基于三位一体的工程流体力学课程教学改革与实践

陈 凡, 别文博, 王雪晴  

（平顶山学院 电气与机械工程学院， 河南 平顶山 467000）

[摘  要]课程思政建设是高校落实立德树人根本任务的重要举措，是全面提高人才培养质量的重要途径。伯努利方程在工程流体力学课程中占据非常重要的地位。本文以伯努利方程为例，从知识传授、能力培养与素质价值塑造三个方面对教学过程进行精心设计，首先论述了伯努利方程整体设计思路和教学背景分析，其次从学情分析、教学目标设计、教学过程设计等方面，深入探究了伯努利方程的具体教学过程，并进行教学反思。最后，进行总结，以期后续能有更好的教学效果。特别是在教学过程设计中，采用首先生活案例引入，其次进行理论教学，最后回归工程案例的讲课思路，同时自然准确地引入思政元素，实现知识传授、能力培养与素质价值塑造“三位一体”的育人模式。

[关键词]课程思政；工程流体力学；三位一体

[基金项目]2022年度平顶山学院校级课程思政建设示范课“工程流体力学课程”（编号无）；2021年度平顶山学院教学改革研究项目“工程认证背景下的《机械制造技术基础》课程教学改革研究与实践”（2021-JY60）；2020年度平顶山学院教育教学改革研究项目“网络教育中学生学习状态获取方法研究”（PX-920381）。

[作者简介]陈凡（1984-）女，河南驻马店，博士，平顶山学院 电气与机械工程学院副教授，研究方向：超精密加工技术与装备；别文博（1987-）男，河南南阳，博士，平顶山学院 电气与机械工程学院讲师（通讯作者），研究方向：超精密加工技术与装备；王雪晴（1983-）女，河南平顶山，硕士，平顶山学院 电气与机械工程学院讲师，研究方向：测控仪器研究。

[中图分类号] G40-012，G641  [文献标识码]A    

引言

在全国高校思想政治工作会议上，习总书记指出只有在教育教学全过程中始终贯穿思想政治工作，才能不断开创我国教育事业发展新局面^[1-2]。高校在把握教育教学基本规律的基础上，在各个环节融入立德树人，这为专业课程改革提供了新研究角度^[3]。同时，依据《高等学校课程思政建设指导纲要》，将知识、能力和价值塑造贯穿于教学的全过程，力求进行课程的整体课程思政规划，将课程思政育人形成立德树人育人体系^[4]。

根据OBE教学理念，基于我校应用型本科高校定位，在把握机械电子工程专业特点的基础上^[5]，以工程流体力学课程中的“伯努利方程”为例，研究如何将思政元素融入专业课程教学过程中，将专业课程教学作为育人的主战场，帮助学生树立正确的思想观念，养成科学的辩证唯物主义思维，提升专业素养与职业素养。最终，将课程思政目标具体转化为科学思维方法训练、爱国情怀与文化自信、孜孜不倦探究精神、精益求精工匠精神等4个指标点。然后，将指标点内容补充到课程的教学大纲中，体现到教学设计和过程中，最终形成具体教学实施方案。一般在教学设计中，应结合典型的历史人物和工程案例，聚焦中国经验，讲好中国故事，增强国家和文化自信。在知识传授、能力培养中弘扬核心价值观，传播爱党爱国、积极向上的正能量，使学生在接受专业知识的同时能够全面提升思想素质，引导学生树立正确人生观和价值观。

一、整体设计思路

结合思政育人依据，深入挖掘专业课程的德育内涵和元素，制定课程知识传授、能力培养与素质价值塑造三位一体的育人具体目标，以伯努利方程为例，应使学生具备孜孜不倦的探究精神，精益求精的工匠精神；学会透过现象看本质的科学思维方法；做事情要遵循客观规律，了解自身条件及其限制性；具备爱国情怀和文化自信，强化集体利益大于个人利益的认识；培养严谨的科学态度、团队协作精神等。

