流体动力学基础课程思政教学探索

王辉 鞠洪玲 申祖国

摘  要：高校的根本目标是立德树人，将思政教育融入专业知识教学中是实现这个目标的重要途径。“流体动力学基础”作为工学类本科专业的重要基础课程，在课程思政建设上有着迫切的需求。文章在现有流体力学课程建设的基础上，阐述以知识传授为根本、思政教育为引领的教学设计，针对教学大纲中流体力学知识点，从民族自豪感、唯物辩证科学精神、大国工匠精神和工程伦理教育四个方面进行思政元素挖掘并将其融入具体案例中，通过线上线下教学、翻转课堂、实验实践、改进考核机制等措施保障课程思政的实施，以期潜移默化地引导学生将专业知识和实验技能内化为个人素养，达到对学生知识、能力、素质的融合提升，实现智育和德育的统一。

关键词：流体动力学;思政元素;课程思政;德育

中图分类号：G420;G641     文献标识码：A     文章编号：1673-7164（2022）12-0111-05

2016年全国高校思想政治工作会议上，习近平总书记提出要坚持把立德树人作为中心环节，把思想政治工作贯穿教育教学全过程，实现全员育人、全程育人、全方位育人，努力开创我国高等教育事业发展新局面[1]。2019年，习近平总书记在学校思想政治理论课教师座谈会上提出思政课是落实立德树人根本任务的关键课程[2]。为深入贯彻落实习近平总书记关于教育的重要论述和全国教育大会精神，中宣部、教育部印发《新时代学校思想政治理论课改革创新实施方案》和《高等学校课程思政建设指导纲要》，强调把思想政治教育贯穿人才培养体系，全面推进高校课程思政建设。目前全国各高校都积极响应，对传统的教学方式做出改进，在新的课程思政教学方式设计上进行探索。

“流体动力学基础”作为一门工学类专业课程，要深挖课程中的思政元素，将思政教育和专业教学有机融合。叶丁丁等学者提出在不断发掘工程流体力学原有内容思政教育元素的同时，还应与时俱进结合时政新闻进行思政教育[3]。黄粉莲等学者提出应使用PBL（Problem Based Learning）教学方法及时将前沿成果引入课程，唤醒学生的学习兴趣，提升学生对课程思政的认同感[4]。李雅侠等学者设计了基于“线上+线下”的混合教学模式，提出在课堂教学中融入思政元素的教学点要适量、适当并以渗透的方式实现[5]。付静等学者根据OBE（Outcome-Based Education）将课程思政目标细化为数个指标点并补充到课程的教学大纲中，体现到教学设计与教学日历中，形成一套完整的课程育人体系[6]。目前流体力学课程思政教学尚处于探索阶段，存在教师缺乏思政课堂教学经验、学生缺乏对课程思政的认同感和积极性、课程思政考核机制不完善等问题。

结合团队在课程思政教学中的探索，本研究阐述了以知识传授为根本、思政教育为引领的教学设计，针对教学大纲中的流体力学知识点，从民族自豪感、唯物辩证科学精神、精益求精的大国工匠精神和工程伦理教育四个方面挖掘思政元素并将其融入具体案例中，通过线上线下教学、翻转课堂、实验实践、改进考核机制等措施保障课程思政的实施。

一、思政元素挖掘

“流体动力学基础”课程内容中包含丰富的思政元素和德育素材，只有把课程教学和思政教育有机结合在一起，才是真正成功的课程思政改革[7]。将二者融合在一起，首先要深度挖掘课程内容中所包含的思政元素，并将思政元素与课程内容有机结合，使传统的只为讲授专业知识的课堂教学转变为专业知识传授与思想政治教育并进的新型改革课堂[8]。以知识传授为基础，教师在可挖掘思政元素的知识点处加入案例分析和思政教育，以思政教育为引领，在讲授专业知识的同时进行思政教育，在讲解思政素材的同时让学生生动形象地理解专业知识，实现专业知识讲授与思政德育教育齐头并进、互相促进的良性循环。结合“流体动力学基础”课程的知识点内容，可以从以下四个方面挖掘课程思政元素：

（一）激发学生民族自豪感和科技报国情怀

在介绍流体基本概念时，通常会讲到流体与固体在面对外力时的表现不同，固体能承受拉、压、剪作用，液体只能受压，受拉和剪作用则会流动变形，这是由其内聚力不同所致。内聚力是物质内部分子相互吸引的作用，可由内聚力引出凝聚力这一元素。近代中国就是由于缺乏凝聚力，才导致国内军阀派系林立且互相攻伐不休，一盘散沙，在抵御日本侵略者的战争中节节败退，直到中国共产党广泛团结国内各方势力，凝聚爱国统一力量、建立统一战线，号召全国人民总动员，广泛发动群众，实行全面抗战路线，才能坚持十四年抗战并最终取得全面胜利。将内聚力与中国近代史结合起来，可以弘扬爱国主义精神，激励学生爱党爱国。

