高等流體力學示范課建設與實踐

馬立山 楊國麗 賈利云 任佳

摘? 要：研究生課程體系建設是提升研究生教育質量的重要保障，示范課建設是課程體系建設的重要內容。文章以河北建筑工程學院“高等流體力學”示范課程建設為例，介紹了關于課程目標、課程思政、教學理念、教學內容與教學資源、教學團隊等方面的做法與思考。并從對示范課建設的重要性出發，考慮工科研究生學情的特色，介紹了省級示范課建設過程中的經驗和案例，尤其是加大了對課程思政方面的思考，以期為高校專業課程建設過程中相關問題的解決策略提供一定的參考。

關鍵詞：高等流體力學；示范課；課程思政；教學方式

中圖分類號：G642? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1673-7164（2023）14-0118-04

研究生教育位于國民教育體系的頂層，是國家科技創新體系的重要組成部分。在創新型國家建設、一流學科建設和創新人才培養大背景下，研究生培養的每一環節、課程體系建設和課程建設，對研究生發現問題、分析問題、解決問題以及創新能力培養都起著至關重要的作用。課程體系中每門課的定位、課程內容、不同課程間的相互關系，更重要的是在研究生培養過程（尤其是在學位論文研究）中發揮的作用，是課程體系建設和課程建設應重點思考的問題。研究生示范課程建設是打造金課程的重要手段，具有示范引領作用。本研究以河北建筑工程學院“高等流體力學”為例，介紹示范課程建設與實踐，本課程為河北省研究生示范建設課程。

一、學情分析

流體力學是力學的分支，主要研究流體宏觀運動規律。對于一般工科專業來說，高等流體力學是研究生階段開設的一門技術基礎課，是在本科工程流體力學（或水力學）一維流動分析法基礎上，以三維流動為目標研究流體宏觀運動規律的科學。

該課程目標是培養研究生具備發現、分析、解決實際工程流體運動問題的能力，能分析流動特征對工程特征問題的影響，能掌握理論分析方法和解決工程流體流動問題的手段。課程具有理論性強的特點，對數學、物理、力學基礎學科知識要求很高，課程內容涉及很多數理推導環節，其中多元微積分、矢量分析、張量分析、數理方程求解對普通工科研究生來說是必須面對的，也是令人十分頭痛的。描述三維流體運動規律的Navier-Stokes（N-S）方程和描述湍流運動的雷諾方程是高階、非線性偏微分方程組，除一些簡單問題外，一般都無解析解，是經典科學體系的難題。在教學中，課程側重理論教學，主要教學內容是繁多的公式推導和經典問題的求解，學生對大量的數學公式推導易感到乏味，很難通過所建理論方程組得到解析解，對如何利用所學理論知識解決實際問題仍存在疑惑，這種情況也會使得課程脫離實際，進一步降低了學生的學習積極性［1］。

二、示范課程建設方案

（一）加強課程思政建設

研究生教育的核心任務是育人。立德樹人是高校教師的根本任務，是教書與育人的重要環節，教師通過課程教育引導廣大青年學生樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀，實現知識和育人雙目標，從課程知識點中挖掘課程思政元素，將思政元素潤物無聲地融入課程中，培植愛國主義情懷，傳承學術思想，引導正確學術志向，鼓勵學術創新，樹立科學道德，培育職業道德、責任擔當意識、國家整體安全觀、社會主義道德觀，培養社會主義合格的建設者和接班人。

（二）課程目標建設

依據市政工程及供熱、供燃氣、通風與空調工程人才培養和河北建筑工程學院辦學定位，高等流體力學示范課課程目標主要包含四方面內容：

第一，掌握描述流體流運動的基本概念、基本方法、基本理論的知識目標。

第二，能利用基本理論分析流體運動規律，能計算流體輸送過程中的流速、流量、壓強和能量損失，通過實驗鍛煉現象觀察、動手和實際操作能力，具有分析、解決工程問題的創新能力以及終身學習能力。

第三，培養科學精神、敬業精神和職業道德，成為具有工程責任意識、社會責任意識、責任擔當意識的高級技術人才的素質目標。

第四，將“立德樹人”“三全育人”融入課程教學中，將課程知識點與民族發展史、國家重大工程、重大事件、英雄事跡等相聯系，樹立學生的民族自豪感，樹立國家安全觀的課程思政目標［2］。

（三）教學理念建設

在教學中始終貫徹OBE教學理念，以學生為中心，尊重學生的主體地位，以目標為導向，引導學生發現問題，鼓勵學生提出問題，激發學生參與課程學習的積極性，打破老師講學生聽的沉悶課堂氛圍；引導學生建立前后知識點的聯系，讓學生學會自主分析問題和解決問題。

