具有青海特色的“水力学”思政教学

吴玉帅　杨佳泉

[摘 要] “水力学”作为水利水电工程、给排水和道路桥梁等工科专业的专业基础课，有着许多抽象的基本概念、冗杂的理论公式，要求学生具有较强的逻辑思维和灵活运用相关学科知识的能力，传统的课堂教学比较注重对书本知识的讲解，学生也偏重于对理论知识的学习，与当前国家大力倡导的素质教育差别较大。青海省位于祖国西部地区，在“水力学”教育资源方面与东部地区有着较大差异，在青海地区进行“水力学”授课时，可以加入课程思政元素，融合青海地区特色，使学生在学习新知识的同时，加深对青海地区的了解与认识，树立扎根祖国西北的远大理想。

[关键词] 水力学;课程思政;青海特色;教学

[中图分类号]G642   [文献标志码] A [文章编号] 1008-2549（2020） 12-0110-03

在北京召开的全国高校思想政治工作会议上，习近平总书记指出要做好高校和学生的思想政治工作，在教学过程中融入思想政治教育，实现全程育人、全方位育人;党的十九大报告中明确指出中国社会当前的主要矛盾已经转化为人民日益增长的美好生活需要和不平衡不充分的发展之间的矛盾，当前的首要任务就是大力发展教育事业，加快实现教育现代化，推进国人的思想道德建设，努力实现不同地区之间的教育公平，全面提升人们的综合素养。教育部在四川大学召开的新时代全国高等学校本科教育工作会议上指出：大学的本质职能就是进行人才的培养，大学的根和本就是本科教育，应该把本科教育放在各项工作的重要地位。

“水力学”是一门内容烦琐抽象、学习难度大、理论性和工程应用性较强的学科。青海高校的水利等相关专业的学生在学习水力学时容易感到枯燥无味，上课缺乏激情，学习效率降低。解决当前困境的办法就是转变教育方式，将“思政教育”与知识讲授相结合，不仅可以极大地激发学生的学习激情和动力，还可以开阔眼界，拓宽知识面。

一 “水力学”课程的特点

“水力学”作为当代力学的重要组成部分，主要研究水在不同运动状态下的运动规律和在工程实际问题中的应用。其经过几百年的不断发展和完善，已发展为一门独立的学科，衍生出了环境水力学、计算水力学等分支学科，并形成了以下三个主要特点：

第一，涉及的知识面广。课程内容涉及了高等数学中的积分和偏导、物理学中的受力 计算与能量转换，也牵涉了理论力学、材料力学中的部分知识点，要求学生必须具有夯实的基础学科知识和发现、分析与解决问题的多种能力。许多老师和学生对这门课的评价就是：概念多、推导多、公式多，学生要在时间紧迫、学习任务重的条件下对书上的概念做到理解与融会贯通，找出各个概念间的差异和存在的联系，更要能在实际工程问题上做到灵活运用。再者，每个公式都夹杂着复杂、严谨的推导过程和不同的假设、使用条件，并且一个问题的解决往往是多个公式共同作用的结果，这也使得学生学习水力学时不能太死板，需要具有较强的灵活性。

第二，工程实践及学科应用性强。水力学是一门以工程实践和学科应用见长的学科，课程的很多内容大多都是来源于人们在生产生活中长期积累的经验，经过简化和总结得到的，之后又反过来用于解决和指导生产生活中的诸多问题。例如，大坝闸门所受压强的计算、倒虹吸和涵洞的水面高程计算等，都会用到较多的水力学知识，具有很强的工程实践性;再者就是，学生在后续的专业课中会使用到大量水力学的相关知识点，如水工建筑物、水电站等。第三，独特性较强。水作为自然界最特殊的存在，具有流动性、黏滞性和无抗剪能力等特性，与自然界固体所具有的属性有着较大差异，解决固体相关问题的力学，如理论力学、结构力学和材料力学等，将不再适用于水的相关问题的求解。除此之外，在学习水力学和解决水力学问题的过程中，与其他力学的思维方式和解题方法有着较大不同，学生需要及时调整思维方式，综合已有的学习方法，找到学习水力学的最佳途径。

