新工科背景下西藏院校高等流体力学课程探索与实践

摘  要：高等流体力学是水利工程类专业硕士研究生的一门重要的专业基础课。该文基于新工科的内涵，以西藏农牧学院的高等流体力学课程为例，结合西藏水利工程专业学生实际，从教学的指导思想、教学设计、教学内容、教学方法和教学环节等方面探索由“教”为中心向“学”为主体转换的途径。分别以“虚拟仿真在课程中的应用”“水力学实验室建设”“课程思政教育”为例，提出适合西藏的课程改革思路。通过加强教学中的实践环节，将理论学习与生产实际联系起来，并构建育人效果评价体系，形成完整的高等流体力学课程思政教学方案，为西藏其他高校的课程改革提供参考。

关键词：新工科；高等流体力学;课程思政;实践教学；课程改革

中图分类号：G642      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2024）24-0119-05

Abstract： Advanced Fluid Mechanics is an important professional basic course for master students majoring in water conservancy engineering. Based on the connotation of "Emerging Engineering Education"， taking the higher fluid mechanics course of Tibet Agriculture & Animal Husbandry University as an example， and combining with the actual situation of students majoring in water conservancy engineering in Tibet， this paper explores the way to transform from "teaching" as the center to "learning" as the main body from the aspects of teaching guiding ideology， teaching design， teaching content， teaching methods， teaching links， etc. Taking "application of virtual simulation in curriculum"， "construction of hydraulic laboratory" and "ideological and political education of curriculum" as examples， this paper puts forward curriculum reform ideas suitable for Tibet. By strengthening the practical links in teaching， linking theoretical learning with production practice， and constructing the evaluation system of education effect， a complete ideological and political teaching plan for the course of higher fluid mechanics has been formed， providing reference for the curriculum reform of other colleges and universities in Tibet.

Keywords： Emerging Engineering Education; Advanced Fluid Mechanics; curriculum ideology and politics; practical teaching; teaching reform

新工科是随着国内外形势变化提出的教育改革新方向，为满足我国经济快速发展的需求，对新型工程人才的培养也必须进行改革和创新[1]。近年来，在党中央的关心支持下，西藏地区经济实现了跨越式发展，经济社会转型发展较快，但当地高校对理工人才的培养还不能完全适应经济社会发展。西藏高校在理工科紧缺人才培养方面还有待进一步探索和努力。西藏农牧学院是建设社会主义现代化新西藏现代高等教育的起点之一，在理工科人才培养方面有丰富的经验，有足够的能力和经验扛起西藏理工科课程改革的大旗。

作为理工科课程改革的重要组成部分，高等流体力学课程在水利工程专业中占有重要地位。该课程面向研究生开设，与本科期间学习的工程流体力学相比，不仅涉及流体力学的基本原理和方法，还涉及水利工程实际问题的分析和解决。然而，西藏农牧学院位于西藏林芝，地理位置偏僻，基础教育资源缺乏，大部分学生在科学研究能力方面较为欠缺。在具体的教学过程中存在着教学内容陈旧、教学方式落后、理论教学过重和实践教学过少等问题，严重影响高等流体力学的教学质量[2]。

为紧跟全国新工科建设的步伐，建立适合西藏本地的基础课程教学体系是关键一步。本文以西藏农牧学院的高等流体力学课程为例，针对教学过程中存在的具体问题，从教学的指导思想、教学设计、教学内容、教学方法和教学环节等方面探索由“教”为中心向“学”为主体转换的途径，转变教育思想，开展高等流体力学课程的探索和实践。通过本次课程改革，希望能充分调动学生的积极性，培养学生的实践创新能力，协调应用现代信息教育技术手段，归纳总结教学方法，提高高等流体力学教学质量和学生的培养质量，为西藏地区其他基础课程的建设提供思路和方法。

一  建设内容

为响应新工科建设的号召，结合西藏本土水利工程专业学生实际，将兄弟院校高等流体力学教学的模式、经验与西藏农牧学院具体情况结合起来，对课程提出以下几点改革方向。

（一）  教学大纲的优化

教学大纲是按照课程的内容、结构、目标设计的教学参考文件，它以概要的方式确定了课程的教学意图、任务，以及知识与技能的内容、深浅、体系关系，还有教学进度和教学方法的基本规范。西藏农牧学院高等流体力学课程与其他同类院校相比，教学时数较少，要完全达到该门课程的教学目标，有较大的难度，因此在调整教学大纲时，将适当增加学时数；另一方面，在有限的实验课时内，减少验证性实验，开发具有综合性、研究性、设计性的实验，提高学生的实践动手能力。

（二）  教学方法与手段的改革

教学方法是教学改革的关键和切入点。多媒体不仅仅是静态的板书，通过制作高等流体力学相关的Flash动画等方法，充分发挥多媒体优势，将其融入课堂教学中，调动学生学习兴趣，也使学生能更好地理解高等流体力学的一些原理，起到为理论教学进行补充的作用。对教学效果随时检测，提问、作业与课程考试是检查教学效果的重要手段。在教学过程中随时提问学生，并通过作业检查学习效果，灵活调整复习与教授新知识的进度，增加平时成绩在期末考试中的权重。根据考试大纲对课程实行客观命题，考试结束后对普遍问题进行讨论和总结，在下一轮教学中重点强调。

