流體力學課程思政教學設計研究

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摘要：課程思政是落實高校立德樹人根本任務的重要途徑，也是對傳統思想政治理論課的完善和補充。該文以流體力學課程為例，詳細介紹專業基礎課程教學過程中的思政元素挖掘原則。采用“線上+線下”混合教學模式開展流體力學課程思政教學設計，包含課前線上任務發布、課堂教學和課后在線考核三個環節。以流動阻力和水頭損失教學內容為例，詳述思政元素融入專業課程教學的實施細節，旨在為土木工程專業基礎課程的思政教育提供有益借鑒。

關鍵詞：課程思政；流體力學；線上線下；教學設計

思想政治理論課是落實立德樹人根本任務的主渠道和主陣地[1-2]。優質的思政課可以很好地實現立德樹人的目的，而灌輸式或教條式的思政課讓學生味同嚼蠟。高德毅[3-4]從戰略高度談論了構建高校思想政治教育課程體系，并指出課程思政是有效發揮課堂育人主渠道作用的必然選擇。韓憲洲[5]指出，課程思政建設要注重提升認知、深化實踐和完善制度等方面的關鍵問題。石書臣[6]認為，課程思政和思政課程都是高校政治工作的內在要求，但要區分二者的側重點，牢牢把握思政理論課的核心地位，并發揮其他課程的育人價值。流體力學是土木工程、道路橋梁與渡河工程、建筑環境與能源應用工程等專業的重要專業基礎課程。該課程主要講授流體靜力學、運動學、動力學的基本原理和計算方法，及其在管流、明渠流、堰流、滲流等工程中的應用，具有極強的工程應用性。河南工業大學土木工程專業的流體力學教學團隊采用“線上+線下”混合教學模式，結合學科與專業特色，將思政內涵和元素融入專業知識講授過程，通過“潤物細無聲”的方式，幫助學生樹立正確的世界觀、人生觀、價值觀，培養學生的愛國主義情感和良好的職業道德素質，弘揚工匠精神和勇于創新的精神。

1高校思政教育

高等教育工作者必須旗幟鮮明地堅持立德樹人的理念。目前，高等教育中的思政教育可分為顯性教育和隱性教育兩類。顯性思政教育主要通過學習思想政治理論開展，包含馬克思主義基本原理概論、毛澤東思想和中國特色社會主義理論體系概論、中國近現代史綱要、思想道德修養與法律基礎、形勢與政策等必修課，在高校思政教育中發揮價值引領作用。隱性思政教育通過將高校思政教育理念融入綜合素養、專業教育等課程的教學和改革環節，在知識傳授中強調主流價值引領，實現立德樹人。應推動顯性思政教育和隱性思政教育相融合，使思想政治理論教育與專業教育協調同步、相得益彰，構建全方位、全過程、全員立體化育人的高校大學生思想政治教育體系。

2流體力學課程思政元素的挖掘

課程思政教學的難點為深入挖掘課程知識體系中蘊含的思政元素。課程的發展歷史、獨特的課程思維模式、隱含在科學家背后的故事以及與課程相關的典型工程案例，都可以作為課程思政的素材。土木工程專業的流體力學課程思政元素主要包括以下幾個方面：（1）體現愛國主義情懷和民族自豪感。例如，大禹提出的“治水須順水性，水性就下，導之入海”的治水理念，正是順應了水的重力特性。蜀郡太守李冰主持修建的都江堰水利工程，是全世界迄今為止年代最久、唯一保存的以無壩引水為特征的宏大水利工程，被譽為世界水利文化的鼻祖。又如紅旗渠、三峽大壩、南水北調、港珠澳大橋等水利工程，都可以作為案例用以增強學生的民族自豪感，使學生堅信中國力量。（2）體現倫理意識和社會責任感。在講解邊界層概念與擾流阻力、有壓管流、滲流等知識時，引入橋墩沖刷破壞、塔科馬大橋垮塌、虎門大橋異常振動、波音737MAX客機失速事故、煤礦透水事故等與流體力學知識密切相關的工程案例，以增強學生的工程倫理意識和社會責任感。（3）體現愛國主義情懷。在講解第十二章氣體動力學基礎時，組織觀看人物傳記電影《錢學森》，讓學生學習老一輩愛國知識分子“初心為國、科學報國”的使命擔當，了解他們為祖國國防科技事業創建與發展及社會主義現代化建設建立的不朽功勛。在中國特色社會主義進入新時代、中國高等教育步入高質量發展階段的今天，學生依然可以從錢學森等老一輩愛國知識分子身上汲取豐厚的思想營養，學習他們的科學家精神，以及牢記初心使命、永葆奮斗精神的強大力量。

