工程流體力學(xué)課程思政的探索

孫澤　楊小波　許妍霞　劉程琳　宋興福

[摘 要] 教育是民族振興、社會進(jìn)步的重要基石，而立德樹人是教育的首要任務(wù)，課程思政是落實(shí)立德樹人根本任務(wù)的戰(zhàn)略舉措。工程流體力學(xué)課程大部分是數(shù)字表達(dá)的定理、原理和公式，思想政治教育元素較少。但是如果仔細(xì)挖掘，會發(fā)現(xiàn)這些定理和公式的研究者都是艱苦奮斗、勇攀高峰的科學(xué)巨匠，他們就是典型的對學(xué)生進(jìn)行思想政治教育的元素。在遵循課程教學(xué)規(guī)律和思想政治教育工作規(guī)律的前提下合理實(shí)施課堂思想政治教育，是幫助學(xué)生掌握事物發(fā)展規(guī)律，樹立正確的世界觀、人生觀和價(jià)值觀的必要途徑。同時(shí)，結(jié)合國情，完全可以實(shí)現(xiàn)課程思政和課程內(nèi)容的完美結(jié)合，做到課程思政潤物細(xì)無聲，潛移默化地教育學(xué)生，實(shí)現(xiàn)學(xué)生德智體美勞全面發(fā)展的培養(yǎng)目標(biāo)。

[關(guān)鍵詞] 工程流體力學(xué);課程思政;資源循環(huán)科學(xué)與工程

[基金項(xiàng)目] 2019年度上海市教育委員會上海市重點(diǎn)課程建設(shè)“工程流體力學(xué)”

[作者簡介] 孫 澤（1980—），男，內(nèi)蒙古烏蘭察布人，博士，華東理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院副教授，主要從事化工過程模擬與化工流體力學(xué)研究。

[中圖分類號] G641 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1674-9324（2022）04-0123-04 [收稿日期] 2021-05-31

引言

孔子曰：“德若水之源，才若水之波;德若木之根，才若木之枝?！弊怨乓詠恚扌牧⒌露际菤v代先賢最看重的，他們將自身品德的修養(yǎng)放在首位，將修心立德放在教育的首位。教育興則國家興，教育強(qiáng)則國家強(qiáng)。教育的本質(zhì)是培養(yǎng)人和塑造人，這是古今中外的共同認(rèn)識，而立德樹人是教育的根本任務(wù)，也是教育的初心和使命。習(xí)近平總書記指出，大學(xué)是立德樹人、培養(yǎng)人才的地方，是青年人學(xué)習(xí)知識、增長才干、放飛夢想的地方。青年一代有理想、有本領(lǐng)、有擔(dān)當(dāng)，國家就有前途，民族就有希望。培養(yǎng)擔(dān)當(dāng)民族復(fù)興大任的時(shí)代新人，是當(dāng)前高校一切工作的出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)，是新時(shí)代高等教育的戰(zhàn)略任務(wù)。

習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào)，要把思想政治工作貫穿教育教學(xué)的全過程，這就明確要求不能只將思想政治教育全部放在思想政治理論課程，而是應(yīng)該將其置于每一門課程，在每一門課程中落實(shí)立德樹人任務(wù)，實(shí)現(xiàn)全方位育人。工科課程思政要有效發(fā)揮課堂育人的作用，堅(jiān)持立德樹人，把社會主義核心價(jià)值觀融入教書育人全過程，將學(xué)科和課程內(nèi)化為立德樹人的重要資源，幫助學(xué)生樹立正確的思想政治觀念，養(yǎng)成科學(xué)的辯證唯物主義思想方法，提升專業(yè)素養(yǎng)與職業(yè)素養(yǎng)。

