具有青海特色的“水力學”思政教學

吳玉帥　楊佳泉

[摘 要] “水力學”作為水利水電工程、給排水和道路橋梁等工科專業的專業基礎課，有著許多抽象的基本概念、冗雜的理論公式，要求學生具有較強的邏輯思維和靈活運用相關學科知識的能力，傳統的課堂教學比較注重對書本知識的講解，學生也偏重于對理論知識的學習，與當前國家大力倡導的素質教育差別較大。青海省位于祖國西部地區，在“水力學”教育資源方面與東部地區有著較大差異，在青海地區進行“水力學”授課時，可以加入課程思政元素，融合青海地區特色，使學生在學習新知識的同時，加深對青海地區的了解與認識，樹立扎根祖國西北的遠大理想。

[關鍵詞] 水力學;課程思政;青海特色;教學

[中圖分類號]G642? ?[文獻標志碼] A [文章編號] 1008-2549（2020） 12-0110-03

在北京召開的全國高校思想政治工作會議上，習近平總書記指出要做好高校和學生的思想政治工作，在教學過程中融入思想政治教育，實現全程育人、全方位育人;黨的十九大報告中明確指出中國社會當前的主要矛盾已經轉化為人民日益增長的美好生活需要和不平衡不充分的發展之間的矛盾，當前的首要任務就是大力發展教育事業，加快實現教育現代化，推進國人的思想道德建設，努力實現不同地區之間的教育公平，全面提升人們的綜合素養。教育部在四川大學召開的新時代全國高等學校本科教育工作會議上指出：大學的本質職能就是進行人才的培養，大學的根和本就是本科教育，應該把本科教育放在各項工作的重要地位。

“水力學”是一門內容煩瑣抽象、學習難度大、理論性和工程應用性較強的學科。青海高校的水利等相關專業的學生在學習水力學時容易感到枯燥無味，上課缺乏激情，學習效率降低。解決當前困境的辦法就是轉變教育方式，將“思政教育”與知識講授相結合，不僅可以極大地激發學生的學習激情和動力，還可以開闊眼界，拓寬知識面。

一 “水力學”課程的特點

“水力學”作為當代力學的重要組成部分，主要研究水在不同運動狀態下的運動規律和在工程實際問題中的應用。其經過幾百年的不斷發展和完善，已發展為一門獨立的學科，衍生出了環境水力學、計算水力學等分支學科，并形成了以下三個主要特點：

第一，涉及的知識面廣。課程內容涉及了高等數學中的積分和偏導、物理學中的受力 計算與能量轉換，也牽涉了理論力學、材料力學中的部分知識點，要求學生必須具有夯實的基礎學科知識和發現、分析與解決問題的多種能力。許多老師和學生對這門課的評價就是：概念多、推導多、公式多，學生要在時間緊迫、學習任務重的條件下對書上的概念做到理解與融會貫通，找出各個概念間的差異和存在的聯系，更要能在實際工程問題上做到靈活運用。再者，每個公式都夾雜著復雜、嚴謹的推導過程和不同的假設、使用條件，并且一個問題的解決往往是多個公式共同作用的結果，這也使得學生學習水力學時不能太死板，需要具有較強的靈活性。

第二，工程實踐及學科應用性強。水力學是一門以工程實踐和學科應用見長的學科，課程的很多內容大多都是來源于人們在生產生活中長期積累的經驗，經過簡化和總結得到的，之后又反過來用于解決和指導生產生活中的諸多問題。例如，大壩閘門所受壓強的計算、倒虹吸和涵洞的水面高程計算等，都會用到較多的水力學知識，具有很強的工程實踐性;再者就是，學生在后續的專業課中會使用到大量水力學的相關知識點，如水工建筑物、水電站等。第三，獨特性較強。水作為自然界最特殊的存在，具有流動性、黏滯性和無抗剪能力等特性，與自然界固體所具有的屬性有著較大差異，解決固體相關問題的力學，如理論力學、結構力學和材料力學等，將不再適用于水的相關問題的求解。除此之外，在學習水力學和解決水力學問題的過程中，與其他力學的思維方式和解題方法有著較大不同，學生需要及時調整思維方式，綜合已有的學習方法，找到學習水力學的最佳途徑。

