“專業思政”背景下流體力學幾個基本概念的再解讀

魏德宸 焦園圓

【摘要】基于發展新工科及弘揚中華民族文化的時代背景，本文對流體力學課程中幾個基本概念，如流動性、浸潤、不浸潤等結合詩詞、應用等角度進行再解讀。探究全方位提高學生學習興趣、實踐創新能力、工程技術創新能力的思路，提出交叉融合思政元素如詩詞，把學生從枯燥繁瑣的流體力學公式中解脫出來，將理論密切與生活實際相聯系，創新改革應用型高校流體力學教學模式。

【關鍵詞】新工科? 中華民族文化? 創新? 流體力學

【中圖分類號】G642;O35-4 【文獻標識碼】A 【文章編號】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復合型及多學科交叉融合的新型工程技術人才改革、全面推進高校課程思政尤為重要。但是，傳統的教學方法與新時代的人才發展要求存在不小偏差。

以航空為特色的濱州學院為例，在本科專業飛行器設計、飛行器制造、飛行器動力工程等專業的課程體系中，流體力學既為專業基礎課程，同時又為一門涉及多專業、多領域、多學科的應用性課程。課程授課時，一般結合流體力學發展史、流體力學基礎概念、流體靜力學、流體動力學、流體運動學、量綱分析和相似原理、流動阻力和水頭損失等章節進行講授。流體力學的開設為大二上學期，在此之前學生必須要先學習如大學物理、高等數學、線性代數等課程，因為流體力學課程極為抽象、存在大量繁雜的公式，要求學生必須具備較強的邏輯思維，而傳統課堂教學又著力于流體力學公式的理論推導，教學內容令人感覺枯燥乏味。通過往年考試成績發現，學生普遍成績不太理想，如表1所示。

結合上述時代背景和考試不太理想的現象，本文建議從學生的學習思維理念下手，結合概念、思政元素、生活中的現象等內容對基礎概念進行細致的講解，以激發學生對流體力學課程學習熱情和信心，本文首先對流體力學第一章流體力學基礎概念進行了如下課程改革：

二、將流體力學課程與思政元素的有機結合

眾所周知，科學和文化是一脈相承的，它們折射了人類社會物質財富和精神財富的兩個側面，它們互相緊密依托。每個炎黃子孫都能信手拈來背誦幾首古詩，這是浸潤在每一個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、蘇軾等文豪對流體力學現象精湛的描繪。結合古詩詞等文化素材對流體力學基礎概念講授，希望可以拂去我們記憶上厚重的灰塵，體會古代文人的浪漫、豪放等情懷，并借助古人的睿智裝點我們今后充滿希望的美好生活。倘若能讓學生在學習時開動大腦將所儲備的中華文明同流體力學知識點建立一定的聯系，形成完整的知識體系，不僅可以在課堂中使學生調動學習積極性、加深對知識點的理解，而且能加強高校中華優秀傳統文化教育，弘揚中國優秀文化，傳承中華源遠流長的文明，在當今錯綜復雜的世界格局中提升中華民族的文化自信。

三、教學實踐

本文借鑒眾多優秀學者的豐富經驗[1-2]，并結合自身的教學經驗，對流體力學課程中流體的幾個基本概念，如流動性、浸潤、不浸潤、表面張力等，結合中華文化與流體力學知識交叉融合再解讀，旨在培養具有中華文化神韻、中國精神涵養、中華民族氣質的高水平應用型新工科人才。

（一）流動性

流動性是流體的根本屬性，關于流動性在課堂講授時可從其概念、文學史上的應用、流動性的工程應用等以下三個方面解讀：

1.明確流動性的概念。自然界中最常見的物質是固體、液體和氣體，其中科學家們把液體和氣體統稱為流體。當流體受外界微小的剪切力時，會發生連續不斷的變形，把此流體特有的力學現象稱之為流體的流動性。

2.結合中華文化，對流動性進行進一步解讀。源遠流長的華夏五千年文明，浩蕩悠久的中華民族歷史，積淀了深厚且豐富的對流動性的運用。早在中國春秋時期，齊國軍事家孫子所著的《孫子兵法·虛實篇》有此句：“兵無常勢，水無常形。能因敵變化而取勝者，謂之神。”該句闡述帶兵打仗需具備如流水般機動靈活的謀略，不可僵化。漢高祖劉邦過故鄉徐州沛縣，邀請故人共飲酒，在他酒酣時唱《大風歌》：“大風起兮云飛揚，威加海內兮歸故鄉，安得猛士兮守四方！”該句不僅描繪了風起云涌時的流體流動的自然景象，同時還抒發了求賢若渴的期望。唐代詩人李白所著《將進酒》：“君不見黃河之水天上來，奔流到海不復回。”詩人借洶涌奔騰的“母親河”黃河水奔向東海的流動情形，表達對生命的珍惜，對歲月的感嘆。在宋代，多次被貶至大江南北依然樂觀頑強的詞人蘇軾在《念奴嬌·赤壁懷古》寫下千古名句：“大江東去浪淘盡，千古風流人物。”詩人借千百年來，所有才華橫溢的英雄豪杰都淹沒在時代的長河中，表達其人生態度的豁達。

