高等流體力學(xué)課程思政建設(shè)實(shí)踐探索*

劉美麗 孔令真 初慶東 陳家慶 韓嚴(yán)和

北京石油化工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院 北京 102617

0 引言

高等教育改革的深入推進(jìn)，對(duì)人才培養(yǎng)，尤其是“立德樹(shù)人”方面提出了新的要求。2020 年5 月，教育部印發(fā)《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》，指出：把思想政治教育貫穿人才培養(yǎng)體系，全面推行高校課程思政建設(shè)，發(fā)揮好每門(mén)課程的育人作用，提高高校人才培養(yǎng)質(zhì)量[1]。如何結(jié)合學(xué)校辦學(xué)定位在研究生課程中融入思政元素，實(shí)現(xiàn)立德樹(shù)人根本任務(wù)是現(xiàn)階段高校各類(lèi)課程建設(shè)與改革的重點(diǎn)[2-3]。

高等流體力學(xué)是一門(mén)重要的技術(shù)學(xué)科，源于實(shí)踐應(yīng)用于實(shí)踐[4]。課程以流體力學(xué)為載體，在分析問(wèn)題中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，為后續(xù)學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)課程和從事專(zhuān)業(yè)工作打下必要的基礎(chǔ)[5]。該課程是北京石油化工學(xué)院機(jī)械工程、環(huán)境工程和能源動(dòng)力工程等學(xué)科必不可少的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，在研究生人才培養(yǎng)中起著承上啟下的關(guān)鍵作用。作為一門(mén)歷史悠久具有代表性的理工科專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，高等流體力學(xué)課程富含思政元素。本文結(jié)合流體力學(xué)知識(shí)中所蘊(yùn)含的文化理念、哲學(xué)思想、工程與自然環(huán)境的關(guān)系、合作、擔(dān)當(dāng)?shù)人颊兀诮虒W(xué)過(guò)程中巧妙地融入思政教育，在潛移默化中潤(rùn)物無(wú)聲地對(duì)學(xué)生進(jìn)行思想政治教育，為研究生的思想政治教育提供新的思路，助力培養(yǎng)更多德才兼?zhèn)涞膬?yōu)秀人才。

1 思政教育元素的挖掘與設(shè)計(jì)

相較于本科階段，研究生階段的課程具有更強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)性和實(shí)踐性，學(xué)生也具有更強(qiáng)的獨(dú)立意識(shí)以及成熟穩(wěn)定的價(jià)值觀和世界觀。因此，課程思政教育元素必須仔細(xì)選取，根據(jù)思政元素特點(diǎn)對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)活動(dòng)進(jìn)行巧妙設(shè)計(jì)。結(jié)合學(xué)生思維發(fā)展規(guī)律，設(shè)計(jì)了如圖1 所示的階段式思政教育模式：首先，堅(jiān)定學(xué)生的四個(gè)自信、發(fā)揚(yáng)歷史主動(dòng)精神；其次，提升學(xué)生的民族使命感、筑夢(mèng)職業(yè)理想；最后，培養(yǎng)學(xué)生的辯證哲學(xué)思維、樹(shù)立創(chuàng)新意識(shí)。

圖1 思政教育的三個(gè)階段

第一階段從歷史發(fā)展和偉人事跡講民族自豪和四個(gè)自信。我國(guó)是四大文明古國(guó)之一，與流體力學(xué)學(xué)科相關(guān)的歷史人物、事件和工程絡(luò)繹不絕。從春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期李冰父子修建的都江堰水利工程，到現(xiàn)代的“錢(qián)學(xué)森彈道”，都運(yùn)用了豐富的流體力學(xué)知識(shí)。都江堰水利工程基于流體力學(xué)原理，因勢(shì)利導(dǎo)，科學(xué)地解決了江水自動(dòng)分流、自動(dòng)排沙、控制進(jìn)水流量等問(wèn)題，其修建使得成都平原成為“天府之國(guó)”，是世界上僅存的、目前仍在發(fā)揮作用的無(wú)壩取水工程[5]。“錢(qián)學(xué)森彈道”可使飛行器在大氣層邊緣上層進(jìn)行“打水漂”式飛行，從而使目標(biāo)國(guó)家對(duì)這種彈道極其詭異的導(dǎo)彈幾乎無(wú)法攔截。這種奮發(fā)有為、砥礪前行的精神品質(zhì)，實(shí)事求是、守正創(chuàng)新的精神狀態(tài)，是祖國(guó)強(qiáng)大成功的根本，為新時(shí)代大學(xué)生堅(jiān)定四個(gè)自信提供了足夠底氣。

