流體機(jī)械課程教學(xué)中思政元素與專業(yè)元素的融合及實(shí)踐

吳登昊，牟介剛，谷云慶

(中國(guó)計(jì)量大學(xué) 計(jì)量測(cè)試工程學(xué)院，杭州 310018)

流體機(jī)械課程是動(dòng)力工程和工程熱物理學(xué)科的核心專業(yè)基礎(chǔ)課程之一，其主要涉及流體機(jī)械工作原理、流體機(jī)械設(shè)計(jì)及流體機(jī)械測(cè)試與控制技術(shù)等專業(yè)知識(shí)。課程對(duì)象涵蓋國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，大到三峽工程的巨型水輪發(fā)電機(jī)組、航空航天領(lǐng)域的渦輪泵、核電領(lǐng)域的反應(yīng)堆冷卻劑泵、海洋工程領(lǐng)域的噴水推進(jìn)泵及石油化工領(lǐng)域的大功率離心泵機(jī)組；小到人體血液輔助循環(huán)的人工心臟泵、家庭用水的增壓泵、暖通空調(diào)的循環(huán)泵及應(yīng)急搶險(xiǎn)的排澇泵等。因此，該課程具有很強(qiáng)的專業(yè)性和社會(huì)服務(wù)性。

流體機(jī)械專業(yè)教育屬于工程教育范疇，人們通常認(rèn)為其目的在于培養(yǎng)特定崗位的工程技術(shù)人員，在培養(yǎng)方案制訂中，對(duì)于工程技術(shù)應(yīng)用、實(shí)際操作技能的要求往往高于思辨和探究的科學(xué)精神、人文素養(yǎng)和思想道德情操，這在某種程度上限制了學(xué)科的發(fā)展和專業(yè)育人的效果。2016 年，習(xí)近平總書(shū)記在全國(guó)高校思想政治工作會(huì)議上提出“培養(yǎng)什么樣的人、如何培養(yǎng)人、為誰(shuí)培養(yǎng)人”這一根本任務(wù)。流體機(jī)械作為一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課，其核心教學(xué)理念在于培養(yǎng)具有家國(guó)情懷和工程實(shí)踐能力的技術(shù)型人才。為此，幾年來(lái)教學(xué)團(tuán)隊(duì)從教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式與方法及實(shí)驗(yàn)教學(xué)等方面不斷探索教學(xué)改革與創(chuàng)新，在工程素養(yǎng)、科學(xué)素養(yǎng)及人文素養(yǎng)的協(xié)同培養(yǎng)上積極實(shí)踐，力圖在“培養(yǎng)什么樣的人、如何培養(yǎng)人、為誰(shuí)培養(yǎng)人”這一根本問(wèn)題上帶來(lái)一些新的育人思路和方法。

同時(shí)，林建華教授在《工程教育的三種模式》一文中指出工程教育模式分為工程技術(shù)教育、工程科學(xué)教育和工程引領(lǐng)教育。我國(guó)目前現(xiàn)有的專業(yè)課教學(xué)模式大多數(shù)是工程技術(shù)教育，在工程科學(xué)和工程引領(lǐng)方面仍有待加強(qiáng)和突破，只有如此才能為我國(guó)從制造業(yè)大國(guó)走向制造業(yè)強(qiáng)國(guó)提供智力支撐。為此，在專業(yè)教學(xué)中，需要進(jìn)一步拓寬學(xué)生的人文素養(yǎng)和學(xué)術(shù)視野，把批判性思維能力以及創(chuàng)新能力融入專業(yè)教育的整個(gè)過(guò)程，充分調(diào)動(dòng)學(xué)校和社會(huì)資源，讓學(xué)生快速地適應(yīng)并融入國(guó)家建設(shè)和民族復(fù)興的大浪潮中。

