郭輝 曹蕾蕾

摘? 要：在機(jī)械和工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中考慮振動(dòng)因素對(duì)結(jié)構(gòu)和設(shè)備的安全性具有重要意義，因而“機(jī)械振動(dòng)學(xué)”是機(jī)械類和結(jié)構(gòu)力學(xué)類專業(yè)的重要課程。機(jī)械振動(dòng)學(xué)與機(jī)械動(dòng)力學(xué)、機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、振動(dòng)力學(xué)等課程性質(zhì)相同，從形式上看具有公式繁多、理論抽象的特點(diǎn)，掌握難度大，因而不易調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。文章分別從時(shí)事熱點(diǎn)、歷史故事、人物事跡、哲學(xué)思辨和工科審美等五方面梳理了“機(jī)械振動(dòng)學(xué)”課程的思政元素，增加課程講解內(nèi)容的吸引力和感染力，為新工科背景下課程思政實(shí)踐提供參考。

關(guān)鍵詞：機(jī)械振動(dòng)學(xué)；思政元素；機(jī)械專業(yè)；有機(jī)融合

中圖分類號(hào)：TH132.4? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：1673-7164（2023）15-0161-04

“機(jī)械振動(dòng)學(xué)”作為機(jī)械工程專業(yè)的一門基礎(chǔ)類課程，系統(tǒng)地闡述了振動(dòng)理論的基本方法，所涉及的內(nèi)容廣而多［1-3］。該課程自身具有理論抽象、邏輯嚴(yán)謹(jǐn)、公式繁多等特點(diǎn)，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中，普遍感覺(jué)知識(shí)抽象、難懂，學(xué)習(xí)難度大。有必要在“機(jī)械振動(dòng)學(xué)”課程教學(xué)中挖掘、融入思政元素，使原本枯燥乏味的課堂變得生動(dòng)有趣，有利于活躍課堂氣氛，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，實(shí)現(xiàn)知識(shí)傳授與價(jià)值引領(lǐng)相結(jié)合。應(yīng)真正做到“深入梳理專業(yè)課教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合不同課程特點(diǎn)、思維方法和價(jià)值理念，深入挖掘課程思政元素，有機(jī)融入課程教學(xué)，達(dá)到潤(rùn)物無(wú)聲的育人效果?！保?］如何將思政的點(diǎn)點(diǎn)滴滴潛移默化地融入該課程教學(xué)過(guò)程中？本文將從五個(gè)角度來(lái)介紹思政要素的挖掘和融入方法，為機(jī)械振動(dòng)學(xué)相關(guān)的教學(xué)科研人員提供思路。

一、思政元素融入機(jī)械振動(dòng)學(xué)的重要性

機(jī)械振動(dòng)學(xué)主要涉及單自由度和多自由度動(dòng)力系統(tǒng)的基本原理、減振隔振知識(shí)以及常見(jiàn)機(jī)械系統(tǒng)的振動(dòng)分析方法等。該課程的研究對(duì)象涵蓋了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，大到大型運(yùn)載火箭、大飛機(jī)結(jié)構(gòu)、精密機(jī)床、高鐵車廂和橋梁建筑物等；小到加濕器振動(dòng)發(fā)生器、心臟起搏器、耳機(jī)的振動(dòng)。振動(dòng)會(huì)影響精密儀器設(shè)備的功能，還可能引起結(jié)構(gòu)的大變形破壞。所以，該課程具有很強(qiáng)的專業(yè)性和社會(huì)服務(wù)性。

該課程屬于工程教育范疇，長(zhǎng)期以來(lái)人們將其定位為培養(yǎng)工程技術(shù)人員，在專業(yè)培養(yǎng)方案的制訂中，對(duì)于工程技術(shù)的熟練掌握和應(yīng)用的要求往往高于科學(xué)精神、人文素養(yǎng)和思想道德情操，在某種程度上限制了學(xué)科的發(fā)展和專業(yè)育人的效果。高等教育要培養(yǎng)中國(guó)特色社會(huì)主義接班人，為黨育人，為國(guó)育才。為此，在專業(yè)課程的教學(xué)中，需要充分考慮人文素養(yǎng)、學(xué)術(shù)視野、愛(ài)國(guó)情懷等思政要素，幫助學(xué)生塑造正確的世界觀、人生觀、價(jià)值觀，順應(yīng)歷史潮流，適應(yīng)新時(shí)代要求，引導(dǎo)學(xué)生將實(shí)現(xiàn)個(gè)人價(jià)值與國(guó)家發(fā)展、民族復(fù)興、人類福祉緊密相連，讓學(xué)生融入國(guó)家建設(shè)和實(shí)現(xiàn)偉大復(fù)興中國(guó)夢(mèng)的奮斗中。