進(jìn)入新時(shí)代，堅(jiān)持中國特色社會主義教育發(fā)展道路，堅(jiān)持社會主義辦學(xué)方向，培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會主義建設(shè)者和接班人，是教育工作者特別是高等教育工作者的根本任務(wù)，也是國家現(xiàn)階段根本的需求。培養(yǎng)學(xué)生德智體美勞全面發(fā)展，其本質(zhì)就是立德樹人，這是教育事業(yè)發(fā)展必須始終牢牢抓住的根本。國無德不興，人無德不立。育人之本，在于立德鑄魂。立德樹人首先要在堅(jiān)定理想信念上下功夫，在厚植愛國主義情懷上下功夫，教育引導(dǎo)學(xué)生樹立共產(chǎn)主義遠(yuǎn)大理想和中國特色社會主義共同理想，增強(qiáng)“四個(gè)自信”?！傲⒌聵淙恕笔歉咝５撵`魂和使命，它揭示了教育的本質(zhì)，是對教育本質(zhì)的最新認(rèn)識。黨的十八大把立德樹人作為教育的根本任務(wù)，無疑是對教育如何培養(yǎng)人這一本質(zhì)的新認(rèn)識。立德樹人也揭示了德育在人的全面發(fā)展中的突出地位，同時(shí)揭示了道德發(fā)展與人的全面發(fā)展的辯證關(guān)系，強(qiáng)調(diào)德性成長是人的全面發(fā)展的根本保障，體現(xiàn)了黨對教育規(guī)律的深刻認(rèn)識。

一、工科課程思政理念

華東理工大學(xué)資源循環(huán)科學(xué)與工程是國家級特色專業(yè)，類屬化學(xué)工程與技術(shù)一級學(xué)科，是全國首批設(shè)置的10個(gè)資源循環(huán)科學(xué)與工程專業(yè)之一。2011年，經(jīng)教育部、財(cái)政部批準(zhǔn)，為第七批高等學(xué)校特色專業(yè)建設(shè)點(diǎn);2015年，入選教育部首批“專業(yè)綜合改革試點(diǎn)”項(xiàng)目;2016年，建成華東理工大學(xué)唯一國家級大學(xué)生省外實(shí)踐教學(xué)基地;2018年，入選教育部首批“新工科”研究與實(shí)踐項(xiàng)目;2019年，入選國家級一流本科專業(yè)建設(shè)。工程流體力學(xué)是資源循環(huán)科學(xué)與工程專業(yè)的核心課程之一，主要通過課程學(xué)習(xí)使學(xué)生獲得工程流體力學(xué)的基本理論和技術(shù)方法，并能運(yùn)用所學(xué)的方程和方法解決工程實(shí)際中有關(guān)流體力學(xué)的問題。

以前認(rèn)為大學(xué)思想政治教育主要在思想政治課程中體現(xiàn)，在理工科課程中主要教授相關(guān)理工科的理論、原理和方法，沒有深入挖掘課程中的思想政治元素[1]。實(shí)際上，理工科課程蘊(yùn)含著豐富的思想政治素材，教師要結(jié)合講授內(nèi)容挖掘課程內(nèi)容和課程思政的結(jié)合點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)工科課程思政潤物細(xì)無聲，在潛移默化中達(dá)到立德樹人的目的。同時(shí)，要把思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過程，實(shí)現(xiàn)全程育人、全方位育人，工科課程教師要通過言傳身教幫助學(xué)生樹立正確的世界觀、價(jià)值觀、人生觀。大學(xué)教師作為學(xué)生的領(lǐng)路人，其個(gè)人修養(yǎng)、道德品質(zhì)在德育中顯得極其重要。這就要求教師必須以身作則，以正確的思想啟迪學(xué)生思考，以高尚的情操感染學(xué)生跟隨，以優(yōu)良的行為引導(dǎo)學(xué)生上進(jìn)，在教育教學(xué)過程中時(shí)刻牢記自己所擁有的巨大的、潛移默化的教育力量，影響著學(xué)生成長。同時(shí)，要有理想信念、有道德情操、有扎實(shí)學(xué)識、有仁愛之心，要堅(jiān)持教書和育人相統(tǒng)一，言傳和身教相統(tǒng)一，潛心問道和關(guān)注社會相統(tǒng)一，學(xué)術(shù)自由和學(xué)術(shù)規(guī)范相統(tǒng)一，要做學(xué)生錘煉品格的引路人，做學(xué)生學(xué)習(xí)知識的引路人，做學(xué)生創(chuàng)新思維的引路人，做學(xué)生奉獻(xiàn)祖國的引路人[2]。