第二階段從大國(guó)重器和科技奧運(yùn)講愛(ài)國(guó)情懷和民族使命。流體力學(xué)課程直接服務(wù)航空航天、核能工程等國(guó)家高精尖領(lǐng)域，大飛機(jī)項(xiàng)目為提高航空工業(yè)水平、完善空軍裝備水平打下基礎(chǔ)；已完成例行訓(xùn)練和海上試驗(yàn)的中國(guó)海軍“遼寧艦”和“山東艦”對(duì)有效維護(hù)國(guó)家主權(quán)、安全和發(fā)展利益具有重要意義。我國(guó)速度滑冰運(yùn)動(dòng)員穿著的速滑服，經(jīng)過(guò)500多個(gè)小時(shí)的風(fēng)洞測(cè)試，有效降低了風(fēng)阻；鋼架雪車(chē)健兒穿著的高科技戰(zhàn)靴，采用仿生流體力學(xué)設(shè)計(jì)的導(dǎo)流線(xiàn)和科技材料打造的鞋底異形曲面碳板，為運(yùn)動(dòng)員起跑、滑行提供重要支撐。結(jié)合我國(guó)強(qiáng)國(guó)發(fā)展之路，強(qiáng)化學(xué)生責(zé)任與使命意識(shí)、樹(shù)立匠人精神，闡明研究生理應(yīng)擔(dān)負(fù)使命，致力于專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域中“高精尖”或“卡脖子”問(wèn)題的研究。

第三階段從量綱分析和力學(xué)之謎講辯證思維和唯物主義。三峽工程、大飛機(jī)、明渠大壩等很多都是大型裝備，全尺寸實(shí)物試驗(yàn)或直接建設(shè)所消耗的人力、財(cái)力、物力和時(shí)間巨大且風(fēng)險(xiǎn)極高。模型實(shí)驗(yàn)和計(jì)算流體力學(xué)模擬是解決上述問(wèn)題的重要手段。模型實(shí)驗(yàn)難以實(shí)現(xiàn)完全相似，一般只能近似，由此要根據(jù)不同的研究問(wèn)題抓大放小；計(jì)算流體力學(xué)模擬對(duì)從業(yè)者的數(shù)值經(jīng)驗(yàn)依賴(lài)性高，有的甚至?xí)玫藉e(cuò)誤結(jié)果。因此，要注重主觀能動(dòng)性和客觀規(guī)律的協(xié)調(diào)發(fā)展，只有發(fā)揮主觀能動(dòng)性透過(guò)現(xiàn)象把握規(guī)律，才能正確認(rèn)識(shí)和利用自然規(guī)律。通過(guò)虎門(mén)大橋渦振事件、1940 年華盛頓州塔科馬海峽大橋在大風(fēng)中倒塌事件以及船吸現(xiàn)象等為學(xué)生架設(shè)理論和實(shí)踐的橋梁，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行辯證思維與科學(xué)創(chuàng)新，培養(yǎng)研究生的大工程觀。

2 教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)

著名數(shù)學(xué)家波利亞說(shuō)，“學(xué)習(xí)任何知識(shí)的最佳途徑，都是由自己去發(fā)現(xiàn)，因?yàn)檫@種發(fā)現(xiàn)理解最深刻，也最容易掌握其中的內(nèi)在規(guī)律、性質(zhì)和聯(lián)系”。因此，在教學(xué)中要根據(jù)內(nèi)容特點(diǎn)設(shè)計(jì)不同的教學(xué)活動(dòng)，以便最大程度地啟發(fā)學(xué)生，引導(dǎo)他們自己去觀察、思考，學(xué)會(huì)建構(gòu)自我認(rèn)知結(jié)構(gòu)，提高學(xué)生對(duì)思政教育內(nèi)容的掌握、轉(zhuǎn)換和遷移能力。

