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摘要：为了培养具有创新精神的高素质人才，首先分析了创新素质培养的要素，研究科学与人文融合的教育理念，并在流体力学的课堂教学中采取人文教育、实验演示、科学知识讲授的方式，通过古代哲学思想与现代科学的碰撞和讨论课教学方式，明显提高了专业基础课的教学质量，建立一套符合学生学习心理的工科理论知识传授机制。
关键词：流体力学；科学创新；人文教育；教学改革
中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1009-0118（2013）01-0130-02
当前世界各国都把提高大学生的综合素质作为高教改革的一个重点，特别是培养具有创新精神、创新意识和创新能力的高素质人才已成为大学教育的首要任务［1］。但是，在我国的一些工科院校中，专业基础课和专业课教学占有绝对的优势，忽略了综合素质的教育和人文精神的陶冶，导致了素质教育与专业教育的严重分离［2］。我们所培养大学生既有专业知识不足的缺点，又缺乏较高的思想文化素质。因此，人文教育和科学教育应并重发展，实现两者的有效融合。
人的创新意识并不是与生俱来的，可以通过教育培养和主观努力锻炼进行开发。工科课堂中蕴藏着丰富的可开发的人文因素，科学与人文可以有机融合，既使学生学好专业知识，又能使学生及时了解人文社会的新进展和科学技术的新成就，使高校成为培养创新人才的摇篮。但是，许多高校在人文教育的内容设计上追求丰富多样而忽视协调统一，很难将人文素质教育与理论教学有机地结合［3］。人文教育处在即兴发挥、随意点缀的状态，缺乏有目的、有计划的充分挖掘［4］。综上所述，如何在工科课堂中渗透人文教育，值得深入研究。
本文以流体力学课堂教学为教学改革实践基地，探索一条将科学创新和人文教育相结合的道路，消除工科理论课堂上弥漫的繁冗气息，将科学的、新颖的教学理念引入课堂，通过深入挖掘创新素质教育中的人文因素，建立科学创新与人文教育协调统一的融合理念，最后根据课程自身的特点，以不同的传授方式改革教学方法，在教学中注意营造一个宽松、自由、活跃、富有吸引力的人文环境，十分有利于学生创新意识的培养。
一、科学与人文的融合理念
一般来说，现代工程师素质结构的精神层面应体现科学精神与人文精神的统一。科学是一种动态活动，把科学活动的结果（知识）和探究科学活动的过程（研究）有机地统一起来，把科学真理和求真过程有机地统一起来，能使学生更深切地认识科学真谛，从更广泛的人类活动背景上把握科学本质，培养科学的品格和社会责任感。
随着人才市场对毕业生实践能力以及创新思维能力的要求逐步提高，在校本科学生也渐渐认识到具备上述能力的必要性，越来越多的学生对课外科技创新等实践性活动表现出很高的参与积极性和热情，校方也提供不同形式的机会让学生参与到科技创新活动中来。
古人云，“授之以鱼，不如授之以渔”。很多毕业后的学生认为，除了传授知识外，更重要的是，教师都能通过专业课的教学和训练帮助学生掌握自主学习的方法。持续终身的自主学习能力必须在专业教学中就开始培养，自主学习对于自主确立目标、自主搜寻资料、自主选择方法、自主解决问题都提出了极高的要求。自主学习或曰自主地获取知识，是一种众多要素综合发生作用的能力，而人文要素是其中的重要组成部分。依据上述理念，在流体力学的课堂教学中增加人文因素，以不同的传授视角与传授方式进行人文课堂的教学改革。
二、人文课堂的改革措施
（一）古代哲学思想与现代科学的碰撞
哲学思想与科学研究实际上是密不可分的，先进的哲学思想可以引领创新思维。在流体力学的课堂上，作者尝试了将古典哲学与现代科学进行对比，引导学生理解哲学思想与经典理论的互相呼应和协调统一，使他们通过人文素质的提升积蓄能量将来攀登更高的科学高峰。
