地質(zhì)工科“工程流體力學(xué)”課程思政探索與實踐

王志喬 王 瑜 周輝峰 凌 雪 呂建國

（中國地質(zhì)大學(xué)（北京）工程技術(shù)學(xué)院 北京 100083）

“新工科”是以立德樹人為引領(lǐng)主動應(yīng)對新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革的國家教育改革戰(zhàn)略選擇；提出培養(yǎng)適應(yīng)當(dāng)前國際競爭新形勢的高素質(zhì)復(fù)合型創(chuàng)新人才。在新工科建設(shè)背景下，隨著地質(zhì)類行業(yè)的轉(zhuǎn)型和相關(guān)技術(shù)的升級，地質(zhì)類高校進(jìn)入新的發(fā)展建設(shè)階段，面臨新機(jī)遇和新挑戰(zhàn)。在“厚基礎(chǔ)、寬口徑、個性培養(yǎng)”的人才培養(yǎng)模式下，為滿足新時代人才培養(yǎng)的需求，對傳統(tǒng)地質(zhì)類工科專業(yè)[1,2]（涉及地質(zhì)工程、安全工程、油氣工程、資源勘查、非常規(guī)能源工程、環(huán)境工程、機(jī)械工程等專業(yè)）的基礎(chǔ)課程建設(shè)和教學(xué)模式提出了更新、更高的要求。在專業(yè)課程教學(xué)過程中，不僅傳授科學(xué)知識，還要把思想引領(lǐng)和價值觀塑造融入其中。幫助學(xué)生掌握客觀規(guī)律，樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀，傳承和弘揚(yáng)優(yōu)秀傳統(tǒng)文化。使專業(yè)課程與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)。[3,4,5,6]

工程流體力學(xué)是地質(zhì)類工科專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程，滲透力極強(qiáng)、介入的課程群極為廣泛、對其他課程牽引作用非常大。在傳統(tǒng)的工程流體力學(xué)教學(xué)中，難以有效地將科學(xué)知識講授與思政教育自然融合，亟須探索以思想引領(lǐng)的工程流體力學(xué)課程建設(shè)和新教學(xué)模式。本文通過工程流體力學(xué)模塊化課程體系構(gòu)建、學(xué)科和德育層面的思政元素挖掘、課程思政教學(xué)設(shè)計和實踐，以期用好課堂教學(xué)主渠道，把思政教育落實到每一堂課中，探索和實踐把“立德樹人”作為工程流體力學(xué)課程教育的根本任務(wù)的一種嵌入式教育新理念。培養(yǎng)具有創(chuàng)新實踐能力、可持續(xù)發(fā)展思維和家國情懷的地質(zhì)類工科新型人才。

1 模塊化工程流體力學(xué)課程體系構(gòu)建

考慮我校地質(zhì)類行業(yè)特色以及工程流體力學(xué)課程的應(yīng)用基礎(chǔ)特點，以全面培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實踐能力為核心，優(yōu)化建立模塊化工程流體力學(xué)課程教學(xué)體系，滿足不同工科專業(yè)和不同層次學(xué)生對課程的需求。[7]突破傳統(tǒng)框架，實現(xiàn)相關(guān)模塊的融合、貫通。課程涉及流體力學(xué)性質(zhì)、流體靜力學(xué)、流體動力學(xué)、流動阻力、有壓管流、明渠流、地質(zhì)介質(zhì)滲流、縫隙流、流體力學(xué)新進(jìn)展等多個模塊，供不同專業(yè)選擇。通過對流體力學(xué)的基本概念、基本理論及基本方法和實驗技能的學(xué)習(xí)，理解流體靜止及運(yùn)動時的規(guī)律及流體與固體之間的相互作用等理論基礎(chǔ)（包括流體特性與受力種類、流體靜止時的壓強(qiáng)分布規(guī)律及壓力計算，連續(xù)方程、能量方程和動量方程進(jìn)行流動的分析和計算，能量損失產(chǎn)生的原因、計算方法等），掌握流動問題分析與建模技巧、工程實際典型流動問題的行為與特點。既為其他課程學(xué)習(xí)打下堅實基礎(chǔ)，又為實際工程中流體問題的分析提供解決辦法與依據(jù)。