三、示范課建設內容

（一）課程思想內容與元素挖掘

1. 教師自身修養建設

教師是實施“立德樹人”的主體，教師的德、行對學生正確三觀樹立所起的作用至關重要，一名具有良好德行的教師對學生的影響是長久且刻骨銘心的。習近平總書記多次對教師自身修養建設提出了要求，2021年他在清華大學考察時進一步強調，“教師要成為大先生，做學生為學、為事、為人的示范，促進學生成長為全面發展的人”。2022年4月25日，習近平總書記考察中國人民大學時深刻指出，“老師應該有言為士則、行為世范的自覺，不斷提高自身道德修養，以模范行為影響和帶動學生，做學生為學、為事、為人的大先生”?！案叩攘黧w力學”示范課程建設，最首要的是教師個人自身修養建設，加強師德師風建設，落實好《新時代高校教師職業行為十項準則》，以“大先生”為范，以師德師風失范者為戒［3］。

2. 通過典型事例培養學生的民族自豪感和家國情懷

現代流體力學的發展在我國已經有多年的歷史，如公元前的三大水利工程：都江堰、鄭國渠和靈渠，不但有利于洪水的疏排，又能常年用于農田灌溉，這說明當時對流體力學中明渠流和堰流的運動規律已有了很成熟的認識，達到了極高的科學水平。再如宏大的南水北調和三峽工程，標志著我國在流體力學理論知識的工程應用方面取得了重大成就。通過從古至今的這些偉大工程，培養學生對中華民族的認同與歸屬感，樹立文化自信和民族自豪感。通過介紹我國當代流體力學領域科學家們的事跡，激發并培養學生的家國情懷。例如我國湍流理論的奠基人周培源、著名科學家錢學森、兩彈元勛郭永懷。通過這些科學家的故事，培養學生對科學的刻苦鉆研精神和家國情懷［4］。

3. 培養科學辯證思維方式和科學精神

從阿基米德浮力定律到以歐拉連續介質模型為基礎的流體力學建立，再從雷諾發現流體運動存在層流、湍流兩種運動狀態，到N-S方程和雷諾方程的建立，從湍流的統計理論到湍流的模式理論，從一維恒定流能量方程﹙伯努利方程﹚解決的工程問題到三維湍流工程問題的求解，從量綱分析到相似原理，無不體現科學辯證的思維方式。示范課建設就是要通過各個知識點逐漸培養學生科學辯證的思維方式，培養學生多動手、多動腦、多觀察、多總結的學習習慣，使其逐步掌握科學研究的脈絡，培養學生發現問題的能力以及批判思維和鍥而不舍的科學精神。

4. 培養科學道德與團結協作精神

研究生教育是國家建設、科技創新的主要組成部分。隨著科學技術的發展，科學道德、團結協作與分工合作精神培養在研究生教育中尤為重要。研究生階段要求獨立完成學位論文，但部分學生錯誤地理解為“不合作”，在科學研究遇到困難時，聽不得不同意見，不與導師溝通，甚至出現違反科學道德的行為。

在示范課建設過程中，結合課程的知識點，首先讓學生樹立科學研究有困難，不會一帆風順，不會想當然出科研成果的觀念。例如，通過課程講解，要讓學生知道流體力學研究的難點是方程組解析解求解、湍流流動機理、工程湍流求解問題，這些問題都是世界級難題。其次，將課程難點與研究教育的特點相結合，引入自己研究生學習期間和科研工作的例子，使學生明白與同學、導師、其他老師溝通、交流的重要性，培養學生團結協作與分工合作的精神。再次，通過課程知識點，培養學生嚴謹的科學態度［5］。

5. 培養學生國家整體安全觀與大局觀、工程安全觀與責任擔當意識，工匠精神與創新意識

合格的建設者和接班人應有大局觀和國家整體安全觀，站在國家整體安全觀角度看待個人承擔的工作。因此，在示范課建設中，將課程知識點與國家安全聯系，例如將邊界層理論及繞流阻力與國家重大裝備發展及國際形勢變化相聯系，樹立國防安全觀；將湍流脈動能耗及管道能量損失與國家能源安全聯系，樹立國家能源安全觀；將污染物對流擴散與水資源安全、生態安全相聯系，樹立國家水資源安全與生態安全觀；將渦激振蕩及引起的工程災難相聯系，樹立工程安全觀，培養學生大局觀與責任擔當意識。通過流體力學經典問題、實際工程問題求解，培養學生的創新意識和工匠精神。

結合流體力學的課程內容，結合典型工程、課程相關理論內容所蘊含的哲學思想以及科學家的事跡，通過巧妙設計，以春風化雨的方式將思政教育融入課程教學，使學生學習專業知識的同時價值觀也得到全面提高，還可啟發學生的科學精神和家國情懷，促進學生的全面健康發展［6］。

