流體機械課程教學中思政元素與專業元素的融合及實踐

吳登昊，牟介剛，谷云慶

(中國計量大學 計量測試工程學院，杭州 310018)

流體機械課程是動力工程和工程熱物理學科的核心專業基礎課程之一，其主要涉及流體機械工作原理、流體機械設計及流體機械測試與控制技術等專業知識。課程對象涵蓋國民經濟的各個領域，大到三峽工程的巨型水輪發電機組、航空航天領域的渦輪泵、核電領域的反應堆冷卻劑泵、海洋工程領域的噴水推進泵及石油化工領域的大功率離心泵機組；小到人體血液輔助循環的人工心臟泵、家庭用水的增壓泵、暖通空調的循環泵及應急搶險的排澇泵等。因此，該課程具有很強的專業性和社會服務性。

流體機械專業教育屬于工程教育范疇，人們通常認為其目的在于培養特定崗位的工程技術人員，在培養方案制訂中，對于工程技術應用、實際操作技能的要求往往高于思辨和探究的科學精神、人文素養和思想道德情操，這在某種程度上限制了學科的發展和專業育人的效果。2016 年，習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上提出“培養什么樣的人、如何培養人、為誰培養人”這一根本任務。流體機械作為一門專業基礎課，其核心教學理念在于培養具有家國情懷和工程實踐能力的技術型人才。為此，幾年來教學團隊從教學理念、教學內容、教學方式與方法及實驗教學等方面不斷探索教學改革與創新，在工程素養、科學素養及人文素養的協同培養上積極實踐，力圖在“培養什么樣的人、如何培養人、為誰培養人”這一根本問題上帶來一些新的育人思路和方法。

同時，林建華教授在《工程教育的三種模式》一文中指出工程教育模式分為工程技術教育、工程科學教育和工程引領教育。我國目前現有的專業課教學模式大多數是工程技術教育，在工程科學和工程引領方面仍有待加強和突破，只有如此才能為我國從制造業大國走向制造業強國提供智力支撐。為此，在專業教學中，需要進一步拓寬學生的人文素養和學術視野，把批判性思維能力以及創新能力融入專業教育的整個過程，充分調動學校和社會資源，讓學生快速地適應并融入國家建設和民族復興的大浪潮中。

一、實現思政元素和專業元素的有機融合

作為一名教師，在剛剛開始進行課程思政教學的時候，通常會帶有一些困惑和疑慮：①如何將思政元素和專業元素相融合；②如何突出思政教育的引領、浸潤和拓展作用，使其真正做到“潤物無聲”和“點睛之筆”，而非“生搬硬湊”和“形同虛設”。該困惑的原因主要歸結于兩個方面，一方面在于教師對課程思政的認知存在一定的局限，并非在專業課上講思政，將思政元素強加在專業知識中，生搬硬湊，嚼之無味。另一方面，教師對工程教育的理解存在一定的局限，工程教育并非等同于工程技術和專業能力教育，其融合了探索未知的科學精神、振興中華的家國情懷和敢于擔當的人文情懷。為此，需要突破自我認知邊界，實現思政元素和專業元素的有機融合。下面結合相關的教學實踐環節對該問題進一步論述。

為了在整個教學過程中融入思政元素，教學團隊對教學內容、教學方式方法進行了改革。專業知識講授過程中，開展“思政”元素的挖掘和凝練。例如，在講述流體機械設計這一核心知識時，分別從三個方面有機地融入思政元素。首先以生活中的居民飲水問題為切入點，引出本次教學內容的對象以及涉及的專業知識，其包含的思政元素有飲水的民生問題；其次，借助專業理論知識講授流體機械的整體設計過程，從設計參數的定義、理論計算、二維/三維設計、數值計算與驗證和迭代優化等環節，其包含的思政元素有工業數值計算軟件的“卡脖子”技術問題，高效產品對我國“雙碳”目標影響等；最后，結合現代測試技術和制造方法，講述流體機械產品的相關測試要求，激光焊接、3D 打印技術在企業生產制造上的應用，以及產品生產制造的標準、技術規范和國際不同市場的準入標準等，其包含的思政元素有流動測試中的“卡脖子”技術，3D 打印與創新能力培養，以及國際市場競爭中的技術壁壘等。整個教學設計如圖1 所示。

