新工科背景下的“流體力學”課程思政教育探索與研究

[摘 要] 思想政治教育是落實國家立德樹人根本任務的重要教育方式，通過將思政元素融入課程主體知識結構中，可實現協同育人的效果。以“流體力學”課程為例，該課程具有專業性強、知識點復雜、課程思政元素融入難度極大的特點，需要巧妙設計才能達到思想政治教育效果。基于此，挖掘歸納“流體力學”課程中的思政元素，設計了課程思政內容和學習目標，引導學生在學習過程中提升自身素養，塑造健康的價值觀，提高“流體力學”課程的思想政治育人成效。

[關鍵詞] 課程思政;流體力學;思政元素;教學設計

[基金項目] 2017年度西華大學校級教改項目“能源與動力工程專業國際化人才培養模式的研究與實踐”（xjjg2017082）;2017年度西華大學校級教改項目“加強流體機械自制實驗臺建設，提升本科實踐教學水平”（xjjg2017086）

[作者簡介] 衡亞光（1989-），男，四川遂寧人，工學博士，西華大學能源與動力工程學院講師，碩士生導師，主要從事流體機械及工程領域相關研究。

[中圖分類號] G420 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-9324（2022）21-0145-04 [收稿日期] 2022-02-22

課程思政的本質是立德樹人、協同育人。在當今思想政治教育背景下，高校課堂教學是思想政治教育的主渠道，這與高校專業設置密集、課程種類繁多等特殊性具有密不可分的關系。如何在各類專業課程中融入思政元素是現階段高校課程建設與改革的重點。

一、“流體力學”課程簡介

“流體力學”課程是能源動力類專業學生需要掌握的專業核心課程，西華大學該課程目前主要面向能源與動力工程、土木建筑與環境、航空航天等學院，是能源與動力工程、飛行器動力工程、水利水電工程等理工類專業的必修課程。“流體力學”課程是物理和數學的交叉學科，涉及大量微積分知識和物理現象的分析，因此除了需要扎實的高等數學知識以外，也需要熟悉多種物理術語、了解物理現象。例如流體力學中的核心方程，納維-斯托克斯方程，是由復雜的多項式構成，包括大量的高階微分項。其方程結構復雜，具有高度的抽象性，因此學生在學習過程中存在三大學習難點：（1）前期數學及物理基礎知識儲備不足，對基本推導或物理定義和概念不清;（2）難以理解復雜的方程項，如與粘性力相關的多項式;（3）學習過程出現斷點后，學生易失去后續學習的興趣。上述學習難點緣于課程的高度專業性、復雜性和抽象性，因此融入課程思政內容是本門課程改革和創新的難點。以往在學生培養過程中，教師往往只重視流體力學知識的講授，而忽略了思想政治方面的教育。然而，“流體力學”課程所面向的大量受眾學生，將來就業方向屬于國家“高精尖”領域，如航空航天業、核能工程、水利工程等。作為國家工業的核心，對相關學生開展思想政治教育其重要性不言而喻。“流體力學”課程中有大量的數學和物理知識，學生在學習過程中需要提前預習相關知識;因此，目前課程設定的32學時時長不足，在融入思政教育元素時，需要保證課程思政元素與課程主體知識的兼容性，一方面發揮課程思政教育的作用;另一方面也要與知識內容進行有機結合，達到協同育人目的。基于此，課程思政教育的元素必須仔細選取，同時對于教學內容和教學課件都需要進行巧妙設計。

二、思政教育元素挖掘與設計

（一）歷史元素

我國是世界四大文明古國之一，而與流體力學這門學科相關的歷史人物、事件、工程等，從古至今絡繹不絕。作者在長期的教學過程中，總結了一些相關資料[1-3]，可為“流體力學”課程的思想政治教育提供參考，以提升學生的歷史、文化及民族歸屬感。

