課程思政融入流體力學教學的實施與探討

樊艷紅 常超 賈有 晉艷娟 張俊婷

摘要：筆者根據(jù)流體力學的主要內(nèi)容：流體靜力學、流體運動學及動力學，管路計算，管流損失，相似性原理及量綱分析，一元氣體動力學基礎、明渠流、滲流等等，由優(yōu)化流體力學內(nèi)容體系出發(fā)，通過歷史人物、典型工程及理論與計算方法的講解，引入課程思政元素，讓學生尊重科學成果，要有科學的家國情懷。使學生在掌握基礎知識的同時，提高解決問題的能力，激發(fā)其學習興趣和科學的探索精神。

1.優(yōu)化流體力學內(nèi)容知識體系

筆者講授流體力學知識，在講授知識點，引入課程思政之前，先優(yōu)化流體力學知識體系，具體如下：

針對流體力學知識，以三大守恒定律得到的三個大程為主線，建立流體力學的內(nèi)容體系，將零散的知識有序化，形成模塊化的課程體系，讓學生能夠?qū)α黧w力學內(nèi)容觸類旁通[1]。

針對流體力學實驗，利用虛擬平臺本課程因為課時的限制，主要開設了流體靜力學、雷諾、能量方程、動量方程等實驗。通過實驗：一方面、可以更深入掌握理論及方法;另一方面、可以培養(yǎng)學生采用流體力學知識解決實際問題的能力，調(diào)動其積極性，激發(fā)其潛能，提高其學習興趣。

2.流體力學課程思政元素的融入

流體力學課程思政元素的融入，仍需以流體力學知識的主菜烹調(diào)工序（授課順序）為主線，但是在主菜處于不同火候的時候，根據(jù)主菜的特點，添加思政元素的調(diào)料，料的量既不能多，也不能少，只有做到適時和適度，才能烹調(diào)出流體力學專業(yè)知識的“美味”。流體力學課堂上思政角度和深度的精準把握，要求教師不僅要有思政意識，具備精心備課的工匠精神，而且對流體力學內(nèi)容要有深度挖掘的能力。流體力學課程思政元素的融入具體做法如下：

1）結(jié)合歷史名人講授引入思政元素

偉大的科學家牛頓探討了液體流動時粘滯力所遵循的規(guī)律。帕斯卡（Pascal）、阿基米德（Archimedes）分別給出了液體壓強的變化規(guī)律、浸入液體的物體受浮力的計算公式。我國科學家周培源在湍流研究方面做了巨大貢獻。他提出了兩種求解湍流運動的方法，奠定了“湍流模式理論”的基礎。還為爭取世界和平做出了巨大貢獻，被稱為科學家的楷模。另外，為了紀念周老，有了每兩年一次的“周培源”力學競賽。我國著名科學家錢學森，在火箭和導彈發(fā)射貢獻巨大。由此，啟發(fā)學生對科學的家國情懷。

2）通過典型工程引入思政元素

在課堂上，當學生了解到四川的都江堰神奇的結(jié)構(gòu)設計，看到在汶川大地震中二王廟已坍塌、受損嚴重，但經(jīng)歷兩千余年的都江堰卻安然無恙、依然正常運轉(zhuǎn)時，無不驚嘆于都江堰所創(chuàng)造的千古奇跡，驚嘆于中國古代人民改造自然的神奇力量，民族自豪感油然而生。

陜西鄭國渠、廣西的靈渠，趙州橋[4]都是人類智慧結(jié)晶，其工程聞名中外，可見，在當時，明渠流、堰流的運動規(guī)律已有很好的應用。這些工程，體現(xiàn)了中國民族的智慧，展現(xiàn)了他們的勇敢、勤勞，這樣講解，幫助學生樹立文化自信，提升其民族自豪感，激發(fā)其愛國熱情[5]。

3）通過基本理論和計算方法的講解引入思政元素

采用柯列勃洛克公式計算人工粗糙管的湍流沿程阻力系數(shù)[6]時，通常采用迭代法求解。迭代時，初值選取不同，迭代過程不同，不會影響最終結(jié)果。因此，可提示學生，只要選定學習目標，不斷努力，不斷總結(jié)，一定能實現(xiàn)目標。

