培养。例如，超冷离子量子模拟非平衡热力学，郑州大学团队利用超冷40Ca+离子构建量子模拟平台，设计可控耗散通道，验证“耗散–时间不确定关系”。通过精确调控量子态演化速度，证明熵增速率与操控速度的内禀制约。量子开放系统中，熵流与时间变量满足ΔS·Δt ≥ ħ/2，揭示了量子操控的速度极限。适用于高等量子力学或统计物理课程，也展示了非平衡热力学的微观机制[11]。以及通过观察两种不同颜色液体或颗粒(如红白小鱼模型)的混合过程，直观展示熵增现象。实验中用隔板分隔两种物质，抽去隔板后观察其自发混合的趋势，统计不同混合状态的概率分布，验证无序度增加的自然规律。然而，为了验证思政融入教学法的效果，我们设计双组前后测准实验，选取同质性较高的两个班级各30人，实验组采用“案例嵌入 + 价值辨析”的思政融入教学模式，对照组维持传统讲授式教学。实验周期为12周，每周4学时。课前课后发放结构化问卷，包含科学认知态度、社会责任感、学习动机这三个维度。确保两组初始水平无显著差异，教学进度与考核方式保持一致。教学结束后分别对两组的6名学生进行深度访谈，测量学生对科学的态度、社会责任感、学习兴趣的变化，通过数据呈现了实验组在社会责任维度和学习深度方面的显著提升，验证了所提方法的有效性，同时专业成绩保持稳定，以此证明思政融入不会削弱知识的掌握，反而增强了价值的引领效果。在“大思政”理念的指导下，我们将热学课程中的思政元素与专业知识紧密结合，实现了知识传授与价值引领的双重目标。通过这一实践，我们深刻认识到，思政教育不是孤立存在的，而是应该贯穿于整个专业教育过程之中。只有将思政教育与专业知识有机结合，才能真正实现立德树人的教育目标。
4.4. 批判反思，客观深刻
同时，我们也需要警惕学科教育中融入思政教育三个潜在风险：首先是时间分配失衡导致专业教育弱化。若将思政内容作为独立模块强行嵌入课程体系，则易压缩专业课时，容易形成“双输”的局面。所以建议采用“知识载体”模式，通过案例教学将思政元素自然融入专业场景，如城市代谢是熵增的表现，彰显了无序性，而循环经济需要输负熵降耗，去践行“双碳”目标共担绿色发展的责任，这样引领既能实现专业与思政的自然融合，又能实现价值引领。其次是避免思政教育形式化，使得思政教育沦为口号。当“两个目标”同时出现时，容易异化为贴标签式教育。防范的关键在于我们可以构建“问题导向”机制，设置真实情境中的价值抉择，例如在基因编辑实验中引入伦理争议讨论，将思政教育转化为具体的认知冲突和思维训练。第三则是最深刻的挑战，即科学的客观性与价值导向的张力问题。处理这种矛盾需要建立“批判性融合”范式，如在传授量子力学时，既保持对科学规律的客观描述，又引导学生思考测不准原理对认知论的启示。在讲解环境工程时，既分析技术参数，又探讨可持续发展观的哲学基础。这种处理方式不是简单的价值灌输，而是通过呈现科学发展的历史语境，让学生自主理解技术选择背后的价值逻辑。基于此，我们加入这些反思性内容反而能提升专业教育的思想深度。通过建立多维评价体系，将价值引领纳入过程性考核，可有效避免表面化的倾向。这种融合创新使科学探索始终沿着造福人类的方向前行，培养出兼具技术理性与人文情怀的复合型人才，最终实现专业知识传授与价值引领的辩证统一。
5. 结束语
“大思政”教育理念的提出为专业课教学改革指明了方向，要求教师在传授专业知识的同时，注重价值引领与思想启迪。本研究以热学课程中的“熵与熵增原理”为例，深入挖掘其蕴含的思政元素、科学精神和社会价值，探索自然科学和政治教育有机融合的实践路径。将抽象的物理概念通过重建教学内容和创新教学方法将其转变为生动的思政资源，在加深学生对热学课程的认识的同时，也从科学规律中引导学生感悟生命的意义、社会规律和生态责任，在知识传授和价值塑造上达到双重目的。
基金项目
安徽理工大学校级质量工程项目，热学，批准号xjkcsz2025127。安徽省高等学校省级质量项目，医用物理学线上线下混合式课程，批准号2022xsxx048。