在讲解流体静力学和欧拉平衡微分方程时，教师可以引入“蛟龙号”潜水器的设计制造案例，深海中潜水器会受到各个方向的压力，在潜水器仿真模拟和实验分析过程中，欧拉平衡微分方程为仿真和实验提供了强有力的科学理论依据。“蛟龙号”载人潜水器创造了下潜七千米的世界纪录，是中国在流体力学应用于实际方面走在世界前沿的重要标志。

自然界中常见“卡门涡街”现象，如水流过桥墩，当旋涡脱落频率接近于桥体的固有频率时，共振响应可能会引起桥体破坏。近百年来，由共振引起的桥梁坍塌事件有很多，而我国独立建造的港珠澳大桥全长55千米，桥身整体呈S形曲线，桥墩的轴线几乎与水流方向平行，有效避免了“卡门涡街”现象引起的桥体共振，提高了桥体安全系数。港珠澳大桥创下了多项世界之最，是世界桥梁工程的典范，教师可以此激发学生的民族自豪感和科技报国的热情。

（二）提高学生从辩证唯物主义的科学角度认识、分析和解决问题的能力

流体动力学作为一門基础学科，源于自然，应用于自然，完全符合辩证唯物主义的科学规律。教师讲解流体动力学知识，就要培养学生的辩证唯物主义观念，使其学会用辩证法的科学视角去看待问题、分析问题和解决问题。

在讲述流体运动时，首先会介绍描述流体运动的两种方法——拉格朗日法和欧拉法。拉格朗日法着重描述单个流体质点的运动，欧拉法则侧重描述整个流体域，从全局描述流动本质。从这个知识点可以引申出大局观这一元素。看待问题不仅要看局部，更要从全局出发，抓住主要矛盾和矛盾的主要方面，避免在林林总总、纷纭多变的乱象中迷失方向、舍本逐末。今天，面对世界百年未有之大变局，分析形势必须坚持正确的大局观，把握时代脉搏，把当今世界的风云变幻看准、看清、看透。只要胸中有全局、有大局，就不会人云亦云、亦步亦趋、随风起舞，就能“任凭风浪起，稳坐钓鱼船”。

相似理论和量纲分析法是指导实验的理论基础，是通过实验探索流动规律的重要方法。量纲分析常用的有瑞利法和π定理，它们都是通过对流动中有关物理量的量纲进行分析，使物理关系中变量数最少化，避开物理量大小及单位的限制，将物理量之间复杂的函数关系式转换成无量纲量之间的关系式，反映了物理规律的内在本质联系。为了使模型和原型流动完全相似，需要同时满足几何相似和各独立的相似准则。但事实上这是很困难的，一般只能近似相似，所以就要保证对流动起主要作用的力相似，这就是模型相似律的选择原则。在讲解这个知识点的过程中，教师可以潜移默化地培养学生“抓住主要矛盾，解决关键问题”的自然辩证法思维。

（三）培养学生精益求精的大国工匠精神

学习自然学科，就要有锲而不舍的钻研精神和严谨的学习态度，从事机械行业，更要有精益求精的工匠精神。

粘性流体的运动可以分为层流和湍流两种流态，前者是定向有规则的运动，后者是脉动无规则的混杂运动。在汽车等交通工具高速行驶中，车身以及凸出部件会扰乱气流的流动特性，形成复杂的湍流，这是不规则物体引起的绕流运动，是车辆行驶阻力和气动噪声的主要来源。从汽车问世到现在汽车、飞机、高速动车组的大量使用，对减少空气阻力和气动噪声的需求也越来越迫切。在教学过程中，教师应引导学生思考汽车车身、外后视镜、赛车空套和高铁挡风玻璃等在设计过程中，如何优化造型，减少空气阻力，降低湍流的绕流运动引起的气动噪声，提高乘坐舒适性。

当粘性流体以大雷诺数流过固体时，在被绕流物体表面附近厚度很小且流动具有很大法向速度梯度和旋度的流体区域是边界层。曲面边界上，边界层从物体表面分离会造成负压区域，产生很大的压差阻力。边界层分离现象会使飞机机翼阻力增大，升力骤减。在飞机机翼的设计过程中，可以不断优化机翼流线外形、增大机翼攻角等，减缓机翼的边界层分离，从而提高飞机飞行效率。