3流體力學課程思政教學設計實例

以劉鶴年編著的《流體力學》第三版“7.1流動阻力和水頭損失的分類”“7.2黏性流體的兩種流態”兩節教學內容為例，設計專業知識講授和思政教育相融合的課程教學思路（見圖2）。教學內容主要包括水頭損失分類、水頭損失的計算公式、流體運動的兩種流態、基于雷諾數的流態判定四個知識點，同時實現知識、能力、素質培養三個層次的教學目標。知識目標要求學生掌握流體水頭損失的分類、圓管沿程水頭損失計算方法、雷諾數的計算及基于雷諾數的流態判定等；能力目標為培養學生開展雷諾實驗的動手能力以及解決與流動狀態相關的復雜工程問題的能力；素質目標是培養學生的創新意識和探索能力，并對流體運動狀態的國內外最新研究成果有一定了解。流體力學課程思政教學采用“線上+線下”的混合式教學模式，包括課前線上任務點發布、課堂教學、課后在線考核三個環節。首先，在超星學習通平臺以問題的形式發布任務點，并提供雷諾實驗視頻資源、雷諾實驗虛擬仿真實驗系統及微信公眾號科普文章等資源。課堂教學時，教師利用具有顯著差異的實驗結果，引出水頭損失與流速直接相關性的問題，以吸引學生的注意力，激發學生的求知欲。隨后，通過虛擬仿真實驗教學系統再現雷諾實驗，指出流體運動存在層流和湍流兩種狀態，推定沿程水頭損失與流速關系不確定性的實質為不同流速下流體存在的兩種運動狀態。最后，在講解無量綱的雷諾數以及基于雷諾數的流態判定準則時，向學生分享《流體力學瑯琊榜：風起湍流》一文，讓學生了解林家翹先生在湍流觸發機制的理論解方面做出的突出貢獻，增強學生的民族自豪感。

3.1課前線上任務發布

依托超星學習通平臺，以問題的形式發布任務：（1）為什么輸油管道每隔幾十公里要設置加壓泵站？（2）流速在圓管沿程水頭損失計算公式中的作用是？（3）沿程水頭損失在實驗中如何測定？（4）流體的運動狀態如何可視化表征？（5）第一位解析出臨界雷諾數的科學家叫什么名字？讓學生帶著問題開展課前預習，有針對性地查閱相關資料，從而激發學生的學習興趣。以任務點的形式在超星學習通平臺共享雷諾實驗視頻資源，學生通過課前預習熟悉雷諾實驗裝置，觀察流體運動狀態由層流過渡到湍流的全過程，了解兩種流動狀態的顯著特征，進而獲得問題（3）和問題（4）的答案。以任務點的形式在超星學習通平臺共享濟南科明數碼技術股份有限公司的雷諾實驗虛擬仿真教學系統，讓學生在虛擬場景下開展雷諾實驗。虛擬場景下流動狀態直觀、立體的表現形式，使學生獲得了生動的感性認識，增加了對抽象原理的理解，增強了學習的趣味性。

