大学物理课程思政教学设计与探索*
——以流体力学为例

赵文丽 曹学成 孙丰伟 厉桂华 丛晓燕 高 峰

(山东农业大学信息科学与工程学院 山东 泰安 271018)

1 引言

2016年12月7日至8日，全国高校思想政治工作会议在北京召开，习近平总书记在会议上强调，要坚持把立德树人作为中心环节，把思想政治工作贯穿教育教学全过程，实现全程育人、全方位育人，努力开创我国高等教育事业发展新局面[1].讲话内容引起了全国各高校教师的热烈讨论，如何将思想政治教育融入各类课程，实现立德树人教育目标，提高人才培养质量，成为高校教学实践的新的重要的课题.2020年5月28日，教育部下发的《高等学校课程思政建设指导纲要》指出：“公共基础课程要重点建设一批提高大学生思想道德修养、人文素质、科学精神、宪法法治意识、国家安全意识和认知能力的课程”[2]，这一纲要充分表明公共基础课担负着思政育人的重要任务.

大学物理系列课程是农业院校理、工、农林等本科各专业必修的公共基础课，以培养学生的科学精神、科学方法、探索精神和创新意识等科学素质为目标，具有科学性强、知识覆盖面大、受益学生多等特点.学生通过大学物理课程的学习，能够理解并熟悉自然界物质的结构、性质、相互作用及其运动的基本规律，为后续专业课程的学习奠定必要的物理基础知识及实验能力，是进行“课程思政”的良好载体[3].

2 大学物理课程思政教学的现状

当前，全国高校都在轰轰烈烈地搞课程思政，但是课程思政无论内容上还是形式上都很难找到统一的标准，课程思政的建设犹如“摸着石头过河”，一直在探索之中.由于长期形成的教学习惯，教师在大学物理教学中一般只注重知识的讲授，即使想进行思政教育，由于教师受所学专业和所授学生专业的制约，也存在心有余而力不足的情况.在传授物理知识时，“在哪里进行思政教育？什么时候切入思政教育？如何结合专业开展课程思政教学？”对这些问题，许多任课教师把握不准，这说明教师平时虽然有专业知识的累积，但对于政治、哲学、传统文化、文科知识储备和所授学生专业的学习还远远不够，因此，不能把优质的思政素材精准地运用到教学中.部分任课教师没有认识到课程思政对于培养学生的重要性，在思想上不够重视，缺乏在平常教学中融入思政教育的意识和经验，也没有大胆改革教学方式的动力和勇气，导致在传播知识的同时忽略了对学生进行思想政治教育的熏陶，错过了大学生价值观形成的最佳时机，白白丢弃了思想政治教育的重要阵地.

针对上述问题，本文以流体力学为例，通过深入挖掘物理课程思政元素，对大学物理课程进行精心的教学设计，通过将思想政治元素无痕融入大学物理的课堂教学当中，力图做到 “教书”和“育人”的统一，在传授知识、培养能力的同时，实现对学生的价值塑造，使学生在“专业成才”的同时，也能够“精神成人”.

3 流体力学中的思政教学设计

3.1 通过流体模型的建立过程了解主要矛盾和次要矛盾的辩证关系

在“理想流体的运动”这一节开始，首先讨论流体的主要性质为“流动性”“可压缩性”和“黏滞性”，进而考虑到在某些运动情况下，后两种性质可以忽略，给出了理想流体的定义，接着推导出理想流体的伯努利方程.这个过程中主要抓住了流体的“流动性”这个主要矛盾来研究，使问题得以简化.第二节要考虑有黏滞阻力的流体的运动，黏滞流体要维持流动，必须考虑黏滞阻力引起的能量耗损，流体“黏滞性”便不能再忽略，从而对理想流体的伯努利方程修正，得到了黏滞流体的伯努利方程[4].引导学生完成了“理想”与“实际”之间的过渡，理想流体与黏滞流体的对比学习体现了物理思维的特征，让学生学到一种基本逻辑方法，体会从“特殊”到“一般”的思维历程，培养学生建立物理模型的能力.然而，上述“黏滞流体”就是实际流体吗？一般的情况下，水流实际运动更为复杂.在水流运动中，应该是确定性和随机性并存，恒定流中存在着局部非恒定流，即具有相对性.由此可见，无论分析什么自然现象，都要有辩证思维，不能绝对化，要能够在变化中看到其普遍的性质，又能够在整体中洞悉其局部变化的规律[5].

