高等流體力學(xué)示范課建設(shè)與實踐

馬立山 楊國麗 賈利云 任佳

摘? 要：研究生課程體系建設(shè)是提升研究生教育質(zhì)量的重要保障，示范課建設(shè)是課程體系建設(shè)的重要內(nèi)容。文章以河北建筑工程學(xué)院“高等流體力學(xué)”示范課程建設(shè)為例，介紹了關(guān)于課程目標(biāo)、課程思政、教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)資源、教學(xué)團(tuán)隊等方面的做法與思考。并從對示范課建設(shè)的重要性出發(fā)，考慮工科研究生學(xué)情的特色，介紹了省級示范課建設(shè)過程中的經(jīng)驗和案例，尤其是加大了對課程思政方面的思考，以期為高校專業(yè)課程建設(shè)過程中相關(guān)問題的解決策略提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：高等流體力學(xué)；示范課；課程思政；教學(xué)方式

中圖分類號：G642? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? 文章編號：1673-7164（2023）14-0118-04

研究生教育位于國民教育體系的頂層，是國家科技創(chuàng)新體系的重要組成部分。在創(chuàng)新型國家建設(shè)、一流學(xué)科建設(shè)和創(chuàng)新人才培養(yǎng)大背景下，研究生培養(yǎng)的每一環(huán)節(jié)、課程體系建設(shè)和課程建設(shè)，對研究生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題以及創(chuàng)新能力培養(yǎng)都起著至關(guān)重要的作用。課程體系中每門課的定位、課程內(nèi)容、不同課程間的相互關(guān)系，更重要的是在研究生培養(yǎng)過程（尤其是在學(xué)位論文研究）中發(fā)揮的作用，是課程體系建設(shè)和課程建設(shè)應(yīng)重點思考的問題。研究生示范課程建設(shè)是打造金課程的重要手段，具有示范引領(lǐng)作用。本研究以河北建筑工程學(xué)院“高等流體力學(xué)”為例，介紹示范課程建設(shè)與實踐，本課程為河北省研究生示范建設(shè)課程。

一、學(xué)情分析

流體力學(xué)是力學(xué)的分支，主要研究流體宏觀運動規(guī)律。對于一般工科專業(yè)來說，高等流體力學(xué)是研究生階段開設(shè)的一門技術(shù)基礎(chǔ)課，是在本科工程流體力學(xué)（或水力學(xué)）一維流動分析法基礎(chǔ)上，以三維流動為目標(biāo)研究流體宏觀運動規(guī)律的科學(xué)。

該課程目標(biāo)是培養(yǎng)研究生具備發(fā)現(xiàn)、分析、解決實際工程流體運動問題的能力，能分析流動特征對工程特征問題的影響，能掌握理論分析方法和解決工程流體流動問題的手段。課程具有理論性強(qiáng)的特點，對數(shù)學(xué)、物理、力學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科知識要求很高，課程內(nèi)容涉及很多數(shù)理推導(dǎo)環(huán)節(jié)，其中多元微積分、矢量分析、張量分析、數(shù)理方程求解對普通工科研究生來說是必須面對的，也是令人十分頭痛的。描述三維流體運動規(guī)律的Navier-Stokes（N-S）方程和描述湍流運動的雷諾方程是高階、非線性偏微分方程組，除一些簡單問題外，一般都無解析解，是經(jīng)典科學(xué)體系的難題。在教學(xué)中，課程側(cè)重理論教學(xué)，主要教學(xué)內(nèi)容是繁多的公式推導(dǎo)和經(jīng)典問題的求解，學(xué)生對大量的數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)易感到乏味，很難通過所建理論方程組得到解析解，對如何利用所學(xué)理論知識解決實際問題仍存在疑惑，這種情況也會使得課程脫離實際，進(jìn)一步降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性［1］。

二、示范課程建設(shè)方案

（一）加強(qiáng)課程思政建設(shè)