明渠流遵循圣維南方程組，該方程組由質(zhì)量守恒定律、動量守恒定律推導得到。該方程組是描述明渠流或其他流道非恒定漸變水流運動規(guī)律的偏微分方程組。時間不同位置不同水力要素不同。采用該方程組求解結(jié)果準確?？梢?，在解決復雜問題時，要從整體把握解決問題的關(guān)鍵方面，抓住主要方面，整體分層遞進把該問題解決。

工程中很多問題的求解，通常需要求解偏微分方程組，其往往沒有解析解，故需要采用數(shù)值模擬方法進行分析。如Navier-Stokes方程（簡稱 N- S方程）求解在工程中被廣泛應用。采用二階迎風格式可以得到合理的數(shù)值模擬結(jié)果，這表明：所有事情都應客觀規(guī)律辦;要個人利益服從集體利益，要有團隊意識，注重集體的力量，才能取得更好發(fā)展、更大進步。

講授“氣體動力學”時，首先，介紹高超聲速飛行器的知識[7]，其次，課堂上展示荷蘭代爾夫特大學所設計的低粗糙度敏感性的某翼型在典型計算狀態(tài)的壓力系數(shù)等值線和流線，學生可以對典型外形的流場有清晰的認識，激發(fā)其科學興趣，培養(yǎng)其探索精神。

3.結(jié)論

本文結(jié)合流體力學內(nèi)容，通過穿插歷史名人、引入著名工程以及闡述基本理論和方法等等，引入課程思政元素，讓學生尊重科學成果，要有科學的家國情懷。使學生在掌握基礎知識的同時，提高解決問題的能力，激發(fā)其學習興趣和科學的探索精神。

參考文獻：

[1]張東，南軍虎，安周建，侯宏藝，《疫情防控下工科專業(yè)課云課堂實踐探索》-----以流體力學為例，大學教育，2021.7：61-64.

[2]孫優(yōu)善，張長平，黃超，王美艷，王菲，思政教育融入流體力學課程教學的路徑探索，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)理論研究與實踐，2021.5：152-153.

[3]張一夫，謝倩楠，易燦南，董子文，思政教育融入高?！傲黧w力學”課程教學摭探，高教與成才研究，2021.7：6-7.

[4]徐超，魏麗麗，景凱宇，提高土木工程專業(yè)課程思政課堂效率的方法研究，赤峰學院學報，2021.37（5）：111-114.

[5]陳蕊，喬自強，劉娟，應用型本科院校流體力學課程思政元素的融入設計與實施，高等教育，2021，（745）24：120-121.

[6]李占松，水力學“課程思政”本科教學設計初探，高教論壇，2009.3：99-101.

[7]李怡慶，徐義華，面向“00后”的氣體動力學教學方法研究，教育教學論壇，2021，21（5）：157-160.

基金項目：山西省2020年度高等學校教學改革創(chuàng)新項目“理論力學“金課”建設的探索與實踐”（J2020506）;太原科技大學教學改革創(chuàng)新項目“新工科背景下學業(yè)導師制對拔尖創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的探索與實踐”（項目編號：202023）;太原科技大學教學改革創(chuàng)新項目“新工科背景下本科振動力學及振動實驗網(wǎng)絡教學創(chuàng)新與實踐”（項目編號：JG2021110）研究成果。

作者簡介：

樊艷紅（1982年5月），女，山東聊城人，博士，副教授，研究方向：理論與計算流體力學;

常超（1986-），男，山西晉城人，太原科技大學應用科學學院，副教授，研究方向：微/納米力學測試技術(shù)、沖擊動力學、有限元分析及工程計算;

賈有（1981-），男，山西大同人，太原科技大學應用科學學院，副教授，研究方向：振動力學;

晉艷娟（1979-），女，山西長治人，太原科技大學應用科學學院，講師，研究方向：工程力學;

張俊婷（1981-），女，山西襄汾人，太原科技大學應用科學學院，教授，研究方向：力學專業(yè)和課程建設，力學和材料交叉學科。