1.世界級水利工程——都江堰。都江堰建立于春秋戰國時期（前256年—前251年），是世界范圍內歷史最悠久、保存最完好、一直在使用的大型水利工程。由李冰父子組織修建，建成后為當時的農業生產提供了儲水和灌溉的功能，改變了成都平原水災、旱災頻發的情況，使成都成為“天府之國”。該水利工程凝聚了我國古代人民的智慧，設計科學、布局合理，蘊含了大量流體力學的基礎知識和原理[4]。（1）魚嘴分水原理涉及河道主流線位置和過流斷面面積。李冰治水三字經提出“分四六，平潦旱”，指的就是魚嘴分水的功能。在枯水季節，水流速度慢、慣性小，流線半徑小而曲率大，流體經過魚嘴結構后，大部分水流量進入內江供灌溉使用。在洪水季節，河道流動速度快而慣性大，流線半徑大而曲率小，大部分流量進入外江被帶走，起到排洪泄水作用（如圖1所示）。（2）飛沙堰飛沙原理涉及流體力學中的“彎道螺旋流”原理，即河流在流過彎道時由橫向合力矩產生的橫向環流，是離心力和側壓力共同作用的結果。橫向環流能夠使表層低含沙水進入內江，底層高含沙水進入外江排走，避免產生泥沙淤積堵塞內江河道。李冰治水三字經提到的“深淘灘，低作堰”，指的就是飛沙堰。合理設計飛沙堰能夠同時滿足引水和排沙兩方面功能，過低無法引水，過高則無法形成橫向環流排沙。從上述案例可見，都江堰作為我國兩千多年前的水利工程運用了豐富的流體力學知識，能夠自然融入“流體力學”課程教學之中，不僅有助于學生理解課程知識點，同時也能提升學生對民族自豪感和對國家歷史的認同感。

2.當今世界最大的水力發電工程——三峽大壩。三峽大壩是我國重大水利工程，其建成后多項指標創世界之最，如綜合規模最大、年發電量世界第一、防洪效益最顯著、施工難度最大等。三峽工程涉及通航水力學、環境水力學、河流動力學等流體力學，可在教學過程中自由選取加入相關案例，提高學生對三峽工程的認識，提升學生對我國重大基礎工程的認同感及使命感。

3.戰略意義巨大的南水北調工程。南水北調工程是優化我國水資源配置，滿足不同區域需求的重大基礎性戰略工程。其建成解決了北方地區缺水問題，緩解了由于水資源短缺引起的發展受限問題，對我國整體的產業結構和經濟發展起到了戰略性調整作用，對中華民族的長遠發展意義深遠。南水北調工程同樣也與流體力學密切相關，許多現實的工程問題都需要流體力學知識進行解答。例如調水工程中使用的核心設備就是各類大型的抽水用泵，由于抽水流量巨大，這些泵類體積巨大并且多采用葉片式泵結構，其內部流動是典型的湍流場，純粹從理論分析角度講解，學生很難理解。可設計CFD（Computational Fluid Dynamics，計算流體力學）分析案例用于計算泵內部流場（如圖2所示），展示大型泵類機械內部流場的流線分布、壓力場結構及外特性性能。此外，由于南水北調工程中河流的復雜性，如黃河等河流中含有大量泥沙，因此涉及多相流的流體力學知識。通過這些思政元素的挖掘融入，使學生在學習知識過程中提高對我國大型工程的認識，增強愛國信念。

4.其他流體力學思政元素。除了上述案例以外，大禹治水改堵為疏的方式，成功治理了泛濫的水災，并且留下了三過家門而不入等傳說，不失為“流體力學”課程中的趣味知識。漢代的地下窖井技術，通過井渠法引洛水灌溉農田，解決了黃土土質較軟所引發的塌方問題，其中內含了流體靜力學知識。東漢杜詩發明的水排，通過水力產生鼓風效果，為冶煉提供氧氣，水排將水的能量轉換為機械能，替代了以往人力鼓風的方式，是我國古代的一項偉大技術發明，早于歐洲一千多年。這些課程思政元素，充分體現了我國作為文明古國所擁有的燦爛歷史，能夠潛移默化地提高學生的民族認同感和自豪感，起到協同育人的作用。

（二）愛國元素

盡管流體力學起源于16世紀文藝復興后的歐洲，但是我國并不缺乏頂尖的流體力學專家，他們在這一領域為國家做出了重大貢獻，成為“流體力學”課程思政教育的標志性人物。如我國知名的世界級空氣動力學專家錢學森，早年留學美國，師從流體力學近代名人馮·卡門，并在35歲時被聘為麻省理工學院終身教授。中華人民共和國成立后，他毅然放棄了美國的優厚待遇和社會地位，歷經美國當局非法扣押、拘禁等不公待遇，最終歷經千辛萬苦返回祖國，為研發“兩彈一星”做出了重大貢獻。中科院院士吳仲華發表的《葉輪機械三元理論》，改變了全世界對葉輪機械內部復雜流動的認識，為葉輪機械的設計做出了巨大貢獻。他早年留學美國，后來受聘于美國宇航局NASA的前身機構。朝鮮戰爭爆發后，吳仲華回到了祖國，為我國的航空事業做出了不可磨滅的貢獻。諸如此類流體力學領域內的愛國科學家不勝枚舉，均可在授課過程中加以拓展，提升學生的愛國情操。