工程流體力學(xué)課程思政建設(shè)不是開設(shè)新課程，而是抓住課程改革建設(shè)核心環(huán)節(jié)，在原有內(nèi)容基礎(chǔ)上挖掘育人元素和育人邏輯并融入教學(xué)中。在模塊化工程流體力學(xué)課程教學(xué)中，除了要注重理論與實踐教學(xué)有機(jī)結(jié)合、準(zhǔn)確把握各單元模塊的內(nèi)涵及相互鏈接關(guān)系外，另一個重要的思想就是要聚焦思政融入，構(gòu)建宏微觀的一體化育人課程知識體系。建立基于學(xué)習(xí)產(chǎn)出教育模式OBE（Outcomes-based Education）理念的工程流體力學(xué)課程體系，明確課程思政具體目標(biāo)，解決專業(yè)知識講授與思政教育有機(jī)結(jié)合難的問題。結(jié)合個性化學(xué)習(xí)的具體要求，使學(xué)生實現(xiàn)自我挑戰(zhàn)，再將信息反饋從而完善課程設(shè)計與教學(xué)。

2 工程流體力學(xué)思政元素挖掘

傳統(tǒng)的工程流體力學(xué)課程設(shè)計上，尚未充分有效挖掘梳理德育元素、思政資源，使其與課程內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)自然交互有機(jī)融合，充分發(fā)揮課程的育人功能，實現(xiàn)全程育人、全方位育人和全員育人。工程流體力學(xué)思政元素挖掘應(yīng)堅持實事求是、創(chuàng)新思維、突出重點和注重實效原則，以達(dá)到潛移默化的育人效果。從學(xué)科和德育兩個不同的層面進(jìn)行深入系統(tǒng)的挖掘。學(xué)科層面思政元素包括：重要人物、關(guān)鍵事件、人文精神和行業(yè)時事；德育方面課程思政元素包括：從大德層面結(jié)合學(xué)科領(lǐng)域挖掘家國情懷、政治認(rèn)同等元素，從公德層面挖掘優(yōu)秀傳統(tǒng)文化、社會責(zé)任等元素，從私德方面挖掘職業(yè)操守方面的元素。

2.1 流體力學(xué)史融入，培養(yǎng)辯證唯物主義自然觀和科學(xué)探索精神

流體力學(xué)是研究流體(包含氣體、液體以及等離子體)現(xiàn)象以及相關(guān)力學(xué)行為的科學(xué)。[8]在古希臘時期，阿基米德就奠定了流體靜力學(xué)的基礎(chǔ)，建立了液體平衡理論（浮力定律和浮體穩(wěn)定性）。從17 世紀(jì)開始，流體力學(xué)逐步大發(fā)展；關(guān)鍵的有靜止流體壓力概念（帕斯卡）、粘性力與速度梯度關(guān)系（牛頓）、測量流速的皮托管發(fā)明（皮托）、運(yùn)動流體壓力概念與歐拉方程建立（歐拉）、速度與壓力關(guān)系的伯努利方程（伯努利）。18 世紀(jì)無粘位勢流理論獲得重要進(jìn)展，并在潮汐、水波、渦旋運(yùn)動等方面有廣泛應(yīng)用。19 世紀(jì)納維-斯托克斯方程的建立為流體力學(xué)的發(fā)展奠定了完整的理論基礎(chǔ)，并應(yīng)用流體力學(xué)解決一系列工程實際問題（汽輪機(jī)、水力機(jī)械等）。20 世紀(jì)普朗特建立了劃時代的邊界層理論，極大的推動了噴氣推進(jìn)、火箭技術(shù)、彈道技術(shù)、航空航天技術(shù)、爆炸技術(shù)、生物技術(shù)、交通流控制理論等領(lǐng)域的發(fā)展。[8]流體力學(xué)是一門經(jīng)典而又永葆青春的學(xué)科，其發(fā)展必然帶有社會和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的印記。通過發(fā)展史的融入，將各個模塊化的工程流體力學(xué)知識鏈接起來，讓學(xué)生了解社會發(fā)展的不同階段必然催生相應(yīng)的理論解決工程實際問題，培養(yǎng)學(xué)生辯證唯物主義自然觀，以及淡泊名利、鍥而不舍奮斗的科學(xué)探索精神和創(chuàng)新思維。