例如，在讲授能量方程物理意义时，教师在课堂上通过论证和推导得到流体在流动过程中的机械能守恒的结论之后提问：在中国古代就有人提出了这样论断，请问此人是谁？等待学生讨论之后，教师给出答案—《老子》中写道：“视之不见，名曰夷；听之不闻，名曰希；搏（触摸）之不得，名曰微。此三者不可致诘，故混而为一”。此时教师给予解释。
接着又提问：还有三个中国人在2000年后提出了与之惊人相似的论点，此人是谁？回答：华裔美国物理学家李政道和杨振宁在1957年获诺贝尔物理奖的CPT对称原则。他们的一位同事吴健雄证明了他们的预言是正确的。古今的哲学与科学在此时碰撞了，教师可以继续解释：视之不见相当于空间属性，因此夷就是P；听之不闻与声波有关，也就是与速度有关，是时间属性，因此希就是T；搏之不得说的是本身的特质，因此微就是C。这三个参数分别不符合对称的原则，必须和在一起，也就是“混而为一”。通过这样的教学安排，将科学创新与经典理论和哲学人文统一起来，不但扩大了本科教学的知识面和学生的视野，同时将专业教育中素质教育的目标与教育总目标相一致化了。
（二）课堂设疑和讨论
通过课堂设疑引导学生形成“质疑”、“解惑”、“去伪”、“求真”的思维，训练学生严谨求实的科学态度。这既是一种科学精神也是一种人文精神。此时，专业教育通过严格的科学训练方式——提出问题、大胆假设、反复验证，完成科学知识学习、科学能力训练和科学精神培养的过程，在过程中让学生了解、思考、实践科学探索，就是最好的人文教育。
例如，在讲解能量方程之前，教师进行了课堂演示：两张平行的纸片吹气后是分开还是合拢？请一名同学来做演示，请大家来讨论并揭示原因，然后引出能量方程的推导和意义，同时再重新用该理论解释现象。在讲解静力学的相对平衡方程时，教师在课堂上进行了课堂设疑：在锅里捞面条，开始容易后面难，如何快速捞起最后的几根面条呢？然后让学生讨论，最后总结学生提出的办法：筷子在锅里做圆周运动，面条就会集中在锅底，自然容易快速捞起，并揭示相对平衡状态和运动流体的根本区别是粘滞力，由此引出欧拉方程的推导。 对于课堂讨论，教师一定要分别归纳不同的观点，纠正各自的错误观点，而不是给出正确的答案。如果给出的“标准答案”太过死板教条，一会打消学生的积极性，二会束缚活跃的思维。当然，这个平衡点是很难掌握的，需要教师积累更多的经验，这对教师自身知识水平是一个很大的挑战，也能够促进教师的自我增值意识提高。
从上述课堂教学方法的案例来看，将人文精神贯穿于工科理论教学中，通过实证经验和逻辑论证进行科学探索，使得科学专业教育在培养和训练方式上与以前的教学方式大不相同，不但有灵活的外在形式，还具有人文教育的深刻意义。
（三）人文历史讲解
一些教师认为工科课堂以理论教学为主，没有必要告知学生相关的历史。但是，经典理论都有其发展的的历史脉络，有很多故事和文化蕴涵在这些看似平淡的定理和公式中，它们不但使烦闷的课堂变得有趣，还可以把伟大科学家的精神意志凝固在经典理论中传递给聆听者。
以前，教师在讲授流体动力学的基本概念时总觉得即使借助图片、视频、动画等多媒体手段也无法让大多数学生喜爱和关注，于是对2010级学生的教案中特意增加了有关科学家的一些生平事件和主要代表理论。例如，教师提到拉格朗日法和欧拉法的区别时，会主动提到拉格朗日是法国数学家、物理学家，提出了运用于静力学和动力学的普遍方程，建立了拉格朗日方程，把力学体系的运动方程从以力为基本概念的牛顿形式，改变为以能量为基本概念的分析力学形式，奠定了分析力学的基础。欧拉是瑞士数学家和物理学家，是第一个使用“函数”一词来描述包含各种参数表达式的人，也是把微积分应用于物理学的先驱者之一。学生们都主动参与课堂讨论，回忆在高等数学时两位科学家在数学方面的成就。很多学生表示，在听到这样的人文讲解后会消除对科学知识的陌生感和距离感，产生对科学研究的浓厚兴趣，有部分同学会主动邀请老师带领他们参与各类科学研究活动。
