新工科背景下的“流體力學(xué)”課程思政教育探索與研究

[摘 要] 思想政治教育是落實國家立德樹人根本任務(wù)的重要教育方式，通過將思政元素融入課程主體知識結(jié)構(gòu)中，可實現(xiàn)協(xié)同育人的效果。以“流體力學(xué)”課程為例，該課程具有專業(yè)性強、知識點復(fù)雜、課程思政元素融入難度極大的特點，需要巧妙設(shè)計才能達(dá)到思想政治教育效果?；诖?，挖掘歸納“流體力學(xué)”課程中的思政元素，設(shè)計了課程思政內(nèi)容和學(xué)習(xí)目標(biāo)，引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中提升自身素養(yǎng)，塑造健康的價值觀，提高“流體力學(xué)”課程的思想政治育人成效。

[關(guān)鍵詞] 課程思政;流體力學(xué);思政元素;教學(xué)設(shè)計

[基金項目] 2017年度西華大學(xué)校級教改項目“能源與動力工程專業(yè)國際化人才培養(yǎng)模式的研究與實踐”（xjjg2017082）;2017年度西華大學(xué)校級教改項目“加強流體機械自制實驗臺建設(shè)，提升本科實踐教學(xué)水平”（xjjg2017086）

[作者簡介] 衡亞光（1989-），男，四川遂寧人，工學(xué)博士，西華大學(xué)能源與動力工程學(xué)院講師，碩士生導(dǎo)師，主要從事流體機械及工程領(lǐng)域相關(guān)研究。

[中圖分類號] G420 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1674-9324（2022）21-0145-04 [收稿日期] 2022-02-22

課程思政的本質(zhì)是立德樹人、協(xié)同育人。在當(dāng)今思想政治教育背景下，高校課堂教學(xué)是思想政治教育的主渠道，這與高校專業(yè)設(shè)置密集、課程種類繁多等特殊性具有密不可分的關(guān)系。如何在各類專業(yè)課程中融入思政元素是現(xiàn)階段高校課程建設(shè)與改革的重點。

一、“流體力學(xué)”課程簡介

“流體力學(xué)”課程是能源動力類專業(yè)學(xué)生需要掌握的專業(yè)核心課程，西華大學(xué)該課程目前主要面向能源與動力工程、土木建筑與環(huán)境、航空航天等學(xué)院，是能源與動力工程、飛行器動力工程、水利水電工程等理工類專業(yè)的必修課程?！傲黧w力學(xué)”課程是物理和數(shù)學(xué)的交叉學(xué)科，涉及大量微積分知識和物理現(xiàn)象的分析，因此除了需要扎實的高等數(shù)學(xué)知識以外，也需要熟悉多種物理術(shù)語、了解物理現(xiàn)象。例如流體力學(xué)中的核心方程，納維-斯托克斯方程，是由復(fù)雜的多項式構(gòu)成，包括大量的高階微分項。其方程結(jié)構(gòu)復(fù)雜，具有高度的抽象性，因此學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中存在三大學(xué)習(xí)難點：（1）前期數(shù)學(xué)及物理基礎(chǔ)知識儲備不足，對基本推導(dǎo)或物理定義和概念不清;（2）難以理解復(fù)雜的方程項，如與粘性力相關(guān)的多項式;（3）學(xué)習(xí)過程出現(xiàn)斷點后，學(xué)生易失去后續(xù)學(xué)習(xí)的興趣。上述學(xué)習(xí)難點緣于課程的高度專業(yè)性、復(fù)雜性和抽象性，因此融入課程思政內(nèi)容是本門課程改革和創(chuàng)新的難點。以往在學(xué)生培養(yǎng)過程中，教師往往只重視流體力學(xué)知識的講授，而忽略了思想政治方面的教育。然而，“流體力學(xué)”課程所面向的大量受眾學(xué)生，將來就業(yè)方向?qū)儆趪摇案呔狻鳖I(lǐng)域，如航空航天業(yè)、核能工程、水利工程等。作為國家工業(yè)的核心，對相關(guān)學(xué)生開展思想政治教育其重要性不言而喻?！傲黧w力學(xué)”課程中有大量的數(shù)學(xué)和物理知識，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中需要提前預(yù)習(xí)相關(guān)知識;因此，目前課程設(shè)定的32學(xué)時時長不足，在融入思政教育元素時，需要保證課程思政元素與課程主體知識的兼容性，一方面發(fā)揮課程思政教育的作用;另一方面也要與知識內(nèi)容進(jìn)行有機結(jié)合，達(dá)到協(xié)同育人目的。基于此，課程思政教育的元素必須仔細(xì)選取，同時對于教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)課件都需要進(jìn)行巧妙設(shè)計。