二 融入青海特色的水力学“课程思政”教学

（一）对水力学发展进行讲述

水力学作为一门应用时间早，发展迅速的学科，在历史的长河中，为国家的发展做出了不可磨灭的贡献。早在公元前2300年大禹治水时将黄河水疏流入海，再到京杭大运河中大量使用的船闸，以及都江堰中设置的平水池和飞沙堰等，都反映了当时的人们对明渠水流、堰流有着一定程度上的认识，但受限于当时的封建思想，水力学在很长一段时间里并没有取得长足的进展与重大突破。西方国家在文艺复兴之后，经过牛顿、拉格朗日和欧拉等科学家的观察、实验、推导和论证，总结出了大量的定理和规律，填补了水力学在理论上的空白，水力学由此取得突破性进展，但仍有一些重要问题，如湍流等问题，至今没有得到圆满解决。

水力学的发展不仅仅体现在理论上得到了充实和完善，更体现在工程上的诸多应用。青海省作为一个多山多水的省份，在进行水利设施设计和施工时，常用到水力学的相关知识。拉西瓦水电站的灌溉工程包含的隧洞、渡槽及其他渠系建筑物，黑泉水库的溢洪道、闸门井等设施，从最初的设计、修建，到最后的完工和使用，都离不开水力学理论知识的支撑和保证，表明了水力学在工程实践中占据的重要地位。

（二）结合古今著名人物讲授知识点

希腊物理学家阿基米德发表了第一篇阐述流体静力学规律的文獻《论浮体》。经典力学的创始人牛顿经过分析和实验，提出了黏性流体（牛顿）内摩擦定律，为纳维-斯托克斯方程的建立奠定了基础。罗蒙诺索夫提出的质量守恒定律，成为包括流体运动在内的多种运动所必须遵循的基本定律。伯努利结合了压强、静经典力学和流体物性，提出了理想流体运动与实际流体运动的能量方程——伯努利方程。达朗贝尔在研究物体阻力时，阐述了无黏性理想流体的局限性，并依据质量守恒定律提出了流体的连续性方程。拉格朗日提出了一种描述流体运动的方法——拉格朗日法，并完善了理想流体无旋流动的基本理论。欧拉提出了另外一种描述流体运动的方法——欧拉法，并提出了欧拉运动微分方程。雷诺首先阐明了相似原理，并利用特征数（雷诺数）判断流体运动的两种形态——层流和紊流。亥姆霍兹推导出了能量守恒定理的数学表达式，提出了亥姆霍兹速度分解定理，将流体运动分为了无涡流和有涡流，在很大程度上扩大了流体的研究范围。这些科学家和工程师们敢于探索、不畏艰苦，以耗尽自己毕生精力为代价来推动水力学的飞速发展，我们应该铭记他们，记住他们为人类发展所做的巨大贡献。

青海大学校长王光谦院士，主要研究水力学和河流动力学，建立了水沙两相流的动力学模型和流域泥沙动力学模型，先后参与了三峡工程坝区泥沙模型试验研究、长江三峡大江截流工程和规划“数字黄河”工程等，极大地推动了中国水利事业的发展。王光谦院士主持的“天河”项目通过对有条件的区域进行人工干预，以达到降雨的目的，这不仅会缓解西北部分地区水资源短缺的局面，还可以在很大程度上提升青藏高原地区的生态效益，促进高原地区经济快速发展，助力国家“西部大开发”战略的实施与推进。大多数人只看到了科学家光鲜的一面，却少有人关注他们在科研过程中经受的痛苦和质疑，面对人们的质疑，他们选择静下心来潜心研究，将自己的毕生心血献给科研事业，一步一个脚印，最后以优异的研究成果使人们信服，消除人们的猜疑，造福于万千百姓。

