工程流體力學課程思政的探索

孫澤　楊小波　許妍霞　劉程琳　宋興福

[摘 要] 教育是民族振興、社會進步的重要基石，而立德樹人是教育的首要任務，課程思政是落實立德樹人根本任務的戰略舉措。工程流體力學課程大部分是數字表達的定理、原理和公式，思想政治教育元素較少。但是如果仔細挖掘，會發現這些定理和公式的研究者都是艱苦奮斗、勇攀高峰的科學巨匠，他們就是典型的對學生進行思想政治教育的元素。在遵循課程教學規律和思想政治教育工作規律的前提下合理實施課堂思想政治教育，是幫助學生掌握事物發展規律，樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀的必要途徑。同時，結合國情，完全可以實現課程思政和課程內容的完美結合，做到課程思政潤物細無聲，潛移默化地教育學生，實現學生德智體美勞全面發展的培養目標。

[關鍵詞] 工程流體力學;課程思政;資源循環科學與工程

[基金項目] 2019年度上海市教育委員會上海市重點課程建設“工程流體力學”

[作者簡介] 孫 澤（1980—），男，內蒙古烏蘭察布人，博士，華東理工大學資源與環境工程學院副教授，主要從事化工過程模擬與化工流體力學研究。

[中圖分類號] G641 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-9324（2022）04-0123-04 [收稿日期] 2021-05-31

引言

孔子曰：“德若水之源，才若水之波;德若木之根，才若木之枝。”自古以來，修心立德都是歷代先賢最看重的，他們將自身品德的修養放在首位，將修心立德放在教育的首位。教育興則國家興，教育強則國家強。教育的本質是培養人和塑造人，這是古今中外的共同認識，而立德樹人是教育的根本任務，也是教育的初心和使命。習近平總書記指出，大學是立德樹人、培養人才的地方，是青年人學習知識、增長才干、放飛夢想的地方。青年一代有理想、有本領、有擔當，國家就有前途，民族就有希望。培養擔當民族復興大任的時代新人，是當前高校一切工作的出發點和落腳點，是新時代高等教育的戰略任務。

習近平總書記強調，要把思想政治工作貫穿教育教學的全過程，這就明確要求不能只將思想政治教育全部放在思想政治理論課程，而是應該將其置于每一門課程，在每一門課程中落實立德樹人任務，實現全方位育人。工科課程思政要有效發揮課堂育人的作用，堅持立德樹人，把社會主義核心價值觀融入教書育人全過程，將學科和課程內化為立德樹人的重要資源，幫助學生樹立正確的思想政治觀念，養成科學的辯證唯物主義思想方法，提升專業素養與職業素養。

進入新時代，堅持中國特色社會主義教育發展道路，堅持社會主義辦學方向，培養德智體美勞全面發展的社會主義建設者和接班人，是教育工作者特別是高等教育工作者的根本任務，也是國家現階段根本的需求。培養學生德智體美勞全面發展，其本質就是立德樹人，這是教育事業發展必須始終牢牢抓住的根本。國無德不興，人無德不立。育人之本，在于立德鑄魂。立德樹人首先要在堅定理想信念上下功夫，在厚植愛國主義情懷上下功夫，教育引導學生樹立共產主義遠大理想和中國特色社會主義共同理想，增強“四個自信”。“立德樹人”是高校的靈魂和使命，它揭示了教育的本質，是對教育本質的最新認識。黨的十八大把立德樹人作為教育的根本任務，無疑是對教育如何培養人這一本質的新認識。立德樹人也揭示了德育在人的全面發展中的突出地位，同時揭示了道德發展與人的全面發展的辯證關系，強調德性成長是人的全面發展的根本保障，體現了黨對教育規律的深刻認識。

一、工科課程思政理念

華東理工大學資源循環科學與工程是國家級特色專業，類屬化學工程與技術一級學科，是全國首批設置的10個資源循環科學與工程專業之一。2011年，經教育部、財政部批準，為第七批高等學校特色專業建設點;2015年，入選教育部首批“專業綜合改革試點”項目;2016年，建成華東理工大學唯一國家級大學生省外實踐教學基地;2018年，入選教育部首批“新工科”研究與實踐項目;2019年，入選國家級一流本科專業建設。工程流體力學是資源循環科學與工程專業的核心課程之一，主要通過課程學習使學生獲得工程流體力學的基本理論和技術方法，并能運用所學的方程和方法解決工程實際中有關流體力學的問題。

