高等流体力学示范课建设与实践

马立山 杨国丽 贾利云 任佳

摘  要：研究生课程体系建设是提升研究生教育质量的重要保障，示范课建设是课程体系建设的重要内容。文章以河北建筑工程学院“高等流体力学”示范课程建设为例，介绍了关于课程目标、课程思政、教学理念、教学内容与教学资源、教学团队等方面的做法与思考。并从对示范课建设的重要性出发，考虑工科研究生学情的特色，介绍了省级示范课建设过程中的经验和案例，尤其是加大了对课程思政方面的思考，以期为高校专业课程建设过程中相关问题的解决策略提供一定的参考。

关键词：高等流体力学；示范课；课程思政；教学方式

中图分类号：G642    文献标识码：A    文章编号：1673-7164（2023）14-0118-04

研究生教育位于国民教育体系的顶层，是国家科技创新体系的重要组成部分。在创新型国家建设、一流学科建设和创新人才培养大背景下，研究生培养的每一环节、课程体系建设和课程建设，对研究生发现问题、分析问题、解决问题以及创新能力培养都起着至关重要的作用。课程体系中每门课的定位、课程内容、不同课程间的相互关系，更重要的是在研究生培养过程（尤其是在学位论文研究）中发挥的作用，是课程体系建设和课程建设应重点思考的问题。研究生示范课程建设是打造金课程的重要手段，具有示范引领作用。本研究以河北建筑工程学院“高等流体力学”为例，介绍示范课程建设与实践，本课程为河北省研究生示范建设课程。

一、学情分析

流体力学是力学的分支，主要研究流体宏观运动规律。对于一般工科专业来说，高等流体力学是研究生阶段开设的一门技术基础课，是在本科工程流体力学（或水力学）一维流动分析法基础上，以三维流动为目标研究流体宏观运动规律的科学。

该课程目标是培养研究生具备发现、分析、解决实际工程流体运动问题的能力，能分析流动特征对工程特征问题的影响，能掌握理论分析方法和解决工程流体流动问题的手段。课程具有理论性强的特点，对数学、物理、力学基础学科知识要求很高，课程内容涉及很多数理推导环节，其中多元微积分、矢量分析、张量分析、数理方程求解对普通工科研究生来说是必须面对的，也是令人十分头痛的。描述三维流体运动规律的Navier-Stokes（N-S）方程和描述湍流运动的雷诺方程是高阶、非线性偏微分方程组，除一些简单问题外，一般都无解析解，是经典科学体系的难题。在教学中，课程侧重理论教学，主要教学内容是繁多的公式推导和经典问题的求解，学生对大量的数学公式推导易感到乏味，很难通过所建理论方程组得到解析解，对如何利用所学理论知识解决实际问题仍存在疑惑，这种情况也会使得课程脱离实际，进一步降低了学生的学习积极性［1］。

二、示范课程建设方案

（一）加强课程思政建设

研究生教育的核心任务是育人。立德树人是高校教师的根本任务，是教书与育人的重要环节，教师通过课程教育引导广大青年学生树立正确的世界观、人生观和价值观，实现知识和育人双目标，从课程知识点中挖掘课程思政元素，将思政元素润物无声地融入课程中，培植爱国主义情怀，传承学术思想，引导正确学术志向，鼓励学术创新，树立科学道德，培育职业道德、责任担当意识、国家整体安全观、社会主义道德观，培养社会主义合格的建设者和接班人。

（二）课程目标建设

依据市政工程及供热、供燃气、通风与空调工程人才培养和河北建筑工程学院办学定位，高等流体力学示范课课程目标主要包含四方面内容：

第一，掌握描述流体流运动的基本概念、基本方法、基本理论的知识目标。

第二，能利用基本理论分析流体运动规律，能计算流体输送过程中的流速、流量、压强和能量损失，通过实验锻炼现象观察、动手和实际操作能力，具有分析、解决工程问题的创新能力以及终身学习能力。

第三，培养科学精神、敬业精神和职业道德，成为具有工程责任意识、社会责任意识、责任担当意识的高级技术人才的素质目标。

第四，将“立德树人”“三全育人”融入课程教学中，将课程知识点与民族发展史、国家重大工程、重大事件、英雄事迹等相联系，树立学生的民族自豪感，树立国家安全观的课程思政目标［2］。

（三）教学理念建设

在教学中始终贯彻OBE教学理念，以学生为中心，尊重学生的主体地位，以目标为导向，引导学生发现问题，鼓励学生提出问题，激发学生参与课程学习的积极性，打破老师讲学生听的沉闷课堂氛围；引导学生建立前后知识点的联系，让学生学会自主分析问题和解决问题。

