新工科背景下《工程流體力學》課程思政的教學實踐

摘 要：基于知識傳授、能力培養、價值塑造“三位一體”的人才培養目標，以流體的運動方程為例，探索了新工科背景下《工程流體力學》課程的思政教育，實現了教育與教學的有機統一。

關鍵詞：新工科建設，工程流體力學，課程思政

新工科建設對中國高等教育的改革和發展發揮了示范和引領作用，培養工程能力強、綜合素質高的新工科人才[1-2]成為高等教育面臨的關鍵問題。另一方面，2016年在全國高校思想政治工作會議上強調，要把思想政治工作貫穿教育教學的全過程，實現全程育人、全方位育人[3]，這對專業課程教學提出了新要求。如何打造新工科背景下的專業課程思政，在努力培養新工科人才的同時，將德育教育貫穿于課程教學，成為專業課程教師必須深入思考的問題。

本文以《工程流體力學》中的流體運動方程為例，基于學情分析，以新工科人才培養的新要求和專業課程發揮立德樹人的教育新理念為抓手，進行了課程教學思考與設計。

一、學情分析

《工程流體力學》課程本身具有理論性強、概念抽象、工程實踐性強等特點，其中流體的運動方程這一內容，更是涉及了偏微分方程的推導與求解，要求學生具有扎實的物理力學、高等數學等知識作為學習基礎，導致有相當一部分同學覺得這部分內容晦澀難懂，產生畏難情緒，喪失了學習興趣。

二、課程教學的設計與實踐

基于知識傳授、能力培養、價值塑造“三位一體”的人才培養目標，在學情分析的基礎上，從新工科人才培養要求和課程育人要求兩個角度出發，進行了課程的教學設計，探索了問題驅動——課程學習——反思提升的閉環式教學模式。

教學實施路徑如下：

首先是案例導入和問題驅動。以圖片和視頻資料為載體，選取1912年泰坦尼克號姐妹艦與巡洋艦相撞，以及2019年美國海軍彈藥補給艦撞傷導彈巡洋艦作為案例，引出問題：什么原因導致兩艘相距較近的并行的船相撞，船吸現象指的是什么，從而引入流體的運動方程這一教學內容。

通過介紹典型工程案例，并以工程案例中隱含的科學問題作為驅動，在理論知識與工程應用間構建橋梁，激發了學生的學習興趣，增強了學生的工程意識，適應新工科人才培養的新要求。在思政方面，在介紹典型案例時，明確指出工程活動中的實施者由于無視自然規律，不遵守崗位工作規范，付出了慘痛的代價，強調工程活動中的責任意識，強調工程人員應具備的職業素養，做到愛崗敬業。

第二階段是課程學習，這又細分為兩個層次。

第一層次主要講授理想流體與實際流體的運動微分方程。在回顧理想流體與實際流體區別的基礎上，以牛頓第二定律為出發點，通過回顧靜止流體的平衡微分方程，導出理想流體的歐拉運動微分方程組，再通過引入內摩擦力，導出實際流體的Navier-Stokes運動微分方程組（以下簡稱N-S方程組）。教學過程由簡到難，通過已學知識點的導入引發新知識點的學習，構建起不同知識點的橫向聯系。

在課程教學中，通過對復雜問題的分析，舍棄次要因素、抓住本質特征，實現理想流體與實際流體的過渡，體會從“特殊”到“一般”的思維歷程，培養學生的數學建模能力和工程思維能力[4]。在推導獲得N-S方程組后，指出N-S方程組無法獲得準確的解析解。目前主要借助計算流體力學，利用數值模擬獲得滿足工程精度要求的近似解，并選取教師科研項目中計算流體力學的典型工程案例進行展示，使同學們了解本學科領域的國際發展趨勢和研究熱點，培養學生利用新知識、新技術解決問題的能力，培養學生的創新思維。在思政方面，指出Navier-Stokes運動微分方程，由Navier在1827年首次提出，經過近二十年的修正，最終于1845年由Strokes確定。通過科學家們的典型案例，引導學生學習他們嚴謹的科學態度，堅持不懈、勇于探索的科學精神。

由于流體運動方程的微分形式使用不方便，從工程應用角度考慮，我們更希望獲得它們的積分形式，由此進入課程學習的第二層次。由于歐拉運動微分方程是一個一階非線性偏微分方程組，只能獲得特定條件下的積分形式。通過一步步地限定條件，獲得了理想流體的伯努利方程。進一步地，考慮到克服粘性內摩擦力消耗的機械能，對理想流體的伯努利方程進行修正，得到實際流體的伯努利方程。

在教學過程中，對復雜問題簡單化，通過條件限定讓復雜問題的求解變得簡單可行，體會從“復雜”到“簡單”的思維歷程，培養了學生的數學模型求解能力，培養了學生分析問題、靈活解決問題的工程思維能力。在思政方面，通過解釋理想流體伯努利方程的物理意義，不僅加強學生對公式的理解，而且明確指出伯努利方程正是能量守恒定律的體現，讓同學們體會到辯證唯物主義的核心思想。

最后就是反思提升。通過同學們的反思、總結，揭秘課程之初提出的問題，并以日常生活中乘坐地鐵時為何要站在警戒線之外候車為例，讓同學們運用學到的知識解釋日常生活中的問題，為后續利用實際流體的伯努利方程解決工程實際問題打下良好基礎，起到了很好的教學效果。

三、結束語

以知識傳授、能力培養、價值塑造“三位一體”的人才培養目標為根本，通過對教學內容的設計與實踐，在知識傳授的同時強化了學生工程意識、工程思維能力和創新思維能力，適應新工科人才培養的新要求;挖掘課程蘊含的思政元素，將育人的價值引領內生為課程的教學內涵，使專業課程教育與思政教育同向并行，實現教育與教學的有機統一，為課程改革提供了有益探索。

參考文獻：

[1]林健.面向未來的中國新工科建設[J].清華大學教育研究，2017，38（2）： 26-35.

[2]陸國棟，李拓宇.新工科建設與發展的路徑思考[J].高等工程教育研究，2017，（3）： 20-26.

[3]習近平.把思想政治工作貫穿教育教學全過程 開創我國高等教育事業發展新局面[N].人民日報，2016-12-09 （11）.

[4]樊娟娟，于秀玲，潘振東.課程思政在農業院校大學物理教學中的探索——以“流體的運動”為例[J].教育現代化，2020，（27）： 185-187.

作者簡介：孫會，（1974-），女，漢族，江蘇省東海縣，教授，博士，研究方向：計算流體力學。