3.2 通过伯努利方程明确实践是检验真理的唯一标准

马克思主义强调：“实践是检验真理的唯一标准”，而整个物理体系的构建过程都充分体现了这一观点,流体力学也不例外.伯努利方程是流体力学中最重要的公式，它描述的是稳定流动的理想流体在同一流管中不同位置的高度、压强以及流速之间的关系，其本质是能量守恒原理.这一部分授课可以从一个课堂小实验开始，实验流程如表1所示.

表1 流体力学课堂实验——嘴向掌心吹气

学生在这个实验中的不同阶段获得不同的感受，实验结束之后，大部分学生自然会提出为什么会有这样的实验结果，带着这样的疑问引入伯努利方程的推导过程，最后学生才发现原来吹出气流流速不同，压强就会不同.如果气流是密封的，则不管流速快慢，吹出的热气流都可以抵达掌心；如果气流不密封，则流速慢的时候，热气也可以抵达掌心；如果流速快，则气流压强小，热气来不及抵达掌心时，周围压强较大的凉空气就会流过掌心.因此，不同的实验条件，感觉会有差异.事实上，人们对客观世界的认识本身就是一个不断完善和发展的过程，在认识的过程中，我们要注重实践与认识相结合，在实践中不断检验认识、丰富认识和发展认识；同时，要学会把已掌握的知识运用并指导于实践，充分运用马克思主义哲学的科学理论去指导实践.这样的课堂可以让学生们切身体会到“实践是检验真理的唯一标准”的唯物主义认识论[6].

3.3 通过生活实例培养学生的社会责任感

从伯努利方程可以得出一个推论：同一个水平流管中流速小的地方，压强大，流速大的地方则压强小.解释这个推论可以引入很多生活实例,比如狭管效应、火车站台的黄线设置等， 2021年发生的“长赐号”搁浅事故就是一个生动的实例.2021年3月24日，日本制造的“长赐号”巨型集装箱船在苏伊士运河搁浅，超过200艘轮船堵在河道里，在6天之后才再次通行，一些分析人士认为，“长赐号”带来的整体损失可达每天100亿美元.这次事件发生的原因和流体力学伯努利方程有着密切的关系.

在航道宽度受到限制的水域中(类似苏伊士运河)，如果船舶偏至某一侧航行，则船首排开的水，分向左右两侧，近岸一侧舷的水因受到岸壁阻挡扩散不开.同时一部分需要从船底流过的水也因为水浅而流动不畅.因此在船首近岸形成高水位，因而船首近岸一侧的水流速度慢，压力大，产生转船力矩推船首向河中心偏转，即岸推现象.而在船尾，由于船体靠近岸壁，近岸侧截面小，流速增大，水压力下降.加上螺旋桨正转时是吸入水流排向船尾，面向船首螺旋桨内侧形成低水位，水流速度大，压力下降.由此产生了横向吸引力，将船尾向岸壁靠拢，产生岸吸现象，如图1所示.

图1 “长赐号”搁浅原理图

考虑到当天运河上的大风，只要“长赐号”略微偏离河道中线，舵手就无法纠正“首岸推、尾岸吸”的运动.显然，船舶就会在狭窄的运河中偏转，在螺旋桨推力作用下，由于船舶前冲的巨大惯性就产生横堵运河的后果了.事故调查结束后，苏伊士运河管理局宣布了“长赐号”搁浅事故调查报告，称事故责任全在“长赐号”船长身上.在课堂教学中，通过引入这样一个生动的反面事例强化学生学好专业基础课的意识，爱岗敬业.

3.4 通过传统文化元素融入 提升学生的文化自信

从黏滞流体的伯努利方程可以得出一个推论：敞口渠道必须有一定的高度差，才能使水在渠道中做稳定流动，即俗语讲的“水往低处流”.讲解这部分的时候可以自然引入《老子》中的“上善若水”篇，老子讲到水甘心停留在最低洼、最潮湿的地方，滋润万物而不居功自傲，清静无为而又无所不为，文中列举出7个“善”，都是受到水的启发.老子认为拥有最高德行的人就像水一样，具有宽广的胸怀、谦逊的品格、与世无争的情操、宽厚诚实的作风，这些最接近于“大道”的本质，是人类最应该效仿的德行.人如果能够使自己的品格如水一般，就能与“大道”协调，就会避免纷争、痛苦和烦恼，也就能生活得轻松愉悦.授课过程中可以充分挖掘我国传统文化中的优秀思政元素，对学生进行润物无声的教育.

4 结束语

大学物理中蕴含着丰富而极具哲理的思政元素和思政案例，物理课是引入思政教育的极佳平台，只要物理教师勇于探索、善于思考、勤于总结，就能够凝炼出优秀的思政案例，让学生在大学物理课堂上获取物理知识的同时，增长生活智慧，拓宽个人胸怀，启迪升华人生.