2.1 研討教學(xué)：發(fā)展歷程和人物傳記

“教育的藝術(shù)不在于傳授本領(lǐng)，而在于激勵(lì)、喚醒和鼓舞”，因此，在課程教學(xué)中，人格培養(yǎng)和素質(zhì)教育與傳授知識(shí)同等重要。以流體力學(xué)發(fā)展歷程和人物傳記為主題開(kāi)展研討式教學(xué)，教師在課前根據(jù)流體力學(xué)發(fā)展階段或者流體力學(xué)人物進(jìn)行分組和確定選題，講述研討內(nèi)容、實(shí)施步驟和時(shí)間安排，引導(dǎo)學(xué)生從時(shí)代背景、人物淵源、理論觀點(diǎn)等方面準(zhǔn)備課程資料；課后研究過(guò)程中與學(xué)生及時(shí)溝通并在研究方法和觀點(diǎn)整理上提供意見(jiàn)性指導(dǎo)，提示學(xué)生必須多維度、多視角調(diào)研，才可能合情合理、有理有據(jù)地論述；課上討論以學(xué)生討論為主，教師通過(guò)“理論發(fā)展與時(shí)代聯(lián)系”“人物關(guān)系和知識(shí)邏輯”等啟發(fā)性的提示把控課堂交流質(zhì)量和速度；最后及時(shí)總結(jié)研討課以及學(xué)生思想動(dòng)態(tài)等方面的問(wèn)題，鼓勵(lì)學(xué)生思考我們能從偉人身上學(xué)到什么、自己為什么要學(xué)習(xí)。

2.2 案例教學(xué)：大國(guó)重器和科技奧運(yùn)

案例教學(xué)可以動(dòng)員學(xué)生的參與熱情，通過(guò)不同觀點(diǎn)的互相交鋒和彼此互動(dòng)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，提高判斷能力、分析能力和決策能力，特別適合具有一定實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和理論素養(yǎng)的專(zhuān)業(yè)碩士研究生。應(yīng)用BOPPPS 教學(xué)理念，以探索“蛟龍”號(hào)耐壓技術(shù)為切入點(diǎn)介紹工程背景，引入案例主題，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)強(qiáng)國(guó)APP 拓展案例知識(shí)，追溯“蛟龍”號(hào)設(shè)計(jì)師徐芑南院士和大國(guó)工匠顧秋亮技師的科研攻關(guān)歷程及人物事跡，在串聯(lián)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的同時(shí)循序漸進(jìn)地引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)我國(guó)大工程中存在的科技難題以及解決科技難題運(yùn)用的知識(shí)點(diǎn)，揭秘大國(guó)重器背后的理論知識(shí)，引發(fā)學(xué)生的科技創(chuàng)新共鳴，幫助學(xué)生建立為國(guó)而學(xué)的學(xué)習(xí)目標(biāo)。設(shè)置“揭秘科技奧運(yùn)”為題的課后作業(yè)，組織學(xué)生課后學(xué)習(xí)交流，形成教學(xué)案例素材，實(shí)現(xiàn)學(xué)生心靈的再次碰撞，提高政治素養(yǎng)、增強(qiáng)愛(ài)國(guó)熱情。

