地質工科“工程流體力學”課程思政探索與實踐

王志喬 王 瑜 周輝峰 凌 雪 呂建國

（中國地質大學（北京）工程技術學院 北京 100083）

“新工科”是以立德樹人為引領主動應對新一輪科技革命與產業變革的國家教育改革戰略選擇；提出培養適應當前國際競爭新形勢的高素質復合型創新人才。在新工科建設背景下，隨著地質類行業的轉型和相關技術的升級，地質類高校進入新的發展建設階段，面臨新機遇和新挑戰。在“厚基礎、寬口徑、個性培養”的人才培養模式下，為滿足新時代人才培養的需求，對傳統地質類工科專業[1,2]（涉及地質工程、安全工程、油氣工程、資源勘查、非常規能源工程、環境工程、機械工程等專業）的基礎課程建設和教學模式提出了更新、更高的要求。在專業課程教學過程中，不僅傳授科學知識，還要把思想引領和價值觀塑造融入其中。幫助學生掌握客觀規律，樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀，傳承和弘揚優秀傳統文化。使專業課程與思想政治理論課同向同行，形成協同效應。[3,4,5,6]

工程流體力學是地質類工科專業的重要基礎課程，滲透力極強、介入的課程群極為廣泛、對其他課程牽引作用非常大。在傳統的工程流體力學教學中，難以有效地將科學知識講授與思政教育自然融合，亟須探索以思想引領的工程流體力學課程建設和新教學模式。本文通過工程流體力學模塊化課程體系構建、學科和德育層面的思政元素挖掘、課程思政教學設計和實踐，以期用好課堂教學主渠道，把思政教育落實到每一堂課中，探索和實踐把“立德樹人”作為工程流體力學課程教育的根本任務的一種嵌入式教育新理念。培養具有創新實踐能力、可持續發展思維和家國情懷的地質類工科新型人才。

1 模塊化工程流體力學課程體系構建

考慮我校地質類行業特色以及工程流體力學課程的應用基礎特點，以全面培養學生創新精神和實踐能力為核心，優化建立模塊化工程流體力學課程教學體系，滿足不同工科專業和不同層次學生對課程的需求。[7]突破傳統框架，實現相關模塊的融合、貫通。課程涉及流體力學性質、流體靜力學、流體動力學、流動阻力、有壓管流、明渠流、地質介質滲流、縫隙流、流體力學新進展等多個模塊，供不同專業選擇。通過對流體力學的基本概念、基本理論及基本方法和實驗技能的學習，理解流體靜止及運動時的規律及流體與固體之間的相互作用等理論基礎（包括流體特性與受力種類、流體靜止時的壓強分布規律及壓力計算，連續方程、能量方程和動量方程進行流動的分析和計算，能量損失產生的原因、計算方法等），掌握流動問題分析與建模技巧、工程實際典型流動問題的行為與特點。既為其他課程學習打下堅實基礎，又為實際工程中流體問題的分析提供解決辦法與依據。

工程流體力學課程思政建設不是開設新課程，而是抓住課程改革建設核心環節，在原有內容基礎上挖掘育人元素和育人邏輯并融入教學中。在模塊化工程流體力學課程教學中，除了要注重理論與實踐教學有機結合、準確把握各單元模塊的內涵及相互鏈接關系外，另一個重要的思想就是要聚焦思政融入，構建宏微觀的一體化育人課程知識體系。建立基于學習產出教育模式OBE（Outcomes-based Education）理念的工程流體力學課程體系，明確課程思政具體目標，解決專業知識講授與思政教育有機結合難的問題。結合個性化學習的具體要求，使學生實現自我挑戰，再將信息反饋從而完善課程設計與教學。

2 工程流體力學思政元素挖掘

傳統的工程流體力學課程設計上，尚未充分有效挖掘梳理德育元素、思政資源，使其與課程內容和教學目標自然交互有機融合，充分發揮課程的育人功能，實現全程育人、全方位育人和全員育人。工程流體力學思政元素挖掘應堅持實事求是、創新思維、突出重點和注重實效原則，以達到潛移默化的育人效果。從學科和德育兩個不同的層面進行深入系統的挖掘。學科層面思政元素包括：重要人物、關鍵事件、人文精神和行業時事；德育方面課程思政元素包括：從大德層面結合學科領域挖掘家國情懷、政治認同等元素，從公德層面挖掘優秀傳統文化、社會責任等元素，從私德方面挖掘職業操守方面的元素。

2.1 流體力學史融入，培養辯證唯物主義自然觀和科學探索精神

流體力學是研究流體(包含氣體、液體以及等離子體)現象以及相關力學行為的科學。[8]在古希臘時期，阿基米德就奠定了流體靜力學的基礎，建立了液體平衡理論（浮力定律和浮體穩定性）。從17 世紀開始，流體力學逐步大發展；關鍵的有靜止流體壓力概念（帕斯卡）、粘性力與速度梯度關系（牛頓）、測量流速的皮托管發明（皮托）、運動流體壓力概念與歐拉方程建立（歐拉）、速度與壓力關系的伯努利方程（伯努利）。18 世紀無粘位勢流理論獲得重要進展，并在潮汐、水波、渦旋運動等方面有廣泛應用。19 世紀納維-斯托克斯方程的建立為流體力學的發展奠定了完整的理論基礎，并應用流體力學解決一系列工程實際問題（汽輪機、水力機械等）。20 世紀普朗特建立了劃時代的邊界層理論，極大的推動了噴氣推進、火箭技術、彈道技術、航空航天技術、爆炸技術、生物技術、交通流控制理論等領域的發展。[8]流體力學是一門經典而又永葆青春的學科，其發展必然帶有社會和經濟發展的印記。通過發展史的融入，將各個模塊化的工程流體力學知識鏈接起來，讓學生了解社會發展的不同階段必然催生相應的理論解決工程實際問題，培養學生辯證唯物主義自然觀，以及淡泊名利、鍥而不舍奮斗的科學探索精神和創新思維。

