新工科背景下的“流体力学”课程思政教育探索与研究

[摘 要] 思想政治教育是落实国家立德树人根本任务的重要教育方式，通过将思政元素融入课程主体知识结构中，可实现协同育人的效果。以“流体力学”课程为例，该课程具有专业性强、知识点复杂、课程思政元素融入难度极大的特点，需要巧妙设计才能达到思想政治教育效果。基于此，挖掘归纳“流体力学”课程中的思政元素，设计了课程思政内容和学习目标，引导学生在学习过程中提升自身素养，塑造健康的价值观，提高“流体力学”课程的思想政治育人成效。

[关键词] 课程思政;流体力学;思政元素;教学设计

[基金项目] 2017年度西华大学校级教改项目“能源与动力工程专业国际化人才培养模式的研究与实践”（xjjg2017082）;2017年度西华大学校级教改项目“加强流体机械自制实验台建设，提升本科实践教学水平”（xjjg2017086）

[作者简介] 衡亚光（1989-），男，四川遂宁人，工学博士，西华大学能源与动力工程学院讲师，硕士生导师，主要从事流体机械及工程领域相关研究。

[中图分类号] G420 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2022）21-0145-04 [收稿日期] 2022-02-22

课程思政的本质是立德树人、协同育人。在当今思想政治教育背景下，高校课堂教学是思想政治教育的主渠道，这与高校专业设置密集、课程种类繁多等特殊性具有密不可分的关系。如何在各类专业课程中融入思政元素是现阶段高校课程建设与改革的重点。

一、“流体力学”课程简介

“流体力学”课程是能源动力类专业学生需要掌握的专业核心课程，西华大学该课程目前主要面向能源与动力工程、土木建筑与环境、航空航天等学院，是能源与动力工程、飞行器动力工程、水利水电工程等理工类专业的必修课程。“流体力学”课程是物理和数学的交叉学科，涉及大量微积分知识和物理现象的分析，因此除了需要扎实的高等数学知识以外，也需要熟悉多种物理术语、了解物理现象。例如流体力学中的核心方程，纳维-斯托克斯方程，是由复杂的多项式构成，包括大量的高阶微分项。其方程结构复杂，具有高度的抽象性，因此学生在学习过程中存在三大学习难点：（1）前期数学及物理基础知识储备不足，对基本推导或物理定义和概念不清;（2）难以理解复杂的方程项，如与粘性力相关的多项式;（3）学习过程出现断点后，学生易失去后续学习的兴趣。上述学习难点缘于课程的高度专业性、复杂性和抽象性，因此融入课程思政内容是本门课程改革和创新的难点。以往在学生培养过程中，教师往往只重视流体力学知识的讲授，而忽略了思想政治方面的教育。然而，“流体力学”课程所面向的大量受众学生，将来就业方向属于国家“高精尖”领域，如航空航天业、核能工程、水利工程等。作为国家工业的核心，对相关学生开展思想政治教育其重要性不言而喻。“流体力学”课程中有大量的数学和物理知识，学生在学习过程中需要提前预习相关知识;因此，目前课程设定的32学时时长不足，在融入思政教育元素时，需要保证课程思政元素与课程主体知识的兼容性，一方面发挥课程思政教育的作用;另一方面也要与知识内容进行有机结合，达到协同育人目的。基于此，课程思政教育的元素必须仔细选取，同时对于教学内容和教学课件都需要进行巧妙设计。

二、思政教育元素挖掘与设计

（一）历史元素

我国是世界四大文明古国之一，而与流体力学这门学科相关的历史人物、事件、工程等，从古至今络绎不绝。作者在长期的教学过程中，总结了一些相关资料[1-3]，可为“流体力学”课程的思想政治教育提供参考，以提升学生的历史、文化及民族归属感。