圖1 流體機械設計案例中的思政元素

二、踐行思政教育的浸潤作用

為充分發揮思政教育“潤物無聲”和“鹽溶于湯”的效果，教師需要深入理解專業知識和思政教育之間的相互關系。在課堂授課時，既要保證有效地傳遞專業知識，同時，還能拓展課堂空間，通過融合思政元素，賦予專業內容新的價值內涵。為此，針對流體機械這門專業課程，專門制定了教學中的思政目標，具體見表1。思政目標主要包含四個方面：①培養學生具有胸懷祖國、服務人民的愛國精神；②培養學生具有熱愛專業、探索未知的科學精神；③培養學生具有勇攀高峰、敢為人先的創新精神；④培養學生具有追求真理、嚴謹治學的求實精神；⑤培養學生具有敬業奉獻、團結協作的協同精神。

表1 專業教學內容中的思政目標

(一)案例啟迪

結合學生的認知規律，系統講述學科的發展歷程和知識理論體系，以工程科學和人文情懷吸引學生。以國內外典型工程案例(例如三峽工程、長征五號氫氧渦輪泵研制、戰略潛艇的泵噴設備研制等)為切入點，展示關鍵核心技術、科學原理和工程創新方法，引導學生思考專業內涵以及專業技術與國家發展、民族振興的緊密關聯，激發學生專業的認同感和求知欲望，同時，培養學生的家國情懷和責任擔當。

在講述流體機械工作原理時，以流動載能介質、能量轉換定理、能量轉換機構和相似換算定理等基礎知識為主線，融入標志性科學人物事件，介紹科學家的代表性科研貢獻，例如英國科學家雷諾的雷諾實驗、荷蘭科學家伯努利的伯努利原理及我國學者吳仲華的葉輪機械三元流動理論等，分析其創新性貢獻的背后智慧和科學原理，啟發學生工程思維和創新意識，培養學生主動學習、追求真理的探求精神和科研熱情。

(二)工程創新

創新是引領發展的第一動力。習近平總書記在科學家座談會上強調：“要把原始創新能力提升擺在更加突出的位置，努力實現更多‘從0 到1’的突破。”流體機械學科作為流體機械行業科技創新的有機土壤，流體機械學生作為流體機械行業科技創新的后備力量。專業教師在專業教學上擔當培養高水平創新人才的重大使命，必須優化創新人才培養體系，為學生提供寬口徑、厚基礎的教育。專業教育要做到精深并重，注重培養學生國際視野，夯實學生創新基礎。為此，教學團隊結合學生特點，從下面兩個方面進行教學改革，以培養學生的工程創新能力。

1.交叉學科知識講授

課程知識是創新能力培養的基石。隨著科學技術的不斷發展和知識迭代的不斷加速，科技創新往往需要多學科的融合知識。因此，在課程設置上，需要在流體機械課程核心知識的基礎上，融入更多其他學科的知識。通常，流體機械這門課程涉及到的交叉知識包括：流體力學、材料力學、材料學、智能控制、制造與加工、轉子動力學、摩擦學和實驗技術等學科知識，如圖2 所示。在課程講授過程中，在圍繞教學內容規定的本學科知識外，需要通過一些具體的實例來拓展其他學科的知識。例如：在講解流體機械控制技術方面的知識時，除了為學生講授流體機械典型的電氣控制原理外。通常，需要結合當下社會針對流體機械典型應用案例所涉及的相關控制技術進行拓展。比如，針對流體機械在智慧水務系統中的應用，流體機械(二次供水機組)需要以更加智能、更加節能的方式為整個城市管網系統提供恒定的壓力。為此，在智能控制方面講授時，需要融合人工智能算法、智能感知技術等前沿知識；在節能方面，在授課內容上需要融合管網壓力的自適應學習、用戶用水習慣的建模分析等知識。通過交叉知識的講解，激發學生對這一知識領域的認知，擺脫傳統的學科思維定勢，突破傳統知識瓶頸，培養學生的創造力。