一、實(shí)現(xiàn)思政元素和專業(yè)元素的有機(jī)融合

作為一名教師，在剛剛開(kāi)始進(jìn)行課程思政教學(xué)的時(shí)候，通常會(huì)帶有一些困惑和疑慮：①如何將思政元素和專業(yè)元素相融合；②如何突出思政教育的引領(lǐng)、浸潤(rùn)和拓展作用，使其真正做到“潤(rùn)物無(wú)聲”和“點(diǎn)睛之筆”，而非“生搬硬湊”和“形同虛設(shè)”。該困惑的原因主要?dú)w結(jié)于兩個(gè)方面，一方面在于教師對(duì)課程思政的認(rèn)知存在一定的局限，并非在專業(yè)課上講思政，將思政元素強(qiáng)加在專業(yè)知識(shí)中，生搬硬湊，嚼之無(wú)味。另一方面，教師對(duì)工程教育的理解存在一定的局限，工程教育并非等同于工程技術(shù)和專業(yè)能力教育，其融合了探索未知的科學(xué)精神、振興中華的家國(guó)情懷和敢于擔(dān)當(dāng)?shù)娜宋那閼选榇?，需要突破自我認(rèn)知邊界，實(shí)現(xiàn)思政元素和專業(yè)元素的有機(jī)融合。下面結(jié)合相關(guān)的教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)對(duì)該問(wèn)題進(jìn)一步論述。

為了在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中融入思政元素，教學(xué)團(tuán)隊(duì)對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式方法進(jìn)行了改革。專業(yè)知識(shí)講授過(guò)程中，開(kāi)展“思政”元素的挖掘和凝練。例如，在講述流體機(jī)械設(shè)計(jì)這一核心知識(shí)時(shí)，分別從三個(gè)方面有機(jī)地融入思政元素。首先以生活中的居民飲水問(wèn)題為切入點(diǎn)，引出本次教學(xué)內(nèi)容的對(duì)象以及涉及的專業(yè)知識(shí)，其包含的思政元素有飲水的民生問(wèn)題；其次，借助專業(yè)理論知識(shí)講授流體機(jī)械的整體設(shè)計(jì)過(guò)程，從設(shè)計(jì)參數(shù)的定義、理論計(jì)算、二維/三維設(shè)計(jì)、數(shù)值計(jì)算與驗(yàn)證和迭代優(yōu)化等環(huán)節(jié)，其包含的思政元素有工業(yè)數(shù)值計(jì)算軟件的“卡脖子”技術(shù)問(wèn)題，高效產(chǎn)品對(duì)我國(guó)“雙碳”目標(biāo)影響等；最后，結(jié)合現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)和制造方法，講述流體機(jī)械產(chǎn)品的相關(guān)測(cè)試要求，激光焊接、3D 打印技術(shù)在企業(yè)生產(chǎn)制造上的應(yīng)用，以及產(chǎn)品生產(chǎn)制造的標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)范和國(guó)際不同市場(chǎng)的準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)等，其包含的思政元素有流動(dòng)測(cè)試中的“卡脖子”技術(shù)，3D 打印與創(chuàng)新能力培養(yǎng)，以及國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中的技術(shù)壁壘等。整個(gè)教學(xué)設(shè)計(jì)如圖1 所示。

圖1 流體機(jī)械設(shè)計(jì)案例中的思政元素

二、踐行思政教育的浸潤(rùn)作用

為充分發(fā)揮思政教育“潤(rùn)物無(wú)聲”和“鹽溶于湯”的效果，教師需要深入理解專業(yè)知識(shí)和思政教育之間的相互關(guān)系。在課堂授課時(shí)，既要保證有效地傳遞專業(yè)知識(shí)，同時(shí)，還能拓展課堂空間，通過(guò)融合思政元素，賦予專業(yè)內(nèi)容新的價(jià)值內(nèi)涵。為此，針對(duì)流體機(jī)械這門(mén)專業(yè)課程，專門(mén)制定了教學(xué)中的思政目標(biāo)，具體見(jiàn)表1。思政目標(biāo)主要包含四個(gè)方面：①培養(yǎng)學(xué)生具有胸懷祖國(guó)、服務(wù)人民的愛(ài)國(guó)精神；②培養(yǎng)學(xué)生具有熱愛(ài)專業(yè)、探索未知的科學(xué)精神；③培養(yǎng)學(xué)生具有勇攀高峰、敢為人先的創(chuàng)新精神；④培養(yǎng)學(xué)生具有追求真理、嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的求實(shí)精神；⑤培養(yǎng)學(xué)生具有敬業(yè)奉獻(xiàn)、團(tuán)結(jié)協(xié)作的協(xié)同精神。

