航空發動機專業流體力學基礎課程思政設計

周 莉，王占學，張麗芬，史經緯，張曉博

（西北工業大學 動力與能源學院，陜西 西安 710129）

“課程思政”是高校以習近平新時代中國特色社會主義思想為指導，以習近平總書記關于教育工作的重要論述為根本遵循，落實立德樹人根本任務的重要舉措，是構建德智體美勞全面培養的教育體系和高水平人才培養體系的有效切入，也是完善全員、全程、全方位“三全育人”的重要抓手。如何利用課堂和課程這個主戰場和主要載體，提煉課程中蘊含的思政教育元素和潛藏的人生哲理，在教授專業知識的同時，引導學生從理想信念層面進行思考，幫助學生樹立正確的人生觀、價值觀和事業觀，這是每一位授課教師都應該深思且踐行的。

各高校從不同角度對如何開展思政育人、提升育人質量進行了大量的探索。朱定見在互換性與技術測量課程中搜集正能量的小故事，挖掘、開發課程的育人資源，采用項目式、案例式和問題導向式相互結合的方式進行教學，制訂了翻轉課堂教案。孫振生等將“理論-實踐-創新”三位一體教學方法應用在航空發動機原理課程教學中，根據課程特點和知識體系要求設計教學實踐環節，強化學生航空報國理念，提升創新實踐能力。閆小康以高等院校工程流體力學課程為例，探討了教學內容中思政教育素材的分類提煉，思政元素與專業知識之間的有機融合，以及具體的實施方案和措施。黃粉蓮等以工程流體力學課程的教學為例，以知識、能力、素質深度融合為目標，從重構教學體系、優化教學內容與教學活動、強化能力素質培養等方面對工程流體力學課程教學進行了思想政治育人改革。許波等通過對工程流體力學課程主要內容的梳理，在傳授課程專業知識和實驗技能的同時，對教學內容和教學目標的思政元素具體化。孫優善等通過將做人的基本道理、社會主義核心價值觀及實現民族復興的理想和責任巧妙融入課程教學中，提高思政教育的親和力。廖華英實施了“網絡+課堂+實踐”的教學模式，但發現學生的創新能力有待加強，指出課程內容的研發要與時俱進，課程內容應與學術科研緊密結合，反映學術界的最新科研成果。目前，對流體力學課程思政的研究大部分是在教學內容中加入相關流體力學發展史、科學家的故事、課程相關技術方面的中國智慧等內容，可顯著提升學生民族自豪感和家國情懷。然而，文獻中對學生創新能力、實踐能力培養等方面卻鮮有提及。

作為“現代工業皇冠上的明珠”的航空發動機，是衡量一個國家綜合科技水平、科技工業基礎實力和綜合國力的重要標志。流體力學基礎課程是航空發動機專業必不可少的核心基礎課程，航空發動機內部流動是非常復雜的三維、有粘、非定常的可壓流動，涵蓋了航空發動機專業的流體力學基礎課程的全部內容，因此，以航空發動機為對象的課程思政對提升學生愛國擔當、學習興趣、創新實踐能力等各方面具有重要的意義。本文以面向航空發動機專業的流體力學基礎課程為例，探索該課程思政教育的內容設計與實踐過程。

一、流體力學基礎課程介紹

流體力學基礎課程是西北工業大學飛行器與動力工程專業航空發動機方向的專業基礎課程，在航空宇航推進理論與工程、流體機械與工程、工程熱物理、飛行器設計、動力、能源、化工、環境等學科領域有廣泛應用。學習和掌握本門課程基本概念、基礎知識和基本理論，對于從事飛行器動力工程、航空工程的本科生是必不可少的，是學習葉輪機械原理、航空發動機原理等核心專業課程的必修先行課程，在航空發動機專業人才培養中起著承上啟下的關鍵作用。