采用线上线下混合式教学方式，通过信息化技术将思政素材运用到课堂教学和学习通线上学习中，采用BOPPPS教学模式，通过开展观看视频、课堂讲授、对比分析、主题讨论、内化吸收、联系实际、归纳总结等多种教学活动，并利用学习通、微信、QQ等通信平台，及时了解学生的思想动态。最后，通过课后撰写反思报告及问卷调查等形式，检查育人效果，并通过借助投票平台，设定合理的教学评价机制，及时收集学生对课程思政内容的评价，及时调整教学策略，改进教学方案，从而实现多方位、针对性的课程思政育人。

二、教学背景分析

工程流体力学是机械电子工程专业第三学期的专业基础课程，是伴随学生基础理论知识升华过程的重要课程。其中，“伯努利方程”是能量守恒原理在工程流体力学中的具体体现，在流体静止、运动过程中起着非常重要的作用^[6]。该方程的推导过程需要较丰富的数学知识，具有较强的理论性，同时该知识点还是课程教学中实践性最强、工程能力要求最高的知识点之一。在以往的教学过程中，发现学生对于伯努利方程的学习和应用都有一定的难度，很难达到学以致用的目的，同时，理论性较强思政元素基本没有。因此，本节思政教学模式的探索、研究和实践在“三全”育人体系中具有举足轻重的地位。

本节的主要内容是伯努利方程及其意义与应用，具体有：理想流体微元流束伯努利方程的推导过程、伯努利方程的意义、伯努利方程在工程和生活中的应用。在学习过程中，通过视频大飞机C919的故事，增强学生的爱国情怀和自豪感；在方程推导过程中蕴含方法论、辩证法的科学思维；在方程的意义讲解中激发爱国情怀与担当意识；在工程生活应用中，体现文化自信和人生哲理。使学生不但能够正确理解自己的专业知识，理论联系实际，还能培养学生的专业兴趣，引导学生运用专业知识的学习思维和分析方法。

三、具体教学过程

（一）具体学情分析

伯努利方程是流体动力学的基本规律之一，与实际生产生活联系紧密。学生在高中物理中学习了一些简单流体知识，且进行过实验操作，对流体的伯努利方程已有一些感性认识；在大一已学过高等数学，对在方程推导过程中涉及到的数学知识比较熟悉，具备一定计算推导能力，但在分析问题时，上升到理论本质还有一定差距，将知识转化为实际技能还有一定难度。因此，需加强学生透过现象看本质的能力，培养理论联系实际分析和解决工程生活实际问题的综合应用能力。

同时，学生的学习能力、抽象思维能力不强，学习态度参差不齐。因此，要努力营造教学情景，通过任务驱动，让学生带着问题学习知识，将知识融于实践，进而引导学生掌握归纳总结分析解决问题的基本方法。同时，学生喜欢形象直观的探究性学习，对生活和工程中的现象充满好奇，且学生的情绪、情感、思维及性格还不成熟和稳定，具有较大的易变性和可塑性。因此，可列举贴近生活的实例，运用伯努利方程进行解析，调动学生的学习积极性；列举大国重器，培养学生的爱国主义情怀。同时，培养解决实际工程问题的能力。

（二）教学目标分析

结合课程特点、学生特点和学习内容，基于线上学习通平台，采用线上线下混合式教学模式，以讲授法、任务驱动法、讨论法等教学方法，进行课程思政育人，具体教学目标如下：

第一，知识和能力目标：能够正确列写伯努利方程（教学目标1.1）；能运用伯努利方程合理解释工程、生活中的某些现象（教学目标1.2）；具备团队协作能力（教学目标1.3）。

