新工科背景下《工程流体力学》课程思政的教学实践

摘 要：基于知识传授、能力培养、价值塑造“三位一体”的人才培养目标，以流体的运动方程为例，探索了新工科背景下《工程流体力学》课程的思政教育，实现了教育与教学的有机统一。

关键词：新工科建设，工程流体力学，课程思政

新工科建设对中国高等教育的改革和发展发挥了示范和引领作用，培养工程能力强、综合素质高的新工科人才[1-2]成为高等教育面临的关键问题。另一方面，2016年在全国高校思想政治工作会议上强调，要把思想政治工作贯穿教育教学的全过程，实现全程育人、全方位育人[3]，这对专业课程教学提出了新要求。如何打造新工科背景下的专业课程思政，在努力培养新工科人才的同时，将德育教育贯穿于课程教学，成为专业课程教师必须深入思考的问题。

本文以《工程流体力学》中的流体运动方程为例，基于学情分析，以新工科人才培养的新要求和专业课程发挥立德树人的教育新理念为抓手，进行了课程教学思考与设计。

一、学情分析

《工程流体力学》课程本身具有理论性强、概念抽象、工程实践性强等特点，其中流体的运动方程这一内容，更是涉及了偏微分方程的推导与求解，要求学生具有扎实的物理力学、高等数学等知识作为学习基础，导致有相当一部分同学觉得这部分内容晦涩难懂，产生畏难情绪，丧失了学习兴趣。

二、课程教学的设计与实践

基于知识传授、能力培养、价值塑造“三位一体”的人才培养目标，在学情分析的基础上，从新工科人才培养要求和课程育人要求两个角度出发，进行了课程的教学设计，探索了问题驱动——课程学习——反思提升的闭环式教学模式。

教学实施路径如下：

首先是案例导入和问题驱动。以图片和视频资料为载体，选取1912年泰坦尼克号姐妹舰与巡洋舰相撞，以及2019年美国海军弹药补给舰撞伤导弹巡洋舰作为案例，引出问题：什么原因导致两艘相距较近的并行的船相撞，船吸现象指的是什么，从而引入流体的运动方程这一教学内容。

通过介绍典型工程案例，并以工程案例中隐含的科学问题作为驱动，在理论知识与工程应用间构建桥梁，激发了学生的学习兴趣，增强了学生的工程意识，适应新工科人才培养的新要求。在思政方面，在介绍典型案例时，明确指出工程活动中的实施者由于无视自然规律，不遵守岗位工作规范，付出了惨痛的代价，强调工程活动中的责任意识，强调工程人员应具备的职业素养，做到爱岗敬业。

第二阶段是课程学习，这又细分为两个层次。

第一层次主要讲授理想流体与实际流体的运动微分方程。在回顾理想流体与实际流体区别的基础上，以牛顿第二定律为出发点，通过回顾静止流体的平衡微分方程，导出理想流体的欧拉运动微分方程组，再通过引入内摩擦力，导出实际流体的Navier-Stokes运动微分方程组（以下简称N-S方程组）。教学过程由简到难，通过已学知识点的导入引发新知识点的学习，构建起不同知识点的横向联系。

在课程教学中，通过对复杂问题的分析，舍弃次要因素、抓住本质特征，实现理想流体与实际流体的过渡，体会从“特殊”到“一般”的思维历程，培养学生的数学建模能力和工程思维能力[4]。在推导获得N-S方程组后，指出N-S方程组无法获得准确的解析解。目前主要借助计算流体力学，利用数值模拟获得满足工程精度要求的近似解，并选取教师科研项目中计算流体力学的典型工程案例进行展示，使同学们了解本学科领域的国际发展趋势和研究热点，培养学生利用新知识、新技术解决问题的能力，培养学生的创新思维。在思政方面，指出Navier-Stokes运动微分方程，由Navier在1827年首次提出，经过近二十年的修正，最终于1845年由Strokes确定。通过科学家们的典型案例，引导学生学习他们严谨的科学态度，坚持不懈、勇于探索的科学精神。

由于流体运动方程的微分形式使用不方便，从工程应用角度考虑，我们更希望获得它们的积分形式，由此进入课程学习的第二层次。由于欧拉运动微分方程是一个一阶非线性偏微分方程组，只能获得特定条件下的积分形式。通过一步步地限定条件，获得了理想流体的伯努利方程。进一步地，考虑到克服粘性内摩擦力消耗的机械能，对理想流体的伯努利方程进行修正，得到实际流体的伯努利方程。

在教学过程中，对复杂问题简单化，通过条件限定让复杂问题的求解变得简单可行，体会从“复杂”到“简单”的思维历程，培养了学生的数学模型求解能力，培养了学生分析问题、灵活解决问题的工程思维能力。在思政方面，通过解释理想流体伯努利方程的物理意义，不仅加强学生对公式的理解，而且明确指出伯努利方程正是能量守恒定律的体现，让同学们体会到辩证唯物主义的核心思想。

最后就是反思提升。通过同学们的反思、总结，揭秘课程之初提出的问题，并以日常生活中乘坐地铁时为何要站在警戒线之外候车为例，让同学们运用学到的知识解释日常生活中的问题，为后续利用实际流体的伯努利方程解决工程实际问题打下良好基础，起到了很好的教学效果。

三、结束语

以知识传授、能力培养、价值塑造“三位一体”的人才培养目标为根本，通过对教学内容的设计与实践，在知识传授的同时强化了学生工程意识、工程思维能力和创新思维能力，适应新工科人才培养的新要求;挖掘课程蕴含的思政元素，将育人的价值引领内生为课程的教学内涵，使专业课程教育与思政教育同向并行，实现教育与教学的有机统一，为课程改革提供了有益探索。

参考文献：

[1]林健.面向未来的中国新工科建设[J].清华大学教育研究，2017，38（2）： 26-35.

[2]陆国栋，李拓宇.新工科建设与发展的路径思考[J].高等工程教育研究，2017，（3）： 20-26.

[3]习近平.把思想政治工作贯穿教育教学全过程 开创我国高等教育事业发展新局面[N].人民日报，2016-12-09 （11）.

[4]樊娟娟，于秀玲，潘振东.课程思政在农业院校大学物理教学中的探索——以“流体的运动”为例[J].教育现代化，2020，（27）： 185-187.

作者简介：孙会，（1974-），女，漢族，江苏省东海县，教授，博士，研究方向：计算流体力学。