流體力學基礎課程主要講授流體的物理屬性及流動模型、流體靜力學、流體動力學基本方程和基本概念，損失以及管道設計，理想流體多維流動基礎、不可壓縮流體平面有勢流動、粘性流體動力學等內容的基本概念，基本理論，計算方法和實驗技能。通過課堂教學、課堂討論、課后作業等教學環節，期望學生能深刻地理解流體的基本性質和基礎知識，掌握簡單靜止流體基本力學性質，靜力學平衡方程和流體內部壓強計算方法；深刻理解多維流動的基本概念、基本方程、基礎理論知識，理解掌握流體運動所遵守的基本定律：質量守恒、動量守恒、能量守恒；熟練掌握連續方程、動量方程、能量方程的各種形式（定常/非定常、一維、二維、三維）的推導過程及其所代表的物理意義。理解邊界層流動的特點及各種厚度的定義和物理意義，掌握邊界層流動微分方程和積分方程；掌握平面勢流基本解及其疊加原理;熟練掌握一維管道流動特點及其流動損失規律和計算方法。

二、流體力學基礎課程思政內容設計

理念踐行是“課程思政”的核心，立德樹人是“課程思政”的根本，全員育人是“課程思政”的保障。高校踐行“課程思政”教育理念，在具體的內容設計上可以從引導學生堅定理想信念、厚植愛國主義情懷、加強品德修養、增長知識見識、培養奮斗精神、增強綜合素養六個方面下功夫。

西北工業大學飛行器與動力工程專業的人才培養目標是以國民經濟發展和國防建設需求為牽引，以“厚基礎、寬口徑、重實踐、求創新”為原則，充分發揮國防特色的突出優勢，教學與科研緊密結合，培養適應社會主義建設需要的德、智、體全面發展的具有堅實的理論基礎，寬廣的國際化視野，較強的工程實踐能力和較寬的專業知識面，并有良好人文素養，能從事航空航天動力系統研發，能源高效利用與開發的研究和工程技術人員。

圍繞課程思政所需下功夫的六個方面，結合西北工業大學飛行器與動力工程專業的本科生培養目標，面向航空發動機專業的流體力學基礎授課將理論與實踐相結合、歷史與實際相結合、顯性教育與隱性教育相結合、共性與個性相結合，在課程教學中將社會主義核心價值觀、政治導向與專業倫理教育貫穿于教學過程中，以學生為中心，形成學生-教師學習共同體良性格局。通過教學團隊、教學項目興趣小組、學習研討等形式，充分利用網絡資源與網絡教學模式，落實思政教育，提高學生的思政育人效果。課程思政內容設計主要從以下幾個方面展開。

（一）以家國情懷為主題，實施使命教育，堅定學生信仰信念

流體力學廣泛應用于機械工程、化學工程、土木工程、生物工程、環境工程、航空航天工程、海洋工程、石油工程、能源工程等領域。航空發動機作為飛機的心臟，其內部的流場很復雜，不僅動/靜流場同時存在，同時還伴有多相流、傳熱、燃燒等現象。基于流體力學的航空發動機預測設計已發揮巨大作用，大大縮短了航空發動機的設計成本和周期。在流體力學基礎課程教學中，發揮課堂主渠道地位，圍繞學生后續專業課學習及以后科研工作對象——航空發動機展開教學，可有效加深學生對航空發動機現狀、關鍵技術及內部流動的認識，介紹目前我國航空發動機在流體力學方面的成就和研究成果，例如，基于計算流體力學預測航空發動機關鍵部件——進氣道、壓氣機、渦輪、燃燒室、尾噴管內部復雜流場的動畫視頻，直觀展示各關鍵部件的流動特征，并介紹目前航空發動機研制的現狀，鼓勵學生樹立航空報國的信念，同時與西工大人傳承“西遷精神”和國防軍工行業的“西工大現象”相結合，厚植“航空心，中國夢”的愛國主義情懷。

此外，講述我國航空發動機流體力學領域科學家們的事跡。例如，吳仲華先生為了報效祖國毅然從美國回到家鄉，從無到有一手建立起中華人民共和國的航空事業，開設了全國第一個燃氣輪機專業。五十年代初，吳仲華先生創立了國際公認的葉輪機械三元流動理論，發表了《軸流、徑流和混流式亞聲超與超聲速葉輪機械中三元流動的普通理論》論文，在國際上被稱為“吳氏通用理論”，改變了全世界對葉輪機械復雜內部流動的認識，開辟了航空機械的新篇章，廣泛地應用于先進的航空發動機的葉輪機械設計中，英國人以他的理論基礎才研發出“斯貝發動機”，美國宇航局（NASA）將他講學的錄像作為專著出版，并作為他們的培訓材料。講述我國湍流理論的奠基人周培源先生的科學報國故事，其提出了兩種求解湍流運動的方法，奠定了國際上“湍流模式理論”的基礎。通過講述這些和航空發動機相關的科學家故事，培養學生的民族自豪感，并激發學生的家國情懷。

