具有青海特色的“水力學(xué)”思政教學(xué)

吳玉帥　楊佳泉

[摘 要] “水力學(xué)”作為水利水電工程、給排水和道路橋梁等工科專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，有著許多抽象的基本概念、冗雜的理論公式，要求學(xué)生具有較強(qiáng)的邏輯思維和靈活運(yùn)用相關(guān)學(xué)科知識的能力，傳統(tǒng)的課堂教學(xué)比較注重對書本知識的講解，學(xué)生也偏重于對理論知識的學(xué)習(xí)，與當(dāng)前國家大力倡導(dǎo)的素質(zhì)教育差別較大。青海省位于祖國西部地區(qū)，在“水力學(xué)”教育資源方面與東部地區(qū)有著較大差異，在青海地區(qū)進(jìn)行“水力學(xué)”授課時，可以加入課程思政元素，融合青海地區(qū)特色，使學(xué)生在學(xué)習(xí)新知識的同時，加深對青海地區(qū)的了解與認(rèn)識，樹立扎根祖國西北的遠(yuǎn)大理想。

[關(guān)鍵詞] 水力學(xué);課程思政;青海特色;教學(xué)

[中圖分類號]G642? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號] 1008-2549（2020） 12-0110-03

在北京召開的全國高校思想政治工作會議上，習(xí)近平總書記指出要做好高校和學(xué)生的思想政治工作，在教學(xué)過程中融入思想政治教育，實現(xiàn)全程育人、全方位育人;黨的十九大報告中明確指出中國社會當(dāng)前的主要矛盾已經(jīng)轉(zhuǎn)化為人民日益增長的美好生活需要和不平衡不充分的發(fā)展之間的矛盾，當(dāng)前的首要任務(wù)就是大力發(fā)展教育事業(yè)，加快實現(xiàn)教育現(xiàn)代化，推進(jìn)國人的思想道德建設(shè)，努力實現(xiàn)不同地區(qū)之間的教育公平，全面提升人們的綜合素養(yǎng)。教育部在四川大學(xué)召開的新時代全國高等學(xué)校本科教育工作會議上指出：大學(xué)的本質(zhì)職能就是進(jìn)行人才的培養(yǎng)，大學(xué)的根和本就是本科教育，應(yīng)該把本科教育放在各項工作的重要地位。

“水力學(xué)”是一門內(nèi)容煩瑣抽象、學(xué)習(xí)難度大、理論性和工程應(yīng)用性較強(qiáng)的學(xué)科。青海高校的水利等相關(guān)專業(yè)的學(xué)生在學(xué)習(xí)水力學(xué)時容易感到枯燥無味，上課缺乏激情，學(xué)習(xí)效率降低。解決當(dāng)前困境的辦法就是轉(zhuǎn)變教育方式，將“思政教育”與知識講授相結(jié)合，不僅可以極大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)激情和動力，還可以開闊眼界，拓寬知識面。

一 “水力學(xué)”課程的特點

“水力學(xué)”作為當(dāng)代力學(xué)的重要組成部分，主要研究水在不同運(yùn)動狀態(tài)下的運(yùn)動規(guī)律和在工程實際問題中的應(yīng)用。其經(jīng)過幾百年的不斷發(fā)展和完善，已發(fā)展為一門獨立的學(xué)科，衍生出了環(huán)境水力學(xué)、計算水力學(xué)等分支學(xué)科，并形成了以下三個主要特點：

第一，涉及的知識面廣。課程內(nèi)容涉及了高等數(shù)學(xué)中的積分和偏導(dǎo)、物理學(xué)中的受力 計算與能量轉(zhuǎn)換，也牽涉了理論力學(xué)、材料力學(xué)中的部分知識點，要求學(xué)生必須具有夯實的基礎(chǔ)學(xué)科知識和發(fā)現(xiàn)、分析與解決問題的多種能力。許多老師和學(xué)生對這門課的評價就是：概念多、推導(dǎo)多、公式多，學(xué)生要在時間緊迫、學(xué)習(xí)任務(wù)重的條件下對書上的概念做到理解與融會貫通，找出各個概念間的差異和存在的聯(lián)系，更要能在實際工程問題上做到靈活運(yùn)用。再者，每個公式都夾雜著復(fù)雜、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐茖?dǎo)過程和不同的假設(shè)、使用條件，并且一個問題的解決往往是多個公式共同作用的結(jié)果，這也使得學(xué)生學(xué)習(xí)水力學(xué)時不能太死板，需要具有較強(qiáng)的靈活性。