三、課程思政教學能力培養

課程思政要求將豐富的思政教育元素融入課程學習中，而以往的教學往往只偏重知識的傳授，輕視思想政治教育，導致學生思想覺悟不高，政治素養不夠。在學習過程中，思政教育缺失，則立德樹人目標無法實現。因此，課程思政教學設計對于思想政治教育協同育人至關重要。

現有的課程思政教育模式對廣大教師提出了新的要求，授課教師必須加強政治學習，樹立正確的價值觀，才能為學生樹立榜樣。可定期參加單位舉辦的課程思政專家講座，聽取專家對于思想政治教育的講解。同時，積極參與所在黨組織舉辦的活動，加深對于國家最新政策的理解，提高自身的政治水平。網絡的普及使得通過手機、電視、電腦等渠道獲取信息的方式變得越來越簡單。以學習強國App為例，軟件每日更新大量的國內外新聞要聞，傳遞黨中央最新決策和動態，并且以學分積累的方式將學習過程記錄下來，建立完整的思想政治教育學習生態圈，成為思想政治教育學習的有力助手。此外，由于思想政治教育的特殊性，教師的綜合素質決定了課程思政講授效果。以“流體力學”課程為例，由于本門課程的專業性強，學習難度大，所以首先需要授課教師將授課內容融會貫通，做好最基本的知識講授。在此基礎上，授課教師還應對課程思政元素具有深刻理解和把握，將課程思政教育元素自然融入課程中。

結語

本文以“流體力學”課程為例，從歷史榮譽感、民族自豪感、國家認同感等方面深入挖掘了一大批課程思政元素，并對其內涵進行了剖析與設計，實現思政教育元素與“流體力學”課程專業知識的有機結合，力求在專業知識教學中融入思想政治教育，同時在思想政治教育案例中使學生體會“流體力學”課程知識，達到協同教育的目的。教學實踐結果表明，思政教育元素的融入并未影響學生的知識學習，相反，巧妙的課程思政元素設計顯著提升了課程的趣味性和學生學習積極性。此外，思政元素的融入使抽象的流體力學方程有了具體的應用案例，加深了學生對于“流體力學”課程知識點的理解。這表明合理地設置思政教育元素將有助于學生對于課程知識的掌握，同時也潛移默化地提升了學生的思想高度，達到思想政治教育的目的。

參考文獻

[1]李雪珂，吳琰杰.理工科專業基礎課程思政教育探索——以“工程流體力學”課程為例[J].科技與創新，2021（16）：81-82.

[2]李雅俠，戰洪仁，張靜，等.工科專業課程思政的探索與實踐——以工程流體力學為例[J].化工高等教育，2021，38（5）：52-55+117.

[3]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.

[4]劉玉泉，朱克勤.淺談都江堰工程中流體力學原理的運用[J].力學與實踐，2008，30（4）：102-105.

Exploration and Research on the “Curriculum Ideological and Political Education” of Fluid Mechanics Course under the Background of “Emerging Engineering Education”

HENG Ya-guang

（School of Energy and Power Engineering， Xihua University， Chengdu， Sichuan 610039， China）

Abstract： Ideological and political education is an important educational method to realize the fundamental task of “building morality and cultivating talents”. By integrating ideological and political elements into the knowledge structure of the course， the effect of collaborative education can be achieved. The paper takes the course of Fluid Mechanics as an example， which has some characteristics， such as the strong professionalism， the complex knowledge system， the difficulty in teachers’ teaching and students’ learning. Therefore， it is hard to integrate ideological and political elements into this course， and thus ingenious design is needed to achieve the goal of collaborative education. A large number of ideological and political elements related to the course of Fluid Dynamics are summarized， and the specific design for integrating ideological and political contents into the course system is proposed in order to guide students to improve their quality and shape their outlook of values in the knowledge learning process. By doing this， the effect of ideological and political education in this course can be improved.

Key words： “curriculum ideological and political education”; Fluid Mechanics; ideological and political element; teaching design