2.3 翻轉(zhuǎn)課堂：力學(xué)相似與量綱分析

注重學(xué)術(shù)素質(zhì)和實(shí)際應(yīng)用能力培養(yǎng)的翻轉(zhuǎn)課堂非常適合研究生教學(xué)。基于信息化教學(xué)資源和教學(xué)手段，以力學(xué)相似與量綱分析為主題設(shè)計(jì)了翻轉(zhuǎn)課堂，采用如圖2 所示的教學(xué)過(guò)程，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力和獨(dú)立研究能力。力學(xué)相似和模型實(shí)驗(yàn)是研究生課題研究經(jīng)常采用的研究手段，因此，易于結(jié)合課題開(kāi)展研究式教學(xué)。課前教師將慕課/微課視頻和課件等資料上傳至云班課和雨課堂，并設(shè)置相應(yīng)測(cè)試環(huán)節(jié)，以便學(xué)生通過(guò)自學(xué)在知識(shí)層面形成認(rèn)知結(jié)構(gòu)；學(xué)生課前完成學(xué)習(xí)要求，并結(jié)合研究課題提出與力學(xué)相似和模型實(shí)驗(yàn)有關(guān)的研討問(wèn)題。課堂環(huán)節(jié)以研討為主，針對(duì)學(xué)生提出的問(wèn)題，進(jìn)行面對(duì)面討論、分享觀點(diǎn)，教師主要把控課堂進(jìn)度、糾正認(rèn)知偏差。設(shè)計(jì)課程評(píng)價(jià)表，課后及時(shí)進(jìn)行總結(jié)，從問(wèn)題選擇、研討表現(xiàn)、內(nèi)容規(guī)劃、認(rèn)知理解等方面進(jìn)行學(xué)生自評(píng)/互評(píng)。教師評(píng)價(jià)增加學(xué)生延伸性思維、創(chuàng)新意識(shí)和開(kāi)放程度等思政元素。

圖2 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)過(guò)程示意圖

3 教學(xué)評(píng)價(jià)

課程思政是基于專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)、職業(yè)發(fā)展的價(jià)值觀改造，因此，不能只從課程予以評(píng)價(jià)，而需要從供給和需求雙方著手，采用如圖3 所示的學(xué)生、專(zhuān)業(yè)教師、輔導(dǎo)員和導(dǎo)師多評(píng)價(jià)主體的評(píng)價(jià)機(jī)制，將形成性和過(guò)程性考核貫穿學(xué)生成長(zhǎng)始終。學(xué)生是課程思政最直接的學(xué)習(xí)者和感受者，通過(guò)學(xué)生學(xué)習(xí)展示和自我總結(jié)，從“學(xué)習(xí)知識(shí)”和“感受歷史”兩個(gè)角度進(jìn)行評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)獲得感方面的理性評(píng)價(jià)。導(dǎo)師和導(dǎo)員是學(xué)生較長(zhǎng)時(shí)段內(nèi)行動(dòng)展現(xiàn)的觀察者和領(lǐng)航員，通過(guò)導(dǎo)師/導(dǎo)員對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)生活和課題研究甚至今后工作中的思想動(dòng)態(tài)和行為實(shí)踐進(jìn)行評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)課外持續(xù)性的實(shí)踐評(píng)價(jià)。教師是課程思政的主導(dǎo)和執(zhí)行者，既要在課程思政實(shí)施過(guò)程中對(duì)學(xué)生進(jìn)行知識(shí)能力和價(jià)值思維方面的全過(guò)程評(píng)價(jià)，又要不斷在教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法上尋找創(chuàng)新和突破，真正讓學(xué)生學(xué)有所獲、學(xué)有所感。

圖3 課程思政教與評(píng)的多元化設(shè)計(jì)

4 結(jié)束語(yǔ)

課程思政是促進(jìn)研究生教育深化改革與創(chuàng)新發(fā)展的重要組成內(nèi)容。通過(guò)積極挖掘高等流體力學(xué)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程的思政元素，結(jié)合信息化教育資源和教學(xué)手段，構(gòu)建了四個(gè)自信、民族使命和科技創(chuàng)新等方面的課程思政教學(xué)設(shè)計(jì)，力求在課程知識(shí)教學(xué)中融入思政教育，學(xué)生不僅掌握了課程知識(shí)，也培養(yǎng)了學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感、創(chuàng)新思維和探索精神，提高了學(xué)生的思政素養(yǎng)，為后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程學(xué)習(xí)打下了良好基礎(chǔ)。