3.結合諸多的工程設備及日常生活用品的制造流程，再次對流體流動性加深感悟。如螺旋式抽水機的工作原理就是通過管道內具有螺旋面的軸承的旋轉，把水從螺旋面的低處傳至高處從而節約成本、提高機械的效率;工地上常用的混凝土攪拌車在其滾筒內設置螺旋狀的扇葉，水泥易凝固，因此攪拌車在運輸混凝土的過程中通過滾筒的旋轉帶動扇葉的旋轉攪拌水泥可防止水泥凝固，而到達目的地后則反轉滾筒，利用螺旋面將混凝土排出車外;鑄造金屬類茶壺時，可將金屬加熱至熔點以上，使其由固態轉化為液態，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品從模具中取出。

（二）浸潤與不浸潤

在課堂授課時，可從浸潤與不浸潤的概念、文學史上的應用、自然現象等方面進行解讀：

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

2.其后結合古代哲學家、文人對浸潤現象進行深入的理解。關于對浸潤的理解，中國春秋末期思想家、教育家、儒家思想創始人孔子及其弟子在《論語·顏淵》有曰：“浸潤之譖，膚受之訴，不行焉，可謂遠也已矣?！痹摼浔磉_的是為人處世的深奧哲學，假若能不受小人挑撥，不受流言蜚語及誹謗影響，做個內心強大、堅定信念的善者，則會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》，對浸潤現象進行細致而又令人欣喜的描繪：“好雨知時節，當春乃發生。隨風潛入夜，潤物細無聲。野徑云俱黑，江船火獨明。曉看紅濕處，花重錦官城?！痹娙嗽诔啥级ゴ簛聿蓍L鶯飛的美好時節里，借詩句刻畫出春雨滋潤大地萬物后一派欣欣向榮、生機勃勃的意境。又有滿腔熱血報國無門心情郁悶之時寫下“出師未捷身先死，長使英雄淚滿襟”的雄渾悲壯的詩句。

3.關于不浸潤現象在詩詞中的應用同樣也是層出不窮，如唐代大詩人白居易發出了“露似珍珠月似弓”的詠吟，秦觀思念妻子吟誦出“金風玉露一相逢，便勝卻人間無數”的情思。為什么露會似晶瑩剔透的珍珠、似潔白無瑕清透的玉呢？科技繁榮昌盛的今天，我們可以借助現代科學設備顯微鏡來一探究竟，學者們發現因為植物表面被包裹著管狀蠟質的精微結構所覆蓋，使其擁有卓越的超疏水功能，同時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

在流體力學中，液體與氣體或液體與固體接觸時存在交界面，此時液體的表面性質需要加以考慮。其中表面張力和毛細現象是該科學領域比較重要的內容。

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用等以下3個層次講解。

（1）表面張力的概念。當液體和氣體接觸時，存在液體和氣體的交界面。在液體內部，液體分子間的內聚力相互平衡，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，液體內部形成的內聚力比交界面處稀少的氣體分子對表面處液體的力大，在較大的內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聚力不平衡所產生，因此溫度升高，分子間的內聚力減小，表面張力隨之減小;②添加某些有機溶劑或鹽類可改變表面張力的大小，如洗碗時加入適宜的溫水和洗潔精配合使用可降低表面張力。

（3）對表面張力的應用。七夕節是中國傳統的情人節，相傳董永和七仙女被王母娘娘拆散后，每年會在這一天由喜鵲搭橋，兩人相會。相傳七仙女女紅技術高超，所以古時候的女孩、婦女會在七月初七這一天投針驗巧，期盼針浮于水面，而針浮于水面即為表面張力現象。

2.毛細現象。授課過程中可從毛細現象的概念、毛細現象產生的原因、毛細現象的應用等以下三個層次講解。

（1）毛細現象的概念。毛細現象指將毛細管插入液面中，液面順著毛細管上升或下降的現象。

（2）毛細現象產生的原因。研究表明，液體同毛細管壁面接觸時，液體分子間存在內聚力。同時液體與毛細管壁面存在吸附力。當內聚力大于吸附力時，液體在毛細管內下降且液面彎曲。當內聚力小于吸附力時，液面在毛細管內上升且液面彎曲。

（3）毛細現象的應用。發動機是飛行器的心臟，其內部葉片焊接部位必須光滑平順。釬焊就利用了毛細現象使得焊接處結構平整、牢靠。

四、結語

基于我國高等教育發展新需求、國際競爭的新形勢而提出的高校課程思政的改革正如火如荼地進行著，目前專業課同思政課程有機結合、相輔相成的改革還處于發展階段，本課題初步在濱州學院航空特色的專業基礎課程流體力學的基礎章節部分，發掘了部分思政元素、人文元素等內容，對教學內容進行了初步的探究，旨在激活學生學習興趣、弘揚中華文化、引導學生文理結合、學以致用。后續將在前期課堂教學改革的基礎上對流體力學課程所有章節繼續進行更深層次的探索，同時在備課、授課、教學效果考查的各個環節進行深入的探索，如課程開展前的知識儲備等方面的問卷調查，旨在進一步提升教學質量，促進學生主動思考、主動學習，提高學生綜合素養。

參考文獻：

[1]王振東.詩情畫意談力學[M].北京：高等教育出版社，2008.

[2]賈書惠.漫話動力學[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.