2.2 弘揚我國優秀文化，激勵愛國熱情，培養家國情懷

流體力學的發展既依賴于生產實踐和科學實驗，又受到社會因素的影響。我國古代勞動人民在流體力學知識的應用方面有著諸多流傳至今的閃光點：大禹治水疏通江河的傳說、秦朝李冰父子主持修建都江堰、曹沖稱象浮力定律在一千八百多年前就很好地被應用。此外，流體力學與文學藝術曾有過流芳百世的交融，東晉時代王羲之在蘭亭譜寫了曲水流觴精美故事，蘭亭詩人巧妙地利用了駐渦作用并把流動現象有機地與中國文學結合。

在欣賞我國古代優秀文化的同時，讓學生了解流體力學源于西方，我國古代有流體力學知識的廣泛應用，但沒有發展為精確的科學。近代中國不斷努力趕上西方的科學發展，并且涌現出一批杰出的應用力學科學家和技術人才。

杰出的科學家和教育家周培源，在二戰初期赴美學術休假，當時美國急需科技人員，給予全家永久居留權，周培源對此一笑了之。回國后，抱著科學家應為反戰服務，以科學拯救祖國危亡的志向，毅然轉向流體力學研究。第二次赴美學術休假從事湍流和魚雷空投入水的相關研究。他再次被應邀留美，卻明確回復不做美國公民、只從事臨時研究。回國后，推動我國力學事業的發展。在每一歷史關鍵時刻，周培源總是以國家和民族的命運為己任而放棄個人的安逸和舒適條件。

著名科學家、應用力學家郭永懷長期從事航空領域研究，建國初期毅然放棄國外優厚條件回國。他注重理論結合實際，善于在實踐中精準把握科學研究方向，倡導了我國高速空氣動力學、電磁流體力學等重要學科研究，為我國核彈與導彈事業發展作出了畢生的貢獻。1968 年在戈壁基地進行了數月試驗的郭永懷，發現一個重要線索后緊急返京，飛機降落時不幸墜毀。在殘骸中辨認出郭永懷遺體，發現他和警衛員仍緊緊地相擁在一起，絕密數據資料完好無損保護在他們胸前。

老一輩流體力學專家的卓越成就、學術思想和感人事跡的講述或學生課外研讀的引導，培養學生樹立正確的價值觀和人生觀，激發學生的愛國熱情，引導學生勇敢肩負起時代賦予的光榮使命。

2.3 依據行業需求，培養協同創新思維

中國近期提出碳達峰與碳中和戰略，不僅是全球氣候治理、保護地球家園、構建人類命運共同體的重大需求，也是中國高質量發展、生態文明建設和生態環境綜合治理的內在需求。碳中和戰略涉及深度社會經濟發展轉型，以期實現低碳甚至零碳排放和基于技術變革的增匯目標，是面向可持續發展的重大機遇。面對制約我國可持續發展的資源、能源、環境和氣候中的重大難題和嚴峻挑戰，工程流體力學是解決難題和應對挑戰的重要理論基礎之一，涉及轉變能源發展方式、提高能源效率、開發非常規能源和深部地質資源、深海資源、二氧化碳地質封存與地質相互作用等各個領域。

地質類工科行業作為保障國家資源和能源需求的關鍵行業，有較好的長期發展潛力。在碳中和戰略背景下，培養學生樹立“大地質、大生態、大服務”的新發展理念；充分發揮地質類工科的專業技術優勢，拓展地質工作服務領域，加強創新協作，將工程流體力學專業知識跨界運用于民生領域、生態環境領域。開展自然資源環境承載能力監測預警、水土污染調查與治理、地下空間開發適宜性評價、國土空間生態修復等。[1,2]依托國家和行業需求，培養地質類工科學生持之以恒精益求精的工匠精神，注重學生人文素養提升，激發他們科技報國的家國情懷和使命擔當。

3 工程流體力學課程思政設計和實踐

工程流體力學課程思政設計和實踐具體思路：首先，在教學的頂層設計上，要把學生的德育培養作為課程教學的首位目標，并與人才培養方案和培養目標相結合。“課程思政”作為一種思維方式，需深入挖掘學科與思政高度契合的思政元素。在教學過程中，充分利用好融入載體（固有教學平臺、潛在專業通道、創新教學環節）實踐新方法。此外，創造性地推出新的育人手段，如通過課程群和公眾號線上線下相結合推送在課堂上沒有時間講授的思政案例，利用在線課程組織思政案例的研討等，并開展全過程課程思政教學評估（診斷、過程、總結）。

在教學實踐中，傳統教師一言堂、學生填鴨式學的工程流體力學課程模式為：給出概念→推導理論與方法→應用提高（做習題）。難以有效地調動大多數學生學習的積極性和主動性，培養他們創造性思維；難以有效地將思政教育融合教學內容。在深入優化教學內容和課時分配的基礎上，實踐工程流體力學課程思政的研究性學習和教學新模式：觀察現象→發現問題→引出概念→探索方法與理論→應用提高并思考。以問題和價值導向引領工程流體力學課程教學，以課程思政的融入來創新研究性學習新模式。[3，9]

4 結語

新工科建設的提出給地質類行業特色高校的發展帶來了新的機遇和挑戰。結合我校地質行業特色的實際情況以及工程流體力學課程自身的應用基礎特點，探索將思政教育融合教學內容、以問題和價值導向引領的工程流體力學課程建設，并實踐人文素養提升工程創新人才綜合能力的教學新模式，促進學生的全面健康發展。