三、示范课建设内容

（一）课程思想内容与元素挖掘

1. 教师自身修养建设

教师是实施“立德树人”的主体，教师的德、行对学生正确三观树立所起的作用至关重要，一名具有良好德行的教师对学生的影响是长久且刻骨铭心的。习近平总书记多次对教师自身修养建设提出了要求，2021年他在清华大学考察时进一步强调，“教师要成为大先生，做学生为学、为事、为人的示范，促进学生成长为全面发展的人”。2022年4月25日，习近平总书记考察中国人民大学时深刻指出，“老师应该有言为士则、行为世范的自觉，不断提高自身道德修养，以模范行为影响和带动学生，做学生为学、为事、为人的大先生”。“高等流体力学”示范课程建設，最首要的是教师个人自身修养建设，加强师德师风建设，落实好《新时代高校教师职业行为十项准则》，以“大先生”为范，以师德师风失范者为戒［3］。

2. 通过典型事例培养学生的民族自豪感和家国情怀

现代流体力学的发展在我国已经有多年的历史，如公元前的三大水利工程：都江堰、郑国渠和灵渠，不但有利于洪水的疏排，又能常年用于农田灌溉，这说明当时对流体力学中明渠流和堰流的运动规律已有了很成熟的认识，达到了极高的科学水平。再如宏大的南水北调和三峡工程，标志着我国在流体力学理论知识的工程应用方面取得了重大成就。通过从古至今的这些伟大工程，培养学生对中华民族的认同与归属感，树立文化自信和民族自豪感。通过介绍我国当代流体力学领域科学家们的事迹，激发并培养学生的家国情怀。例如我国湍流理论的奠基人周培源、著名科学家钱学森、两弹元勋郭永怀。通过这些科学家的故事，培养学生对科学的刻苦钻研精神和家国情怀［4］。

3. 培养科学辩证思维方式和科学精神

从阿基米德浮力定律到以欧拉连续介质模型为基础的流体力学建立，再从雷诺发现流体运动存在层流、湍流两种运动状态，到N-S方程和雷诺方程的建立，从湍流的统计理论到湍流的模式理论，从一维恒定流能量方程﹙伯努利方程﹚解决的工程问题到三维湍流工程问题的求解，从量纲分析到相似原理，无不体现科学辩证的思维方式。示范课建设就是要通过各个知识点逐渐培养学生科学辩证的思维方式，培养学生多动手、多动脑、多观察、多总结的学习习惯，使其逐步掌握科学研究的脉络，培养学生发现问题的能力以及批判思维和锲而不舍的科学精神。

4. 培养科学道德与团结协作精神

研究生教育是国家建设、科技创新的主要组成部分。随着科学技术的发展，科学道德、团结协作与分工合作精神培养在研究生教育中尤为重要。研究生阶段要求独立完成学位论文，但部分学生错误地理解为“不合作”，在科学研究遇到困难时，听不得不同意见，不与导师沟通，甚至出现违反科学道德的行为。

在示范课建设过程中，结合课程的知识点，首先让学生树立科学研究有困难，不会一帆风顺，不会想当然出科研成果的观念。例如，通过课程讲解，要让学生知道流体力学研究的难点是方程组解析解求解、湍流流动机理、工程湍流求解问题，这些问题都是世界级难题。其次，将课程难点与研究教育的特点相结合，引入自己研究生学习期间和科研工作的例子，使学生明白与同学、导师、其他老师沟通、交流的重要性，培养学生团结协作与分工合作的精神。再次，通过课程知识点，培养学生严谨的科学态度［5］。

5. 培养学生国家整体安全观与大局观、工程安全观与责任担当意识，工匠精神与创新意识

合格的建设者和接班人应有大局观和国家整体安全观，站在国家整体安全观角度看待个人承担的工作。因此，在示范课建设中，将课程知识点与国家安全联系，例如将边界层理论及绕流阻力与国家重大装备发展及国际形势变化相联系，树立国防安全观；将湍流脉动能耗及管道能量损失与国家能源安全联系，树立国家能源安全观；将污染物对流扩散与水资源安全、生态安全相联系，树立国家水资源安全与生态安全观；将涡激振荡及引起的工程灾难相联系，树立工程安全观，培养学生大局观与责任担当意识。通过流体力学经典问题、实际工程问题求解，培养学生的创新意识和工匠精神。

结合流体力学的课程内容，结合典型工程、课程相关理论内容所蕴含的哲学思想以及科学家的事迹，通过巧妙设计，以春风化雨的方式将思政教育融入课程教学，使学生学习专业知识的同时价值观也得到全面提高，还可启发学生的科学精神和家国情怀，促进学生的全面健康发展［6］。

（二）教学内容凝练及教学资源建设

流体力学是古老学科，内容丰富，不可能在几十个学时内把所有的内容全讲清楚，对于普通工科研究生来讲，也不能按流体力学专业的要求去讲。教学内容必须考虑授课对象和课程定位，也就是说要明确学生用这门课程知识解决什么问题，要达到什么要求。从知识和能力目标，要求授课对象能掌握描述流体运动规律的方法、流体运动规律，能用流动规律解决工程问题，为科学研究和继续学习奠定知识基础和必要的能力。