2.2 弘揚(yáng)我國優(yōu)秀文化，激勵愛國熱情，培養(yǎng)家國情懷

流體力學(xué)的發(fā)展既依賴于生產(chǎn)實踐和科學(xué)實驗，又受到社會因素的影響。我國古代勞動人民在流體力學(xué)知識的應(yīng)用方面有著諸多流傳至今的閃光點：大禹治水疏通江河的傳說、秦朝李冰父子主持修建都江堰、曹沖稱象浮力定律在一千八百多年前就很好地被應(yīng)用。此外，流體力學(xué)與文學(xué)藝術(shù)曾有過流芳百世的交融，東晉時代王羲之在蘭亭譜寫了曲水流觴精美故事，蘭亭詩人巧妙地利用了駐渦作用并把流動現(xiàn)象有機(jī)地與中國文學(xué)結(jié)合。

在欣賞我國古代優(yōu)秀文化的同時，讓學(xué)生了解流體力學(xué)源于西方，我國古代有流體力學(xué)知識的廣泛應(yīng)用，但沒有發(fā)展為精確的科學(xué)。近代中國不斷努力趕上西方的科學(xué)發(fā)展，并且涌現(xiàn)出一批杰出的應(yīng)用力學(xué)科學(xué)家和技術(shù)人才。

杰出的科學(xué)家和教育家周培源，在二戰(zhàn)初期赴美學(xué)術(shù)休假，當(dāng)時美國急需科技人員，給予全家永久居留權(quán)，周培源對此一笑了之。回國后，抱著科學(xué)家應(yīng)為反戰(zhàn)服務(wù)，以科學(xué)拯救祖國危亡的志向，毅然轉(zhuǎn)向流體力學(xué)研究。第二次赴美學(xué)術(shù)休假從事湍流和魚雷空投入水的相關(guān)研究。他再次被應(yīng)邀留美，卻明確回復(fù)不做美國公民、只從事臨時研究?；貒?，推動我國力學(xué)事業(yè)的發(fā)展。在每一歷史關(guān)鍵時刻，周培源總是以國家和民族的命運(yùn)為己任而放棄個人的安逸和舒適條件。

著名科學(xué)家、應(yīng)用力學(xué)家郭永懷長期從事航空領(lǐng)域研究，建國初期毅然放棄國外優(yōu)厚條件回國。他注重理論結(jié)合實際，善于在實踐中精準(zhǔn)把握科學(xué)研究方向，倡導(dǎo)了我國高速空氣動力學(xué)、電磁流體力學(xué)等重要學(xué)科研究，為我國核彈與導(dǎo)彈事業(yè)發(fā)展作出了畢生的貢獻(xiàn)。1968 年在戈壁基地進(jìn)行了數(shù)月試驗的郭永懷，發(fā)現(xiàn)一個重要線索后緊急返京，飛機(jī)降落時不幸墜毀。在殘骸中辨認(rèn)出郭永懷遺體，發(fā)現(xiàn)他和警衛(wèi)員仍緊緊地相擁在一起，絕密數(shù)據(jù)資料完好無損保護(hù)在他們胸前。

老一輩流體力學(xué)專家的卓越成就、學(xué)術(shù)思想和感人事跡的講述或?qū)W生課外研讀的引導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的價值觀和人生觀，激發(fā)學(xué)生的愛國熱情，引導(dǎo)學(xué)生勇敢肩負(fù)起時代賦予的光榮使命。

2.3 依據(jù)行業(yè)需求，培養(yǎng)協(xié)同創(chuàng)新思維

中國近期提出碳達(dá)峰與碳中和戰(zhàn)略，不僅是全球氣候治理、保護(hù)地球家園、構(gòu)建人類命運(yùn)共同體的重大需求，也是中國高質(zhì)量發(fā)展、生態(tài)文明建設(shè)和生態(tài)環(huán)境綜合治理的內(nèi)在需求。碳中和戰(zhàn)略涉及深度社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展轉(zhuǎn)型，以期實現(xiàn)低碳甚至零碳排放和基于技術(shù)變革的增匯目標(biāo)，是面向可持續(xù)發(fā)展的重大機(jī)遇。面對制約我國可持續(xù)發(fā)展的資源、能源、環(huán)境和氣候中的重大難題和嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，工程流體力學(xué)是解決難題和應(yīng)對挑戰(zhàn)的重要理論基礎(chǔ)之一，涉及轉(zhuǎn)變能源發(fā)展方式、提高能源效率、開發(fā)非常規(guī)能源和深部地質(zhì)資源、深海資源、二氧化碳地質(zhì)封存與地質(zhì)相互作用等各個領(lǐng)域。