二 融入青海特色的水力學“課程思政”教學

（一）對水力學發展進行講述

水力學作為一門應用時間早，發展迅速的學科，在歷史的長河中，為國家的發展做出了不可磨滅的貢獻。早在公元前2300年大禹治水時將黃河水疏流入海，再到京杭大運河中大量使用的船閘，以及都江堰中設置的平水池和飛沙堰等，都反映了當時的人們對明渠水流、堰流有著一定程度上的認識，但受限于當時的封建思想，水力學在很長一段時間里并沒有取得長足的進展與重大突破。西方國家在文藝復興之后，經過牛頓、拉格朗日和歐拉等科學家的觀察、實驗、推導和論證，總結出了大量的定理和規律，填補了水力學在理論上的空白，水力學由此取得突破性進展，但仍有一些重要問題，如湍流等問題，至今沒有得到圓滿解決。

水力學的發展不僅僅體現在理論上得到了充實和完善，更體現在工程上的諸多應用。青海省作為一個多山多水的省份，在進行水利設施設計和施工時，常用到水力學的相關知識。拉西瓦水電站的灌溉工程包含的隧洞、渡槽及其他渠系建筑物，黑泉水庫的溢洪道、閘門井等設施，從最初的設計、修建，到最后的完工和使用，都離不開水力學理論知識的支撐和保證，表明了水力學在工程實踐中占據的重要地位。

（二）結合古今著名人物講授知識點

希臘物理學家阿基米德發表了第一篇闡述流體靜力學規律的文獻《論浮體》。經典力學的創始人牛頓經過分析和實驗，提出了黏性流體（牛頓）內摩擦定律，為納維-斯托克斯方程的建立奠定了基礎。羅蒙諾索夫提出的質量守恒定律，成為包括流體運動在內的多種運動所必須遵循的基本定律。伯努利結合了壓強、靜經典力學和流體物性，提出了理想流體運動與實際流體運動的能量方程——伯努利方程。達朗貝爾在研究物體阻力時，闡述了無黏性理想流體的局限性，并依據質量守恒定律提出了流體的連續性方程。拉格朗日提出了一種描述流體運動的方法——拉格朗日法，并完善了理想流體無旋流動的基本理論。歐拉提出了另外一種描述流體運動的方法——歐拉法，并提出了歐拉運動微分方程。雷諾首先闡明了相似原理，并利用特征數（雷諾數）判斷流體運動的兩種形態——層流和紊流。亥姆霍茲推導出了能量守恒定理的數學表達式，提出了亥姆霍茲速度分解定理，將流體運動分為了無渦流和有渦流，在很大程度上擴大了流體的研究范圍。這些科學家和工程師們敢于探索、不畏艱苦，以耗盡自己畢生精力為代價來推動水力學的飛速發展，我們應該銘記他們，記住他們為人類發展所做的巨大貢獻。

青海大學校長王光謙院士，主要研究水力學和河流動力學，建立了水沙兩相流的動力學模型和流域泥沙動力學模型，先后參與了三峽工程壩區泥沙模型試驗研究、長江三峽大江截流工程和規劃“數字黃河”工程等，極大地推動了中國水利事業的發展。王光謙院士主持的“天河”項目通過對有條件的區域進行人工干預，以達到降雨的目的，這不僅會緩解西北部分地區水資源短缺的局面，還可以在很大程度上提升青藏高原地區的生態效益，促進高原地區經濟快速發展，助力國家“西部大開發”戰略的實施與推進。大多數人只看到了科學家光鮮的一面，卻少有人關注他們在科研過程中經受的痛苦和質疑，面對人們的質疑，他們選擇靜下心來潛心研究，將自己的畢生心血獻給科研事業，一步一個腳印，最后以優異的研究成果使人們信服，消除人們的猜疑，造福于萬千百姓。

中國水利領域有很多偉大的人，他們有的是奮斗在水利設施建設的第一線，只為造福于人民;有的是埋頭苦干于實驗室，希望以優秀成果回報國家;有的是立足于三尺講臺，為國家水利建設進行人才培養……，但他們終其一生只為推動國家水利事業的發展，也正是因為有了這一群時時刻刻為國的仁人志士，中國才取得了今天的輝煌成就，才能在未來實現中華民族的偉大復興。