二、課程內(nèi)容和課程思政相結(jié)合

工程流體力學(xué)是資源循環(huán)科學(xué)與工程的核心課程，其邏輯思維性強(qiáng)，可以有效培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，形成唯物主義辯證法思維。例如，量綱分析法是指導(dǎo)流體實(shí)驗(yàn)的理論基礎(chǔ)，該方法可以將物理量之間復(fù)雜的函數(shù)關(guān)系式轉(zhuǎn)換成無量綱準(zhǔn)數(shù)，如雷諾數(shù)[3]。無量綱準(zhǔn)數(shù)可以避開物理量大小及單位的限制，使其更能反映某種物理現(xiàn)象和過程在一定條件下必然發(fā)生、發(fā)展和變化的規(guī)律，反映了各個(gè)物理量之間的內(nèi)在聯(lián)系。

流體力學(xué)包含大量公式和定理，是科學(xué)先驅(qū)們通過潛心研究和不懈奮斗總結(jié)出來的智慧結(jié)晶。在講授科學(xué)原理的同時(shí)穿插介紹科學(xué)家的研究事跡和科學(xué)精神，教育學(xué)生在科學(xué)研究的過程中要有艱苦奮斗、不畏艱難永攀高峰的精神。例如講授理想流體流動(dòng)歐拉方程時(shí)，讓學(xué)生了解經(jīng)典流體力學(xué)奠基人、瑞士科學(xué)家歐拉，他在28歲因工作勞累右眼失明，34歲由于成就斐然出任柏林科學(xué)院院士，59歲在雙目失明后仍然憑借頑強(qiáng)的毅力口述完成400篇論文。他的成果涉及數(shù)學(xué)、力學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域，歐拉積分、歐拉數(shù)、歐拉方程均以他的名字命名[4]。

在課程講授過程中，可結(jié)合流體發(fā)展史，培養(yǎng)學(xué)生的民族自豪感以及愛國主義情感。例如，4000多年前大禹治水，他率領(lǐng)民眾改“堵”為“疏”治理中原地區(qū)的水患，體現(xiàn)出我國古代應(yīng)用流體力學(xué)解決實(shí)際工程問題的智慧。其“三過家門而不入”的典故折射出古代先賢大公無私的奉獻(xiàn)精神和敬業(yè)精神，值得學(xué)生學(xué)習(xí)[5]。還有公元前256年，李冰父子修建都江堰水利工程，科學(xué)地解決了江水自動(dòng)分流、自動(dòng)排沙、控制水流量等問題，消除了岷江水患，不僅使成都平原成為“天府之國”“魚米之鄉(xiāng)”，而且都江堰是世界上僅存的、目前仍在發(fā)揮作用的無壩取水工程。在講解湍流理論的時(shí)候，可以介紹我國著名科學(xué)家周培源，其主要貢獻(xiàn)體現(xiàn)在愛因斯坦廣義相對論中的引力論和流體力學(xué)中的湍流理論，奠定了湍流模式理論的基礎(chǔ)[6]。周培源將其一生都奉獻(xiàn)給了科學(xué)事業(yè)。他早生華發(fā)，50歲右耳失聰，但是沒有被這些困難所嚇倒，依然堅(jiān)持湍流理論研究。89歲時(shí)，他的相對論、引力論研究有重大進(jìn)展，91歲時(shí)他又招收了博士研究生，想在研究領(lǐng)域有新的突破。