三、教学改革实践的效果
本次教学改革的实践对象为建筑设备专业2010级的学生，分别比较了2009级和2010级两次教学过程考试成绩、参与科技竞赛情况作为评价这次教学效果的标准。分别如表1-表2。
从表1可以看出，2010级学生的优秀率达到10.3%，比2009级学生高出6.1%，80-89分的比例提高了25%，说明一些学习能力较强的同学已经充分挖掘了其学习潜能，有利于带动整个专业的学习氛围。表1中不及格率下降了13.2%，说明大多数同学能够从这种教学改革方法中受益。从表2中可喜地看到，2010级同学踊跃参加各类科技创新活动的热情高涨，实现了实验创新和科技发明项目零的突破，并且全专业有2/3的同学参与了省级“挑战杯”科技创新项目，表明2010级建筑设备的学生在教师的积极引导下，已经初步对科学研究产生了巨大的兴趣，有利于开展今后的专业课程学习。
四、结论
工程教育从来就不是单纯的技术教育，工科教育中的专业教育所培养的应当是具有人文精神且能综合运用专业技术知识为社会服务的技术人才，专业教育与人文教育相互结合、相互渗透、相互制约才是完整的工程教育。科学素质教育和人文素质教育应成大学生文化素质教育的两翼，通过直面严峻的社会现实和巨大的社会需求来培养社会责任感。科学的求证、求真、求实的过程本身就是一种享受、一种发现的乐趣，发现问题、验证结果就是最大的回报。所以，通过将人文教育融合科技创新培养来激发和引导学生探索的意识，这种理念比学习科学知识本身更为重要。
参考文献：
［1］张晓明.素质教育的基本渠道：人文教育融入专业教育［J］.高等工程教育研究，2002，（1）：33-36.
［2］张志宏，顾建农，王家楣.“流体力学”课程教学改革的实践与探索［J］.高等理科教育，2006，（5）：87-91.
［3］华中科技大学教育科学研究院课题组.工科专业教学中的人文教育［J］.高等工程教育研究，2008，（3）：29-34.
［4］冯军.我国理工科院校人文教育的误区［J］.高等工程教育研究，2005，（5）：50-52.
关键词：流体力学；科学创新；人文教育；教学改革
中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1009-0118（2013）01-0130-02
当前世界各国都把提高大学生的综合素质作为高教改革的一个重点，特别是培养具有创新精神、创新意识和创新能力的高素质人才已成为大学教育的首要任务［1］。但是，在我国的一些工科院校中，专业基础课和专业课教学占有绝对的优势，忽略了综合素质的教育和人文精神的陶冶，导致了素质教育与专业教育的严重分离［2］。我们所培养大学生既有专业知识不足的缺点，又缺乏较高的思想文化素质。因此，人文教育和科学教育应并重发展，实现两者的有效融合。
人的创新意识并不是与生俱来的，可以通过教育培养和主观努力锻炼进行开发。工科课堂中蕴藏着丰富的可开发的人文因素，科学与人文可以有机融合，既使学生学好专业知识，又能使学生及时了解人文社会的新进展和科学技术的新成就，使高校成为培养创新人才的摇篮。但是，许多高校在人文教育的内容设计上追求丰富多样而忽视协调统一，很难将人文素质教育与理论教学有机地结合［3］。人文教育处在即兴发挥、随意点缀的状态，缺乏有目的、有计划的充分挖掘［4］。综上所述，如何在工科课堂中渗透人文教育，值得深入研究。
本文以流体力学课堂教学为教学改革实践基地，探索一条将科学创新和人文教育相结合的道路，消除工科理论课堂上弥漫的繁冗气息，将科学的、新颖的教学理念引入课堂，通过深入挖掘创新素质教育中的人文因素，建立科学创新与人文教育协调统一的融合理念，最后根据课程自身的特点，以不同的传授方式改革教学方法，在教学中注意营造一个宽松、自由、活跃、富有吸引力的人文环境，十分有利于学生创新意识的培养。