地質(zhì)類工科行業(yè)作為保障國家資源和能源需求的關(guān)鍵行業(yè)，有較好的長期發(fā)展?jié)摿?。在碳中和?zhàn)略背景下，培養(yǎng)學(xué)生樹立“大地質(zhì)、大生態(tài)、大服務(wù)”的新發(fā)展理念；充分發(fā)揮地質(zhì)類工科的專業(yè)技術(shù)優(yōu)勢，拓展地質(zhì)工作服務(wù)領(lǐng)域，加強(qiáng)創(chuàng)新協(xié)作，將工程流體力學(xué)專業(yè)知識跨界運(yùn)用于民生領(lǐng)域、生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域。開展自然資源環(huán)境承載能力監(jiān)測預(yù)警、水土污染調(diào)查與治理、地下空間開發(fā)適宜性評價、國土空間生態(tài)修復(fù)等。[1,2]依托國家和行業(yè)需求，培養(yǎng)地質(zhì)類工科學(xué)生持之以恒精益求精的工匠精神，注重學(xué)生人文素養(yǎng)提升，激發(fā)他們科技報國的家國情懷和使命擔(dān)當(dāng)。

3 工程流體力學(xué)課程思政設(shè)計和實踐

工程流體力學(xué)課程思政設(shè)計和實踐具體思路：首先，在教學(xué)的頂層設(shè)計上，要把學(xué)生的德育培養(yǎng)作為課程教學(xué)的首位目標(biāo)，并與人才培養(yǎng)方案和培養(yǎng)目標(biāo)相結(jié)合?！罢n程思政”作為一種思維方式，需深入挖掘?qū)W科與思政高度契合的思政元素。在教學(xué)過程中，充分利用好融入載體（固有教學(xué)平臺、潛在專業(yè)通道、創(chuàng)新教學(xué)環(huán)節(jié)）實踐新方法。此外，創(chuàng)造性地推出新的育人手段，如通過課程群和公眾號線上線下相結(jié)合推送在課堂上沒有時間講授的思政案例，利用在線課程組織思政案例的研討等，并開展全過程課程思政教學(xué)評估（診斷、過程、總結(jié)）。

在教學(xué)實踐中，傳統(tǒng)教師一言堂、學(xué)生填鴨式學(xué)的工程流體力學(xué)課程模式為：給出概念→推導(dǎo)理論與方法→應(yīng)用提高（做習(xí)題）。難以有效地調(diào)動大多數(shù)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，培養(yǎng)他們創(chuàng)造性思維；難以有效地將思政教育融合教學(xué)內(nèi)容。在深入優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容和課時分配的基礎(chǔ)上，實踐工程流體力學(xué)課程思政的研究性學(xué)習(xí)和教學(xué)新模式：觀察現(xiàn)象→發(fā)現(xiàn)問題→引出概念→探索方法與理論→應(yīng)用提高并思考。以問題和價值導(dǎo)向引領(lǐng)工程流體力學(xué)課程教學(xué)，以課程思政的融入來創(chuàng)新研究性學(xué)習(xí)新模式。[3，9]

4 結(jié)語

新工科建設(shè)的提出給地質(zhì)類行業(yè)特色高校的發(fā)展帶來了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。結(jié)合我校地質(zhì)行業(yè)特色的實際情況以及工程流體力學(xué)課程自身的應(yīng)用基礎(chǔ)特點，探索將思政教育融合教學(xué)內(nèi)容、以問題和價值導(dǎo)向引領(lǐng)的工程流體力學(xué)課程建設(shè)，并實踐人文素養(yǎng)提升工程創(chuàng)新人才綜合能力的教學(xué)新模式，促進(jìn)學(xué)生的全面健康發(fā)展。