研究生教育的核心任務(wù)是育人。立德樹人是高校教師的根本任務(wù)，是教書與育人的重要環(huán)節(jié)，教師通過課程教育引導(dǎo)廣大青年學(xué)生樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀，實現(xiàn)知識和育人雙目標(biāo)，從課程知識點中挖掘課程思政元素，將思政元素潤物無聲地融入課程中，培植愛國主義情懷，傳承學(xué)術(shù)思想，引導(dǎo)正確學(xué)術(shù)志向，鼓勵學(xué)術(shù)創(chuàng)新，樹立科學(xué)道德，培育職業(yè)道德、責(zé)任擔(dān)當(dāng)意識、國家整體安全觀、社會主義道德觀，培養(yǎng)社會主義合格的建設(shè)者和接班人。

（二）課程目標(biāo)建設(shè)

依據(jù)市政工程及供熱、供燃?xì)?、通風(fēng)與空調(diào)工程人才培養(yǎng)和河北建筑工程學(xué)院辦學(xué)定位，高等流體力學(xué)示范課課程目標(biāo)主要包含四方面內(nèi)容：

第一，掌握描述流體流運動的基本概念、基本方法、基本理論的知識目標(biāo)。

第二，能利用基本理論分析流體運動規(guī)律，能計算流體輸送過程中的流速、流量、壓強(qiáng)和能量損失，通過實驗鍛煉現(xiàn)象觀察、動手和實際操作能力，具有分析、解決工程問題的創(chuàng)新能力以及終身學(xué)習(xí)能力。

第三，培養(yǎng)科學(xué)精神、敬業(yè)精神和職業(yè)道德，成為具有工程責(zé)任意識、社會責(zé)任意識、責(zé)任擔(dān)當(dāng)意識的高級技術(shù)人才的素質(zhì)目標(biāo)。

第四，將“立德樹人”“三全育人”融入課程教學(xué)中，將課程知識點與民族發(fā)展史、國家重大工程、重大事件、英雄事跡等相聯(lián)系，樹立學(xué)生的民族自豪感，樹立國家安全觀的課程思政目標(biāo)［2］。

（三）教學(xué)理念建設(shè)

在教學(xué)中始終貫徹OBE教學(xué)理念，以學(xué)生為中心，尊重學(xué)生的主體地位，以目標(biāo)為導(dǎo)向，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，鼓勵學(xué)生提出問題，激發(fā)學(xué)生參與課程學(xué)習(xí)的積極性，打破老師講學(xué)生聽的沉悶課堂氛圍；引導(dǎo)學(xué)生建立前后知識點的聯(lián)系，讓學(xué)生學(xué)會自主分析問題和解決問題。

三、示范課建設(shè)內(nèi)容

（一）課程思想內(nèi)容與元素挖掘

1. 教師自身修養(yǎng)建設(shè)

教師是實施“立德樹人”的主體，教師的德、行對學(xué)生正確三觀樹立所起的作用至關(guān)重要，一名具有良好德行的教師對學(xué)生的影響是長久且刻骨銘心的。習(xí)近平總書記多次對教師自身修養(yǎng)建設(shè)提出了要求，2021年他在清華大學(xué)考察時進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)，“教師要成為大先生，做學(xué)生為學(xué)、為事、為人的示范，促進(jìn)學(xué)生成長為全面發(fā)展的人”。2022年4月25日，習(xí)近平總書記考察中國人民大學(xué)時深刻指出，“老師應(yīng)該有言為士則、行為世范的自覺，不斷提高自身道德修養(yǎng)，以模范行為影響和帶動學(xué)生，做學(xué)生為學(xué)、為事、為人的大先生”。“高等流體力學(xué)”示范課程建設(shè)，最首要的是教師個人自身修養(yǎng)建設(shè)，加強(qiáng)師德師風(fēng)建設(shè)，落實好《新時代高校教師職業(yè)行為十項準(zhǔn)則》，以“大先生”為范，以師德師風(fēng)失范者為戒［3］。