二、思政教育元素挖掘與設(shè)計

（一）歷史元素

我國是世界四大文明古國之一，而與流體力學(xué)這門學(xué)科相關(guān)的歷史人物、事件、工程等，從古至今絡(luò)繹不絕。作者在長期的教學(xué)過程中，總結(jié)了一些相關(guān)資料[1-3]，可為“流體力學(xué)”課程的思想政治教育提供參考，以提升學(xué)生的歷史、文化及民族歸屬感。

1.世界級水利工程——都江堰。都江堰建立于春秋戰(zhàn)國時期（前256年—前251年），是世界范圍內(nèi)歷史最悠久、保存最完好、一直在使用的大型水利工程。由李冰父子組織修建，建成后為當(dāng)時的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了儲水和灌溉的功能，改變了成都平原水災(zāi)、旱災(zāi)頻發(fā)的情況，使成都成為“天府之國”。該水利工程凝聚了我國古代人民的智慧，設(shè)計科學(xué)、布局合理，蘊含了大量流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識和原理[4]。（1）魚嘴分水原理涉及河道主流線位置和過流斷面面積。李冰治水三字經(jīng)提出“分四六，平潦旱”，指的就是魚嘴分水的功能。在枯水季節(jié)，水流速度慢、慣性小，流線半徑小而曲率大，流體經(jīng)過魚嘴結(jié)構(gòu)后，大部分水流量進(jìn)入內(nèi)江供灌溉使用。在洪水季節(jié)，河道流動速度快而慣性大，流線半徑大而曲率小，大部分流量進(jìn)入外江被帶走，起到排洪泄水作用（如圖1所示）。（2）飛沙堰飛沙原理涉及流體力學(xué)中的“彎道螺旋流”原理，即河流在流過彎道時由橫向合力矩產(chǎn)生的橫向環(huán)流，是離心力和側(cè)壓力共同作用的結(jié)果。橫向環(huán)流能夠使表層低含沙水進(jìn)入內(nèi)江，底層高含沙水進(jìn)入外江排走，避免產(chǎn)生泥沙淤積堵塞內(nèi)江河道。李冰治水三字經(jīng)提到的“深淘灘，低作堰”，指的就是飛沙堰。合理設(shè)計飛沙堰能夠同時滿足引水和排沙兩方面功能，過低無法引水，過高則無法形成橫向環(huán)流排沙。從上述案例可見，都江堰作為我國兩千多年前的水利工程運用了豐富的流體力學(xué)知識，能夠自然融入“流體力學(xué)”課程教學(xué)之中，不僅有助于學(xué)生理解課程知識點，同時也能提升學(xué)生對民族自豪感和對國家歷史的認(rèn)同感。

2.當(dāng)今世界最大的水力發(fā)電工程——三峽大壩。三峽大壩是我國重大水利工程，其建成后多項指標(biāo)創(chuàng)世界之最，如綜合規(guī)模最大、年發(fā)電量世界第一、防洪效益最顯著、施工難度最大等。三峽工程涉及通航水力學(xué)、環(huán)境水力學(xué)、河流動力學(xué)等流體力學(xué)，可在教學(xué)過程中自由選取加入相關(guān)案例，提高學(xué)生對三峽工程的認(rèn)識，提升學(xué)生對我國重大基礎(chǔ)工程的認(rèn)同感及使命感。