（四）强化学生工程伦理教育

随着社会进步，节能减排、保护环境成为共识，变成当代科技进步的重要课题，很多节能减排相关的措施受到重视。

质量守恒、动量守恒和能量守恒是描述流体流动的三大定律。由三大定律结合流体的具体边界条件，引申出研究流体运动的连续性方程、欧拉运动微分方程、纳维—斯托克斯方程和伯努利方程。流体运动所遵循的物理定律以数学方程的形式表达出来是从理论上解决实际问题的第一步。高铁在驶入隧道时，气流和压力剧烈变化，产生瞬变压力和微压波，瞬变压力

会造成列车的剧烈振动，微压波会在隧道出口产生空爆噪音。在高铁隧道的建设中，基于流动控制方程进行的隧道模型仿真模拟，对隧道中气流和压力的形成、传播和空间分布进行预测，设计缓冲结构，从而优化隧道构造，提高舒适度，减弱出口噪声，保护环境。

流体微团无旋，则平面流动有势，这种流动被称为平面势流。均匀流、点源、点汇和点涡引起的流动都是基本的平面势流。平面势流可以叠加形成复杂的流动，比如點汇和点涡叠加的螺旋波。在旋风燃烧室、离心式喷油嘴中，流体自外沿圆周切向进入，又从中央不断流出，这样的流动可以近似为点汇和点涡的叠加。通过对进排气道和燃烧室内气体流动的研究，不断优化进排气道和燃烧室形状，增加热效率，提高燃油经济性，可达到节能减排的效果。

根据以上分析，结合“流体动力学基础”课程的知识点内容，挖掘课程思政元素如表1所示。

二、实施方法

融合课程思政的“流体动力学基础”教学实施方法如图1所示。在思政元素设计的基础上，高校可以学生的知识、能力和素质培养为目标，采用“线上线下”混合教学、翻转课堂讨论、强化实验实践环节与优化考核机制等措施保证思政的实施与效果。

（一）“线上线下”混合教学提高课堂效率

流体动力学内容较多、理论性强、公式繁杂，仅靠课堂教学很难达到预期的效果。为提高学生在课堂上对重难点的掌握程度，教师可利用QQ群、雨课堂等线上教学平台发布课前预习任务，使学生提前熟悉课堂内容，熟悉课程思政相关的具体案例。在课堂教学过程中，教师要注意教学内容与实际物理过程相结合，合理利用多媒体资源[9]，将流体运动过程生动形象地展现给学生，帮助学生直观理解深奥晦涩的流体力学理论知识。例如学习“卡门涡街”现象、绕流运动等内容时，播放一些自然界中的“卡门涡街”现象和绕流运动以及相关实验视频，引发学生对流体理论知识和自然现象联系的思考。在此基础上，教师可介绍“卡门涡街”现象在国家伟大工程方面的应用，让学生感受中华民族从古至今在国家建设和改造自然方面的卓越成就，激发学生的民族自豪感，培养学生精益求精的工匠精神和为祖国建设努力奉献的责任感。遇到复杂的公式推导时，教师要通过课件、板书等多种方式将推导过程展示给学生，结合课前的预习任务，让学生深刻理解公式每一项的具体含义，使其更好地掌握公式及其推导过程。在推导讲解过程中引入一些具体案例，如高铁隧道的设计，明确隧道设计中流体力学控制方程的应用，进行模拟优化减小噪音和列车振动，使学生明白推导公式不是目的，学以致用才是最终目标，培养学生分析、解决问题的能力和保护生态环境的工程伦理素质，让学生基于对具体知识点的理解，主动关联思政元素，结合具体思政案例从上述四方面实现思政引领。同时，教师可于课后在线发布复习任务和课后习题，督促学生复习巩固课堂内容，加深对课堂知识的理解和运用。

（二）翻转课堂鼓励学生自主思政

课堂上单纯由教师引导的思政，对学生来讲也许会比较生硬，教师可借助翻转课堂的形式，让学生通过查阅资料在课堂上进行案例分享式的课程思政。在讲解完相关知识点后，教师可给学生布置分组任务，以小组为单位就讲授的知识点结合课前资料查阅，分享实际案例，总结知识点如何运用于实际，流体知识又在其中发挥了怎样的具体作用，并从国家、社会、行业及哲学角度分析其意义。每个小组选出代表在课堂上向全体学生汇报展示并进行集体讨论交流，让不同的思维撞击，产生更多科学上的可能性。通过思政案例的总结汇报交流，帮助学生加深课堂知识的理解记忆，让学生发现理论与实际的关联性，增强学生学以致用、解决工程问题的能力，了解所学理论知识对行业、社会、国家等的作用，为毕业后走上岗位建设国家奠定基础。