（二）以責任擔當為靈魂，實施快樂教育，推動學生幸福人生

以航空發動機領域工程問題驅動，在教學過程中將航空發動機產生推力的原因與動量定理之間的關聯性、壓氣機為何出現流動分離及如何控制、層流葉片和層流短艙設計與層流/紊流邊界層特性關聯等融入教學，將研究背景、研究思路融入到課堂教學之中，理論與實踐密切結合，使得教學內容與航空發動機緊密相連，激發學生學習航空發動機專業的興趣、使命和責任。將學生熟悉的與航空飛機相關的事例，如珠海航展絢麗的殲-10B 矢量驗證機“眼鏡蛇機動”表演、運-20 大型運輸機、ARJ21 支線客機和C919 大型客機等具有自主知識產權的飛機首飛成功及其相關的流體力學現象融入教學，建立所學流體力學理論、公式與航空發動機的關聯性，同時通過課堂理論教學與綜合設計相結合的方式，加強思想引導，把培養航空發動機領域拔尖創新人才與強化愛國擔當相結合，讓學生深刻認識我國發展高性能、強隱身、大機動飛機所需的航空發動機這一“卡脖子”工程的重要性和迫切性，增強投身國家國防建設航空報國的責任感。

（三）以辯證唯物為主旨，實施學術教育，喚醒學生科學思維

流體力學基礎課程湍流理論復雜、公式繁多、N-S方程等理論知識難以理解，如何以學生最易理解的方式講授并使學生掌握授課過程中亟需解決的問題。航空發動機內部的流場非常復雜，不僅動/靜流場同時存在，同時還伴有多相流、傳熱、燃燒等現象，即使從物理上進行很大的簡化，模型最后仍然是三維、有粘、非定常的可壓流動模型，目前的研究基本上是在捕捉主要流動特征的基礎上，對模型進行適當的簡化。在推導N-S 方程時，從靜止流體受力出發，然后對理想流體進行推導，獲得理想流體的運動方程，讓學生認識力和運動存在的必然聯系，而后在增加流體所受粘性力的基礎上，基于理想流體運動的歐拉方程推導出N-S 方程。通過N-S 方程的推導過程，一方面讓學生建立歐拉靜平衡方程、歐拉方程和N-S 方程之間的關聯關系，其可以簡單地用牛頓第二定律來表征，從物理本質出發理解N-S 方程的物理含義，消除學生對N-S 方程的畏難心理及不理解導致的學完即忘的現象。另一方面，通過方程的推導流程及目前航空發動機內部復雜流場求解模型簡化的思路，引導學生樹立解決問題從簡單到復雜，圍繞核心關鍵問題提煉簡化模型的自然辯證法思維。以航空發動機進氣道為研究對象，將目前高性能進氣道研究現狀及其關鍵技術問題與流體力學邊界層相關的教學內容密切結合，通過進氣道邊界層的發展特征引出邊界層分離現象，并探討解決邊界層分離的機理及途徑，引導學生探索不同進氣道流動分離控制方案，并通過CFD 數值模擬或自行實驗給予驗證，鍛煉學生進行學術研究的科學思維，讓學生充分認識到課程所學科學知識與科學實踐的聯系，樹立“實踐是檢驗真理的唯一標準”的理念。

（四）以時代使命為背景，實施創新教育，提升學生創造能力

圍繞國家未來發展對人才素質能力的需求，以航空強國等國家重大戰略為基準，結合航空動力技術發展新趨勢和航空發動機國家科技重大專項的現實需求，對教學模式進行綜合設計，建立以教學和研討相結合的指導型學習系統，鼓勵并指導學生自己設計流體力學應用實驗、參加大學生創新大賽及節能減排競賽等“雙創”實踐活動，推進教育內涵式發展。通過課堂理論教學與綜合設計相結合的方式，堅持“高開放度”和“高挑戰度”，通過流體力學在航空發動機領域的綜合應用設計題目，讓學生利用所學流體力學知識，自行設計間接測量葉輪通道表面力的方案、測量附面層速度分布和附面層厚度的實驗方案等綜合應用題目；啟發式教導學生通過歐拉運動方程建立機械能守恒形式的能量方程，探討該類方程的實際約束條件；同時，以航空發動機領域實際工程問題驅動，如發動機各部件損失產生的原因及損失控制途徑等，引導學生對損失的分類、產生機理及控制方法進行探索。重引導、搭平臺、提質量，培養“未來科學家”，帶活學生的學術氛圍。結合自身科研方向、項目和實驗平臺，接納有濃厚學習興趣和創新能力的學生，建立科研見習-項目參與-學科競賽路線，促進學生獨立自主探索新方向，啟迪學生的自主學習、科學思維、創新思維，將課堂知識轉化為科研實踐，提升學生專業素質和創新能力，讓學生學習到如何將專業知識應用于專業實踐中的本領，培養學生敢于攻堅、勇于挑戰的精神和抗壓能力、團隊協作能力。