2. 通過典型事例培養(yǎng)學(xué)生的民族自豪感和家國情懷

現(xiàn)代流體力學(xué)的發(fā)展在我國已經(jīng)有多年的歷史，如公元前的三大水利工程：都江堰、鄭國渠和靈渠，不但有利于洪水的疏排，又能常年用于農(nóng)田灌溉，這說明當(dāng)時對流體力學(xué)中明渠流和堰流的運動規(guī)律已有了很成熟的認(rèn)識，達(dá)到了極高的科學(xué)水平。再如宏大的南水北調(diào)和三峽工程，標(biāo)志著我國在流體力學(xué)理論知識的工程應(yīng)用方面取得了重大成就。通過從古至今的這些偉大工程，培養(yǎng)學(xué)生對中華民族的認(rèn)同與歸屬感，樹立文化自信和民族自豪感。通過介紹我國當(dāng)代流體力學(xué)領(lǐng)域科學(xué)家們的事跡，激發(fā)并培養(yǎng)學(xué)生的家國情懷。例如我國湍流理論的奠基人周培源、著名科學(xué)家錢學(xué)森、兩彈元勛郭永懷。通過這些科學(xué)家的故事，培養(yǎng)學(xué)生對科學(xué)的刻苦鉆研精神和家國情懷［4］。

3. 培養(yǎng)科學(xué)辯證思維方式和科學(xué)精神

從阿基米德浮力定律到以歐拉連續(xù)介質(zhì)模型為基礎(chǔ)的流體力學(xué)建立，再從雷諾發(fā)現(xiàn)流體運動存在層流、湍流兩種運動狀態(tài)，到N-S方程和雷諾方程的建立，從湍流的統(tǒng)計理論到湍流的模式理論，從一維恒定流能量方程﹙伯努利方程﹚解決的工程問題到三維湍流工程問題的求解，從量綱分析到相似原理，無不體現(xiàn)科學(xué)辯證的思維方式。示范課建設(shè)就是要通過各個知識點逐漸培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)辯證的思維方式，培養(yǎng)學(xué)生多動手、多動腦、多觀察、多總結(jié)的學(xué)習(xí)習(xí)慣，使其逐步掌握科學(xué)研究的脈絡(luò)，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題的能力以及批判思維和鍥而不舍的科學(xué)精神。

4. 培養(yǎng)科學(xué)道德與團(tuán)結(jié)協(xié)作精神

研究生教育是國家建設(shè)、科技創(chuàng)新的主要組成部分。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)道德、團(tuán)結(jié)協(xié)作與分工合作精神培養(yǎng)在研究生教育中尤為重要。研究生階段要求獨立完成學(xué)位論文，但部分學(xué)生錯誤地理解為“不合作”，在科學(xué)研究遇到困難時，聽不得不同意見，不與導(dǎo)師溝通，甚至出現(xiàn)違反科學(xué)道德的行為。

在示范課建設(shè)過程中，結(jié)合課程的知識點，首先讓學(xué)生樹立科學(xué)研究有困難，不會一帆風(fēng)順，不會想當(dāng)然出科研成果的觀念。例如，通過課程講解，要讓學(xué)生知道流體力學(xué)研究的難點是方程組解析解求解、湍流流動機(jī)理、工程湍流求解問題，這些問題都是世界級難題。其次，將課程難點與研究教育的特點相結(jié)合，引入自己研究生學(xué)習(xí)期間和科研工作的例子，使學(xué)生明白與同學(xué)、導(dǎo)師、其他老師溝通、交流的重要性，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作與分工合作的精神。再次，通過課程知識點，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度［5］。

