“專業(yè)思政”背景下流體力學(xué)幾個(gè)基本概念的再解讀

魏德宸 焦園圓

【摘要】基于發(fā)展新工科及弘揚(yáng)中華民族文化的時(shí)代背景，本文對(duì)流體力學(xué)課程中幾個(gè)基本概念，如流動(dòng)性、浸潤(rùn)、不浸潤(rùn)等結(jié)合詩詞、應(yīng)用等角度進(jìn)行再解讀。探究全方位提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、實(shí)踐創(chuàng)新能力、工程技術(shù)創(chuàng)新能力的思路，提出交叉融合思政元素如詩詞，把學(xué)生從枯燥繁瑣的流體力學(xué)公式中解脫出來，將理論密切與生活實(shí)際相聯(lián)系，創(chuàng)新改革應(yīng)用型高校流體力學(xué)教學(xué)模式。

【關(guān)鍵詞】新工科? 中華民族文化? 創(chuàng)新? 流體力學(xué)

【中圖分類號(hào)】G642;O35-4 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2021）06-0110-02

一、緒論

十八大以來提出的我國工程教育培養(yǎng)復(fù)合型及多學(xué)科交叉融合的新型工程技術(shù)人才改革、全面推進(jìn)高校課程思政尤為重要。但是，傳統(tǒng)的教學(xué)方法與新時(shí)代的人才發(fā)展要求存在不小偏差。

以航空為特色的濱州學(xué)院為例，在本科專業(yè)飛行器設(shè)計(jì)、飛行器制造、飛行器動(dòng)力工程等專業(yè)的課程體系中，流體力學(xué)既為專業(yè)基礎(chǔ)課程，同時(shí)又為一門涉及多專業(yè)、多領(lǐng)域、多學(xué)科的應(yīng)用性課程。課程授課時(shí)，一般結(jié)合流體力學(xué)發(fā)展史、流體力學(xué)基礎(chǔ)概念、流體靜力學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)、流體運(yùn)動(dòng)學(xué)、量綱分析和相似原理、流動(dòng)阻力和水頭損失等章節(jié)進(jìn)行講授。流體力學(xué)的開設(shè)為大二上學(xué)期，在此之前學(xué)生必須要先學(xué)習(xí)如大學(xué)物理、高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)等課程，因?yàn)榱黧w力學(xué)課程極為抽象、存在大量繁雜的公式，要求學(xué)生必須具備較強(qiáng)的邏輯思維，而傳統(tǒng)課堂教學(xué)又著力于流體力學(xué)公式的理論推導(dǎo)，教學(xué)內(nèi)容令人感覺枯燥乏味。通過往年考試成績(jī)發(fā)現(xiàn)，學(xué)生普遍成績(jī)不太理想，如表1所示。

結(jié)合上述時(shí)代背景和考試不太理想的現(xiàn)象，本文建議從學(xué)生的學(xué)習(xí)思維理念下手，結(jié)合概念、思政元素、生活中的現(xiàn)象等內(nèi)容對(duì)基礎(chǔ)概念進(jìn)行細(xì)致的講解，以激發(fā)學(xué)生對(duì)流體力學(xué)課程學(xué)習(xí)熱情和信心，本文首先對(duì)流體力學(xué)第一章流體力學(xué)基礎(chǔ)概念進(jìn)行了如下課程改革：

二、將流體力學(xué)課程與思政元素的有機(jī)結(jié)合

眾所周知，科學(xué)和文化是一脈相承的，它們折射了人類社會(huì)物質(zhì)財(cái)富和精神財(cái)富的兩個(gè)側(cè)面，它們互相緊密依托。每個(gè)炎黃子孫都能信手拈來背誦幾首古詩，這是浸潤(rùn)在每一個(gè)華夏炎黃子血脈里的文化基因，這些詩詞中不乏古人李白、杜甫、白居易、蘇軾等文豪對(duì)流體力學(xué)現(xiàn)象精湛的描繪。結(jié)合古詩詞等文化素材對(duì)流體力學(xué)基礎(chǔ)概念講授，希望可以拂去我們記憶上厚重的灰塵，體會(huì)古代文人的浪漫、豪放等情懷，并借助古人的睿智裝點(diǎn)我們今后充滿希望的美好生活。倘若能讓學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)開動(dòng)大腦將所儲(chǔ)備的中華文明同流體力學(xué)知識(shí)點(diǎn)建立一定的聯(lián)系，形成完整的知識(shí)體系，不僅可以在課堂中使學(xué)生調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)積極性、加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，而且能加強(qiáng)高校中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化教育，弘揚(yáng)中國優(yōu)秀文化，傳承中華源遠(yuǎn)流長(zhǎng)的文明，在當(dāng)今錯(cuò)綜復(fù)雜的世界格局中提升中華民族的文化自信。