（二）教學內容凝練及教學資源建設

流體力學是古老學科，內容豐富，不可能在幾十個學時內把所有的內容全講清楚，對于普通工科研究生來講，也不能按流體力學專業的要求去講。教學內容必須考慮授課對象和課程定位，也就是說要明確學生用這門課程知識解決什么問題，要達到什么要求。從知識和能力目標，要求授課對象能掌握描述流體運動規律的方法、流體運動規律，能用流動規律解決工程問題，為科學研究和繼續學習奠定知識基礎和必要的能力。

普通工科學生不具備流體力學專業學生的數理基礎，需要在補充數理基礎知識方面下一定功夫?？紤]到本科流體力學（水力學）一維流動分析法解決問題的局限性，工程三維問題的現實性要求，因此，要對流體力學知識進行凝練。通過理論講授，結合經典實驗成果，應用計算流體力學的仿真模擬探索問題，最終解決常規性工程流動問題。通過理論知識和流體力學解決問題，建立科學的辯證思維方式。

（三）能力培養與鍛煉

研究生教育是實施國家創新戰略的主力，它要求研究生有高尚的道德情操、家國情懷和扎實的專業知識，同時也要求教師將學生的能力培養融入教學過程每一環節。在高等流體力學示范課建設中，研究生能力培養的主要做法有：將終生學習能力培養放在第一位，也就是要求有終生學習的知識基礎（扎實的數理基礎及應用能力）和自我學習的能力基礎（自學能力）；分析、解決問題能力和科學辯證思維方式的培養與鍛煉；團隊協作、語言溝通和文字表達能力的訓練。

（四）教學團隊建設

教學團隊建設是示范課建設的主要內容，教學團隊是教學目標實現的基本保障。高等流體力學教學團隊建設要保證課程教學質量，主要從以下幾個方面考慮：

第一，組建結構合理的教學團隊。在年齡結構上，將老、中、青教師結合安排；在職稱結構上，教授、副教授、講師結合；在學歷結構上，博士、碩士結合。

第二，師德師風建設。河北建筑工程學院高等流體力學教學團隊課程帶頭人曾榮獲河北省優秀教師、河北省教學名師，具備良好的師德師風帶頭作用。

第三，教學能力的提升。教師流體力學知識的提升有一定難度，對于普通本科院校，尤其是經濟不發達地區而言，引入流體力學專業的博士學位教師是非常困難的。所以在教學理論、方式研討上，應積極參加課程思政元素挖掘與教學方法、教學能力提升的各種培訓。

（五）教學模式

隨著信息和現代教育技術的快速發展，一支粉筆、一套PPT，老師講學生聽的教學方式已不適應現代教學要求，改進教學模式是示范課程建設的重要內容，河北建筑工程學院示范課建設中主要做法是：落實以學生為中心的教學理念；厘清教師作用與教學手段拓展的關系；使得教學方式靈活多樣；創新考核方式，以能力培養為目標。

四、結語

示范課建設是課程體系建設的重要內容，通過對課程體系中具有重要支撐作用的課程進行重點建設，以點帶面，從而全面帶動整個學科課程的建設，是新時代進一步提高研究生課程教學質量的新舉措，是長期、逐步完善的過程，只有進行式，沒有完成式，不可能一蹴而就。

在示范課建設實踐過程中發現了一些影響示范課建設的成效因素。第一，部分導師和學生對知識體系建設不重視；第二，畏難情緒影響課程的學習；第三，缺乏自主學習激情；第四，知識儲備與應用能力不足；第五，任課教師思維僵化，精力投入不足［7］。高等流體力學示范課建設是流體力學課程體系和研究生專業基礎課程建設的重要內容，需要高水平示范課程建設，通過課程目標、課程思政、教學理念、教學內容與教學資源、教學團隊、教學方式等方面的改革探索，從對示范課建設的重要性出發，考慮工科研究生學情的特色，介紹了省級示范課建設過程中的經驗和案例，提升了研究生教育質量，對高校專業課程建設方面起到了較強的示范引領作用。

參考文獻：

［1］ 劉中秋，李寶寬. 兩段制研究型教學模式在高等流體力學中的應用［J］. 教育教學論壇，2019（11）：171-172.

［2］ 楊國麗，馬立山，任佳，等. 給排水科學與工程專業水力學核心課程建設及實踐研究［J］. 科技風，2022（16）：15-17.

［3］ 魏泳安. 教師要做為學、為事、為人的大先生［J］. 思想政治教育研究，2022，38（03）：1-3.

［4］ 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（05）：152-153.

［5］ 程友良，薛占璞，渠江曼，等. 團隊協同作用下研究生的研究性教學探索——以華北電力大學“高等工程流體力學”研究性教學為例［J］. 教育現代化，2017，4（36）：1-3.

［6］ 劉宏升，呂繼組，賈明. 流體力學課程思政的探索與實踐［J］. 科教文匯（上旬刊），2021（07）：90-92.

［7］ 高杰，鄭群，姜玉廷. 高等流體力學研究生高水平核心課程建設探索與實踐［J］. 高教學刊，2020（18）：83-86.

（責任編輯：淳潔）