第二，工程實踐及學(xué)科應(yīng)用性強(qiáng)。水力學(xué)是一門以工程實踐和學(xué)科應(yīng)用見長的學(xué)科，課程的很多內(nèi)容大多都是來源于人們在生產(chǎn)生活中長期積累的經(jīng)驗，經(jīng)過簡化和總結(jié)得到的，之后又反過來用于解決和指導(dǎo)生產(chǎn)生活中的諸多問題。例如，大壩閘門所受壓強(qiáng)的計算、倒虹吸和涵洞的水面高程計算等，都會用到較多的水力學(xué)知識，具有很強(qiáng)的工程實踐性;再者就是，學(xué)生在后續(xù)的專業(yè)課中會使用到大量水力學(xué)的相關(guān)知識點，如水工建筑物、水電站等。第三，獨特性較強(qiáng)。水作為自然界最特殊的存在，具有流動性、黏滯性和無抗剪能力等特性，與自然界固體所具有的屬性有著較大差異，解決固體相關(guān)問題的力學(xué)，如理論力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)和材料力學(xué)等，將不再適用于水的相關(guān)問題的求解。除此之外，在學(xué)習(xí)水力學(xué)和解決水力學(xué)問題的過程中，與其他力學(xué)的思維方式和解題方法有著較大不同，學(xué)生需要及時調(diào)整思維方式，綜合已有的學(xué)習(xí)方法，找到學(xué)習(xí)水力學(xué)的最佳途徑。

二 融入青海特色的水力學(xué)“課程思政”教學(xué)

（一）對水力學(xué)發(fā)展進(jìn)行講述

水力學(xué)作為一門應(yīng)用時間早，發(fā)展迅速的學(xué)科，在歷史的長河中，為國家的發(fā)展做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。早在公元前2300年大禹治水時將黃河水疏流入海，再到京杭大運(yùn)河中大量使用的船閘，以及都江堰中設(shè)置的平水池和飛沙堰等，都反映了當(dāng)時的人們對明渠水流、堰流有著一定程度上的認(rèn)識，但受限于當(dāng)時的封建思想，水力學(xué)在很長一段時間里并沒有取得長足的進(jìn)展與重大突破。西方國家在文藝復(fù)興之后，經(jīng)過牛頓、拉格朗日和歐拉等科學(xué)家的觀察、實驗、推導(dǎo)和論證，總結(jié)出了大量的定理和規(guī)律，填補(bǔ)了水力學(xué)在理論上的空白，水力學(xué)由此取得突破性進(jìn)展，但仍有一些重要問題，如湍流等問題，至今沒有得到圓滿解決。

水力學(xué)的發(fā)展不僅僅體現(xiàn)在理論上得到了充實和完善，更體現(xiàn)在工程上的諸多應(yīng)用。青海省作為一個多山多水的省份，在進(jìn)行水利設(shè)施設(shè)計和施工時，常用到水力學(xué)的相關(guān)知識。拉西瓦水電站的灌溉工程包含的隧洞、渡槽及其他渠系建筑物，黑泉水庫的溢洪道、閘門井等設(shè)施，從最初的設(shè)計、修建，到最后的完工和使用，都離不開水力學(xué)理論知識的支撐和保證，表明了水力學(xué)在工程實踐中占據(jù)的重要地位。