三、教學(xué)實(shí)踐

本文借鑒眾多優(yōu)秀學(xué)者的豐富經(jīng)驗(yàn)[1-2]，并結(jié)合自身的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)流體力學(xué)課程中流體的幾個(gè)基本概念，如流動(dòng)性、浸潤(rùn)、不浸潤(rùn)、表面張力等，結(jié)合中華文化與流體力學(xué)知識(shí)交叉融合再解讀，旨在培養(yǎng)具有中華文化神韻、中國精神涵養(yǎng)、中華民族氣質(zhì)的高水平應(yīng)用型新工科人才。

（一）流動(dòng)性

流動(dòng)性是流體的根本屬性，關(guān)于流動(dòng)性在課堂講授時(shí)可從其概念、文學(xué)史上的應(yīng)用、流動(dòng)性的工程應(yīng)用等以下三個(gè)方面解讀：

1.明確流動(dòng)性的概念。自然界中最常見的物質(zhì)是固體、液體和氣體，其中科學(xué)家們把液體和氣體統(tǒng)稱為流體。當(dāng)流體受外界微小的剪切力時(shí)，會(huì)發(fā)生連續(xù)不斷的變形，把此流體特有的力學(xué)現(xiàn)象稱之為流體的流動(dòng)性。

2.結(jié)合中華文化，對(duì)流動(dòng)性進(jìn)行進(jìn)一步解讀。源遠(yuǎn)流長(zhǎng)的華夏五千年文明，浩蕩悠久的中華民族歷史，積淀了深厚且豐富的對(duì)流動(dòng)性的運(yùn)用。早在中國春秋時(shí)期，齊國軍事家孫子所著的《孫子兵法·虛實(shí)篇》有此句：“兵無常勢(shì)，水無常形。能因敵變化而取勝者，謂之神?！痹摼潢U述帶兵打仗需具備如流水般機(jī)動(dòng)靈活的謀略，不可僵化。漢高祖劉邦過故鄉(xiāng)徐州沛縣，邀請(qǐng)故人共飲酒，在他酒酣時(shí)唱《大風(fēng)歌》：“大風(fēng)起兮云飛揚(yáng)，威加海內(nèi)兮歸故鄉(xiāng)，安得猛士兮守四方！”該句不僅描繪了風(fēng)起云涌時(shí)的流體流動(dòng)的自然景象，同時(shí)還抒發(fā)了求賢若渴的期望。唐代詩人李白所著《將進(jìn)酒》：“君不見黃河之水天上來，奔流到海不復(fù)回。”詩人借洶涌奔騰的“母親河”黃河水奔向東海的流動(dòng)情形，表達(dá)對(duì)生命的珍惜，對(duì)歲月的感嘆。在宋代，多次被貶至大江南北依然樂觀頑強(qiáng)的詞人蘇軾在《念奴嬌·赤壁懷古》寫下千古名句：“大江東去浪淘盡，千古風(fēng)流人物?！痹娙私枨О倌陙?，所有才華橫溢的英雄豪杰都淹沒在時(shí)代的長(zhǎng)河中，表達(dá)其人生態(tài)度的豁達(dá)。

3.結(jié)合諸多的工程設(shè)備及日常生活用品的制造流程，再次對(duì)流體流動(dòng)性加深感悟。如螺旋式抽水機(jī)的工作原理就是通過管道內(nèi)具有螺旋面的軸承的旋轉(zhuǎn)，把水從螺旋面的低處傳至高處從而節(jié)約成本、提高機(jī)械的效率;工地上常用的混凝土攪拌車在其滾筒內(nèi)設(shè)置螺旋狀的扇葉，水泥易凝固，因此攪拌車在運(yùn)輸混凝土的過程中通過滾筒的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)扇葉的旋轉(zhuǎn)攪拌水泥可防止水泥凝固，而到達(dá)目的地后則反轉(zhuǎn)滾筒，利用螺旋面將混凝土排出車外;鑄造金屬類茶壺時(shí)，可將金屬加熱至熔點(diǎn)以上，使其由固態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)，融化后的液體被倒入模具中，待金屬溶液冷卻凝固后再將產(chǎn)品從模具中取出。