1.世界级水利工程——都江堰。都江堰建立于春秋战国时期（前256年—前251年），是世界范围内历史最悠久、保存最完好、一直在使用的大型水利工程。由李冰父子组织修建，建成后为当时的农业生产提供了储水和灌溉的功能，改变了成都平原水灾、旱灾频发的情况，使成都成为“天府之国”。该水利工程凝聚了我国古代人民的智慧，设计科学、布局合理，蕴含了大量流体力学的基础知识和原理[4]。（1）鱼嘴分水原理涉及河道主流线位置和过流断面面积。李冰治水三字经提出“分四六，平潦旱”，指的就是鱼嘴分水的功能。在枯水季节，水流速度慢、惯性小，流线半径小而曲率大，流体经过鱼嘴结构后，大部分水流量进入内江供灌溉使用。在洪水季节，河道流动速度快而惯性大，流线半径大而曲率小，大部分流量進入外江被带走，起到排洪泄水作用（如图1所示）。（2）飞沙堰飞沙原理涉及流体力学中的“弯道螺旋流”原理，即河流在流过弯道时由横向合力矩产生的横向环流，是离心力和侧压力共同作用的结果。横向环流能够使表层低含沙水进入内江，底层高含沙水进入外江排走，避免产生泥沙淤积堵塞内江河道。李冰治水三字经提到的“深淘滩，低作堰”，指的就是飞沙堰。合理设计飞沙堰能够同时满足引水和排沙两方面功能，过低无法引水，过高则无法形成横向环流排沙。从上述案例可见，都江堰作为我国两千多年前的水利工程运用了丰富的流体力学知识，能够自然融入“流体力学”课程教学之中，不仅有助于学生理解课程知识点，同时也能提升学生对民族自豪感和对国家历史的认同感。

2.当今世界最大的水力发电工程——三峡大坝。三峡大坝是我国重大水利工程，其建成后多项指标创世界之最，如综合规模最大、年发电量世界第一、防洪效益最显著、施工难度最大等。三峡工程涉及通航水力学、环境水力学、河流动力学等流体力学，可在教学过程中自由选取加入相关案例，提高学生对三峡工程的认识，提升学生对我国重大基础工程的认同感及使命感。

3.战略意义巨大的南水北调工程。南水北调工程是优化我国水资源配置，满足不同区域需求的重大基础性战略工程。其建成解决了北方地区缺水问题，缓解了由于水资源短缺引起的发展受限问题，对我国整体的产业结构和经济发展起到了战略性调整作用，对中华民族的长远发展意义深远。南水北调工程同样也与流体力学密切相关，许多现实的工程问题都需要流体力学知识进行解答。例如调水工程中使用的核心设备就是各类大型的抽水用泵，由于抽水流量巨大，这些泵类体积巨大并且多采用叶片式泵结构，其内部流动是典型的湍流场，纯粹从理论分析角度讲解，学生很难理解。可设计CFD（Computational Fluid Dynamics，计算流体力学）分析案例用于计算泵内部流场（如图2所示），展示大型泵类机械内部流场的流线分布、压力场结构及外特性性能。此外，由于南水北调工程中河流的复杂性，如黄河等河流中含有大量泥沙，因此涉及多相流的流体力学知识。通过这些思政元素的挖掘融入，使学生在学习知识过程中提高对我国大型工程的认识，增强爱国信念。

4.其他流體力学思政元素。除了上述案例以外，大禹治水改堵为疏的方式，成功治理了泛滥的水灾，并且留下了三过家门而不入等传说，不失为“流体力学”课程中的趣味知识。汉代的地下窖井技术，通过井渠法引洛水灌溉农田，解决了黄土土质较软所引发的塌方问题，其中内含了流体静力学知识。东汉杜诗发明的水排，通过水力产生鼓风效果，为冶炼提供氧气，水排将水的能量转换为机械能，替代了以往人力鼓风的方式，是我国古代的一项伟大技术发明，早于欧洲一千多年。这些课程思政元素，充分体现了我国作为文明古国所拥有的灿烂历史，能够潜移默化地提高学生的民族认同感和自豪感，起到协同育人的作用。

（二）爱国元素

尽管流体力学起源于16世纪文艺复兴后的欧洲，但是我国并不缺乏顶尖的流体力学专家，他们在这一领域为国家做出了重大贡献，成为“流体力学”课程思政教育的标志性人物。如我国知名的世界级空气动力学专家钱学森，早年留学美国，师从流体力学近代名人冯·卡门，并在35岁时被聘为麻省理工学院终身教授。中华人民共和国成立后，他毅然放弃了美国的优厚待遇和社会地位，历经美国当局非法扣押、拘禁等不公待遇，最终历经千辛万苦返回祖国，为研发“两弹一星”做出了重大贡献。中科院院士吴仲华发表的《叶轮机械三元理论》，改变了全世界对叶轮机械内部复杂流动的认识，为叶轮机械的设计做出了巨大贡献。他早年留学美国，后来受聘于美国宇航局NASA的前身机构。朝鲜战争爆发后，吴仲华回到了祖国，为我国的航空事业做出了不可磨灭的贡献。诸如此类流体力学领域内的爱国科学家不胜枚举，均可在授课过程中加以拓展，提升学生的爱国情操。