3.2課堂教學

課堂教學圍繞著水頭損失分類、水頭損失的計算公式、流體運動的兩種流態、基于雷諾數的流態判定四個知識點，在教學過程中融入課程思政元素，總教學時間為90分鐘。3.2.1水頭損失分類問題（1）的答案為：流體沿程流動會產生能量損失，而增設加壓站的目的是補充這部分能量損失。以南水北調中線咽喉工程“穿黃工程”為例，在河南工業大學土木工程學院開發的流體力學明渠及有壓管流虛擬仿真教學系統上，選擇有壓管流仿真模塊開展水頭損失分類的教學，讓學生在虛擬場景下觀看因流體的流動形態和流動的邊界條件改變而產生的水頭損失分類，進而實現本節課程的第一個教學目標。通過觀察引壓管數值的變化，學習通過實驗手段測定水頭損失的方法，同時獲得課前問題（3）的答案。本知識點的教學時間為20分鐘。3.2.2水頭損失的計算公式水頭損失的計算方法為本節理論教學的第一個重要知識點，在課堂教學時采用以問題為導向的教學方法。首先，教師通過講故事的方式，詳述水利工程師達西和魏斯巴赫是如何發現圓管沿程水頭損失的計算公式的，并給出對應的解析表達式。隨后，以問題（2）為導向，引導學生通過水頭損失的解析表達式分析流速與水頭損失的關系。此時，多數學生給出的答案為沿程水頭損失與流速呈線性增加關系。最后，教師給出“在20世紀初學者發現，在流速很小時，沿程水頭損失與流速呈線性關系，而流速較大時，二者呈現平方比例關系”的不確定實驗結果，激發學生的求知欲，提高學生探究和解決問題的興趣。本知識點的教學時間為25分鐘。3.2.3雷諾實驗及雷諾數采用濟南科明數碼技術股份有限公司開發的雷諾實驗虛擬仿真教學系統開展雷諾實驗教學，學生通過觀看動畫增強對抽象的湍流狀態的感性認識，通過虛擬實驗再現了解流體性質（密度、動力黏度）、流速、管徑等因素均會影響流體的運動狀態。密度、黏性、流速和管徑這四個影響因素組合得出了整個流體力學發展史上最為重要的無量綱數雷諾數，雷諾數的大小決定了流體的運動狀態。本知識點的教學時間為20分鐘。在講授基于雷諾數的流態判定時，引導學生閱讀《流體力學瑯琊榜：風起湍流》一文，使學生了解：在雷諾發現流體的兩種流動狀態后，出現了一個困擾索末菲學派數十年之久、窮幾代人之力仍無法給出滿意解答的問題——湍流的觸發機制。這個問題讓眾多英才如鯁在喉，心結難解。直至1953年，來自中國的力學家林家翹以精妙的漸進方法計算出層流的臨界雷諾數，并被剛剛出現不久的電子計算機成功驗證。學生通過這個故事，詳細了解了流體湍流運動狀態的發現、觸發機制探索及理論層面的突破等，學習眾多科學家實事求是、嚴格要求、勇于探索的科學精神和精益求精的工匠精神。本知識點的教學時間為25分鐘。

3.3課后在線考核

課后，教師采用超星學習通平臺布置課后作業，考核學生的理論知識學習情況，進一步加深思政教育。理論知識考核以在線章節測試的形式開展，主要考查學生對水頭損失分類、雷諾數計算及基于雷諾數的流動狀態判定等知識點的掌握情況。同時，組織學生學習童秉綱、錢學森等人物的傳記，讓學生學習科學家追求真理、嚴謹治學的求實精神，以及淡泊名利、潛心研究的奉獻精神。

4結語

立德樹人是高等教育的根本任務，是當代高校的立身之本。課程思政是落實高校立德樹人根本任務的重要途徑，也是對傳統思想政治理論課的完善和補充。為了探索土木工程專業基礎課程的思政教學方法，本文以流體力學為例，依托超星學習通教學平臺、虛擬仿真實驗教學系統等技術，將現代信息化手段與專業課理論知識、課程思政元素等深度融合，提出了有效互動的“線上+線下”混合式課程思政教學模式，在專業知識講授過程中潛移默化、潤物無聲地實現價值引領，有效實現土木工程學科的育人價值。

參考文獻

[1]吳玥,李艷.高校優質思政課教師課堂教學行為案例研究及啟示[J].教學研究,2022,45(1):43-54.

[2]李雅俠,戰洪仁,張靜,等.工科專業課程思政的探索與實踐:以工程流體力學為例[J].化工高等教育,2021,38(5):52-55.

[3]高德毅,宗愛東.從思政課程到課程思政:從戰略高度構建高校思想政治教育課程體系[J].中國高等教育,2017(1):43-46.

[4]高德毅,宗愛東.課程思政:有效發揮課堂育人主渠道作用的必然選擇[J].思想理論教育導刊,2017(1):31-34.

[5]韓憲洲.深化“課程思政”建設需要著力把握的幾個關鍵問題[J].北京聯合大學學報(人文社會科學版),2019,17(2):1-6.

[6]石書臣.正確把握“課程思政”與思政課程的關系[J].思想理論教育,2018(11):57-61.

作者：曹世豪 陳俊旗 鄭德乾 王建偉 朱曉偉 單位：河南工業大學土木工程學院