（三）重视实验环节加强社会实践

2021年全国政协十三届四次会议指出，思政课不仅应该在课堂上讲，也应在社会生活中讲，要善用“大思政课”，一定要跟现实结合起来。实践是最好的学习，学习是为了更好地实践。流体力学中有很多经典的实验，如雷诺实验、伯努利方程实验等，合理安排让学生亲自动手实验，熟悉实验步骤和要点，仔细观察自己和同学的实验结果，相互对比并和课本内容进行印证，分析差异原因，探求解决办法，在实验中加深对理论知识的理解，锻炼实事求是、精益求精的工匠精神。在介绍绕流运动、边界层分离等理论知识点时，教师可让学生进行汽车尾翼、桥梁桥墩、机翼升力等工程项目的CFD分析，培养学生从辩证唯物主义的科学角度认识、分析和解决实际工程问题的能力，为进入行业参加工作积累经验;鼓励学生参加社会实践，搜集资料，了解流体力学相关行业的发展动态和先进技术，明确社会、行业的人才需求状况，形成调研报告，促使学生尽快学习必备技能，在实践中锻炼相应能力和加强知识储备，为后续工作学习尽早做好准备。

（四）优化考核机制

在大力提倡教学改革的今天，以往为了考试而学习的应试教学模式已不适用，为配合多方面发展、注重专业能力培养和加强思政教育的需要，高校必须改变以往的考核机制，在全新的考核机制中，增加课程思政内容的考核，降低卷面考试成绩的占比，增加实验实践环节、课堂讨论和知识点思政报告的成绩比重。本课程实施的各环节考核占比如表2所示。考卷题型要多样化，不仅考查课程知识点本身，也要重视知识点关联的思政元素（见表1）的考核;增加运用理论知识解决实际工程问题的考查题目，加入学生对流体知识在国家、社会、行业、自身意义方面的思考题目，题型多样，题目开放，让学生在答题过程中更多地思考每一个知识点的运用及意义。同时，高校应多元化、全方位地对学生的课程学习进行评价，从评测机制上提高学生主动学习、积极探索的兴趣和动力，培养学生自主解决工程问题的能力。

三、结语

青年人的价值观深刻影响着未来社会的价值观，而青年时期又处于价值观形成和确立的时期，所以必须抓好这个时期价值观的培养。“流体动力学基础”课程中蕴含着丰富的思政教育资源，本研究从培养学生的爱国情怀、唯物主义科学观、工匠精神、工程伦理的思政目标出发，對专业课程知识点进行思政元素提炼并将其融入具体案例中，采用线上线下教学、翻转课堂、强化实验实践、优化考核机制的教学方法提高授课效率和激发学生对课程思政学习的认同感和积极性，寓价值观引导于知识传授之中，不仅能让学生学好专业知识，同时也能引导学生成长为德才兼备、全面发展的合格的社会主义建设者。

参考文献：

[1] 佚名. 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[J]. 实践（思想理论版），2017（02）：30-31.

[2] 佚名. 习近平：用新时代中国特色社会主义思想铸魂育人 贯彻党的教育方针落实立德树人根本任务[J]. 旗帜，2019（04）：5-7.

[3] 叶丁丁，黄云，叶建，等. 以思政目标引领的工程流体力学课程思政教学探索[J]. 教育教学论坛， 2021（38）：79-82.

[4] 黄粉莲，雷基林，毕玉华，等. 面向车辆工程专业的“工程流体力学”课程思政探索与实践[J]. 科教导刊（上旬刊）， 2020（31）：101-102+105.

[5] 李雅侠，战洪仁，张静，等. 工科专业课程思政的探索与实践——以工程流体力学为例[J]. 化工高等教育，2021，38（05）： 52- 55+117.

[6] 付静，徐加放，李爱华，等. 工程流体力学课程思政的探索与思考[J]. 教育教学论坛，2020（22）：60-61.

[7] 高德毅，宗爱东. 从思政课程到课程思政：从战略高度构建高校思想政治教育课程体系[J]. 中国高等教育，2017（01）：43-46.

[8] 石丽艳. 关于构建高校课程思政协同育人机制的思考[J]. 学校党建与思想教育，2018（05）：41-43.

[9] 吴月齐. 试论高校推进“课程思政”的三个着力点[J]. 学校党建与思想教育， 2018（01）：67-69.

（责任编辑：陈华康）