流体力学课程思政教学设计研究-ag尊龙app

摘要：课程思政是落实高校立德树人根本任务的重要途径，也是对传统思想政治理论课的完善和补充。该文以流体力学课程为例，详细介绍专业基础课程教学过程中的思政元素挖掘原则。采用“线上 线下”混合教学模式开展流体力学课程思政教学设计，包含课前线上任务、课堂教学和课后在线考核三个环节。以流动阻力和水头损失教学内容为例，详述思政元素融入专业课程教学的实施细节，旨在为土木工程专业基础课程的思政教育提供有益借鉴。

关键词：课程思政；流体力学；线上线下；教学设计

思想政治理论课是落实立德树人根本任务的主渠道和主阵地[1-2]。优质的思政课可以很好地实现立德树人的目的，而灌输式或教条式的思政课让学生味同嚼蜡。高德毅[3-4]从战略高度谈论了构建高校思想政治教育课程体系，并指出课程思政是有效发挥课堂育人主渠道作用的必然选择。韩宪洲[5]指出，课程思政建设要注重提升认知、深化实践和完善制度等方面的关键问题。石书臣[6]认为，课程思政和思政课程都是高校政治工作的内在要求，但要区分二者的侧重点，牢牢把握思政理论课的核心地位，并发挥其他课程的育人价值。流体力学是土木工程、道路桥梁与渡河工程、建筑环境与能源应用工程等专业的重要专业基础课程。该课程主要讲授流体静力学、运动学、动力学的基本原理和计算方法，及其在管流、明渠流、堰流、渗流等工程中的应用，具有极强的工程应用性。河南工业大学土木工程专业的流体力学教学团队采用“线上 线下”混合教学模式，结合学科与专业特色，将思政内涵和元素融入专业知识讲授过程，通过“润物细无声”的方式，帮助学生树立正确的世界观、人生观、价值观，培养学生的爱国主义情感和良好的职业道德素质，弘扬工匠精神和勇于创新的精神。

1高校思政教育

高等教育工作者必须旗帜鲜明地坚持立德树人的理念。目前，高等教育中的思政教育可分为显性教育和隐性教育两类。显性思政教育主要通过学习思想政治理论开展，包含马克思主义基本原理概论、毛泽东思想和中国特色社会主义理论体系概论、中国近现代史纲要、思想道德修养与法律基础、形势与政策等必修课，在高校思政教育中发挥价值引领作用。隐性思政教育通过将高校思政教育理念融入综合素养、专业教育等课程的教学和改革环节，在知识传授中强调主流价值引领，实现立德树人。应推动显性思政教育和隐性思政教育相融合，使思想政治理论教育与专业教育协调同步、相得益彰，构建全方位、全过程、全员立体化育人的高校大学生思想政治教育体系。

2流体力学课程思政元素的挖掘

课程思政教学的难点为深入挖掘课程知识体系中蕴含的思政元素。课程的发展历史、独特的课程思维模式、隐含在科学家背后的故事以及与课程相关的典型工程案例，都可以作为课程思政的素材。土木工程专业的流体力学课程思政元素主要包括以下几个方面：（1）体现爱国主义情怀和民族自豪感。例如，大禹提出的“治水须顺水性，水性就下，导之入海”的治水理念，正是顺应了水的重力特性。蜀郡太守李冰主持修建的都江堰水利工程，是全世界迄今为止年代最久、唯一保存的以无坝引水为特征的宏大水利工程，被誉为世界水利文化的鼻祖。又如红旗渠、三峡大坝、南水北调、港珠澳大桥等水利工程，都可以作为案例用以增强学生的民族自豪感，使学生坚信中国力量。（2）体现伦理意识和社会责任感。在讲解边界层概念与扰流阻力、有压管流、渗流等知识时，引入桥墩冲刷破坏、塔科马大桥垮塌、虎门大桥异常振动、波音737max客机失速事故、煤矿透水事故等与流体力学知识密切相关的工程案例，以增强学生的工程伦理意识和社会责任感。（3）体现爱国主义情怀。在讲解第十二章气体动力学基础时，组织观看人物传记电影《钱学森》，让学生学习老一辈爱国知识分子“初心为国、科学报国”的使命担当，了解他们为祖国国防科技事业创建与发展及社会主义现代化建设建立的不朽功勋。在中国特色社会主义进入新时代、中国高等教育步入高质量发展阶段的今天，学生依然可以从钱学森等老一辈爱国知识分子身上汲取丰厚的思想营养，学习他们的科学家精神，以及牢记初心使命、永葆奋斗精神的强大力量。