表1 專業(yè)教學(xué)內(nèi)容中的思政目標(biāo)

(一)案例啟迪

結(jié)合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，系統(tǒng)講述學(xué)科的發(fā)展歷程和知識(shí)理論體系，以工程科學(xué)和人文情懷吸引學(xué)生。以國(guó)內(nèi)外典型工程案例(例如三峽工程、長(zhǎng)征五號(hào)氫氧渦輪泵研制、戰(zhàn)略潛艇的泵噴設(shè)備研制等)為切入點(diǎn)，展示關(guān)鍵核心技術(shù)、科學(xué)原理和工程創(chuàng)新方法，引導(dǎo)學(xué)生思考專業(yè)內(nèi)涵以及專業(yè)技術(shù)與國(guó)家發(fā)展、民族振興的緊密關(guān)聯(lián)，激發(fā)學(xué)生專業(yè)的認(rèn)同感和求知欲望，同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的家國(guó)情懷和責(zé)任擔(dān)當(dāng)。

在講述流體機(jī)械工作原理時(shí)，以流動(dòng)載能介質(zhì)、能量轉(zhuǎn)換定理、能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)和相似換算定理等基礎(chǔ)知識(shí)為主線，融入標(biāo)志性科學(xué)人物事件，介紹科學(xué)家的代表性科研貢獻(xiàn)，例如英國(guó)科學(xué)家雷諾的雷諾實(shí)驗(yàn)、荷蘭科學(xué)家伯努利的伯努利原理及我國(guó)學(xué)者吳仲華的葉輪機(jī)械三元流動(dòng)理論等，分析其創(chuàng)新性貢獻(xiàn)的背后智慧和科學(xué)原理，啟發(fā)學(xué)生工程思維和創(chuàng)新意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、追求真理的探求精神和科研熱情。

(二)工程創(chuàng)新

創(chuàng)新是引領(lǐng)發(fā)展的第一動(dòng)力。習(xí)近平總書(shū)記在科學(xué)家座談會(huì)上強(qiáng)調(diào)：“要把原始創(chuàng)新能力提升擺在更加突出的位置，努力實(shí)現(xiàn)更多‘從0 到1’的突破?！绷黧w機(jī)械學(xué)科作為流體機(jī)械行業(yè)科技創(chuàng)新的有機(jī)土壤，流體機(jī)械學(xué)生作為流體機(jī)械行業(yè)科技創(chuàng)新的后備力量。專業(yè)教師在專業(yè)教學(xué)上擔(dān)當(dāng)培養(yǎng)高水平創(chuàng)新人才的重大使命，必須優(yōu)化創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系，為學(xué)生提供寬口徑、厚基礎(chǔ)的教育。專業(yè)教育要做到精深并重，注重培養(yǎng)學(xué)生國(guó)際視野，夯實(shí)學(xué)生創(chuàng)新基礎(chǔ)。為此，教學(xué)團(tuán)隊(duì)結(jié)合學(xué)生特點(diǎn)，從下面兩個(gè)方面進(jìn)行教學(xué)改革，以培養(yǎng)學(xué)生的工程創(chuàng)新能力。