另外，從教學(xué)內(nèi)容上看，流體力學(xué)的大部分理論起源于西方社會，如納維斯托克斯方程、牛頓內(nèi)摩擦定律、歐拉方程、伯努利方程、普朗特邊界層理論等，這些理論都來源于其背后科學(xué)偉人孜孜不倦、無關(guān)名利的巨大付出，他們追求真知的科學(xué)精神和態(tài)度值得學(xué)生學(xué)習(xí)[7]。同時(shí)，也要讓學(xué)生認(rèn)識到只有少數(shù)流體力學(xué)理論是由中國人提出的，其他研究領(lǐng)域有待國人去奮斗、去填補(bǔ)。在課堂上，重點(diǎn)介紹我國卓越的流體力學(xué)專家的成長和成就，以此激發(fā)學(xué)生的奮斗精神。比如我國著名的空氣動(dòng)力學(xué)家錢學(xué)森，在求學(xué)路上堅(jiān)持奮斗，他先后獲航空工程碩士學(xué)位和航空、數(shù)學(xué)博士學(xué)位。1938年7月至1955年8月，錢學(xué)森在美國從事空氣動(dòng)力學(xué)、固體力學(xué)和火箭、導(dǎo)彈等領(lǐng)域研究，并與導(dǎo)師共同完成高速空氣動(dòng)力學(xué)問題研究課題，建立了卡門-錢學(xué)森公式，在28歲時(shí)就成為世界知名的空氣動(dòng)力學(xué)家。錢學(xué)森于1955年沖破重重阻撓回到中國。他不斷推出科研成果，被譽(yù)為“中國航天之父”“中國導(dǎo)彈之父”。由于錢學(xué)森回國效力，中國導(dǎo)彈、原子彈的發(fā)射至少向前推進(jìn)20年[8]。

三、CFD發(fā)展與課程思政相結(jié)合

除了流體研究歷史上的科學(xué)巨匠，近代流體力學(xué)的發(fā)展也有很多思想政治元素，比如近些年發(fā)展的計(jì)算流體力學(xué)，其英語全稱為“Computational Fluid Dynamics”（CFD）。CFD是近代流體力學(xué)、數(shù)值數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)結(jié)合的產(chǎn)物，是一門具有強(qiáng)大生命力的交叉科學(xué)。它是將流體力學(xué)控制方程中的積分、微分項(xiàng)近似地表示為離散的代數(shù)形式，使其成為代數(shù)方程組，然后通過計(jì)算機(jī)求解這些離散的代數(shù)方程組，獲得離散的時(shí)間/空間點(diǎn)上的數(shù)值解。

CFD軟件通常指商業(yè)化的CFD程序，具有良好的人機(jī)交互界面，能夠讓使用者無須精通CFD相關(guān)理論就能夠解決實(shí)際問題。這是目前國際上一個(gè)強(qiáng)有力的研究領(lǐng)域，是進(jìn)行傳熱、傳質(zhì)、動(dòng)量傳遞及燃燒、多相流和化學(xué)反應(yīng)研究的核心和重要技術(shù)，廣泛應(yīng)用于航天設(shè)計(jì)、汽車設(shè)計(jì)、生物醫(yī)學(xué)、化工處理、渦輪機(jī)設(shè)計(jì)、半導(dǎo)體設(shè)計(jì)等諸多工程領(lǐng)域。