中国水利领域有很多伟大的人，他们有的是奋斗在水利设施建设的第一线，只为造福于人民;有的是埋头苦干于实验室，希望以优秀成果回报国家;有的是立足于三尺讲台，为国家水利建设进行人才培养……，但他们终其一生只为推动国家水利事业的发展，也正是因为有了这一群时时刻刻為国的仁人志士，中国才取得了今天的辉煌成就，才能在未来实现中华民族的伟大复兴。

（三）结合典型水利工程讲授要点

位于黄河干流上的拉西瓦水电站，最大坝高为250米，总装机容量高达420万千瓦，不仅是黄河上最大的水电站，也是黄河流域上大坝最高、总装机容量最大的水电站，建成之后将会产生巨大的效益，不仅可以对西北电网进行调峰，还能充当事故备用能源。龙羊峡水电站，坝高178米，库容为247亿立方米，号称“天上黄河第一坝”，不仅可以向西宁、兰州和西安等工业城市输送电流，还能调整西北电网和解决黄河下游的洪涝灾害和断流等问题。李家峡水电站位于青海省尖扎县和化隆县交界处，是世界上最大的双排机水电站。该电站在国内水利建设史上创造了两个先例，是国内首次采用双排机布置的水电站，同时也是国内在发电机组上首次采用蒸发冷却技术的水电站，这为以后国家水利建设的进一步发展打下了坚实的基础。

作为青海省有史以来建设规模最大、建设条件最为复杂的水利工程，引大济湟工程的设计和建设无疑会对青海产生巨大的影响。建成之后，不仅可以解决湟水流域及周边沿线地区水资源短缺的问题，还可以促进青海地区的可持续发展及生态环境的保护。该工程主要分为三大部分：北干渠一期、北干渠二期和西干渠，分三期进行建设，北干渠一期和调水总干渠分别在2014年和2016年正式通水，西干渠和北干渠二期也与2016年正式开工建设，预计于2022年竣工。

这四项水利工程只是青海水利建设的冰山一角，却体现了青海人民敢于探索、不畏艰难和勤劳勇敢，肯定了青海水利工程事业的发展。在李家峡水电站上采用的“燕尾式导扩坎”挑流消能和窄缝式挑流鼻坎消能，这两者的结合可以使得泄水建筑物的宣泄流量和安全性得到进一步提高，堪称泄水建筑物之典型。除此之外，拉西瓦灌溉工程中的虹吸、黑泉水库的调压井、引大济湟工程中的明渠等，都分别用到了水力学中的简单短管中的有压流计算、能量方程和水力最优断面等知识点。总之，这些工程都是当代设计者与工程师勤劳智慧的结晶，反映了中国在水利事业上取得的巨大进步，体现了中国特色社会主义制度的无比优越性，中国必将沿着当前的道路走下去，最终实现中华民族的伟大复兴。

（四）对研究对象进行哲学性思考

水力学主要研究以水为代表的流体，水是万物生存之根本，任何生物的繁衍生息都离不开水。黄河是半坡人生存发展之根，长江是河姆渡人繁衍生息之本，而中华民族伟大复兴之根本则在于三江源。位于青海省南部的三江源，是长江、黄河和澜沧江的发源地，为三条大河提供了部分水量，故得“中华水塔”和“亚洲水塔”的美誉，三江源境内雪山冰川广布，湖泊沼泽众多，是世界上海拔最高、湿地类型最丰富的地区，国家为保护在这里生活的雪豹等多种国家重点保护动植物，建立了中国面积最大的自然保护区。三江源地区在历史上曾被称为生态和生命的“净土”，但是就目前情况来看，三江源地区形势相当严峻，全球气候变暖造成雪山冰川大面积融化，湖泊湿地面积进一步缩小，土地沙化、荒漠化和水土流失问题日趋严重，国家同青海省采取了一系列的措施防止进一步恶化，并取得了显著成效。保护好三江源，就是保证了国家发展的基石，保证了西北地区乃至全国的生态安全。保护三江源，人人有责。