（三）結合典型水利工程講授要點

位于黃河干流上的拉西瓦水電站，最大壩高為250米，總裝機容量高達420萬千瓦，不僅是黃河上最大的水電站，也是黃河流域上大壩最高、總裝機容量最大的水電站，建成之后將會產生巨大的效益，不僅可以對西北電網進行調峰，還能充當事故備用能源。龍羊峽水電站，壩高178米，庫容為247億立方米，號稱“天上黃河第一壩”，不僅可以向西寧、蘭州和西安等工業城市輸送電流，還能調整西北電網和解決黃河下游的洪澇災害和斷流等問題。李家峽水電站位于青海省尖扎縣和化隆縣交界處，是世界上最大的雙排機水電站。該電站在國內水利建設史上創造了兩個先例，是國內首次采用雙排機布置的水電站，同時也是國內在發電機組上首次采用蒸發冷卻技術的水電站，這為以后國家水利建設的進一步發展打下了堅實的基礎。

作為青海省有史以來建設規模最大、建設條件最為復雜的水利工程，引大濟湟工程的設計和建設無疑會對青海產生巨大的影響。建成之后，不僅可以解決湟水流域及周邊沿線地區水資源短缺的問題，還可以促進青海地區的可持續發展及生態環境的保護。該工程主要分為三大部分：北干渠一期、北干渠二期和西干渠，分三期進行建設，北干渠一期和調水總干渠分別在2014年和2016年正式通水，西干渠和北干渠二期也與2016年正式開工建設，預計于2022年竣工。

這四項水利工程只是青海水利建設的冰山一角，卻體現了青海人民敢于探索、不畏艱難和勤勞勇敢，肯定了青海水利工程事業的發展。在李家峽水電站上采用的“燕尾式導擴坎”挑流消能和窄縫式挑流鼻坎消能，這兩者的結合可以使得泄水建筑物的宣泄流量和安全性得到進一步提高，堪稱泄水建筑物之典型。除此之外，拉西瓦灌溉工程中的虹吸、黑泉水庫的調壓井、引大濟湟工程中的明渠等，都分別用到了水力學中的簡單短管中的有壓流計算、能量方程和水力最優斷面等知識點。總之，這些工程都是當代設計者與工程師勤勞智慧的結晶，反映了中國在水利事業上取得的巨大進步，體現了中國特色社會主義制度的無比優越性，中國必將沿著當前的道路走下去，最終實現中華民族的偉大復興。

（四）對研究對象進行哲學性思考

水力學主要研究以水為代表的流體，水是萬物生存之根本，任何生物的繁衍生息都離不開水。黃河是半坡人生存發展之根，長江是河姆渡人繁衍生息之本，而中華民族偉大復興之根本則在于三江源。位于青海省南部的三江源，是長江、黃河和瀾滄江的發源地，為三條大河提供了部分水量，故得“中華水塔”和“亞洲水塔”的美譽，三江源境內雪山冰川廣布，湖泊沼澤眾多，是世界上海拔最高、濕地類型最豐富的地區，國家為保護在這里生活的雪豹等多種國家重點保護動植物，建立了中國面積最大的自然保護區。三江源地區在歷史上曾被稱為生態和生命的“凈土”，但是就目前情況來看，三江源地區形勢相當嚴峻，全球氣候變暖造成雪山冰川大面積融化，湖泊濕地面積進一步縮小，土地沙化、荒漠化和水土流失問題日趨嚴重，國家同青海省采取了一系列的措施防止進一步惡化，并取得了顯著成效。保護好三江源，就是保證了國家發展的基石，保證了西北地區乃至全國的生態安全。保護三江源，人人有責。

水是可以流動的，沒有固定的形狀，不能承受切力和抵抗剪切變形，在流動時各流層間存在摩擦力，但在進行能量計算時，往往是忽略了水層之間的摩擦力，將其看成理想流體，得出方程和結論。現實中的水為黏性液體，流層間存在的摩擦力是不可忽略的，只有通過大量的試驗和建立眾多的理論模型，進行數據的收集、整理和分析，修正原始方程，一步步逼近最真實的結果。這也給我們傳遞了一個重要的啟示：對于情況復雜的問題，我們可以將其理想化和簡單化，得到原始理論方程，然后加入其他主要因素進行分析，修正和優化實驗結果，達到最理想的效果。