三、课程思政教学能力培养

课程思政要求将丰富的思政教育元素融入课程学习中，而以往的教学往往只偏重知识的传授，轻视思想政治教育，导致学生思想觉悟不高，政治素养不够。在学习过程中，思政教育缺失，则立德树人目标无法实现。因此，课程思政教学设计对于思想政治教育协同育人至关重要。

现有的课程思政教育模式对广大教师提出了新的要求，授课教师必须加强政治学习，树立正确的价值观，才能为学生树立榜样。可定期参加单位举办的课程思政专家讲座，听取专家对于思想政治教育的讲解。同时，积极参与所在党组织举办的活动，加深对于国家最新政策的理解，提高自身的政治水平。网络的普及使得通过手机、电视、电脑等渠道获取信息的方式变得越来越简单。以学习强国App为例，软件每日更新大量的国内外新闻要闻，传递党中央最新决策和动态，并且以学分积累的方式将学习过程记录下来，建立完整的思想政治教育学习生态圈，成为思想政治教育学习的有力助手。此外，由于思想政治教育的特殊性，教师的综合素质决定了课程思政讲授效果。以“流体力学”课程为例，由于本门课程的专业性强，学习难度大，所以首先需要授课教师将授课内容融会贯通，做好最基本的知识讲授。在此基础上，授课教师还应对课程思政元素具有深刻理解和把握，将课程思政教育元素自然融入课程中。

结语

本文以“流体力学”课程为例，从历史荣誉感、民族自豪感、国家认同感等方面深入挖掘了一大批课程思政元素，并对其内涵进行了剖析与设计，实现思政教育元素与“流体力学”课程专业知识的有机结合，力求在专业知识教学中融入思想政治教育，同时在思想政治教育案例中使学生体会“流体力学”课程知识，达到协同教育的目的。教学实践结果表明，思政教育元素的融入并未影响学生的知识学习，相反，巧妙的课程思政元素设计显著提升了课程的趣味性和学生学习积极性。此外，思政元素的融入使抽象的流体力学方程有了具体的应用案例，加深了学生对于“流体力学”课程知识点的理解。这表明合理地设置思政教育元素将有助于学生对于课程知识的掌握，同时也潜移默化地提升了学生的思想高度，达到思想政治教育的目的。

参考文献

[1]李雪珂，吴琰杰.理工科专业基础课程思政教育探索——以“工程流体力学”课程为例[J].科技与创新，2021（16）：81-82.

[2]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（5）：52-55+117.

[3]伍勇，谭帅，魏文韫.工程流体力学课程思政内容设计与实践[J].教育教学论坛，2020（52）：55-56.

[4]刘玉泉，朱克勤.浅谈都江堰工程中流体力学原理的运用[J].力学与实践，2008，30（4）：102-105.

Exploration and Research on the “Curriculum Ideological and Political Education” of Fluid Mechanics Course under the Background of “Emerging Engineering Education”

HENG Ya-guang

（School of Energy and Power Engineering， Xihua University， Chengdu， Sichuan 610039， China）

Abstract： Ideological and political education is an important educational method to realize the fundamental task of “building morality and cultivating talents”. By integrating ideological and political elements into the knowledge structure of the course， the effect of collaborative education can be achieved. The paper takes the course of Fluid Mechanics as an example， which has some characteristics， such as the strong professionalism， the complex knowledge system， the difficulty in teachers’ teaching and students’ learning. Therefore， it is hard to integrate ideological and political elements into this course， and thus ingenious design is needed to achieve the goal of collaborative education. A large number of ideological and political elements related to the course of Fluid Dynamics are summarized， and the specific design for integrating ideological and political contents into the course system is proposed in order to guide students to improve their quality and shape their outlook of values in the knowledge learning process. By doing this， the effect of ideological and political education in this course can be improved.

Key words： “curriculum ideological and political education”; Fluid Mechanics; ideological and political element; teaching design