李兴华 孙也

摘    要：“流体力学”是环境工程专业培养人才的重要专业基础课程，对于核心专业课“大气污染工程”和“水污染控制工程”的学习具有关键的支撑作用。文章基于国际工程教育专业认证的OBE理念，旨在打破传统教学存在的问题，从成果导向、持续改进等视角，优选前沿和工程应用的教学资源、改革多元化教学模式、重点突出实验教学能力培养，同时结合“流体力学”课程中的思政元素，最终促进“OBE理念+课程思政”教学目标的达成。

中图分类号：G642          文献标识码：A          文章编号：1002-4107（2022）03-0055-03

“绿水青山就是金山银山”已成为人民的共识，国家重视环境保护和生态文明，对高水平环境工程人才需求提高，高校作为培养人才的基地，培养适应国家发展需求的高水平环境工程人才已成为其人才培养的重要任务。“流体力学”课程是环境工程专业的一门非常重要的专业基础课，支撑着水和大气污染控制技术的发展。因该课程通过研究流体机械運动规律支撑工程实际中流动问题[1]，课程内容多、概念抽象、专业性较强，课程的设计直接关系到学生的理论知识基础和工程实践能力培养，所以，在工程教育认证产出导向（Outcome based education，OBE）的要求下，必须积极进行教学改革和设计。

一、“流体力学”课程介绍及存在的问题

“流体力学”课程在环境工程教学中的重点，一是研究环境流体（包括水、废气、环境空气等）在流体流动状态或平衡状态情况下的力学规律;二是研究环境流体与固体（例如管道）之间相互作用。作为专业基础课，“流体力学”一般在本科大二春季学期开课，先修课程包括“大学物理”“高等数学”公共基础课。实际上“流体力学”可以分为两部分：理论流体力学和工程流体力学，针对环境工程专业，后者更偏重于工程应用，因此常常以工程流体力学作为教学重点，例如利用流体力学知识解决污水处理厂设计。“流体力学”理论体系主要由流体静力学、流体运动学和流体动力学三部分组成[2-3]，课程主要是建立在连续介质假设基础上，通过牛顿经典力学和高等数学等基础知识对流体静止和运动规律进行研究，可通过运用高等数学中微积分等方法首先对流动现象进行数学建模，根据模型解决不同流体流动的问题，“流体力学”教学体系如图1所示。

“流体力学”课程在教学过程中存在一些问题，一是课程内容涉及面广，储备知识较多，涉及到“高等数学”“大学物理”“热力学”“工程力学”等基础知识;二是流体力学内容抽象，理解比较困难，该课程的研究对象是流体，但是流体性质复杂，课程理论抽象，公式推导繁琐复杂，理想模型、修正公式、修正系数较多，其物理意义也比较难理解;三是教学模式单一，学生参与度不高。课堂教学多以原理与方法的讲授为主，学生兴趣和主动性不足，不能体现系统性和层次性的教学目标[4]。

二、OBE理念融入“流体力学”课程的教学设计

OBE理念即为成果导向教育，随着国际工程教育专业认证的推广，越来越多的国家接受并践行，OBE先进教育理念核心是实现三个转变，一是教师为中心到学生为中心，二是学科导向到目标导向，三是质量监控到持续改进。基于OBE理念分析了工程教育认证“流体力学”课程支撑的毕业要求、指标点，如表1所示，因此教学设计根据对应的毕业要求，应当优选前沿和工程应用的教学资源、改革多元化教学模式、突出实验教学，体现课程设置、教学、考核评价与培养目标的一致性[5-7]。

（一）强化与专业前沿方向和工程应用的教学内容

梳理环境工程专业课程，分析“水污染控制工程”“大气污染控制工程”“泵站与管道工程设计”“大气污染控制课程设计”等课程对“流体力学”核心知识点的需求，重构流体力学课题体系，确定《流体力学泵与风机》第五版作为主要授课教材，高教出版社的《工程流体力学（水力学）》第三版作为参考教材，对两本教材中与环境工程专业相近的内容进行合理取舍和补充，对于流体静力学、绕流运动、流动阻力和能量损失、一元气体动力学基础、一元流体动力学、孔口管嘴管路流动、气体射流等内容进行重点讲授[10]。

由于该课程公式较多，适当降低对环境工程学生的公式推导要求，重点通过公式的基本概念、参数的物理意义、应用条件等方面引导学生理解公式的具体应用场景，学会应用公式解决环境工程问题。课程除讲述基本概念与原理外，注重结合环境工程中实际流体力学问题进行讲述，通过与水、环境空气和废气的应用实例培养学生分析和解决工程实际问题的能力。在绕流阻力与升力章节中，通过除尘工艺中颗粒物在气流中的绕流阻力、浮力和重力的分析，确定颗粒物在气流中的状态，使学生能够作出符合工程实际的判断。在减小阻力的措施章节中，选取典型的高分子聚合物添加剂，增加前沿研究案例，教会学生结合环境工程管道，对减阻起始点、浓度效应和抗剪切性能等参数进行精确的定量估计，正确解决环境工程专业流体力学管道相关的设计和计算问题。

（二）改革多元化教学模式

为打造高校的“流体力学”课堂，必须对以往单一的教学模式进行改革。通过仿真内容引入课堂教学、动画图片演示教学、翻转课堂与适当传统板书的有机结合，加强学生感性认识、加深概念理解、激发学习兴趣[11-12]。