以前認為大學思想政治教育主要在思想政治課程中體現，在理工科課程中主要教授相關理工科的理論、原理和方法，沒有深入挖掘課程中的思想政治元素[1]。實際上，理工科課程蘊含著豐富的思想政治素材，教師要結合講授內容挖掘課程內容和課程思政的結合點，實現工科課程思政潤物細無聲，在潛移默化中達到立德樹人的目的。同時，要把思想政治工作貫穿教育教學全過程，實現全程育人、全方位育人，工科課程教師要通過言傳身教幫助學生樹立正確的世界觀、價值觀、人生觀。大學教師作為學生的領路人，其個人修養、道德品質在德育中顯得極其重要。這就要求教師必須以身作則，以正確的思想啟迪學生思考，以高尚的情操感染學生跟隨，以優良的行為引導學生上進，在教育教學過程中時刻牢記自己所擁有的巨大的、潛移默化的教育力量，影響著學生成長。同時，要有理想信念、有道德情操、有扎實學識、有仁愛之心，要堅持教書和育人相統一，言傳和身教相統一，潛心問道和關注社會相統一，學術自由和學術規范相統一，要做學生錘煉品格的引路人，做學生學習知識的引路人，做學生創新思維的引路人，做學生奉獻祖國的引路人[2]。

二、課程內容和課程思政相結合

工程流體力學是資源循環科學與工程的核心課程，其邏輯思維性強，可以有效培養學生的思維能力，形成唯物主義辯證法思維。例如，量綱分析法是指導流體實驗的理論基礎，該方法可以將物理量之間復雜的函數關系式轉換成無量綱準數，如雷諾數[3]。無量綱準數可以避開物理量大小及單位的限制，使其更能反映某種物理現象和過程在一定條件下必然發生、發展和變化的規律，反映了各個物理量之間的內在聯系。

流體力學包含大量公式和定理，是科學先驅們通過潛心研究和不懈奮斗總結出來的智慧結晶。在講授科學原理的同時穿插介紹科學家的研究事跡和科學精神，教育學生在科學研究的過程中要有艱苦奮斗、不畏艱難永攀高峰的精神。例如講授理想流體流動歐拉方程時，讓學生了解經典流體力學奠基人、瑞士科學家歐拉，他在28歲因工作勞累右眼失明，34歲由于成就斐然出任柏林科學院院士，59歲在雙目失明后仍然憑借頑強的毅力口述完成400篇論文。他的成果涉及數學、力學的各個領域，歐拉積分、歐拉數、歐拉方程均以他的名字命名[4]。

在課程講授過程中，可結合流體發展史，培養學生的民族自豪感以及愛國主義情感。例如，4000多年前大禹治水，他率領民眾改“堵”為“疏”治理中原地區的水患，體現出我國古代應用流體力學解決實際工程問題的智慧。其“三過家門而不入”的典故折射出古代先賢大公無私的奉獻精神和敬業精神，值得學生學習[5]。還有公元前256年，李冰父子修建都江堰水利工程，科學地解決了江水自動分流、自動排沙、控制水流量等問題，消除了岷江水患，不僅使成都平原成為“天府之國”“魚米之鄉”，而且都江堰是世界上僅存的、目前仍在發揮作用的無壩取水工程。在講解湍流理論的時候，可以介紹我國著名科學家周培源，其主要貢獻體現在愛因斯坦廣義相對論中的引力論和流體力學中的湍流理論，奠定了湍流模式理論的基礎[6]。周培源將其一生都奉獻給了科學事業。他早生華發，50歲右耳失聰，但是沒有被這些困難所嚇倒，依然堅持湍流理論研究。89歲時，他的相對論、引力論研究有重大進展，91歲時他又招收了博士研究生，想在研究領域有新的突破。

另外，從教學內容上看，流體力學的大部分理論起源于西方社會，如納維斯托克斯方程、牛頓內摩擦定律、歐拉方程、伯努利方程、普朗特邊界層理論等，這些理論都來源于其背后科學偉人孜孜不倦、無關名利的巨大付出，他們追求真知的科學精神和態度值得學生學習[7]。同時，也要讓學生認識到只有少數流體力學理論是由中國人提出的，其他研究領域有待國人去奮斗、去填補。在課堂上，重點介紹我國卓越的流體力學專家的成長和成就，以此激發學生的奮斗精神。比如我國著名的空氣動力學家錢學森，在求學路上堅持奮斗，他先后獲航空工程碩士學位和航空、數學博士學位。1938年7月至1955年8月，錢學森在美國從事空氣動力學、固體力學和火箭、導彈等領域研究，并與導師共同完成高速空氣動力學問題研究課題，建立了卡門-錢學森公式，在28歲時就成為世界知名的空氣動力學家。錢學森于1955年沖破重重阻撓回到中國。他不斷推出科研成果，被譽為“中國航天之父”“中國導彈之父”。由于錢學森回國效力，中國導彈、原子彈的發射至少向前推進20年[8]。

三、CFD發展與課程思政相結合

除了流體研究歷史上的科學巨匠，近代流體力學的發展也有很多思想政治元素，比如近些年發展的計算流體力學，其英語全稱為“Computational Fluid Dynamics”（CFD）。CFD是近代流體力學、數值數學和計算機科學結合的產物，是一門具有強大生命力的交叉科學。它是將流體力學控制方程中的積分、微分項近似地表示為離散的代數形式，使其成為代數方程組，然后通過計算機求解這些離散的代數方程組，獲得離散的時間/空間點上的數值解。