3流体力学课程思政教学设计实例

以刘鹤年编著的《流体力学》第三版“7.1流动阻力和水头损失的分类”“7.2黏性流体的两种流态”两节教学内容为例，设计专业知识讲授和思政教育相融合的课程教学思路（见图2）。教学内容主要包括水头损失分类、水头损失的计算公式、流体运动的两种流态、基于雷诺数的流态判定四个知识点，同时实现知识、能力、素质培养三个层次的教学目标。知识目标要求学生掌握流体水头损失的分类、圆管沿程水头损失计算方法、雷诺数的计算及基于雷诺数的流态判定等；能力目标为培养学生开展雷诺实验的动手能力以及解决与流动状态相关的复杂工程问题的能力；素质目标是培养学生的创新意识和探索能力，并对流体运动状态的国内外最新研究成果有一定了解。流体力学课程思政教学采用“线上 线下”的混合式教学模式，包括课前线上任务点、课堂教学、课后在线考核三个环节。首先，在超星学习通平台以问题的形式任务点，并提供雷诺实验视频资源、雷诺实验虚拟仿真实验系统及微信公众号科普文章等资源。课堂教学时，教师利用具有显著差异的实验结果，引出水头损失与流速直接相关性的问题，以吸引学生的注意力，激发学生的求知欲。随后，通过虚拟仿真实验教学系统再现雷诺实验，指出流体运动存在层流和湍流两种状态，推定沿程水头损失与流速关系不确定性的实质为不同流速下流体存在的两种运动状态。最后，在讲解无量纲的雷诺数以及基于雷诺数的流态判定准则时，向学生分享《流体力学琅琊榜：风起湍流》一文，让学生了解林家翘先生在湍流触发机制的理论解方面做出的突出贡献，增强学生的民族自豪感。

3.1课前线上任务

依托超星学习通平台，以问题的形式任务：（1）为什么输油管道每隔几十公里要设置加压泵站？（2）流速在圆管沿程水头损失计算公式中的作用是？（3）沿程水头损失在实验中如何测定？（4）流体的运动状态如何可视化表征？（5）第一位解析出临界雷诺数的科学家叫什么名字？让学生带着问题开展课前预习，有针对性地查阅相关资料，从而激发学生的学习兴趣。以任务点的形式在超星学习通平台共享雷诺实验视频资源，学生通过课前预习熟悉雷诺实验装置，观察流体运动状态由层流过渡到湍流的全过程，了解两种流动状态的显著特征，进而获得问题（3）和问题（4）的答案。以任务点的形式在超星学习通平台共享济南科明数码技术股份有限公司的雷诺实验虚拟仿真教学系统，让学生在虚拟场景下开展雷诺实验。虚拟场景下流动状态直观、立体的表现形式，使学生获得了生动的感性认识，增加了对抽象原理的理解，增强了学习的趣味性。