5. 培養(yǎng)學(xué)生國家整體安全觀與大局觀、工程安全觀與責(zé)任擔(dān)當(dāng)意識，工匠精神與創(chuàng)新意識

合格的建設(shè)者和接班人應(yīng)有大局觀和國家整體安全觀，站在國家整體安全觀角度看待個人承擔(dān)的工作。因此，在示范課建設(shè)中，將課程知識點與國家安全聯(lián)系，例如將邊界層理論及繞流阻力與國家重大裝備發(fā)展及國際形勢變化相聯(lián)系，樹立國防安全觀；將湍流脈動能耗及管道能量損失與國家能源安全聯(lián)系，樹立國家能源安全觀；將污染物對流擴(kuò)散與水資源安全、生態(tài)安全相聯(lián)系，樹立國家水資源安全與生態(tài)安全觀；將渦激振蕩及引起的工程災(zāi)難相聯(lián)系，樹立工程安全觀，培養(yǎng)學(xué)生大局觀與責(zé)任擔(dān)當(dāng)意識。通過流體力學(xué)經(jīng)典問題、實際工程問題求解，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和工匠精神。

結(jié)合流體力學(xué)的課程內(nèi)容，結(jié)合典型工程、課程相關(guān)理論內(nèi)容所蘊含的哲學(xué)思想以及科學(xué)家的事跡，通過巧妙設(shè)計，以春風(fēng)化雨的方式將思政教育融入課程教學(xué)，使學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)知識的同時價值觀也得到全面提高，還可啟發(fā)學(xué)生的科學(xué)精神和家國情懷，促進(jìn)學(xué)生的全面健康發(fā)展［6］。

（二）教學(xué)內(nèi)容凝練及教學(xué)資源建設(shè)

流體力學(xué)是古老學(xué)科，內(nèi)容豐富，不可能在幾十個學(xué)時內(nèi)把所有的內(nèi)容全講清楚，對于普通工科研究生來講，也不能按流體力學(xué)專業(yè)的要求去講。教學(xué)內(nèi)容必須考慮授課對象和課程定位，也就是說要明確學(xué)生用這門課程知識解決什么問題，要達(dá)到什么要求。從知識和能力目標(biāo)，要求授課對象能掌握描述流體運動規(guī)律的方法、流體運動規(guī)律，能用流動規(guī)律解決工程問題，為科學(xué)研究和繼續(xù)學(xué)習(xí)奠定知識基礎(chǔ)和必要的能力。

普通工科學(xué)生不具備流體力學(xué)專業(yè)學(xué)生的數(shù)理基礎(chǔ)，需要在補(bǔ)充數(shù)理基礎(chǔ)知識方面下一定功夫?？紤]到本科流體力學(xué)（水力學(xué)）一維流動分析法解決問題的局限性，工程三維問題的現(xiàn)實性要求，因此，要對流體力學(xué)知識進(jìn)行凝練。通過理論講授，結(jié)合經(jīng)典實驗成果，應(yīng)用計算流體力學(xué)的仿真模擬探索問題，最終解決常規(guī)性工程流動問題。通過理論知識和流體力學(xué)解決問題，建立科學(xué)的辯證思維方式。

（三）能力培養(yǎng)與鍛煉

研究生教育是實施國家創(chuàng)新戰(zhàn)略的主力，它要求研究生有高尚的道德情操、家國情懷和扎實的專業(yè)知識，同時也要求教師將學(xué)生的能力培養(yǎng)融入教學(xué)過程每一環(huán)節(jié)。在高等流體力學(xué)示范課建設(shè)中，研究生能力培養(yǎng)的主要做法有：將終生學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)放在第一位，也就是要求有終生學(xué)習(xí)的知識基礎(chǔ)（扎實的數(shù)理基礎(chǔ)及應(yīng)用能力）和自我學(xué)習(xí)的能力基礎(chǔ)（自學(xué)能力）；分析、解決問題能力和科學(xué)辯證思維方式的培養(yǎng)與鍛煉；團(tuán)隊協(xié)作、語言溝通和文字表達(dá)能力的訓(xùn)練。