CFD軟件通常指商業化的CFD程序，具有良好的人機交互界面，能夠讓使用者無須精通CFD相關理論就能夠解決實際問題。這是目前國際上一個強有力的研究領域，是進行傳熱、傳質、動量傳遞及燃燒、多相流和化學反應研究的核心和重要技術，廣泛應用于航天設計、汽車設計、生物醫學、化工處理、渦輪機設計、半導體設計等諸多工程領域。

CFD在最近20年中得到了飛速的發展，其中計算機硬件的發展給它提供了堅實的技術基礎。例如由于問題的復雜性，既無法做分析解，也因費用昂貴而無力進行實驗確定，而CFD的方法具有成本低和能模擬較復雜或較理想的過程等優點。經過一定考核的CFD軟件可以拓寬實驗研究的范圍，減少成本昂貴的實驗工作量。在給定的參數下，用計算機對現象進行一次數值模擬相當于進行一次實驗。歷史上也有過首先由CFD數值模擬發現新現象而后由實驗予以證實的例子。CFD軟件一般都能推出多種優化的物理模型，如定常和非定常流動、層流、紊流、不可壓縮和可壓縮流動、傳熱、化學反應等。對每一種物理問題的流動特點都有適合它的數值解法，用戶可對顯式或隱式差分格式進行選擇，以期在計算速度、穩定性和精度等方面達到最佳。CFD軟件之間可以方便地進行數值交換，并采用統一的前后處理工具，這就省卻了科研工作者在計算機方法、編程、前后處理等方面投入的重復和低效的勞動，而可以將主要精力和智慧用于物理問題本身的探索上。

目前比較主流的CFD軟件有Fluent、CFX、Phoenics、Star-CD、Comsol、Flow-3D、Adina、Abaqus、PowerFLOW，但是以上商業軟件的版權都屬于國外。目前，中國自主知識產權的計算流體力學的數值模擬軟件在國際上還沒有競爭力，無法和這些國際主流軟件競爭。在課堂上，經常將計算流體力學領域現狀講給學生聽，鼓勵學生為創立我國自主知識產權的CFD軟件而努力，使我國在計算流體力學領域能夠占有一席之地。

經過精心設計和組織，將以上課程思政和課程內容以及流體力學研究現狀緊密結合，可形成完整的工程流體力學課程思政教學方案，并在每一次上課時融合相關的思想政治內容，實現課程思政全程貫穿課程教學，實現全員、全程、全課程育人，以取得良好的效果。

參考文獻

[1]黃新穎，高正陽，孫芳.理工科課程思政建設理論與實踐研究[J].華北電力大學學報（社會科學版），2020（6）：128-132.

[2]付靜，徐加放，李愛華，等.工程流體力學課程思政的探索與思考[J].教育教學論壇，2020（22）：60-61.

[3]許波，黃琪嵩，朱慶明，等.《工程流體力學》課程思政教育的探索與實踐[J].科技視界，2020（30）：32-34.

[4]伍勇，譚帥，魏文韞.工程流體力學課程思政內容設計與實踐[J].教育教學論壇，2020（52）：55-56.

[5]孫優善，張長平，黃超，等.思政教育融入流體力學課程教學的路徑探索[J].創新創業理論研究與實踐，2020（3）：152-153.

[6]黃粉蓮，雷基林，畢玉華，等.面向車輛工程專業的“工程流體力學”課程思政探索與實踐[J].科教導刊，2020（31）：101-105.

[7]閆小康.高校《工程流體力學》課程教學中的思政建設[J].高教學刊，2020（36）：185-188.

[8]姜未汀，李琦芬，翁建華，等《工程流體力學》重點核心課程建設初探[J].教育教學論壇，2019（52）：201-202.

Exploration of Curriculum Ideological and Political Education in Engineering Fluid Mechanics Course

SUN Ze1， 2， YANG Xiao-bo2， XU Yan-xia1， LIU Cheng-lin1， SONG Xing-fu1

（1.School of Resources and Environmental Engineering， East China University of Science and Technology， Shanghai 200237， China; 2. School of Chemistry and Chemical Engineering， Qinghai Minzu University， Xining， Qinghai 810007， China）

Abstract： Education is an important cornerstone of national rejuvenation and social progress， and building morality and cultivating students is the primary task of education. Curriculum ideological and political education is a strategic measure to implement this task. Most of Engineering Fluid Mechanics are theorems， principles and formulas expressed by numbers， and there are few elements of ideological and political education. However， if we dig carefully， we will find that the researchers of these theorems and formulas are scientific giants who struggle hard and climb the peak. They are typical elements of ideological and political education for students. On the premise of following the law of curriculum teaching and the law of ideological and political education， the rational implementation of classroom ideological and political education is a necessary way to help students master the law of things’ development and establish a correct world outlook， outlook on life and values. At the same time， combined with the national conditions， the perfect combination of ideological and political education and curriculum content can be realized so that in the curriculum ideological and political education we may moisten things silently， imperceptibly educate students， and realize the training goal of the all-round development of students’ morality， intelligence， physique， beauty and labor.

Key words： Engineering Fluid Mechanics; curriculum ideological and political education; resource recycling science and engineering

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