一、科学与人文的融合理念
一般来说，现代工程师素质结构的精神层面应体现科学精神与人文精神的统一。科学是一种动态活动，把科学活动的结果（知识）和探究科学活动的过程（研究）有机地统一起来，把科学真理和求真过程有机地统一起来，能使学生更深切地认识科学真谛，从更广泛的人类活动背景上把握科学本质，培养科学的品格和社会责任感。
随着人才市场对毕业生实践能力以及创新思维能力的要求逐步提高，在校本科学生也渐渐认识到具备上述能力的必要性，越来越多的学生对课外科技创新等实践性活动表现出很高的参与积极性和热情，校方也提供不同形式的机会让学生参与到科技创新活动中来。
古人云，“授之以鱼，不如授之以渔”。很多毕业后的学生认为，除了传授知识外，更重要的是，教师都能通过专业课的教学和训练帮助学生掌握自主学习的方法。持续终身的自主学习能力必须在专业教学中就开始培养，自主学习对于自主确立目标、自主搜寻资料、自主选择方法、自主解决问题都提出了极高的要求。自主学习或曰自主地获取知识，是一种众多要素综合发生作用的能力，而人文要素是其中的重要组成部分。依据上述理念，在流体力学的课堂教学中增加人文因素，以不同的传授视角与传授方式进行人文课堂的教学改革。
二、人文课堂的改革措施
（一）古代哲学思想与现代科学的碰撞
哲学思想与科学研究实际上是密不可分的，先进的哲学思想可以引领创新思维。在流体力学的课堂上，作者尝试了将古典哲学与现代科学进行对比，引导学生理解哲学思想与经典理论的互相呼应和协调统一，使他们通过人文素质的提升积蓄能量将来攀登更高的科学高峰。
例如，在讲授能量方程物理意义时，教师在课堂上通过论证和推导得到流体在流动过程中的机械能守恒的结论之后提问：在中国古代就有人提出了这样论断，请问此人是谁？等待学生讨论之后，教师给出答案—《老子》中写道：“视之不见，名曰夷；听之不闻，名曰希；搏（触摸）之不得，名曰微。此三者不可致诘，故混而为一”。此时教师给予解释。
接着又提问：还有三个中国人在2000年后提出了与之惊人相似的论点，此人是谁？回答：华裔美国物理学家李政道和杨振宁在1957年获诺贝尔物理奖的CPT对称原则。他们的一位同事吴健雄证明了他们的预言是正确的。古今的哲学与科学在此时碰撞了，教师可以继续解释：视之不见相当于空间属性，因此夷就是P；听之不闻与声波有关，也就是与速度有关，是时间属性，因此希就是T；搏之不得说的是本身的特质，因此微就是C。这三个参数分别不符合对称的原则，必须和在一起，也就是“混而为一”。通过这样的教学安排，将科学创新与经典理论和哲学人文统一起来，不但扩大了本科教学的知识面和学生的视野，同时将专业教育中素质教育的目标与教育总目标相一致化了。
（二）课堂设疑和讨论
通过课堂设疑引导学生形成“质疑”、“解惑”、“去伪”、“求真”的思维，训练学生严谨求实的科学态度。这既是一种科学精神也是一种人文精神。此时，专业教育通过严格的科学训练方式——提出问题、大胆假设、反复验证，完成科学知识学习、科学能力训练和科学精神培养的过程，在过程中让学生了解、思考、实践科学探索，就是最好的人文教育。
例如，在讲解能量方程之前，教师进行了课堂演示：两张平行的纸片吹气后是分开还是合拢？请一名同学来做演示，请大家来讨论并揭示原因，然后引出能量方程的推导和意义，同时再重新用该理论解释现象。在讲解静力学的相对平衡方程时，教师在课堂上进行了课堂设疑：在锅里捞面条，开始容易后面难，如何快速捞起最后的几根面条呢？然后让学生讨论，最后总结学生提出的办法：筷子在锅里做圆周运动，面条就会集中在锅底，自然容易快速捞起，并揭示相对平衡状态和运动流体的根本区别是粘滞力，由此引出欧拉方程的推导。 对于课堂讨论，教师一定要分别归纳不同的观点，纠正各自的错误观点，而不是给出正确的答案。如果给出的“标准答案”太过死板教条，一会打消学生的积极性，二会束缚活跃的思维。当然，这个平衡点是很难掌握的，需要教师积累更多的经验，这对教师自身知识水平是一个很大的挑战，也能够促进教师的自我增值意识提高。