1.交叉學(xué)科知識(shí)講授

課程知識(shí)是創(chuàng)新能力培養(yǎng)的基石。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和知識(shí)迭代的不斷加速，科技創(chuàng)新往往需要多學(xué)科的融合知識(shí)。因此，在課程設(shè)置上，需要在流體機(jī)械課程核心知識(shí)的基礎(chǔ)上，融入更多其他學(xué)科的知識(shí)。通常，流體機(jī)械這門(mén)課程涉及到的交叉知識(shí)包括：流體力學(xué)、材料力學(xué)、材料學(xué)、智能控制、制造與加工、轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)、摩擦學(xué)和實(shí)驗(yàn)技術(shù)等學(xué)科知識(shí)，如圖2 所示。在課程講授過(guò)程中，在圍繞教學(xué)內(nèi)容規(guī)定的本學(xué)科知識(shí)外，需要通過(guò)一些具體的實(shí)例來(lái)拓展其他學(xué)科的知識(shí)。例如：在講解流體機(jī)械控制技術(shù)方面的知識(shí)時(shí)，除了為學(xué)生講授流體機(jī)械典型的電氣控制原理外。通常，需要結(jié)合當(dāng)下社會(huì)針對(duì)流體機(jī)械典型應(yīng)用案例所涉及的相關(guān)控制技術(shù)進(jìn)行拓展。比如，針對(duì)流體機(jī)械在智慧水務(wù)系統(tǒng)中的應(yīng)用，流體機(jī)械(二次供水機(jī)組)需要以更加智能、更加節(jié)能的方式為整個(gè)城市管網(wǎng)系統(tǒng)提供恒定的壓力。為此，在智能控制方面講授時(shí)，需要融合人工智能算法、智能感知技術(shù)等前沿知識(shí)；在節(jié)能方面，在授課內(nèi)容上需要融合管網(wǎng)壓力的自適應(yīng)學(xué)習(xí)、用戶用水習(xí)慣的建模分析等知識(shí)。通過(guò)交叉知識(shí)的講解，激發(fā)學(xué)生對(duì)這一知識(shí)領(lǐng)域的認(rèn)知，擺脫傳統(tǒng)的學(xué)科思維定勢(shì)，突破傳統(tǒng)知識(shí)瓶頸，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力。

圖2 多學(xué)科知識(shí)融合

2.項(xiàng)目式創(chuàng)新實(shí)踐

項(xiàng)目實(shí)踐是工程創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)。在教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)引入源于企業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際項(xiàng)目，在學(xué)校導(dǎo)師和企業(yè)導(dǎo)師的指導(dǎo)下完成工程項(xiàng)目，運(yùn)用專業(yè)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題。整個(gè)項(xiàng)目實(shí)踐總共包括以下幾個(gè)環(huán)節(jié)：①項(xiàng)目開(kāi)發(fā)內(nèi)容的確定；②項(xiàng)目開(kāi)發(fā)計(jì)劃的制訂；③項(xiàng)目總體方案設(shè)計(jì)；④項(xiàng)目圖紙繪制和實(shí)施；⑤項(xiàng)目功能測(cè)試與調(diào)試；⑥項(xiàng)目總結(jié)。在整個(gè)項(xiàng)目實(shí)施階段，首先針對(duì)企業(yè)項(xiàng)目需求，確定項(xiàng)目開(kāi)發(fā)內(nèi)容；其次，在教師的引導(dǎo)下，組織學(xué)生開(kāi)展小組討論，根據(jù)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)內(nèi)容和開(kāi)發(fā)進(jìn)度，制訂開(kāi)發(fā)計(jì)劃；再次，小組各自完成項(xiàng)目總體方案設(shè)計(jì)和詳細(xì)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，并完成產(chǎn)品樣機(jī)的功能測(cè)試與調(diào)試；最后，在教師的引導(dǎo)下，進(jìn)行最后的項(xiàng)目匯報(bào)和總結(jié)。整個(gè)過(guò)程中借助實(shí)際的工程開(kāi)發(fā)案例，培養(yǎng)學(xué)生協(xié)同創(chuàng)新能力、工程設(shè)計(jì)能力及項(xiàng)目管理能力；同時(shí)，通過(guò)項(xiàng)目實(shí)施，強(qiáng)化學(xué)生的執(zhí)行力、責(zé)任感和擔(dān)當(dāng)精神，積極踐行思政教育的浸潤(rùn)作用。如圖3 所示。

