“专业思政”背景下流体力学几个基本概念的再解读

魏德宸 焦园圆

【摘要】基于发展新工科及弘扬中华民族文化的时代背景，本文对流体力学课程中几个基本概念，如流动性、浸润、不浸润等结合诗词、应用等角度进行再解读。探究全方位提高学生学习兴趣、实践创新能力、工程技术创新能力的思路，提出交叉融合思政元素如诗词，把学生从枯燥繁琐的流体力学公式中解脱出来，将理论密切与生活实际相联系，创新改革应用型高校流体力学教学模式。

【关键词】新工科  中华民族文化  创新  流体力学

【中图分类号】G642;O35-4 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2021）06-0110-02

一、绪论

十八大以来提出的我国工程教育培养复合型及多学科交叉融合的新型工程技术人才改革、全面推进高校课程思政尤为重要。但是，传统的教学方法与新时代的人才发展要求存在不小偏差。

以航空为特色的滨州学院为例，在本科专业飞行器设计、飞行器制造、飞行器动力工程等专业的课程体系中，流体力学既为专业基础课程，同时又为一门涉及多专业、多领域、多学科的应用性课程。课程授课时，一般结合流体力学发展史、流体力学基础概念、流体静力学、流体动力学、流体运动学、量纲分析和相似原理、流动阻力和水头损失等章节进行讲授。流体力学的开设为大二上学期，在此之前学生必须要先学习如大学物理、高等数学、线性代数等课程，因为流体力学课程极为抽象、存在大量繁杂的公式，要求学生必须具备较强的逻辑思维，而传统课堂教学又着力于流体力学公式的理论推导，教学内容令人感觉枯燥乏味。通过往年考试成绩发现，学生普遍成绩不太理想，如表1所示。

结合上述时代背景和考试不太理想的现象，本文建议从学生的学习思维理念下手，结合概念、思政元素、生活中的现象等内容对基础概念进行细致的讲解，以激发学生对流体力学课程学习热情和信心，本文首先对流体力学第一章流体力学基础概念进行了如下课程改革：

二、将流体力学课程与思政元素的有机结合

众所周知，科学和文化是一脉相承的，它们折射了人类社会物质财富和精神财富的两个侧面，它们互相紧密依托。每个炎黄子孙都能信手拈来背诵几首古诗，这是浸润在每一个华夏炎黄子血脉里的文化基因，这些诗词中不乏古人李白、杜甫、白居易、苏轼等文豪对流体力学现象精湛的描绘。结合古诗词等文化素材对流体力学基础概念讲授，希望可以拂去我们记忆上厚重的灰尘，体会古代文人的浪漫、豪放等情怀，并借助古人的睿智装点我们今后充满希望的美好生活。倘若能让学生在学习时开动大脑将所储备的中华文明同流体力学知识点建立一定的联系，形成完整的知识体系，不仅可以在课堂中使学生调动学习积极性、加深对知识点的理解，而且能加强高校中华优秀传统文化教育，弘扬中国优秀文化，傳承中华源远流长的文明，在当今错综复杂的世界格局中提升中华民族的文化自信。

三、教学实践

本文借鉴众多优秀学者的丰富经验[1-2]，并结合自身的教学经验，对流体力学课程中流体的几个基本概念，如流动性、浸润、不浸润、表面张力等，结合中华文化与流体力学知识交叉融合再解读，旨在培养具有中华文化神韵、中国精神涵养、中华民族气质的高水平应用型新工科人才。

（一）流动性

流动性是流体的根本属性，关于流动性在课堂讲授时可从其概念、文学史上的应用、流动性的工程应用等以下三个方面解读：

1.明确流动性的概念。自然界中最常见的物质是固体、液体和气体，其中科学家们把液体和气体统称为流体。当流体受外界微小的剪切力时，会发生连续不断的变形，把此流体特有的力学现象称之为流体的流动性。

2.结合中华文化，对流动性进行进一步解读。源远流长的华夏五千年文明，浩荡悠久的中华民族历史，积淀了深厚且丰富的对流动性的运用。早在中国春秋时期，齐国军事家孙子所著的《孙子兵法·虚实篇》有此句：“兵无常势，水无常形。能因敌变化而取胜者，谓之神。”该句阐述带兵打仗需具备如流水般机动灵活的谋略，不可僵化。汉高祖刘邦过故乡徐州沛县，邀请故人共饮酒，在他酒酣时唱《大风歌》：“大风起兮云飞扬，威加海内兮归故乡，安得猛士兮守四方！”该句不仅描绘了风起云涌时的流体流动的自然景象，同时还抒发了求贤若渴的期望。唐代诗人李白所著《将进酒》：“君不见黄河之水天上来，奔流到海不复回。”诗人借汹涌奔腾的“母亲河”黄河水奔向东海的流动情形，表达对生命的珍惜，对岁月的感叹。在宋代，多次被贬至大江南北依然乐观顽强的词人苏轼在《念奴娇·赤壁怀古》写下千古名句：“大江东去浪淘尽，千古风流人物。”诗人借千百年来，所有才华横溢的英雄豪杰都淹没在时代的长河中，表达其人生态度的豁达。

3.结合诸多的工程设备及日常生活用品的制造流程，再次对流体流动性加深感悟。如螺旋式抽水机的工作原理就是通过管道内具有螺旋面的轴承的旋转，把水从螺旋面的低处传至高处从而节约成本、提高机械的效率;工地上常用的混凝土搅拌车在其滚筒内设置螺旋状的扇叶，水泥易凝固，因此搅拌车在运输混凝土的过程中通过滚筒的旋转带动扇叶的旋转搅拌水泥可防止水泥凝固，而到达目的地后则反转滚筒，利用螺旋面将混凝土排出车外;铸造金属类茶壶时，可将金属加热至熔点以上，使其由固态转化为液态，融化后的液体被倒入模具中，待金属溶液冷却凝固后再将产品从模具中取出。