从上述课堂教学方法的案例来看，将人文精神贯穿于工科理论教学中，通过实证经验和逻辑论证进行科学探索，使得科学专业教育在培养和训练方式上与以前的教学方式大不相同，不但有灵活的外在形式，还具有人文教育的深刻意义。
（三）人文历史讲解
一些教师认为工科课堂以理论教学为主，没有必要告知学生相关的历史。但是，经典理论都有其发展的的历史脉络，有很多故事和文化蕴涵在这些看似平淡的定理和公式中，它们不但使烦闷的课堂变得有趣，还可以把伟大科学家的精神意志凝固在经典理论中传递给聆听者。
以前，教师在讲授流体动力学的基本概念时总觉得即使借助图片、视频、动画等多媒体手段也无法让大多数学生喜爱和关注，于是对2010级学生的教案中特意增加了有关科学家的一些生平事件和主要代表理论。例如，教师提到拉格朗日法和欧拉法的区别时，会主动提到拉格朗日是法国数学家、物理学家，提出了运用于静力学和动力学的普遍方程，建立了拉格朗日方程，把力学体系的运动方程从以力为基本概念的牛顿形式，改变为以能量为基本概念的分析力学形式，奠定了分析力学的基础。欧拉是瑞士数学家和物理学家，是第一个使用“函数”一词来描述包含各种参数表达式的人，也是把微积分应用于物理学的先驱者之一。学生们都主动参与课堂讨论，回忆在高等数学时两位科学家在数学方面的成就。很多学生表示，在听到这样的人文讲解后会消除对科学知识的陌生感和距离感，产生对科学研究的浓厚兴趣，有部分同学会主动邀请老师带领他们参与各类科学研究活动。
三、教学改革实践的效果
本次教学改革的实践对象为建筑设备专业2010级的学生，分别比较了2009级和2010级两次教学过程考试成绩、参与科技竞赛情况作为评价这次教学效果的标准。分别如表1-表2。
从表1可以看出，2010级学生的优秀率达到10.3%，比2009级学生高出6.1%，80-89分的比例提高了25%，说明一些学习能力较强的同学已经充分挖掘了其学习潜能，有利于带动整个专业的学习氛围。表1中不及格率下降了13.2%，说明大多数同学能够从这种教学改革方法中受益。从表2中可喜地看到，2010级同学踊跃参加各类科技创新活动的热情高涨，实现了实验创新和科技发明项目零的突破，并且全专业有2/3的同学参与了省级“挑战杯”科技创新项目，表明2010级建筑设备的学生在教师的积极引导下，已经初步对科学研究产生了巨大的兴趣，有利于开展今后的专业课程学习。
四、结论
工程教育从来就不是单纯的技术教育，工科教育中的专业教育所培养的应当是具有人文精神且能综合运用专业技术知识为社会服务的技术人才，专业教育与人文教育相互结合、相互渗透、相互制约才是完整的工程教育。科学素质教育和人文素质教育应成大学生文化素质教育的两翼，通过直面严峻的社会现实和巨大的社会需求来培养社会责任感。科学的求证、求真、求实的过程本身就是一种享受、一种发现的乐趣，发现问题、验证结果就是最大的回报。所以，通过将人文教育融合科技创新培养来激发和引导学生探索的意识，这种理念比学习科学知识本身更为重要。
参考文献：
［1］张晓明.素质教育的基本渠道：人文教育融入专业教育［J］.高等工程教育研究，2002，（1）：33-36.
［2］张志宏，顾建农，王家楣.“流体力学”课程教学改革的实践与探索［J］.高等理科教育，2006，（5）：87-91.
［3］华中科技大学教育科学研究院课题组.工科专业教学中的人文教育［J］.高等工程教育研究，2008，（3）：29-34.
［4］冯军.我国理工科院校人文教育的误区［J］.高等工程教育研究，2005，（5）：50-52.