3.戰(zhàn)略意義巨大的南水北調(diào)工程。南水北調(diào)工程是優(yōu)化我國水資源配置，滿足不同區(qū)域需求的重大基礎(chǔ)性戰(zhàn)略工程。其建成解決了北方地區(qū)缺水問題，緩解了由于水資源短缺引起的發(fā)展受限問題，對我國整體的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到了戰(zhàn)略性調(diào)整作用，對中華民族的長遠(yuǎn)發(fā)展意義深遠(yuǎn)。南水北調(diào)工程同樣也與流體力學(xué)密切相關(guān)，許多現(xiàn)實的工程問題都需要流體力學(xué)知識進(jìn)行解答。例如調(diào)水工程中使用的核心設(shè)備就是各類大型的抽水用泵，由于抽水流量巨大，這些泵類體積巨大并且多采用葉片式泵結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部流動是典型的湍流場，純粹從理論分析角度講解，學(xué)生很難理解?？稍O(shè)計CFD（Computational Fluid Dynamics，計算流體力學(xué)）分析案例用于計算泵內(nèi)部流場（如圖2所示），展示大型泵類機械內(nèi)部流場的流線分布、壓力場結(jié)構(gòu)及外特性性能。此外，由于南水北調(diào)工程中河流的復(fù)雜性，如黃河等河流中含有大量泥沙，因此涉及多相流的流體力學(xué)知識。通過這些思政元素的挖掘融入，使學(xué)生在學(xué)習(xí)知識過程中提高對我國大型工程的認(rèn)識，增強愛國信念。

4.其他流體力學(xué)思政元素。除了上述案例以外，大禹治水改堵為疏的方式，成功治理了泛濫的水災(zāi)，并且留下了三過家門而不入等傳說，不失為“流體力學(xué)”課程中的趣味知識。漢代的地下窖井技術(shù)，通過井渠法引洛水灌溉農(nóng)田，解決了黃土土質(zhì)較軟所引發(fā)的塌方問題，其中內(nèi)含了流體靜力學(xué)知識。東漢杜詩發(fā)明的水排，通過水力產(chǎn)生鼓風(fēng)效果，為冶煉提供氧氣，水排將水的能量轉(zhuǎn)換為機械能，替代了以往人力鼓風(fēng)的方式，是我國古代的一項偉大技術(shù)發(fā)明，早于歐洲一千多年。這些課程思政元素，充分體現(xiàn)了我國作為文明古國所擁有的燦爛歷史，能夠潛移默化地提高學(xué)生的民族認(rèn)同感和自豪感，起到協(xié)同育人的作用。

（二）愛國元素

盡管流體力學(xué)起源于16世紀(jì)文藝復(fù)興后的歐洲，但是我國并不缺乏頂尖的流體力學(xué)專家，他們在這一領(lǐng)域為國家做出了重大貢獻(xiàn)，成為“流體力學(xué)”課程思政教育的標(biāo)志性人物。如我國知名的世界級空氣動力學(xué)專家錢學(xué)森，早年留學(xué)美國，師從流體力學(xué)近代名人馮·卡門，并在35歲時被聘為麻省理工學(xué)院終身教授。中華人民共和國成立后，他毅然放棄了美國的優(yōu)厚待遇和社會地位，歷經(jīng)美國當(dāng)局非法扣押、拘禁等不公待遇，最終歷經(jīng)千辛萬苦返回祖國，為研發(fā)“兩彈一星”做出了重大貢獻(xiàn)。中科院院士吳仲華發(fā)表的《葉輪機械三元理論》，改變了全世界對葉輪機械內(nèi)部復(fù)雜流動的認(rèn)識，為葉輪機械的設(shè)計做出了巨大貢獻(xiàn)。他早年留學(xué)美國，后來受聘于美國宇航局NASA的前身機構(gòu)。朝鮮戰(zhàn)爭爆發(fā)后，吳仲華回到了祖國，為我國的航空事業(yè)做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。諸如此類流體力學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的愛國科學(xué)家不勝枚舉，均可在授課過程中加以拓展，提升學(xué)生的愛國情操。

三、課程思政教學(xué)能力培養(yǎng)

課程思政要求將豐富的思政教育元素融入課程學(xué)習(xí)中，而以往的教學(xué)往往只偏重知識的傳授，輕視思想政治教育，導(dǎo)致學(xué)生思想覺悟不高，政治素養(yǎng)不夠。在學(xué)習(xí)過程中，思政教育缺失，則立德樹人目標(biāo)無法實現(xiàn)。因此，課程思政教學(xué)設(shè)計對于思想政治教育協(xié)同育人至關(guān)重要。