三、流體力學基礎課程思政的實施

（一）踐行“四力匯聚”的育人理念，深度發揮課程育人主渠道作用

以家國情懷為主題，實施使命教育，給學生信仰的上升力；以責任擔當為靈魂，實施快樂教育，給學生幸福的推動力；以辯證唯物為主旨，實施學術教育，給學生思維的喚醒力；以時代使命為背景，實施創新教育，給學生創造的加速力。踐行“四力匯聚”的育人理念，深度發揮課程育人主渠道作用。踐行“四力共聚”，助推學生在祖國藍天上劃過優美的人生航跡。

營造氛圍，激發學生樹立航空報國的信念，培育學生科學素養及團隊意識。通過航空發動機專業相關的課程教學、科研實踐及科研氛圍的熏陶，讓學生深刻認識到我國發展高性能、強隱身、大機動飛機所需的航空發動機這一“卡脖子”工程的重要性和迫切性。引導學生熱愛所學專業、精進所學專業，強化學生的使命意識、擔當意識和愛國情懷，使學生在潛移默化中增強科學求真和建功立業的思想。踐行團隊協作、共同進步的理念，通過深度參與科研項目的專業實踐及學科競賽等活動，讓學生充分認識到課程所學科學知識與科學實踐的聯系，學習到如何將專業知識應用于專業實踐的本領，提升學生難題攻關、團結協作、組織協調等實踐能力。

（二）創新“教”與“學”形式，構建特色型高效課堂，實施拔尖創新人才培養

通過“教”與“學”形式的創新，將航空發動機相關科研成果轉化為課程教學資源，著重培養學生的創新思維和創新能力。課程講授加強對學生的學術引導，利用“雨課堂”等互聯網智慧教學工具，以航空發動機領域工程問題驅動，將與航空發動機相關的科研內容及最新學術成果融入能力培養，通過理論學習+綜合設計題目的形式，引導學生在科研環境中參與研究性學習，啟發學生探究式學習能力，發揮科技前沿知識和科學研究方法訓練的魅力，推動課堂革命，錘煉拔尖人才，激發學生科學精神及創新意識，融知識傳授、能力培養、素質教育于一體。

結合課程教學、航空發動機專業研究方向、團隊科研項目，制定長周期的育人規劃，建立課程教學-科研見習-項目參與-學科競賽的育人路線，在課程教學的基礎上，充分依托團隊科研實驗平臺和科研項目，探索如何使本科生培養與課程教學、團隊實驗平臺建設、學科建設和創新團隊建設緊密關聯起來，形成雙核驅動（課程+團隊平臺）的“三位一體”本科生培養模式。

四、結束語

圍繞立德樹人根本任務，堅持以思想引領為先導，將思政教育融入流體力學基礎課程全過程，不僅要讓學生掌握流體力學的基本理論、方法和方程推導，而且要以航空強國等國家重大戰略為基準，服務“兩機”專項等國家重大工程，建立教學和研討相結合的指導型學習系統，結合自身科研方向、項目和實驗平臺，接納有濃厚學習興趣和創新能力的學生，建立課程教學-科研見習-項目參與-學科競賽的育人路線，強化學生的愛國擔當理想信念、艱苦奮斗意識，使學生在潛移默化中增強科學求真和建功立業的思想，啟迪學生的自主學習思維、科學思維、創新思維，提升學生創新意識和能力，培養學生敢于攻堅、勇于挑戰的精神和抗壓能力及團隊協作能力，實現價值引領、知識傳授和能力培養的統一。