普通工科学生不具备流体力学专业学生的数理基础，需要在补充数理基础知识方面下一定功夫。考虑到本科流体力学（水力学）一维流动分析法解决问题的局限性，工程三维问题的现实性要求，因此，要对流体力学知识进行凝练。通过理论讲授，结合经典实验成果，应用计算流体力学的仿真模拟探索问题，最终解决常规性工程流动问题。通过理论知识和流体力学解决问题，建立科学的辩证思维方式。

（三）能力培养与锻炼

研究生教育是实施国家创新战略的主力，它要求研究生有高尚的道德情操、家国情怀和扎实的专业知识，同时也要求教师将学生的能力培养融入教学过程每一环节。在高等流体力学示范课建设中，研究生能力培养的主要做法有：将终生学习能力培养放在第一位，也就是要求有终生学习的知识基础（扎实的数理基础及应用能力）和自我学习的能力基础（自学能力）；分析、解决问题能力和科学辩证思维方式的培养与锻炼；团队协作、语言沟通和文字表达能力的训练。

（四）教学团队建设

教学团队建设是示范课建设的主要内容，教学团队是教学目标实现的基本保障。高等流体力学教学团队建设要保证课程教学质量，主要从以下几个方面考虑：

第一，组建结构合理的教学团队。在年龄结构上，将老、中、青教师结合安排；在职称结构上，教授、副教授、讲师结合；在学历结构上，博士、硕士结合。

第二，师德师风建设。河北建筑工程学院高等流体力学教学团队课程带头人曾荣获河北省优秀教师、河北省教学名师，具备良好的师德师风带头作用。

第三，教学能力的提升。教师流体力学知识的提升有一定难度，对于普通本科院校，尤其是经济不发达地区而言，引入流体力学专业的博士学位教师是非常困难的。所以在教学理论、方式研讨上，应积极参加课程思政元素挖掘与教学方法、教学能力提升的各种培训。

（五）教学模式

随着信息和现代教育技术的快速发展，一支粉笔、一套PPT，老师讲学生听的教学方式已不适应现代教学要求，改进教学模式是示范课程建设的重要内容，河北建筑工程学院示范课建设中主要做法是：落实以学生为中心的教学理念；厘清教师作用与教学手段拓展的关系；使得教学方式灵活多样；创新考核方式，以能力培养为目标。

四、结语

示范课建设是课程体系建设的重要内容，通过对课程体系中具有重要支撑作用的课程进行重点建设，以点带面，从而全面带动整个学科课程的建设，是新时代进一步提高研究生课程教学质量的新举措，是长期、逐步完善的过程，只有进行式，没有完成式，不可能一蹴而就。

在示范课建设实践过程中发现了一些影响示范课建设的成效因素。第一，部分导师和学生对知识体系建设不重视；第二，畏难情绪影响课程的学习；第三，缺乏自主学习激情；第四，知识储备与应用能力不足；第五，任课教师思维僵化，精力投入不足［7］。高等流体力学示范课建设是流体力学课程体系和研究生专业基础课程建设的重要内容，需要高水平示范课程建设，通过课程目标、课程思政、教学理念、教学内容与教学资源、教学团队、教学方式等方面的改革探索，从对示范课建设的重要性出发，考虑工科研究生学情的特色，介绍了省级示范课建设过程中的经验和案例，提升了研究生教育质量，对高校专业课程建设方面起到了较强的示范引领作用。

参考文献：

［1］ 刘中秋，李宝宽. 两段制研究型教学模式在高等流体力學中的应用［J］. 教育教学论坛，2019（11）：171-172.

［2］ 杨国丽，马立山，任佳，等. 给排水科学与工程专业水力学核心课程建设及实践研究［J］. 科技风，2022（16）：15-17.

［3］ 魏泳安. 教师要做为学、为事、为人的大先生［J］. 思想政治教育研究，2022，38（03）：1-3.

［4］ 孙优善，张长平，黄超，等. 思政教育融入流体力学课程教学的路径探索［J］. 创新创业理论研究与实践，2020，3（05）：152-153.

［5］ 程友良，薛占璞，渠江曼，等. 团队协同作用下研究生的研究性教学探索——以华北电力大学“高等工程流体力学”研究性教学为例［J］. 教育现代化，2017，4（36）：1-3.

［6］ 刘宏升，吕继组，贾明. 流体力学课程思政的探索与实践［J］. 科教文汇（上旬刊），2021（07）：90-92.

［7］ 高杰，郑群，姜玉廷. 高等流体力学研究生高水平核心课程建设探索与实践［J］. 高教学刊，2020（18）：83-86.

（责任编辑：淳洁）