圖2 多學科知識融合

2.項目式創新實踐

項目實踐是工程創新能力培養的重要環節。在教學過程中，通過引入源于企業生產的實際項目，在學校導師和企業導師的指導下完成工程項目，運用專業知識解決實際問題。整個項目實踐總共包括以下幾個環節：①項目開發內容的確定；②項目開發計劃的制訂；③項目總體方案設計；④項目圖紙繪制和實施；⑤項目功能測試與調試；⑥項目總結。在整個項目實施階段，首先針對企業項目需求，確定項目開發內容；其次，在教師的引導下，組織學生開展小組討論，根據項目開發內容和開發進度，制訂開發計劃；再次，小組各自完成項目總體方案設計和詳細圖紙設計，并完成產品樣機的功能測試與調試；最后，在教師的引導下，進行最后的項目匯報和總結。整個過程中借助實際的工程開發案例，培養學生協同創新能力、工程設計能力及項目管理能力；同時，通過項目實施，強化學生的執行力、責任感和擔當精神，積極踐行思政教育的浸潤作用。如圖3 所示。

圖3 項目式課程實踐

三、流體機械課程教學中科學精神的培育

梁啟超指出：“有系統之真知識，叫做科學，可以教人求得有系統之真知識的方法，叫做科學精神。”作為一名工科學生，需要具備嚴謹務實的科學精神，才能更好地為祖國和人民貢獻自己的專業價值。結合時代要求和大學生成長成才需求，教學團隊認為新時代大學生科學精神的培育主要包含實事求是精神、理性批判精神、創新超越精神、追求真理精神和奉獻合作精神。

實事求是是認知世界和改造世界的關鍵。在課程教學過程中，教師在講授專業知識時，應當從客觀實際情況出發，而不是主觀臆造，以辯證唯物主義世界觀和方法論引導學生思考理論知識和科學規律。理性批判精神是培育大學生科學精神的核心所在。科學不是永恒不變的知識體系，它是一個不斷懷疑、批判謬誤、自我突破的認知過程。因此，在課堂教學中，鼓勵學生擺脫傳統僵化的思維模式，養成不唯課本、擅于懷疑、敢于批判的科學精神。創新超越精神是學生學習和工作所必須具備的基本精神。在課堂教學中，通過工程案例的引入，講述大國工程中蘊藏的創新元素。例如，以白鶴灘水電站工程為主題，向學生講述這座單機容量世界第一的水電站中的“過人之處”，包括首次采用我國自主研制的百萬千瓦級水輪發電機組，設計全球直徑最大的圓筒式尾式水調壓井，首次在300 米特高拱壩全壩使用低熱水泥混凝土，以及設計了全世界規模最大的無壓泄洪洞群等，不斷激發學生的創新精神。追求真理是透過復雜的現象去探尋事物的本質，在課堂教學中需要引導學生秉持科學求真精神，思考事物內在聯系，發現運動規律，在錯誤中總結經驗，腳踏實地，探索真知。當今社會，任何一個大工程、大科學都離不開團隊合作精神，學生要將個人奮斗融入團隊之中，形成合力，才能創造非凡。同時，需要培養學生服務祖國、服務人民的信仰和精神氣質，為中華民族偉大復興的中國夢貢獻力量。

四、結束語

水潤萬物而無聲。專業教師作為課程思政的主體，不僅要以專業的知識體系達成教書的目的，同時也要始終秉持育人的初衷。在課堂教學中不斷挖掘思政元素，潛移默化地引導學生樹立愛國之情懷、科學之精神。在教學方式方法上要積極求變創新，充分調動學生的課堂參與感，增強學生的課堂獲得感。作為一名專業教師，深感責任重大，在課程思政建設的引領下，將繼續探索流體機械課程的德育教育，在提升自身素質的同時，為培養具有良好專業素質和優秀道德品質的新時代工科人才而不懈努力。