3.2课堂教学

课堂教学围绕着水头损失分类、水头损失的计算公式、流体运动的两种流态、基于雷诺数的流态判定四个知识点，在教学过程中融入课程思政元素，总教学时间为90分钟。3.2.1水头损失分类问题（1）的答案为：流体沿程流动会产生能量损失，而增设加压站的目的是补充这部分能量损失。以南水北调中线咽喉工程“穿黄工程”为例，在河南工业大学土木工程学院开发的流体力学明渠及有压管流虚拟仿真教学系统上，选择有压管流仿真模块开展水头损失分类的教学，让学生在虚拟场景下观看因流体的流动形态和流动的边界条件改变而产生的水头损失分类，进而实现本节课程的第一个教学目标。通过观察引压管数值的变化，学习通过实验手段测定水头损失的方法，同时获得课前问题（3）的答案。本知识点的教学时间为20分钟。3.2.2水头损失的计算公式水头损失的计算方法为本节理论教学的第一个重要知识点，在课堂教学时采用以问题为导向的教学方法。首先，教师通过讲故事的方式，详述水利工程师达西和魏斯巴赫是如何发现圆管沿程水头损失的计算公式的，并给出对应的解析表达式。随后，以问题（2）为导向，引导学生通过水头损失的解析表达式分析流速与水头损失的关系。此时，多数学生给出的答案为沿程水头损失与流速呈线性增加关系。最后，教师给出“在20世纪初学者发现，在流速很小时，沿程水头损失与流速呈线性关系，而流速较大时，二者呈现平方比例关系”的不确定实验结果，激发学生的求知欲，提高学生探究和解决问题的兴趣。本知识点的教学时间为25分钟。3.2.3雷诺实验及雷诺数采用济南科明数码技术股份有限公司开发的雷诺实验虚拟仿真教学系统开展雷诺实验教学，学生通过观看动画增强对抽象的湍流状态的感性认识，通过虚拟实验再现了解流体性质（密度、动力黏度）、流速、管径等因素均会影响流体的运动状态。密度、黏性、流速和管径这四个影响因素组合得出了整个流体力学发展史上最为重要的无量纲数雷诺数，雷诺数的大小决定了流体的运动状态。本知识点的教学时间为20分钟。在讲授基于雷诺数的流态判定时，引导学生阅读《流体力学琅琊榜：风起湍流》一文，使学生了解：在雷诺发现流体的两种流动状态后，出现了一个困扰索末菲学派数十年之久、穷几代人之力仍无法给出满意解答的问题——湍流的触发机制。这个问题让众多英才如鲠在喉，心结难解。直至1953年，来自中国的力学家林家翘以精妙的渐进方法计算出层流的临界雷诺数，并被刚刚出现不久的电子计算机成功验证。学生通过这个故事，详细了解了流体湍流运动状态的发现、触发机制探索及理论层面的突破等，学习众多科学家实事求是、严格要求、勇于探索的科学精神和精益求精的工匠精神。本知识点的教学时间为25分钟。

3.3课后在线考核

课后，教师采用超星学习通平台布置课后作业，考核学生的理论知识学习情况，进一步加深思政教育。理论知识考核以在线章节测试的形式开展，主要考查学生对水头损失分类、雷诺数计算及基于雷诺数的流动状态判定等知识点的掌握情况。同时，组织学生学习童秉纲、钱学森等人物的传记，让学生学习科学家追求真理、严谨治学的求实精神，以及淡泊名利、潜心研究的奉献精神。

4结语

立德树人是高等教育的根本任务，是当代高校的立身之本。课程思政是落实高校立德树人根本任务的重要途径，也是对传统思想政治理论课的完善和补充。为了探索土木工程专业基础课程的思政教学方法，本文以流体力学为例，依托超星学习通教学平台、虚拟仿真实验教学系统等技术，将现代信息化手段与专业课理论知识、课程思政元素等深度融合，提出了有效互动的“线上 线下”混合式课程思政教学模式，在专业知识讲授过程中潜移默化、润物无声地实现价值引领，有效实现土木工程学科的育人价值。

参考文献

[1]吴玥,李艳.高校优质思政课教师课堂教学行为案例研究及启示[j].教学研究,2022,45(1):43-54.

[2]李雅侠,战洪仁,张静,等.工科专业课程思政的探索与实践:以工程流体力学为例[j].化工高等教育,2021,38(5):52-55.

[3]高德毅,宗爱东.从思政课程到课程思政:从战略高度构建高校思想政治教育课程体系[j].中国高等教育,2017(1):43-46.

[4]高德毅,宗爱东.课程思政:有效发挥课堂育人主渠道作用的必然选择[j].思想理论教育导刊,2017(1):31-34.

[5]韩宪洲.深化“课程思政”建设需要着力把握的几个关键问题[j].北京联合大学学报(人文社会科学版),2019,17(2):1-6.

[6]石书臣.正确把握“课程思政”与思政课程的关系[j].思想理论教育,2018(11):57-61.

作者：曹世豪 陈俊旗 郑德乾 王建伟 朱晓伟 单位：河南工业大学土木工程学院