（二）結(jié)合古今著名人物講授知識點

希臘物理學(xué)家阿基米德發(fā)表了第一篇闡述流體靜力學(xué)規(guī)律的文獻(xiàn)《論浮體》。經(jīng)典力學(xué)的創(chuàng)始人牛頓經(jīng)過分析和實驗，提出了黏性流體（牛頓）內(nèi)摩擦定律，為納維-斯托克斯方程的建立奠定了基礎(chǔ)。羅蒙諾索夫提出的質(zhì)量守恒定律，成為包括流體運(yùn)動在內(nèi)的多種運(yùn)動所必須遵循的基本定律。伯努利結(jié)合了壓強(qiáng)、靜經(jīng)典力學(xué)和流體物性，提出了理想流體運(yùn)動與實際流體運(yùn)動的能量方程——伯努利方程。達(dá)朗貝爾在研究物體阻力時，闡述了無黏性理想流體的局限性，并依據(jù)質(zhì)量守恒定律提出了流體的連續(xù)性方程。拉格朗日提出了一種描述流體運(yùn)動的方法——拉格朗日法，并完善了理想流體無旋流動的基本理論。歐拉提出了另外一種描述流體運(yùn)動的方法——歐拉法，并提出了歐拉運(yùn)動微分方程。雷諾首先闡明了相似原理，并利用特征數(shù)（雷諾數(shù)）判斷流體運(yùn)動的兩種形態(tài)——層流和紊流。亥姆霍茲推導(dǎo)出了能量守恒定理的數(shù)學(xué)表達(dá)式，提出了亥姆霍茲速度分解定理，將流體運(yùn)動分為了無渦流和有渦流，在很大程度上擴(kuò)大了流體的研究范圍。這些科學(xué)家和工程師們敢于探索、不畏艱苦，以耗盡自己畢生精力為代價來推動水力學(xué)的飛速發(fā)展，我們應(yīng)該銘記他們，記住他們?yōu)槿祟惏l(fā)展所做的巨大貢獻(xiàn)。

青海大學(xué)校長王光謙院士，主要研究水力學(xué)和河流動力學(xué)，建立了水沙兩相流的動力學(xué)模型和流域泥沙動力學(xué)模型，先后參與了三峽工程壩區(qū)泥沙模型試驗研究、長江三峽大江截流工程和規(guī)劃“數(shù)字黃河”工程等，極大地推動了中國水利事業(yè)的發(fā)展。王光謙院士主持的“天河”項目通過對有條件的區(qū)域進(jìn)行人工干預(yù)，以達(dá)到降雨的目的，這不僅會緩解西北部分地區(qū)水資源短缺的局面，還可以在很大程度上提升青藏高原地區(qū)的生態(tài)效益，促進(jìn)高原地區(qū)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，助力國家“西部大開發(fā)”戰(zhàn)略的實施與推進(jìn)。大多數(shù)人只看到了科學(xué)家光鮮的一面，卻少有人關(guān)注他們在科研過程中經(jīng)受的痛苦和質(zhì)疑，面對人們的質(zhì)疑，他們選擇靜下心來潛心研究，將自己的畢生心血獻(xiàn)給科研事業(yè)，一步一個腳印，最后以優(yōu)異的研究成果使人們信服，消除人們的猜疑，造福于萬千百姓。

中國水利領(lǐng)域有很多偉大的人，他們有的是奮斗在水利設(shè)施建設(shè)的第一線，只為造福于人民;有的是埋頭苦干于實驗室，希望以優(yōu)秀成果回報國家;有的是立足于三尺講臺，為國家水利建設(shè)進(jìn)行人才培養(yǎng)……，但他們終其一生只為推動國家水利事業(yè)的發(fā)展，也正是因為有了這一群時時刻刻為國的仁人志士，中國才取得了今天的輝煌成就，才能在未來實現(xiàn)中華民族的偉大復(fù)興。

（三）結(jié)合典型水利工程講授要點

位于黃河干流上的拉西瓦水電站，最大壩高為250米，總裝機(jī)容量高達(dá)420萬千瓦，不僅是黃河上最大的水電站，也是黃河流域上大壩最高、總裝機(jī)容量最大的水電站，建成之后將會產(chǎn)生巨大的效益，不僅可以對西北電網(wǎng)進(jìn)行調(diào)峰，還能充當(dāng)事故備用能源。龍羊峽水電站，壩高178米，庫容為247億立方米，號稱“天上黃河第一壩”，不僅可以向西寧、蘭州和西安等工業(yè)城市輸送電流，還能調(diào)整西北電網(wǎng)和解決黃河下游的洪澇災(zāi)害和斷流等問題。李家峽水電站位于青海省尖扎縣和化隆縣交界處，是世界上最大的雙排機(jī)水電站。該電站在國內(nèi)水利建設(shè)史上創(chuàng)造了兩個先例，是國內(nèi)首次采用雙排機(jī)布置的水電站，同時也是國內(nèi)在發(fā)電機(jī)組上首次采用蒸發(fā)冷卻技術(shù)的水電站，這為以后國家水利建設(shè)的進(jìn)一步發(fā)展打下了堅實的基礎(chǔ)。