（二）浸润与不浸润

在课堂授课时，可从浸润与不浸润的概念、文学史上的应用、自然现象等方面进行解读：

1.首先明确浸润与不浸润的概念，需要明确的是浸润和不浸润是一对反义词。液体和固体接触，其接触面趋向扩大且相互附着的现象被称之为浸润[3]。液体和固体接触时，它们的接触面趋于缩小且相互不能附着的现象被称为不浸润[3]。

2.其后结合古代哲学家、文人对浸润现象进行深入的理解。关于对浸润的理解，中国春秋末期思想家、教育家、儒家思想创始人孔子及其弟子在《论语·颜渊》有曰：“浸润之谮，肤受之诉，不行焉，可谓远也已矣。”该句表达的是为人处世的深奥哲学，假若能不受小人挑拨，不受流言蜚语及诽谤影响，做个内心强大、坚定信念的善者，则会成为拥有大智谋的人物。其后唐代“诗圣”杜甫在移居成都后写下《春夜喜雨》，对浸润现象进行细致而又令人欣喜的描绘：“好雨知时节，当春乃发生。随风潜入夜，润物细无声。野径云俱黑，江船火独明。晓看红湿处，花重锦官城。”诗人在成都冬去春来草长莺飞的美好时节里，借诗句刻画出春雨滋润大地万物后一派欣欣向荣、生机勃勃的意境。又有满腔热血报国无门心情郁闷之时写下“出师未捷身先死，长使英雄泪满襟”的雄浑悲壮的诗句。

3.关于不浸润现象在诗词中的应用同样也是层出不穷，如唐代大诗人白居易发出了“露似珍珠月似弓”的咏吟，秦观思念妻子吟诵出“金风玉露一相逢，便胜却人间无数”的情思。为什么露会似晶莹剔透的珍珠、似洁白无瑕清透的玉呢？科技繁荣昌盛的今天，我们可以借助现代科学设备显微镜来一探究竟，学者们发现因为植物表面被包裹着管状蜡质的精微结构所覆盖，使其拥有卓越的超疏水功能，同时在露珠表面张力的作用下，露珠在荷叶表面呈球型[4]。

（三）液体的表面性质

在流体力学中，液体与气体或液体与固体接触时存在交界面，此时液体的表面性质需要加以考虑。其中表面张力和毛细现象是该科学领域比较重要的内容。

1.表面张力。授课过程中可从表面张力的概念、影响表面张力的因素、表面张力的理解与应用等以下3个层次讲解。

（1）表面张力的概念。当液体和气体接触时，存在液体和气体的交界面。在液体内部，液体分子间的内聚力相互平衡，但是在液体与气体间的交界面上由于液体分子之间的距离比气体分子间距小，交界面处液体分子较多，液体内部形成的内聚力比交界面处稀少的气体分子对表面处液体的力大，在较大的内聚力的作用下交界面处液面收缩，在交界面上形成张紧的分子膜，表面张力既分子膜中的拉力。

（2）影响表面张力的因素：①由于表面张力是分子间内聚力不平衡所产生，因此温度升高，分子间的内聚力减小，表面张力随之减小;②添加某些有机溶剂或盐类可改变表面张力的大小，如洗碗时加入适宜的温水和洗洁精配合使用可降低表面张力。

（3）对表面张力的應用。七夕节是中国传统的情人节，相传董永和七仙女被王母娘娘拆散后，每年会在这一天由喜鹊搭桥，两人相会。相传七仙女女红技术高超，所以古时候的女孩、妇女会在七月初七这一天投针验巧，期盼针浮于水面，而针浮于水面即为表面张力现象。

2.毛细现象。授课过程中可从毛细现象的概念、毛细现象产生的原因、毛细现象的应用等以下三个层次讲解。

（1）毛细现象的概念。毛细现象指将毛细管插入液面中，液面顺着毛细管上升或下降的现象。

（2）毛细现象产生的原因。研究表明，液体同毛细管壁面接触时，液体分子间存在内聚力。同时液体与毛细管壁面存在吸附力。当内聚力大于吸附力时，液体在毛细管内下降且液面弯曲。当内聚力小于吸附力时，液面在毛细管内上升且液面弯曲。

（3）毛细现象的应用。发动机是飞行器的心脏，其内部叶片焊接部位必须光滑平顺。钎焊就利用了毛细现象使得焊接处结构平整、牢靠。

四、结语

基于我国高等教育发展新需求、国际竞争的新形势而提出的高校课程思政的改革正如火如荼地进行着，目前专业课同思政课程有机结合、相辅相成的改革还处于发展阶段，本课题初步在滨州学院航空特色的专业基础课程流体力学的基础章节部分，发掘了部分思政元素、人文元素等内容，对教学内容进行了初步的探究，旨在激活学生学习兴趣、弘扬中华文化、引导学生文理结合、学以致用。后续将在前期课堂教学改革的基础上对流体力学课程所有章节继续进行更深层次的探索，同时在备课、授课、教学效果考查的各个环节进行深入的探索，如课程开展前的知识储备等方面的问卷调查，旨在进一步提升教学质量，促进学生主动思考、主动学习，提高学生综合素养。

参考文献：

[1]王振东.诗情画意谈力学[M].北京：高等教育出版社，2008.

[2]贾书惠.漫话动力学[M].北京：高等教育出版社，2010.

[3]雷庆.液滴与疏水和超疏水固体表面作用的研究[D].北京：北京化工大学硕士论文，2015.

[4]谷翰霖，苟飞林，兰迪，刘建林.神奇的表面张力[J].功能材料信息，2013（3）：23-25.