（二）浸潤(rùn)與不浸潤(rùn)

在課堂授課時(shí)，可從浸潤(rùn)與不浸潤(rùn)的概念、文學(xué)史上的應(yīng)用、自然現(xiàn)象等方面進(jìn)行解讀：

1.首先明確浸潤(rùn)與不浸潤(rùn)的概念，需要明確的是浸潤(rùn)和不浸潤(rùn)是一對(duì)反義詞。液體和固體接觸，其接觸面趨向擴(kuò)大且相互附著的現(xiàn)象被稱之為浸潤(rùn)[3]。液體和固體接觸時(shí)，它們的接觸面趨于縮小且相互不能附著的現(xiàn)象被稱為不浸潤(rùn)[3]。

2.其后結(jié)合古代哲學(xué)家、文人對(duì)浸潤(rùn)現(xiàn)象進(jìn)行深入的理解。關(guān)于對(duì)浸潤(rùn)的理解，中國春秋末期思想家、教育家、儒家思想創(chuàng)始人孔子及其弟子在《論語·顏淵》有曰：“浸潤(rùn)之譖，膚受之訴，不行焉，可謂遠(yuǎn)也已矣?！痹摼浔磉_(dá)的是為人處世的深?yuàn)W哲學(xué)，假若能不受小人挑撥，不受流言蜚語及誹謗影響，做個(gè)內(nèi)心強(qiáng)大、堅(jiān)定信念的善者，則會(huì)成為擁有大智謀的人物。其后唐代“詩圣”杜甫在移居成都后寫下《春夜喜雨》，對(duì)浸潤(rùn)現(xiàn)象進(jìn)行細(xì)致而又令人欣喜的描繪：“好雨知時(shí)節(jié)，當(dāng)春乃發(fā)生。隨風(fēng)潛入夜，潤(rùn)物細(xì)無聲。野徑云俱黑，江船火獨(dú)明。曉看紅濕處，花重錦官城?！痹娙嗽诔啥级ゴ簛聿蓍L(zhǎng)鶯飛的美好時(shí)節(jié)里，借詩句刻畫出春雨滋潤(rùn)大地萬物后一派欣欣向榮、生機(jī)勃勃的意境。又有滿腔熱血報(bào)國無門心情郁悶之時(shí)寫下“出師未捷身先死，長(zhǎng)使英雄淚滿襟”的雄渾悲壯的詩句。

3.關(guān)于不浸潤(rùn)現(xiàn)象在詩詞中的應(yīng)用同樣也是層出不窮，如唐代大詩人白居易發(fā)出了“露似珍珠月似弓”的詠吟，秦觀思念妻子吟誦出“金風(fēng)玉露一相逢，便勝卻人間無數(shù)”的情思。為什么露會(huì)似晶瑩剔透的珍珠、似潔白無瑕清透的玉呢？科技繁榮昌盛的今天，我們可以借助現(xiàn)代科學(xué)設(shè)備顯微鏡來一探究竟，學(xué)者們發(fā)現(xiàn)因?yàn)橹参锉砻姹话軤钕炠|(zhì)的精微結(jié)構(gòu)所覆蓋，使其擁有卓越的超疏水功能，同時(shí)在露珠表面張力的作用下，露珠在荷葉表面呈球型[4]。

（三）液體的表面性質(zhì)

在流體力學(xué)中，液體與氣體或液體與固體接觸時(shí)存在交界面，此時(shí)液體的表面性質(zhì)需要加以考慮。其中表面張力和毛細(xì)現(xiàn)象是該科學(xué)領(lǐng)域比較重要的內(nèi)容。