1.“流体力学”的很多概念比较抽象，难以理解;以动画、图片等形式演示课程的部分内容，将各种流动形态形象展示出来，使原本抽象的概念变得清晰易懂。

2.就课程特点而言，公式推导过程繁多，完全采用多媒体教学，学生很难理解整个推导过程，因此利用多媒体教学和传统板书教学相结合的方式，多媒体展示应用场景和动画模型，板书结合多媒体分步推导，达到最佳的教学效果。

3.采用雨课堂等在线教育手段，向学生提供方便、灵活的自主学习环境，教师通过雨课堂发布预习和课后作业，学生可根据要求进行预习和复习，同时查阅教学课件;每周固定在线答疑时间，学生可在线与教师互动答疑。

4.流体力学的发展同许多伟大科学家和工程师的贡献是分不开的，教师可在课堂穿插讲授这些大家的故事，例如北京航空航天大学建校元老陆士嘉先生和普朗特、冯卡门等科学家的科学精神，激发学生的学习兴趣。

（三）突出实验教学环节

实验对于流体力学课程是一个重要的环节，但是受实验条件和课时的限制，可通过以下方式解决。

1.仿真实验让学生通过观看动画的方式理解理论原理和公式，例如雷诺实验中可更加清晰地理解层流和紊流的现象及其特点[12]。

2.通过实验室测量仪表如液柱测压计、压差计、皮托管、文丘里流量计等课堂展示，制作小型实验装置（包括风机、管道和皮托管）课堂演示，同时学生完成气体流速的测量。

3.鼓励学生到实验室开展流体力学相关的自主实验，公布两个自主综合实验题目，学生可选做实验，以加深对理论和概念的理解，开拓视野。

三、深入挖掘“流体力学”课程中的思政元素

环境工程专业的“流体力学”不仅是传授专业知识的课程，也蕴含着大量的思政元素，同樣具有思政教育的作用，因此深挖课程所蕴含的思政元素，通过不断探索和总结，把古代中国智慧、科学家故事、哲学思维、科学精神、正确的社会主义核心价值观巧妙融入课程教学中，为培养有理想、有信念的新时代环保人作出贡献[13-14]。

本课程结合“流体力学”特点找出课程思政切入点，围绕爱党、爱国、爱人民的主线，从我国流体力学史上典型的都江堰水利工程、三峡工程等案例入手，增强学生对国家的文化自信及对民族的自豪感，同时拓展科学家的故事，让学生学习他们的坚持和科学精神，并从模型设计和量纲分析等方面，让学生学会从自然辩证法的哲学思维角度去思考问题。思政案例与理论课程相结合的方式，能够很好地将案例融入教学大纲的内容、课程讨论及评价等不同的教学环节，与工程教育认证产出导向理念相融合，提高学生能力培养，实现工程教育认证的教学目标[15]。设计的部分流体力学思政案例如表2所示。

四、结语

新时代OBE理念和课程思政要求给“流体力学”课程提高环境工程人才培养水平带来了新的抓手，打破了传统的教学方式，通过改革课程的多元化教学模式、增加了前沿和工程应用的教学内容、探索融入“流体力学”中课程思政元素，注重“教师的教”向“学生的学”的转变，充分调动学生的学习积极性，形成了一套以满足环境工程教育认证要求、塑造学生远大理想和奉献精神的“流体力学”教学体系。

参考文献：

[1]胡昊，黄健，朱曙光.CDIO与“以学生为中心”    结合的“流体力学”教学改革实践[J].教育教学论    坛，2021（19）.

[2]蔡增基，龙天渝.流体力学泵与风机（第五版）[M].    北京：中国建筑工业出版社，2013：1-205.

[3]闻德荪.工程流体力学（水力学）（第三版）[M].北京：高等教    育出版社，2010：1-158.

[4]万蕾.应用型本科院校环境工程专业流体力学教学的几    点思考[J].大学教育，2017（3）.

[5]叶招莲，马帅帅，屠远，等.基于OBE理念的“大气污染控    制工程”课程混合式教学改革与设计[J].江苏理工学院学    报，2020（6）.

[6]刘美丽，陈家庆，韩严和.工程教育专业认证背景下流体力    学课程改革与实践[J].大学教育，2020（2）.

[7]张成良，王超，刘磊.工程教育专业认证背景下流体力学课    程教学改革探讨[J].西部素质教育，2018（4）.

[8]中国人民共和国教育部.工程教育专业认证标准（试行）    [EB/OL].（2011-03-01）[2021-08-10].http：//www.moe.     gov.cn/s78/A08/gjs_left/moe_742/s5638/s3861/201110/     t20111008_125419.html.

[9]工程教育认证标准（2017年11月修订）[J].电气电子教学    学报，2019（1）.

[10]兰景岩，莫红艳，曹振中.工程教育专业认证背景下少学      时流体力学教学改革探索与实践[J].高教论坛，2021（4）.

[11]唐群国，朱龙威，谭琼.“部分翻转课堂”在“流体力学”教      学中的应用[J].黑龙江教育（高教研究与评估），2017（12）.

[12]刘丽丽，范家伟，孙启冀.基于线上线下混合模式的“工程      流体力学”课程教学改革[J].黑龙江教育（高教研究与评      估），2021（6）.

[13]习近平.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[EB/OL].（2016-12-09）[2021-08-11].       http//dangjian.people.com.cn/n1/2016/1209/c117092-       28936962.html.

[14]孙优善，张长平，黄超，等.思政教育融入流体力学课程教      学的路径探索[J].创新创业理论研究与实践，2020（5）.

[15]徐升，刘亚敏，陈艺兰，等.高校在线课程思政建设探      索——以环境工程微生物学课程为例[J].大学教育， 2021（7）.

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