新工科背景下《工程流體力學》課程思政的教學實踐

摘 要：基于知識傳授、能力培養(yǎng)、價值塑造“三位一體”的人才培養(yǎng)目標，以流體的運動方程為例，探索了新工科背景下《工程流體力學》課程的思政教育，實現(xiàn)了教育與教學的有機統(tǒng)一。

關(guān)鍵詞：新工科建設(shè)，工程流體力學，課程思政

新工科建設(shè)對中國高等教育的改革和發(fā)展發(fā)揮了示范和引領(lǐng)作用，培養(yǎng)工程能力強、綜合素質(zhì)高的新工科人才[1-2]成為高等教育面臨的關(guān)鍵問題。另一方面，2016年在全國高校思想政治工作會議上強調(diào)，要把思想政治工作貫穿教育教學的全過程，實現(xiàn)全程育人、全方位育人[3]，這對專業(yè)課程教學提出了新要求。如何打造新工科背景下的專業(yè)課程思政，在努力培養(yǎng)新工科人才的同時，將德育教育貫穿于課程教學，成為專業(yè)課程教師必須深入思考的問題。

本文以《工程流體力學》中的流體運動方程為例，基于學情分析，以新工科人才培養(yǎng)的新要求和專業(yè)課程發(fā)揮立德樹人的教育新理念為抓手，進行了課程教學思考與設(shè)計。

一、學情分析

《工程流體力學》課程本身具有理論性強、概念抽象、工程實踐性強等特點，其中流體的運動方程這一內(nèi)容，更是涉及了偏微分方程的推導與求解，要求學生具有扎實的物理力學、高等數(shù)學等知識作為學習基礎(chǔ)，導致有相當一部分同學覺得這部分內(nèi)容晦澀難懂，產(chǎn)生畏難情緒，喪失了學習興趣。

二、課程教學的設(shè)計與實踐

基于知識傳授、能力培養(yǎng)、價值塑造“三位一體”的人才培養(yǎng)目標，在學情分析的基礎(chǔ)上，從新工科人才培養(yǎng)要求和課程育人要求兩個角度出發(fā)，進行了課程的教學設(shè)計，探索了問題驅(qū)動——課程學習——反思提升的閉環(huán)式教學模式。

教學實施路徑如下：

首先是案例導入和問題驅(qū)動。以圖片和視頻資料為載體，選取1912年泰坦尼克號姐妹艦與巡洋艦相撞，以及2019年美國海軍彈藥補給艦撞傷導彈巡洋艦作為案例，引出問題：什么原因?qū)е聝伤蚁嗑噍^近的并行的船相撞，船吸現(xiàn)象指的是什么，從而引入流體的運動方程這一教學內(nèi)容。

通過介紹典型工程案例，并以工程案例中隱含的科學問題作為驅(qū)動，在理論知識與工程應用間構(gòu)建橋梁，激發(fā)了學生的學習興趣，增強了學生的工程意識，適應新工科人才培養(yǎng)的新要求。在思政方面，在介紹典型案例時，明確指出工程活動中的實施者由于無視自然規(guī)律，不遵守崗位工作規(guī)范，付出了慘痛的代價，強調(diào)工程活動中的責任意識，強調(diào)工程人員應具備的職業(yè)素養(yǎng)，做到愛崗敬業(yè)。

第二階段是課程學習，這又細分為兩個層次。

第一層次主要講授理想流體與實際流體的運動微分方程。在回顧理想流體與實際流體區(qū)別的基礎(chǔ)上，以牛頓第二定律為出發(fā)點，通過回顧靜止流體的平衡微分方程，導出理想流體的歐拉運動微分方程組，再通過引入內(nèi)摩擦力，導出實際流體的Navier-Stokes運動微分方程組（以下簡稱N-S方程組）。教學過程由簡到難，通過已學知識點的導入引發(fā)新知識點的學習，構(gòu)建起不同知識點的橫向聯(lián)系。