水是可以流动的，没有固定的形状，不能承受切力和抵抗剪切变形，在流动时各流层间存在摩擦力，但在进行能量计算时，往往是忽略了水层之间的摩擦力，将其看成理想流体，得出方程和结论。现实中的水为黏性液体，流层间存在的摩擦力是不可忽略的，只有通过大量的试验和建立众多的理论模型，进行数据的收集、整理和分析，修正原始方程，一步步逼近最真实的结果。这也给我们传递了一个重要的启示：对于情况复杂的问题，我们可以将其理想化和简单化，得到原始理论方程，然后加入其他主要因素进行分析，修正和优化实验结果，达到最理想的效果。

水同自然界的所有物体一样，都是由许多不连续，有一定间隔的分子所组成。不论是水的微观运动，还是宏观运动，在空间和时间上都表现出了离散性、随机性和不均匀性的特性，在一定程度上阻碍了人们对水的进一步探索和研究。为此在研究水流运动时，往往把水看成由几何上没有形状和大小的质点组成，质点之间没有间隙，形成充满整个空间的连续介质，并用拉格朗日法和欧拉法描述出流体中所有流体质点的运动，进而清楚整个流体的运动情况。由此可知，无论遇到什么难题，无法做到一蹴而就，就要学会将其分解，将大问题化整为零，逐个进行攻克，最后解决整个问题。

（五）讲解失败的工程案例，增强忧患意识和责任意识

从春秋战国时期修建的都江堰到21世纪建成的三峡大坝，人类在几千年的生产生活中修建了无数水利工程，成功的工程可以给人们带来福利，失败的工程虽然会人们带来不可弥补的损失，但是也会让人们警醒，在失败中积累经验和吸取教训，培养严谨细致的态度，增强忧患意识，做到防患于未然。

青海省在过去的几十年里修建了许多水利工程，在很大程度上促进了地方经济发展，维护了地区的生态稳定，但是也埋下了祸患。沟后水库，位于青海省共和县沟后村，1985年8月动工，于1989年10月竣工，设计洪水位和正常水位均为3278米，库容达330万立方米，流域面积为198平方公里，在正常运行的三年时间里为当地百姓带来了巨大的效益。1993年8月27日，水库水位达到3277.308米时，大坝发生溃决，最终造成285人死亡，40人失踪，直接经济损失高达1.53亿元，给当地居民的生产生活带来了毀灭性的破坏，史称“8·27”特大垮坝。大坝溃决后，国务院、水利部组织专家寻找溃坝原因，专家调查后得出结论，水库的溃坝是渗流造成的，水库由于没有设置专门的排水设施，在防浪墙和防渗板的止水效果降低后，坝顶大量漏水，造成坝顶渗流作用力增大，抗滑力减小，坝体发生滑动，形成坝顶缺口，在水的溢流作用下，缺口进一步扩大，最终溃坝。这次溃坝的教训是深刻且极其惨重的，但也给我们水利人传递了重要讯息：任何惠民利民的大工程，从设计、选材、施工到竣工、校验，整个过程都必须一丝不苟，设计者和工程师应秉着严谨认真的态度对待每一个细节，发现问题及改正，防患于未然;同时水利水电工程专业的学生以后作为国家水利建设的中坚力量，更应该以史为鉴，增强忧患意识，防止造成不可挽回的损失。

总之，在课程教学中融入思政教育，实现全程和全方位育人，是优秀教育的必然，更是实现中华民族伟大复兴的基石。当代社会需要的是多方面发展、综合素养较高的人才，我们可以从书本上学到新知识，但是这对一生的长远发展是远远不够的，人的学习不应该停留于一处，应该从一个点扩展到一个完整的面，组合为世界这个整体。思政教育在课程教学中的融入，丰富了课堂内容和形式，不仅可以提高教学质量和教学效益，还可以培养学生的责任担当意识和忧患意识，以后更好地报效国家和社会。当然，思政融入课堂的过程是十分缓慢且艰辛的，并且还存在诸多不足之处，国家在未来教育中应该加快促进和完善思政教育与知识教学的有机结合，争取早日将中国的教育推到历史新高度，早日实现中国梦。

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（责任编辑：王义祥）