1.表面張力。授課過程中可從表面張力的概念、影響表面張力的因素、表面張力的理解與應(yīng)用等以下3個(gè)層次講解。

（1）表面張力的概念。當(dāng)液體和氣體接觸時(shí)，存在液體和氣體的交界面。在液體內(nèi)部，液體分子間的內(nèi)聚力相互平衡，但是在液體與氣體間的交界面上由于液體分子之間的距離比氣體分子間距小，交界面處液體分子較多，液體內(nèi)部形成的內(nèi)聚力比交界面處稀少的氣體分子對(duì)表面處液體的力大，在較大的內(nèi)聚力的作用下交界面處液面收縮，在交界面上形成張緊的分子膜，表面張力既分子膜中的拉力。

（2）影響表面張力的因素：①由于表面張力是分子間內(nèi)聚力不平衡所產(chǎn)生，因此溫度升高，分子間的內(nèi)聚力減小，表面張力隨之減小;②添加某些有機(jī)溶劑或鹽類可改變表面張力的大小，如洗碗時(shí)加入適宜的溫水和洗潔精配合使用可降低表面張力。

（3）對(duì)表面張力的應(yīng)用。七夕節(jié)是中國傳統(tǒng)的情人節(jié)，相傳董永和七仙女被王母娘娘拆散后，每年會(huì)在這一天由喜鵲搭橋，兩人相會(huì)。相傳七仙女女紅技術(shù)高超，所以古時(shí)候的女孩、婦女會(huì)在七月初七這一天投針驗(yàn)巧，期盼針浮于水面，而針浮于水面即為表面張力現(xiàn)象。

2.毛細(xì)現(xiàn)象。授課過程中可從毛細(xì)現(xiàn)象的概念、毛細(xì)現(xiàn)象產(chǎn)生的原因、毛細(xì)現(xiàn)象的應(yīng)用等以下三個(gè)層次講解。

（1）毛細(xì)現(xiàn)象的概念。毛細(xì)現(xiàn)象指將毛細(xì)管插入液面中，液面順著毛細(xì)管上升或下降的現(xiàn)象。

（2）毛細(xì)現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。研究表明，液體同毛細(xì)管壁面接觸時(shí)，液體分子間存在內(nèi)聚力。同時(shí)液體與毛細(xì)管壁面存在吸附力。當(dāng)內(nèi)聚力大于吸附力時(shí)，液體在毛細(xì)管內(nèi)下降且液面彎曲。當(dāng)內(nèi)聚力小于吸附力時(shí)，液面在毛細(xì)管內(nèi)上升且液面彎曲。

（3）毛細(xì)現(xiàn)象的應(yīng)用。發(fā)動(dòng)機(jī)是飛行器的心臟，其內(nèi)部葉片焊接部位必須光滑平順。釬焊就利用了毛細(xì)現(xiàn)象使得焊接處結(jié)構(gòu)平整、牢靠。

四、結(jié)語

基于我國高等教育發(fā)展新需求、國際競(jìng)爭(zhēng)的新形勢(shì)而提出的高校課程思政的改革正如火如荼地進(jìn)行著，目前專業(yè)課同思政課程有機(jī)結(jié)合、相輔相成的改革還處于發(fā)展階段，本課題初步在濱州學(xué)院航空特色的專業(yè)基礎(chǔ)課程流體力學(xué)的基礎(chǔ)章節(jié)部分，發(fā)掘了部分思政元素、人文元素等內(nèi)容，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了初步的探究，旨在激活學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、弘揚(yáng)中華文化、引導(dǎo)學(xué)生文理結(jié)合、學(xué)以致用。后續(xù)將在前期課堂教學(xué)改革的基礎(chǔ)上對(duì)流體力學(xué)課程所有章節(jié)繼續(xù)進(jìn)行更深層次的探索，同時(shí)在備課、授課、教學(xué)效果考查的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行深入的探索，如課程開展前的知識(shí)儲(chǔ)備等方面的問卷調(diào)查，旨在進(jìn)一步提升教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)思考、主動(dòng)學(xué)習(xí)，提高學(xué)生綜合素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

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[2]賈書惠.漫話動(dòng)力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2010.

[3]雷慶.液滴與疏水和超疏水固體表面作用的研究[D].北京：北京化工大學(xué)碩士論文，2015.

[4]谷翰霖，茍飛林，蘭迪，劉建林.神奇的表面張力[J].功能材料信息，2013（3）：23-25.