圖3 項(xiàng)目式課程實(shí)踐

三、流體機(jī)械課程教學(xué)中科學(xué)精神的培育

梁?jiǎn)⒊赋觯骸坝邢到y(tǒng)之真知識(shí)，叫做科學(xué)，可以教人求得有系統(tǒng)之真知識(shí)的方法，叫做科學(xué)精神?！弊鳛橐幻た茖W(xué)生，需要具備嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的科學(xué)精神，才能更好地為祖國(guó)和人民貢獻(xiàn)自己的專業(yè)價(jià)值。結(jié)合時(shí)代要求和大學(xué)生成長(zhǎng)成才需求，教學(xué)團(tuán)隊(duì)認(rèn)為新時(shí)代大學(xué)生科學(xué)精神的培育主要包含實(shí)事求是精神、理性批判精神、創(chuàng)新超越精神、追求真理精神和奉獻(xiàn)合作精神。

實(shí)事求是是認(rèn)知世界和改造世界的關(guān)鍵。在課程教學(xué)過(guò)程中，教師在講授專業(yè)知識(shí)時(shí)，應(yīng)當(dāng)從客觀實(shí)際情況出發(fā)，而不是主觀臆造，以辯證唯物主義世界觀和方法論引導(dǎo)學(xué)生思考理論知識(shí)和科學(xué)規(guī)律。理性批判精神是培育大學(xué)生科學(xué)精神的核心所在。科學(xué)不是永恒不變的知識(shí)體系，它是一個(gè)不斷懷疑、批判謬誤、自我突破的認(rèn)知過(guò)程。因此，在課堂教學(xué)中，鼓勵(lì)學(xué)生擺脫傳統(tǒng)僵化的思維模式，養(yǎng)成不唯課本、擅于懷疑、敢于批判的科學(xué)精神。創(chuàng)新超越精神是學(xué)生學(xué)習(xí)和工作所必須具備的基本精神。在課堂教學(xué)中，通過(guò)工程案例的引入，講述大國(guó)工程中蘊(yùn)藏的創(chuàng)新元素。例如，以白鶴灘水電站工程為主題，向?qū)W生講述這座單機(jī)容量世界第一的水電站中的“過(guò)人之處”，包括首次采用我國(guó)自主研制的百萬(wàn)千瓦級(jí)水輪發(fā)電機(jī)組，設(shè)計(jì)全球直徑最大的圓筒式尾式水調(diào)壓井，首次在300 米特高拱壩全壩使用低熱水泥混凝土，以及設(shè)計(jì)了全世界規(guī)模最大的無(wú)壓泄洪洞群等，不斷激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新精神。追求真理是透過(guò)復(fù)雜的現(xiàn)象去探尋事物的本質(zhì)，在課堂教學(xué)中需要引導(dǎo)學(xué)生秉持科學(xué)求真精神，思考事物內(nèi)在聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，在錯(cuò)誤中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，腳踏實(shí)地，探索真知。當(dāng)今社會(huì)，任何一個(gè)大工程、大科學(xué)都離不開(kāi)團(tuán)隊(duì)合作精神，學(xué)生要將個(gè)人奮斗融入團(tuán)隊(duì)之中，形成合力，才能創(chuàng)造非凡。同時(shí)，需要培養(yǎng)學(xué)生服務(wù)祖國(guó)、服務(wù)人民的信仰和精神氣質(zhì)，為中華民族偉大復(fù)興的中國(guó)夢(mèng)貢獻(xiàn)力量。

四、結(jié)束語(yǔ)

水潤(rùn)萬(wàn)物而無(wú)聲。專業(yè)教師作為課程思政的主體，不僅要以專業(yè)的知識(shí)體系達(dá)成教書(shū)的目的，同時(shí)也要始終秉持育人的初衷。在課堂教學(xué)中不斷挖掘思政元素，潛移默化地引導(dǎo)學(xué)生樹(shù)立愛(ài)國(guó)之情懷、科學(xué)之精神。在教學(xué)方式方法上要積極求變創(chuàng)新，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的課堂參與感，增強(qiáng)學(xué)生的課堂獲得感。作為一名專業(yè)教師，深感責(zé)任重大，在課程思政建設(shè)的引領(lǐng)下，將繼續(xù)探索流體機(jī)械課程的德育教育，在提升自身素質(zhì)的同時(shí)，為培養(yǎng)具有良好專業(yè)素質(zhì)和優(yōu)秀道德品質(zhì)的新時(shí)代工科人才而不懈努力。