（四）教學(xué)團(tuán)隊建設(shè)

教學(xué)團(tuán)隊建設(shè)是示范課建設(shè)的主要內(nèi)容，教學(xué)團(tuán)隊是教學(xué)目標(biāo)實現(xiàn)的基本保障。高等流體力學(xué)教學(xué)團(tuán)隊建設(shè)要保證課程教學(xué)質(zhì)量，主要從以下幾個方面考慮：

第一，組建結(jié)構(gòu)合理的教學(xué)團(tuán)隊。在年齡結(jié)構(gòu)上，將老、中、青教師結(jié)合安排；在職稱結(jié)構(gòu)上，教授、副教授、講師結(jié)合；在學(xué)歷結(jié)構(gòu)上，博士、碩士結(jié)合。

第二，師德師風(fēng)建設(shè)。河北建筑工程學(xué)院高等流體力學(xué)教學(xué)團(tuán)隊課程帶頭人曾榮獲河北省優(yōu)秀教師、河北省教學(xué)名師，具備良好的師德師風(fēng)帶頭作用。

第三，教學(xué)能力的提升。教師流體力學(xué)知識的提升有一定難度，對于普通本科院校，尤其是經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)地區(qū)而言，引入流體力學(xué)專業(yè)的博士學(xué)位教師是非常困難的。所以在教學(xué)理論、方式研討上，應(yīng)積極參加課程思政元素挖掘與教學(xué)方法、教學(xué)能力提升的各種培訓(xùn)。

（五）教學(xué)模式

隨著信息和現(xiàn)代教育技術(shù)的快速發(fā)展，一支粉筆、一套PPT，老師講學(xué)生聽的教學(xué)方式已不適應(yīng)現(xiàn)代教學(xué)要求，改進(jìn)教學(xué)模式是示范課程建設(shè)的重要內(nèi)容，河北建筑工程學(xué)院示范課建設(shè)中主要做法是：落實以學(xué)生為中心的教學(xué)理念；厘清教師作用與教學(xué)手段拓展的關(guān)系；使得教學(xué)方式靈活多樣；創(chuàng)新考核方式，以能力培養(yǎng)為目標(biāo)。

四、結(jié)語

示范課建設(shè)是課程體系建設(shè)的重要內(nèi)容，通過對課程體系中具有重要支撐作用的課程進(jìn)行重點建設(shè)，以點帶面，從而全面帶動整個學(xué)科課程的建設(shè)，是新時代進(jìn)一步提高研究生課程教學(xué)質(zhì)量的新舉措，是長期、逐步完善的過程，只有進(jìn)行式，沒有完成式，不可能一蹴而就。

在示范課建設(shè)實踐過程中發(fā)現(xiàn)了一些影響示范課建設(shè)的成效因素。第一，部分導(dǎo)師和學(xué)生對知識體系建設(shè)不重視；第二，畏難情緒影響課程的學(xué)習(xí)；第三，缺乏自主學(xué)習(xí)激情；第四，知識儲備與應(yīng)用能力不足；第五，任課教師思維僵化，精力投入不足［7］。高等流體力學(xué)示范課建設(shè)是流體力學(xué)課程體系和研究生專業(yè)基礎(chǔ)課程建設(shè)的重要內(nèi)容，需要高水平示范課程建設(shè)，通過課程目標(biāo)、課程思政、教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)資源、教學(xué)團(tuán)隊、教學(xué)方式等方面的改革探索，從對示范課建設(shè)的重要性出發(fā)，考慮工科研究生學(xué)情的特色，介紹了省級示范課建設(shè)過程中的經(jīng)驗和案例，提升了研究生教育質(zhì)量，對高校專業(yè)課程建設(shè)方面起到了較強(qiáng)的示范引領(lǐng)作用。

參考文獻(xiàn)：

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（責(zé)任編輯：淳潔）