水同自然界的所有物體一樣，都是由許多不連續，有一定間隔的分子所組成。不論是水的微觀運動，還是宏觀運動，在空間和時間上都表現出了離散性、隨機性和不均勻性的特性，在一定程度上阻礙了人們對水的進一步探索和研究。為此在研究水流運動時，往往把水看成由幾何上沒有形狀和大小的質點組成，質點之間沒有間隙，形成充滿整個空間的連續介質，并用拉格朗日法和歐拉法描述出流體中所有流體質點的運動，進而清楚整個流體的運動情況。由此可知，無論遇到什么難題，無法做到一蹴而就，就要學會將其分解，將大問題化整為零，逐個進行攻克，最后解決整個問題。

（五）講解失敗的工程案例，增強憂患意識和責任意識

從春秋戰國時期修建的都江堰到21世紀建成的三峽大壩，人類在幾千年的生產生活中修建了無數水利工程，成功的工程可以給人們帶來福利，失敗的工程雖然會人們帶來不可彌補的損失，但是也會讓人們警醒，在失敗中積累經驗和吸取教訓，培養嚴謹細致的態度，增強憂患意識，做到防患于未然。

青海省在過去的幾十年里修建了許多水利工程，在很大程度上促進了地方經濟發展，維護了地區的生態穩定，但是也埋下了禍患。溝后水庫，位于青海省共和縣溝后村，1985年8月動工，于1989年10月竣工，設計洪水位和正常水位均為3278米，庫容達330萬立方米，流域面積為198平方公里，在正常運行的三年時間里為當地百姓帶來了巨大的效益。1993年8月27日，水庫水位達到3277.308米時，大壩發生潰決，最終造成285人死亡，40人失蹤，直接經濟損失高達1.53億元，給當地居民的生產生活帶來了毀滅性的破壞，史稱“8·27”特大垮壩。大壩潰決后，國務院、水利部組織專家尋找潰壩原因，專家調查后得出結論，水庫的潰壩是滲流造成的，水庫由于沒有設置專門的排水設施，在防浪墻和防滲板的止水效果降低后，壩頂大量漏水，造成壩頂滲流作用力增大，抗滑力減小，壩體發生滑動，形成壩頂缺口，在水的溢流作用下，缺口進一步擴大，最終潰壩。這次潰壩的教訓是深刻且極其慘重的，但也給我們水利人傳遞了重要訊息：任何惠民利民的大工程，從設計、選材、施工到竣工、校驗，整個過程都必須一絲不茍，設計者和工程師應秉著嚴謹認真的態度對待每一個細節，發現問題及改正，防患于未然;同時水利水電工程專業的學生以后作為國家水利建設的中堅力量，更應該以史為鑒，增強憂患意識，防止造成不可挽回的損失。

總之，在課程教學中融入思政教育，實現全程和全方位育人，是優秀教育的必然，更是實現中華民族偉大復興的基石。當代社會需要的是多方面發展、綜合素養較高的人才，我們可以從書本上學到新知識，但是這對一生的長遠發展是遠遠不夠的，人的學習不應該停留于一處，應該從一個點擴展到一個完整的面，組合為世界這個整體。思政教育在課程教學中的融入，豐富了課堂內容和形式，不僅可以提高教學質量和教學效益，還可以培養學生的責任擔當意識和憂患意識，以后更好地報效國家和社會。當然，思政融入課堂的過程是十分緩慢且艱辛的，并且還存在諸多不足之處，國家在未來教育中應該加快促進和完善思政教育與知識教學的有機結合，爭取早日將中國的教育推到歷史新高度，早日實現中國夢。

參考文獻：

[1]習近平.把思想政治工作貫穿教育教學全過程開創我國高等教育事業發展新局面[R].2016

[2]習近平.決勝全面建成小康社會奪取新時代中國特色社會主義偉大勝利——在中國共產黨第十九次全國代表大會上的報告[R].2017.

[3]陳寶生.堅持以本為本推進四個回歸建設中國特色、世界水平的一流科教育——在新時代全國高等學校本科教育工作會議上的講話[R].2018.

[4]王燕，鄭健，韓偉.土木工程專業“水力學”課程特點與教學探索[J].甘肅科技，2016（14）：.

[5]李占松.水力學“課程思政”本科教學設計初探[J].教書育人（高教論壇），2019（9）.

[6]聞德蓀，黃正華，高海鷹.工程流體力學（水力學）：上冊[M].北京：高等教育出版社，2010.

（責任編輯：王義祥）