作為青海省有史以來建設(shè)規(guī)模最大、建設(shè)條件最為復(fù)雜的水利工程，引大濟(jì)湟工程的設(shè)計和建設(shè)無疑會對青海產(chǎn)生巨大的影響。建成之后，不僅可以解決湟水流域及周邊沿線地區(qū)水資源短缺的問題，還可以促進(jìn)青海地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展及生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。該工程主要分為三大部分：北干渠一期、北干渠二期和西干渠，分三期進(jìn)行建設(shè)，北干渠一期和調(diào)水總干渠分別在2014年和2016年正式通水，西干渠和北干渠二期也與2016年正式開工建設(shè)，預(yù)計于2022年竣工。

這四項水利工程只是青海水利建設(shè)的冰山一角，卻體現(xiàn)了青海人民敢于探索、不畏艱難和勤勞勇敢，肯定了青海水利工程事業(yè)的發(fā)展。在李家峽水電站上采用的“燕尾式導(dǎo)擴(kuò)坎”挑流消能和窄縫式挑流鼻坎消能，這兩者的結(jié)合可以使得泄水建筑物的宣泄流量和安全性得到進(jìn)一步提高，堪稱泄水建筑物之典型。除此之外，拉西瓦灌溉工程中的虹吸、黑泉水庫的調(diào)壓井、引大濟(jì)湟工程中的明渠等，都分別用到了水力學(xué)中的簡單短管中的有壓流計算、能量方程和水力最優(yōu)斷面等知識點。總之，這些工程都是當(dāng)代設(shè)計者與工程師勤勞智慧的結(jié)晶，反映了中國在水利事業(yè)上取得的巨大進(jìn)步，體現(xiàn)了中國特色社會主義制度的無比優(yōu)越性，中國必將沿著當(dāng)前的道路走下去，最終實現(xiàn)中華民族的偉大復(fù)興。

（四）對研究對象進(jìn)行哲學(xué)性思考

水力學(xué)主要研究以水為代表的流體，水是萬物生存之根本，任何生物的繁衍生息都離不開水。黃河是半坡人生存發(fā)展之根，長江是河姆渡人繁衍生息之本，而中華民族偉大復(fù)興之根本則在于三江源。位于青海省南部的三江源，是長江、黃河和瀾滄江的發(fā)源地，為三條大河提供了部分水量，故得“中華水塔”和“亞洲水塔”的美譽(yù)，三江源境內(nèi)雪山冰川廣布，湖泊沼澤眾多，是世界上海拔最高、濕地類型最豐富的地區(qū)，國家為保護(hù)在這里生活的雪豹等多種國家重點保護(hù)動植物，建立了中國面積最大的自然保護(hù)區(qū)。三江源地區(qū)在歷史上曾被稱為生態(tài)和生命的“凈土”，但是就目前情況來看，三江源地區(qū)形勢相當(dāng)嚴(yán)峻，全球氣候變暖造成雪山冰川大面積融化，湖泊濕地面積進(jìn)一步縮小，土地沙化、荒漠化和水土流失問題日趨嚴(yán)重，國家同青海省采取了一系列的措施防止進(jìn)一步惡化，并取得了顯著成效。保護(hù)好三江源，就是保證了國家發(fā)展的基石，保證了西北地區(qū)乃至全國的生態(tài)安全。保護(hù)三江源，人人有責(zé)。

水是可以流動的，沒有固定的形狀，不能承受切力和抵抗剪切變形，在流動時各流層間存在摩擦力，但在進(jìn)行能量計算時，往往是忽略了水層之間的摩擦力，將其看成理想流體，得出方程和結(jié)論?，F(xiàn)實中的水為黏性液體，流層間存在的摩擦力是不可忽略的，只有通過大量的試驗和建立眾多的理論模型，進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集、整理和分析，修正原始方程，一步步逼近最真實的結(jié)果。這也給我們傳遞了一個重要的啟示：對于情況復(fù)雜的問題，我們可以將其理想化和簡單化，得到原始理論方程，然后加入其他主要因素進(jìn)行分析，修正和優(yōu)化實驗結(jié)果，達(dá)到最理想的效果。