在課程教學中，通過對復雜問題的分析，舍棄次要因素、抓住本質(zhì)特征，實現(xiàn)理想流體與實際流體的過渡，體會從“特殊”到“一般”的思維歷程，培養(yǎng)學生的數(shù)學建模能力和工程思維能力[4]。在推導獲得N-S方程組后，指出N-S方程組無法獲得準確的解析解。目前主要借助計算流體力學，利用數(shù)值模擬獲得滿足工程精度要求的近似解，并選取教師科研項目中計算流體力學的典型工程案例進行展示，使同學們了解本學科領(lǐng)域的國際發(fā)展趨勢和研究熱點，培養(yǎng)學生利用新知識、新技術(shù)解決問題的能力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維。在思政方面，指出Navier-Stokes運動微分方程，由Navier在1827年首次提出，經(jīng)過近二十年的修正，最終于1845年由Strokes確定。通過科學家們的典型案例，引導學生學習他們嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，堅持不懈、勇于探索的科學精神。

由于流體運動方程的微分形式使用不方便，從工程應用角度考慮，我們更希望獲得它們的積分形式，由此進入課程學習的第二層次。由于歐拉運動微分方程是一個一階非線性偏微分方程組，只能獲得特定條件下的積分形式。通過一步步地限定條件，獲得了理想流體的伯努利方程。進一步地，考慮到克服粘性內(nèi)摩擦力消耗的機械能，對理想流體的伯努利方程進行修正，得到實際流體的伯努利方程。

在教學過程中，對復雜問題簡單化，通過條件限定讓復雜問題的求解變得簡單可行，體會從“復雜”到“簡單”的思維歷程，培養(yǎng)了學生的數(shù)學模型求解能力，培養(yǎng)了學生分析問題、靈活解決問題的工程思維能力。在思政方面，通過解釋理想流體伯努利方程的物理意義，不僅加強學生對公式的理解，而且明確指出伯努利方程正是能量守恒定律的體現(xiàn)，讓同學們體會到辯證唯物主義的核心思想。

最后就是反思提升。通過同學們的反思、總結(jié)，揭秘課程之初提出的問題，并以日常生活中乘坐地鐵時為何要站在警戒線之外候車為例，讓同學們運用學到的知識解釋日常生活中的問題，為后續(xù)利用實際流體的伯努利方程解決工程實際問題打下良好基礎(chǔ)，起到了很好的教學效果。

三、結(jié)束語

以知識傳授、能力培養(yǎng)、價值塑造“三位一體”的人才培養(yǎng)目標為根本，通過對教學內(nèi)容的設(shè)計與實踐，在知識傳授的同時強化了學生工程意識、工程思維能力和創(chuàng)新思維能力，適應新工科人才培養(yǎng)的新要求;挖掘課程蘊含的思政元素，將育人的價值引領(lǐng)內(nèi)生為課程的教學內(nèi)涵，使專業(yè)課程教育與思政教育同向并行，實現(xiàn)教育與教學的有機統(tǒng)一，為課程改革提供了有益探索。

參考文獻：

[1]林健.面向未來的中國新工科建設(shè)[J].清華大學教育研究，2017，38（2）： 26-35.

[2]陸國棟，李拓宇.新工科建設(shè)與發(fā)展的路徑思考[J].高等工程教育研究，2017，（3）： 20-26.

[3]習近平.把思想政治工作貫穿教育教學全過程 開創(chuàng)我國高等教育事業(yè)發(fā)展新局面[N].人民日報，2016-12-09 （11）.

[4]樊娟娟，于秀玲，潘振東.課程思政在農(nóng)業(yè)院校大學物理教學中的探索——以“流體的運動”為例[J].教育現(xiàn)代化，2020，（27）： 185-187.

作者簡介：孫會，（1974-），女，漢族，江蘇省東?？h，教授，博士，研究方向：計算流體力學。