第二，素质（思政）目标：增加爱国情怀和对我国经济发展、文化的自信心（教学目标2.1）；培养孜孜不倦的探索精神和严谨、精益求精的工匠精神（教学目标2.2）；学会透过现象看本质的问题分析与解决方法，并培养科学的学习方法、辩证法的科学思维（教学目标2.3）；了解家风、学风和社会与人之间的相互作用，激发学生增加个人主观能动性（教学目标2.4）。

（三）教学过程设计

1）课前

教师在学习通平台上，提前发布了本节的任务点、导学案，以及学习视频和文档，指导学生提前自主学习，让学生带着自己的重难点进入学习状态，同时培养自主学习习惯。

2）课中

1. 导入和前测（B+P₁）

教师采用问题驱动，通过观看视频“国产大飞机C919”，提出思考问题：飞机的升力从哪里来？一方面让学生知道伯努利方程的应用场合，引发思考，有利于知识的掌握。同时，视频选择我们的国产大飞机C919，有利于增强学生对我国经济发展自信心，激发爱国情怀，对应课程目标2.1和2.2。另一方面，让学生进行自测，根据导学案检查对本节知识的预习情况，明确自己本节的学习重点。

2. 学习目标（O）

教师采用具体、明确、可测量地动词对学习目标进行描述，并在教学PPT中直接呈现，让学生明确本节具体学习目标。

3. 参与式学习（P₂）

教师讲解理想流体微元流束伯努利方程的推导条件和推导过程，与教学目标1.1相对应，让学生感受到：绝大多数知识都是经过了几代人的努力才能得比较简单可靠的结论，因此在解决问题的时候，要善于总结前人的优秀成果，站在巨人的肩膀上，才能看的更远。同时，也要明白自己所处位置的意义及局限性，要全面的分析和看待问题，与课程目标2.3相对应。另外，通过方程的推导，指出工程人员，特别是科学研究者一定要具有环环相扣、严谨的思维和积极认真的科学态度，才能得到准确的结论，与课程目标2.2相对应。

教师讲解伯努利方程的意义，通过分析流体静力学方程是流体流速为零时的伯努利方程，引出了静止是运动的一种特殊形式以及任何事物都包含对立统一关系这一哲学思想，与课程目标2.3相对应。同时，引出伯努利及其家族的故事，伯努利家族三代时间里出现八位卓越的科学家，伯努利“他不是一个人在战斗，他的背后是整个伯努利家族和传承”，与课程目标2.4相对应。

教师讲解伯努利方程的应用——毕托管，在学生主题讨论的基础上得到利用伯努利方程进行问题分析的步骤，即：①找计算点；②选基准面；③列方程；④解方程，即“找、选、列、解”，与教学目标1.2和1.3相对应。同时，通过毕托管优缺点的介绍，让学生明白任何事物都具有两面性，引出挫折无伤、依旧向阳，这才是人生最好的状态，与课程目标2.3相对应。

4. 后测（P₃）

通过学习通的随机选人功能，找学生回答本节最早的问题：飞机的升力从哪里来？进一步加深伯努利方程的应用，并与自测相照应，解释正确答案。同时，介绍在大自然中利用升力的例子——大雁南飞时会排成人字形的现象，并解释其背后的原因和引申的社会意义，与课程目标2.4相对应。同时，通过唐朝诗人张九龄的描述大雁南飞“小大每相从，羽毛当自整”的诗句，提升学生的人文素质，与课程目标2.1相对应。

5. 总结（S）

通过学习通主题讨论的形式，让学生们对今天的学习内容进行总结，将今天你学到了什么？上传到学习通主题讨论中。学生先总结，教师最后归纳，方便知识打包带走。

3）课后

教师通过现场、学习通等平台进行答疑交流；学生完成扩展阅读论文《飞机的升力》，引导学生完成个性化学习与巩固、知识拓展（研读论文，体现高阶性）。同时，布置课后作业（撰写反思报告）、发布下节任务点及导学案等。

