课程思政融入流体力学教学的实施与探讨

樊艳红 常超 贾有 晋艳娟 张俊婷

摘要：笔者根据流体力学的主要内容：流体静力学、流体运动学及动力学，管路计算，管流损失，相似性原理及量纲分析，一元气体动力学基础、明渠流、渗流等等，由优化流体力学内容体系出发，通过历史人物、典型工程及理论与计算方法的讲解，引入课程思政元素，让学生尊重科学成果，要有科学的家国情怀。使学生在掌握基础知识的同时，提高解决问题的能力，激发其学习兴趣和科学的探索精神。

1.优化流体力学内容知识体系

笔者讲授流体力学知识，在讲授知识点，引入课程思政之前，先优化流体力学知识体系，具体如下：

针对流体力学知识，以三大守恒定律得到的三个大程为主线，建立流体力学的内容体系，将零散的知识有序化，形成模块化的课程体系，让学生能够对流体力学内容触类旁通[1]。

针对流体力学实验，利用虚拟平台本课程因为课时的限制，主要开设了流体静力学、雷诺、能量方程、动量方程等实验。通过实验：一方面、可以更深入掌握理论及方法;另一方面、可以培养学生采用流体力学知识解决实际问题的能力，调动其积极性，激发其潜能，提高其学习兴趣。

2.流体力学课程思政元素的融入

流体力学课程思政元素的融入，仍需以流体力学知识的主菜烹调工序（授课顺序）为主线，但是在主菜处于不同火候的时候，根据主菜的特点，添加思政元素的调料，料的量既不能多，也不能少，只有做到适时和适度，才能烹调出流体力学专业知识的“美味”。流体力学课堂上思政角度和深度的精准把握，要求教师不仅要有思政意识，具备精心备课的工匠精神，而且对流体力学内容要有深度挖掘的能力。流体力学课程思政元素的融入具体做法如下：

1）结合历史名人讲授引入思政元素

偉大的科学家牛顿探讨了液体流动时粘滞力所遵循的规律。帕斯卡（Pascal）、阿基米德（Archimedes）分别给出了液体压强的变化规律、浸入液体的物体受浮力的计算公式。我国科学家周培源在湍流研究方面做了巨大贡献。他提出了两种求解湍流运动的方法，奠定了“湍流模式理论”的基础。还为争取世界和平做出了巨大贡献，被称为科学家的楷模。另外，为了纪念周老，有了每两年一次的“周培源”力学竞赛。我国著名科学家钱学森，在火箭和导弹发射贡献巨大。由此，启发学生对科学的家国情怀。

2）通过典型工程引入思政元素

在课堂上，当学生了解到四川的都江堰神奇的结构设计，看到在汶川大地震中二王庙已坍塌、受损严重，但经历两千余年的都江堰却安然无恙、依然正常运转时，无不惊叹于都江堰所创造的千古奇迹，惊叹于中国古代人民改造自然的神奇力量，民族自豪感油然而生。

陕西郑国渠、广西的灵渠，赵州桥[4]都是人类智慧结晶，其工程闻名中外，可见，在当时，明渠流、堰流的运动规律已有很好的应用。这些工程，体现了中国民族的智慧，展现了他们的勇敢、勤劳，这样讲解，帮助学生树立文化自信，提升其民族自豪感，激发其爱国热情[5]。

3）通过基本理论和计算方法的讲解引入思政元素

采用柯列勃洛克公式计算人工粗糙管的湍流沿程阻力系数[6]时，通常采用迭代法求解。迭代时，初值选取不同，迭代过程不同，不会影响最终结果。因此，可提示学生，只要选定学习目标，不断努力，不断总结，一定能实现目标。

明渠流遵循圣维南方程组，该方程组由质量守恒定律、动量守恒定律推导得到。该方程组是描述明渠流或其他流道非恒定渐变水流运动规律的偏微分方程组。时间不同位置不同水力要素不同。采用该方程组求解结果准确。可见，在解决复杂问题时，要从整体把握解决问题的关键方面，抓住主要方面，整体分层递进把该问题解决。

工程中很多问题的求解，通常需要求解偏微分方程组，其往往没有解析解，故需要采用数值模拟方法进行分析。如Navier-Stokes方程（简称 N- S方程）求解在工程中被广泛应用。采用二阶迎风格式可以得到合理的数值模拟结果，这表明：所有事情都应客观规律办;要个人利益服从集体利益，要有团队意识，注重集体的力量，才能取得更好发展、更大进步。

讲授“气体动力学”时，首先，介绍高超声速飞行器的知识[7]，其次，课堂上展示荷兰代尔夫特大学所设计的低粗糙度敏感性的某翼型在典型计算状态的压力系数等值线和流线，学生可以对典型外形的流场有清晰的认识，激发其科学兴趣，培养其探索精神。

3.结论

本文结合流体力学内容，通过穿插历史名人、引入著名工程以及阐述基本理论和方法等等，引入课程思政元素，让学生尊重科学成果，要有科学的家国情怀。使学生在掌握基础知识的同时，提高解决问题的能力，激发其学习兴趣和科学的探索精神。

参考文献：

[1]张东，南军虎，安周建，侯宏艺，《疫情防控下工科专业课云课堂实践探索》-----以流体力学为例，大学教育，2021.7：61-64.

[2]孙优善，张长平，黄超，王美艳，王菲，思政教育融入流体力学课程教学的路径探索，创新创业理论研究与实践，2021.5：152-153.

[3]张一夫，谢倩楠，易灿南，董子文，思政教育融入高校“流体力学”课程教学摭探，高教与成才研究，2021.7：6-7.

[4]徐超，魏丽丽，景凯宇，提高土木工程专业课程思政课堂效率的方法研究，赤峰学院学报，2021.37（5）：111-114.

[5]陈蕊，乔自强，刘娟，应用型本科院校流体力学课程思政元素的融入设计与实施，高等教育，2021，（745）24：120-121.

[6]李占松，水力学“课程思政”本科教学设计初探，高教论坛，2009.3：99-101.

[7]李怡庆，徐义华，面向“00后”的气体动力学教学方法研究，教育教学论坛，2021，21（5）：157-160.

基金项目：山西省2020年度高等学校教学改革创新项目“理论力学“金课”建设的探索与实践”（J2020506）;太原科技大学教学改革创新项目“新工科背景下学业导师制对拔尖创新型人才培养的探索与实践”（项目编号：202023）;太原科技大学教学改革创新项目“新工科背景下本科振动力学及振动实验网络教学创新与实践”（项目编号：JG2021110）研究成果。

作者简介：

樊艳红（1982年5月），女，山东聊城人，博士，副教授，研究方向：理论与计算流体力学;

常超（1986-），男，山西晋城人，太原科技大学应用科学学院，副教授，研究方向：微/纳米力学测试技术、冲击动力学、有限元分析及工程计算;

贾有（1981-），男，山西大同人，太原科技大学应用科学学院，副教授，研究方向：振动力学;

晋艳娟（1979-），女，山西长治人，太原科技大学应用科学学院，讲师，研究方向：工程力学;

张俊婷（1981-），女，山西襄汾人，太原科技大学应用科学学院，教授，研究方向：力学专业和课程建设，力学和材料交叉学科。