（三）  实践教学的改革与实践教材的建设

加强实践课程的教学，对学生能力的培养有重要意义。高等流体力学这门课程具有很强的理论性和实践性，只有在实验中验证后，才能更好地理解并运用理论知识。在实践教学过程中，线上加入虚拟仿真教学，开放远程计算机实验平台；线下加强实验室的基础建设，增加新的实验设备和实验项目，开展校企联合培养项目，建立产学研基地、大学生创新创业基地等。

高等学校教材是展示教学内容和教学方法的知识媒介。作为教师应该深入研究所用理论教材，并深入了解西藏生产实践。在此基础上，编写一部适合西藏发展需要的《高等流体力学实验指导书》。该实验指导的内容除具备常规验证性实验以外，还应有设计性实验和创新型实验。对传统实践内容进行合理改革、取舍及补充，使实验教学内容适应社会发展的需要。

（四）  加强教学资源建设

高等流体力学课程教学资源主要以“库”的形式分类建设两类资源，即基本资源和拓展资源。基本资源包括课程共用资源，如教学文件库、电子教材库、课件库和教学录像库等，该类资源建设应该注重资源的普适性和特色性，同时也要突出专业特色；拓展资源包括试题库、素材资源库、前沿专题和互动平台等，该类资源建设应该注重资源的易用性、先进性、针对性，既要精益求精，又要注重知识产权。在此基础上，建设国家精品课程平台、国家虚拟仿真实验平台、打造线上精品教学网站。通过教学资源建设，使得课程内容涵盖基本概念、基本原理、基本方法与技能、综合应用、热点问题和常见问题等内容，从而实现课程资源的基础性、系统性、先进性[3]。

（五）  加强师资队伍培养

课程改革中，思政教育教学改革是关键，而培养优秀的教师队伍是思政教育教学改革的核心任务，是提高课程思政教学水平的关键因素。要想让课程持续发展，就必须建立一支具备稳定性、职业道德、高水平学术能力的教师队伍。西藏农牧学院高等流体力学课程组是一支比较年轻的队伍，需加强教师队伍的建设。在项目实施过程中，鼓励教师开展教学改革研究活动。其次是选派课程组成员参加国内高等流体力学教学培训，与内地院校紧密联系，开展帮扶教学工作。

（六）  融思政元素于教学全过程

高等流体力学作为土木专业一门重要的力学基础课，教师需要以传授知识为载体，深入挖掘课程所蕴含的思想政治教育元素和承载的思想政治教育功能，将思政教育与专业课程有机融合。通过课程中各章节流体力学知识点的讲解，引入具体案例，巧妙切入思政元素，采用讲述工程案例、解读新闻报道、观看专业纪录片和讨论前沿研究等融合方法帮助学生树立正确的思想政治观念，养成科学的辩证唯物主义思想方法，提升学生的社会责任担当，培养家国情怀，树立献身祖国建设事业的信念，以达到立德树人的育人目标[4]。

二  实践案例

新工科对传统工科提出了新方向和新要求，高校课程改革面临着新挑战。针对西藏农牧学院高等流体力学课程对学生能力培养不足的情况，在本次课程教学改革实践中，归纳了课程教学中取得较好教学效果的一些实例，并将其持续应用于相关专业课的教学，不断完善更新。实践证实，在教学中融入具有思政意义的知识点，可以激发学生的学习兴趣和热情，帮助学生全面系统地掌握课程知识，可以激发他们主动学习的意识，增强他们对课程学习的内在动力、向往感、责任感，促进学生主动提高学习水平，有效提升学习效果。下面针对西藏地方特色的教育体系，引入几个高等流体力学课程改革中的经典案例进行探讨。

（一）  虚拟仿真在课程中的应用

由于受到西藏地理位置及气候环境的影响，西藏自治区高等学校的学生在基础教育阶段获得的教育资源相对较少，受教育程度普遍偏低，与其他地区学生相比存在一定的差距[5]。同时，西藏水利资源丰富，水电工程众多。这些都决定了西藏与其他地区普通高校相比，在水利类人才多样化的需求方面有其独特性。因此，为培养更多的应用型创新工程人才，在教学时应着重培养学生们的实践能力。经过理论知识的学习及实际工程案例的模拟，同学们将课堂所学的理论知识与实际工程联系起来，加强科学世界观的培养，激发学生实事求是、敢于质疑的精神，强化学生的工程伦理意识和社会责任感。

近年来，在教育领域，多媒体、数据库、网络及虚拟现实等技术得到了广泛应用，促进了国内部分高校对基于虚拟仿真技术的实验及教学应用的研究。虚拟仿真实验可为学生提供多元的学习平台，更能扩充实验内涵，适应实际工程需求，无论从实际教学需求还是理论研究的必要性出发，对于高等流体力学课程的教学都有着十分重要的意义。本文以圆柱绕流为例对虚拟仿真技术在课程中的应用进行探索。圆柱和圆柱群在各类工程中有着广泛的应用[6]，如水体流经桥墩[7]、风吹过桥的斜拉索等等。原来的均匀流场由于钝体的出现在空间分布上存在差异，流场结构发生改变，在生活中非常常见。圆柱绕流问题虽然基础但十分复杂，学习这一问题对学生学习和掌握流体力学基础知识并理解相关流动现象有重要的意义。而在教学过程中，边界层、卡门涡街等概念较为抽象，学生理解起来较为困难。传统的圆柱绕流实验教学往往是演示性实验（图1），目前大部分高校的实验设备无法满足多种实验目的。因此，使用计算流体力学（CFD）中应用最广泛的安世亚太-Fluent软件对圆柱绕流这一现象进行数值模拟，将抽象的理论变为形象的图画，有利于学生对学习内容的理解，提高学生的学习兴趣。