（四）教学反思

对学生课堂表现、回答问题情况，以及课堂行为规范、言行举止和撰写的反思报告，评价学习态度等方面。通过作业的小组自评和互评得分，学习通自动记录，来评价团队协作素养、评估评价能力和科学严谨的科学观。最后，教师发放问卷调查，学生对教师教学进行评价，及自己目标达成情况等进行综合评价。从评价结果可以看出，学生的学习目标很明确，能正确评估自己的学习水平，还能找到提高的途径，同时对课程中涉及到的思政元素对自身素质的提高表示了肯定。

四、结语

基于工程流体力学课程中“伯努利方程”的理论性和实践性强、工程能力要求高等特点，首先采用生活案例提出问题使学生思考，进而引出本节知识点，让学生对伯努利方程产生探索和兴趣，有效地调动学习的积极性和主动性。然后再进行专业理论知识的讲授，主要是方程的推导，让学生更快全面地接受知识要点。最后通过对伯努利方程工程案例和相关现象的分析，培养学生理论联系实际，解决工程问题的能力。在教学过程中引入思政教育，培养学生科学精神，以及运用辩证唯物思维分析问题等能力。同时，穿插了学习、做人的道理，帮助学生形成正确的人生观和世界观。最后，教学实践结果表明，融入思政元素的工程流体力学教学案例不仅没有影响学生的专业知识学习，反而激发了学习兴趣，对知识点的掌握更加牢固，且能运用该原理更好地分析工程生活中的问题或现象，促进了知识的应用。

[参考文献]

[1] 习近平在全国高校思想政治工作会议上强调:把思想政治工作贯穿教育教学全过程 开创我国高等教育事业发展新局面[J]. 实践(思想理论版), 2017(02):30-31.

[2] 孙泽, 杨小波, 许妍霞, 等. 工程流体力学课程思政的探索[J]. 教育教学论坛, 2022, No.555(04):123-126.

[3] 唐景莉. 坚持“以本为本” 推进“四个回归”—新时代全国高等学校本科教育工作会议述评[J]. 中国高等教育, 2018(Z2):11-12.

[4] 刘玲. 高校课程思政的资源及开发研究—基于《高等学校课程思政建设指导纲要》分析[J]. 高教学刊, 2021, 7(19):164-167.

[5] 陈凡, 浮宗霞, 卫慧娟, 等. OBE+混合式+线下BOPPPS精讲教学模式实践[J]. 办公自动化, 2021, 26(08):43-46.

[6] 樊红莉, 李风海, 郭倩倩, 等. 伯努利方程的教学设计[J]. 山东化工, 2021, 50(05):246-247，249.

Teaching reform and practice of engineering fluid Mechanics based on Trinity

Chen Fan, Bie Wenbo, Wang Xueqing

(School of Electrical and Mechanical Engineering, Pingdingshan University, Henan Pingdingshan 467000)

Abstract: Curriculum ideological and political construction is an important measure for colleges and universities to carry out the fundamental task of moral cultivation, is an important way to comprehensively improve the quality of talent training. Bernoulli equation plays a very important role in the course of Engineering Fluid Mechanics. Taking Bernoulli equation as an example, this paper carefully designs the teaching process from three aspects: knowledge impartation, ability cultivation and quality value building. Firstly, it discusses the overall design idea and teaching background analysis of Bernoulli equation. Secondly, it explores the specific teaching process of Bernoulli equation from the aspects of learning situation analysis, teaching objective design, teaching process design and so on, and carries on teaching reflection. In the end, the paper makes a summary in order to achieve better teaching results. Especially in the teaching process design, it adopts the introduction of life cases first, then carries out theoretical teaching, and finally returns to the teaching idea of engineering cases. At the same time, it naturally and accurately introduces ideological and political elements, so as to realize the "trinity" education mode of knowledge imparts, ability cultivation and quality value shaping.

Key words: Curriculum ideology and politics; Engineering fluid mechanics; Knowledge transfer; Ability cultivation; Quality value shaping; Trinity