CFD在最近20年中得到了飛速的發(fā)展，其中計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展給它提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。例如由于問題的復(fù)雜性，既無法做分析解，也因費(fèi)用昂貴而無力進(jìn)行實(shí)驗(yàn)確定，而CFD的方法具有成本低和能模擬較復(fù)雜或較理想的過程等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過一定考核的CFD軟件可以拓寬實(shí)驗(yàn)研究的范圍，減少成本昂貴的實(shí)驗(yàn)工作量。在給定的參數(shù)下，用計(jì)算機(jī)對現(xiàn)象進(jìn)行一次數(shù)值模擬相當(dāng)于進(jìn)行一次實(shí)驗(yàn)。歷史上也有過首先由CFD數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象而后由實(shí)驗(yàn)予以證實(shí)的例子。CFD軟件一般都能推出多種優(yōu)化的物理模型，如定常和非定常流動(dòng)、層流、紊流、不可壓縮和可壓縮流動(dòng)、傳熱、化學(xué)反應(yīng)等。對每一種物理問題的流動(dòng)特點(diǎn)都有適合它的數(shù)值解法，用戶可對顯式或隱式差分格式進(jìn)行選擇，以期在計(jì)算速度、穩(wěn)定性和精度等方面達(dá)到最佳。CFD軟件之間可以方便地進(jìn)行數(shù)值交換，并采用統(tǒng)一的前后處理工具，這就省卻了科研工作者在計(jì)算機(jī)方法、編程、前后處理等方面投入的重復(fù)和低效的勞動(dòng)，而可以將主要精力和智慧用于物理問題本身的探索上。

目前比較主流的CFD軟件有Fluent、CFX、Phoenics、Star-CD、Comsol、Flow-3D、Adina、Abaqus、PowerFLOW，但是以上商業(yè)軟件的版權(quán)都屬于國外。目前，中國自主知識產(chǎn)權(quán)的計(jì)算流體力學(xué)的數(shù)值模擬軟件在國際上還沒有競爭力，無法和這些國際主流軟件競爭。在課堂上，經(jīng)常將計(jì)算流體力學(xué)領(lǐng)域現(xiàn)狀講給學(xué)生聽，鼓勵(lì)學(xué)生為創(chuàng)立我國自主知識產(chǎn)權(quán)的CFD軟件而努力，使我國在計(jì)算流體力學(xué)領(lǐng)域能夠占有一席之地。

經(jīng)過精心設(shè)計(jì)和組織，將以上課程思政和課程內(nèi)容以及流體力學(xué)研究現(xiàn)狀緊密結(jié)合，可形成完整的工程流體力學(xué)課程思政教學(xué)方案，并在每一次上課時(shí)融合相關(guān)的思想政治內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)課程思政全程貫穿課程教學(xué)，實(shí)現(xiàn)全員、全程、全課程育人，以取得良好的效果。

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Exploration of Curriculum Ideological and Political Education in Engineering Fluid Mechanics Course

SUN Ze1， 2， YANG Xiao-bo2， XU Yan-xia1， LIU Cheng-lin1， SONG Xing-fu1

（1.School of Resources and Environmental Engineering， East China University of Science and Technology， Shanghai 200237， China; 2. School of Chemistry and Chemical Engineering， Qinghai Minzu University， Xining， Qinghai 810007， China）

Abstract： Education is an important cornerstone of national rejuvenation and social progress， and building morality and cultivating students is the primary task of education. Curriculum ideological and political education is a strategic measure to implement this task. Most of Engineering Fluid Mechanics are theorems， principles and formulas expressed by numbers， and there are few elements of ideological and political education. However， if we dig carefully， we will find that the researchers of these theorems and formulas are scientific giants who struggle hard and climb the peak. They are typical elements of ideological and political education for students. On the premise of following the law of curriculum teaching and the law of ideological and political education， the rational implementation of classroom ideological and political education is a necessary way to help students master the law of things’ development and establish a correct world outlook， outlook on life and values. At the same time， combined with the national conditions， the perfect combination of ideological and political education and curriculum content can be realized so that in the curriculum ideological and political education we may moisten things silently， imperceptibly educate students， and realize the training goal of the all-round development of students’ morality， intelligence， physique， beauty and labor.

Key words： Engineering Fluid Mechanics; curriculum ideological and political education; resource recycling science and engineering

2181501186363