現(xiàn)有的課程思政教育模式對廣大教師提出了新的要求，授課教師必須加強政治學(xué)習(xí)，樹立正確的價值觀，才能為學(xué)生樹立榜樣?？啥ㄆ趨⒓訂挝慌e辦的課程思政專家講座，聽取專家對于思想政治教育的講解。同時，積極參與所在黨組織舉辦的活動，加深對于國家最新政策的理解，提高自身的政治水平。網(wǎng)絡(luò)的普及使得通過手機、電視、電腦等渠道獲取信息的方式變得越來越簡單。以學(xué)習(xí)強國App為例，軟件每日更新大量的國內(nèi)外新聞要聞，傳遞黨中央最新決策和動態(tài)，并且以學(xué)分積累的方式將學(xué)習(xí)過程記錄下來，建立完整的思想政治教育學(xué)習(xí)生態(tài)圈，成為思想政治教育學(xué)習(xí)的有力助手。此外，由于思想政治教育的特殊性，教師的綜合素質(zhì)決定了課程思政講授效果。以“流體力學(xué)”課程為例，由于本門課程的專業(yè)性強，學(xué)習(xí)難度大，所以首先需要授課教師將授課內(nèi)容融會貫通，做好最基本的知識講授。在此基礎(chǔ)上，授課教師還應(yīng)對課程思政元素具有深刻理解和把握，將課程思政教育元素自然融入課程中。

結(jié)語

本文以“流體力學(xué)”課程為例，從歷史榮譽感、民族自豪感、國家認(rèn)同感等方面深入挖掘了一大批課程思政元素，并對其內(nèi)涵進(jìn)行了剖析與設(shè)計，實現(xiàn)思政教育元素與“流體力學(xué)”課程專業(yè)知識的有機結(jié)合，力求在專業(yè)知識教學(xué)中融入思想政治教育，同時在思想政治教育案例中使學(xué)生體會“流體力學(xué)”課程知識，達(dá)到協(xié)同教育的目的。教學(xué)實踐結(jié)果表明，思政教育元素的融入并未影響學(xué)生的知識學(xué)習(xí)，相反，巧妙的課程思政元素設(shè)計顯著提升了課程的趣味性和學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。此外，思政元素的融入使抽象的流體力學(xué)方程有了具體的應(yīng)用案例，加深了學(xué)生對于“流體力學(xué)”課程知識點的理解。這表明合理地設(shè)置思政教育元素將有助于學(xué)生對于課程知識的掌握，同時也潛移默化地提升了學(xué)生的思想高度，達(dá)到思想政治教育的目的。

參考文獻(xiàn)

[1]李雪珂，吳琰杰.理工科專業(yè)基礎(chǔ)課程思政教育探索——以“工程流體力學(xué)”課程為例[J].科技與創(chuàng)新，2021（16）：81-82.

[2]李雅俠，戰(zhàn)洪仁，張靜，等.工科專業(yè)課程思政的探索與實踐——以工程流體力學(xué)為例[J].化工高等教育，2021，38（5）：52-55+117.

[3]伍勇，譚帥，魏文韞.工程流體力學(xué)課程思政內(nèi)容設(shè)計與實踐[J].教育教學(xué)論壇，2020（52）：55-56.

[4]劉玉泉，朱克勤.淺談都江堰工程中流體力學(xué)原理的運用[J].力學(xué)與實踐，2008，30（4）：102-105.

Exploration and Research on the “Curriculum Ideological and Political Education” of Fluid Mechanics Course under the Background of “Emerging Engineering Education”

HENG Ya-guang

（School of Energy and Power Engineering， Xihua University， Chengdu， Sichuan 610039， China）

Abstract： Ideological and political education is an important educational method to realize the fundamental task of “building morality and cultivating talents”. By integrating ideological and political elements into the knowledge structure of the course， the effect of collaborative education can be achieved. The paper takes the course of Fluid Mechanics as an example， which has some characteristics， such as the strong professionalism， the complex knowledge system， the difficulty in teachers’ teaching and students’ learning. Therefore， it is hard to integrate ideological and political elements into this course， and thus ingenious design is needed to achieve the goal of collaborative education. A large number of ideological and political elements related to the course of Fluid Dynamics are summarized， and the specific design for integrating ideological and political contents into the course system is proposed in order to guide students to improve their quality and shape their outlook of values in the knowledge learning process. By doing this， the effect of ideological and political education in this course can be improved.

Key words： “curriculum ideological and political education”; Fluid Mechanics; ideological and political element; teaching design