水同自然界的所有物體一樣，都是由許多不連續(xù)，有一定間隔的分子所組成。不論是水的微觀運(yùn)動，還是宏觀運(yùn)動，在空間和時間上都表現(xiàn)出了離散性、隨機(jī)性和不均勻性的特性，在一定程度上阻礙了人們對水的進(jìn)一步探索和研究。為此在研究水流運(yùn)動時，往往把水看成由幾何上沒有形狀和大小的質(zhì)點組成，質(zhì)點之間沒有間隙，形成充滿整個空間的連續(xù)介質(zhì)，并用拉格朗日法和歐拉法描述出流體中所有流體質(zhì)點的運(yùn)動，進(jìn)而清楚整個流體的運(yùn)動情況。由此可知，無論遇到什么難題，無法做到一蹴而就，就要學(xué)會將其分解，將大問題化整為零，逐個進(jìn)行攻克，最后解決整個問題。

（五）講解失敗的工程案例，增強(qiáng)憂患意識和責(zé)任意識

從春秋戰(zhàn)國時期修建的都江堰到21世紀(jì)建成的三峽大壩，人類在幾千年的生產(chǎn)生活中修建了無數(shù)水利工程，成功的工程可以給人們帶來福利，失敗的工程雖然會人們帶來不可彌補(bǔ)的損失，但是也會讓人們警醒，在失敗中積累經(jīng)驗和吸取教訓(xùn)，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的態(tài)度，增強(qiáng)憂患意識，做到防患于未然。

青海省在過去的幾十年里修建了許多水利工程，在很大程度上促進(jìn)了地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展，維護(hù)了地區(qū)的生態(tài)穩(wěn)定，但是也埋下了禍患。溝后水庫，位于青海省共和縣溝后村，1985年8月動工，于1989年10月竣工，設(shè)計洪水位和正常水位均為3278米，庫容達(dá)330萬立方米，流域面積為198平方公里，在正常運(yùn)行的三年時間里為當(dāng)?shù)匕傩諑砹司薮蟮男б妗?993年8月27日，水庫水位達(dá)到3277.308米時，大壩發(fā)生潰決，最終造成285人死亡，40人失蹤，直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)1.53億元，給當(dāng)?shù)鼐用竦纳a(chǎn)生活帶來了毀滅性的破壞，史稱“8·27”特大垮壩。大壩潰決后，國務(wù)院、水利部組織專家尋找潰壩原因，專家調(diào)查后得出結(jié)論，水庫的潰壩是滲流造成的，水庫由于沒有設(shè)置專門的排水設(shè)施，在防浪墻和防滲板的止水效果降低后，壩頂大量漏水，造成壩頂滲流作用力增大，抗滑力減小，壩體發(fā)生滑動，形成壩頂缺口，在水的溢流作用下，缺口進(jìn)一步擴(kuò)大，最終潰壩。這次潰壩的教訓(xùn)是深刻且極其慘重的，但也給我們水利人傳遞了重要訊息：任何惠民利民的大工程，從設(shè)計、選材、施工到竣工、校驗，整個過程都必須一絲不茍，設(shè)計者和工程師應(yīng)秉著嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的態(tài)度對待每一個細(xì)節(jié)，發(fā)現(xiàn)問題及改正，防患于未然;同時水利水電工程專業(yè)的學(xué)生以后作為國家水利建設(shè)的中堅力量，更應(yīng)該以史為鑒，增強(qiáng)憂患意識，防止造成不可挽回的損失。

總之，在課程教學(xué)中融入思政教育，實現(xiàn)全程和全方位育人，是優(yōu)秀教育的必然，更是實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的基石。當(dāng)代社會需要的是多方面發(fā)展、綜合素養(yǎng)較高的人才，我們可以從書本上學(xué)到新知識，但是這對一生的長遠(yuǎn)發(fā)展是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，人的學(xué)習(xí)不應(yīng)該停留于一處，應(yīng)該從一個點擴(kuò)展到一個完整的面，組合為世界這個整體。思政教育在課程教學(xué)中的融入，豐富了課堂內(nèi)容和形式，不僅可以提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效益，還可以培養(yǎng)學(xué)生的責(zé)任擔(dān)當(dāng)意識和憂患意識，以后更好地報效國家和社會。當(dāng)然，思政融入課堂的過程是十分緩慢且艱辛的，并且還存在諸多不足之處，國家在未來教育中應(yīng)該加快促進(jìn)和完善思政教育與知識教學(xué)的有機(jī)結(jié)合，爭取早日將中國的教育推到歷史新高度，早日實現(xiàn)中國夢。

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（責(zé)任編輯：王義祥）