二、思政元素的課堂融入策略

（一）結(jié)合時(shí)事熱點(diǎn)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

緒論部分作為整個(gè)課程的導(dǎo)入，能總領(lǐng)“機(jī)械振動(dòng)學(xué)”課程團(tuán)隊(duì)結(jié)合課程大綱中的教學(xué)目標(biāo)，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重新梳理，將知識(shí)點(diǎn)與其涉及的時(shí)事熱點(diǎn)、歷史故事、人物事跡、哲學(xué)思辨和工科審美等不同角度相結(jié)合，挖掘其中所蘊(yùn)含的思政元素，設(shè)計(jì)思政教學(xué)案例，達(dá)到育教同行、潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲的效果。

大局觀的作用，具有很強(qiáng)的思想性、趣味性，但又不乏學(xué)術(shù)性。教師在講這部分內(nèi)容時(shí)，為了讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到振動(dòng)在指導(dǎo)實(shí)際工程中的重要作用，課程團(tuán)隊(duì)老師結(jié)合熱點(diǎn)事件“2020年5月5日下午，一段‘廣東虎門大橋波浪式起伏的視頻”（見(jiàn)圖1），引起大家的普遍關(guān)注，說(shuō)明工程中振動(dòng)問(wèn)題無(wú)處不在，并引導(dǎo)學(xué)生思考，一座好的大橋怎樣才不會(huì)成為一架“秋千”？該事件通過(guò)拆除沿橋跨護(hù)欄的水馬得以快速解決，并未對(duì)交通和安全造成影響。大橋波動(dòng)問(wèn)題的順利解決離不開(kāi)無(wú)數(shù)專家團(tuán)隊(duì)踏實(shí)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)術(shù)研究，讓學(xué)生從中領(lǐng)悟工程技術(shù)人員的責(zé)任、擔(dān)當(dāng)和嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致作風(fēng)的重要性。通過(guò)對(duì)該事件解決專家葛耀君及其所在的同濟(jì)大學(xué)橋梁團(tuán)隊(duì)故事的講解，說(shuō)明學(xué)術(shù)傳承精神。講解中國(guó)橋梁工程界力求自主，與日本、英國(guó)競(jìng)爭(zhēng)的故事，說(shuō)明從虎門大橋開(kāi)始，中國(guó)的橋梁不問(wèn)出處，所有都是由我們自己、由中國(guó)人設(shè)計(jì)和施工的，增強(qiáng)民族自信心和自豪感［5］。

（二）結(jié)合歷史故事，構(gòu)建正確價(jià)值觀

“機(jī)械振動(dòng)學(xué)”課程涉及大量理論建模和推導(dǎo)，在講授建模和推導(dǎo)過(guò)程時(shí)，還可以介紹公式的來(lái)源和其背后的歷史故事。如在介紹簡(jiǎn)諧振動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)微分方程的建立時(shí)，用到牛頓第二定律和胡克定律，可引入科學(xué)史上的著名公案，例如“胡克和牛頓之爭(zhēng)”。使學(xué)生意識(shí)到在大科學(xué)家胡克和牛頓所在的時(shí)代，科學(xué)還不成體系，完善的學(xué)術(shù)規(guī)范還未形成，因而自然會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)優(yōu)先權(quán)的爭(zhēng)執(zhí)。作為今夕比較，教師可以向?qū)W生介紹，當(dāng)前學(xué)術(shù)和科研領(lǐng)域推行的規(guī)則是誰(shuí)先公開(kāi)發(fā)表誰(shuí)就有優(yōu)先權(quán)，大家都認(rèn)同和遵守這個(gè)原則，這在很大程度上避免了知識(shí)產(chǎn)權(quán)的歸屬之爭(zhēng)。由此告誡學(xué)生，學(xué)術(shù)規(guī)范化和學(xué)術(shù)研究本身同等重要。由這件事情還可以引申到現(xiàn)代的國(guó)際大企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題，強(qiáng)勢(shì)企業(yè)注重發(fā)明創(chuàng)新和知識(shí)產(chǎn)權(quán)，在研發(fā)新產(chǎn)品和形成產(chǎn)品的設(shè)計(jì)研制規(guī)范方面上投入了大量的人力、物力，一方面提高了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，另一方面通過(guò)國(guó)際和國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的建立，可使企業(yè)處于行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)地位。

“機(jī)械振動(dòng)學(xué)”課程是與工程實(shí)際密切結(jié)合的課程，這就要求學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中培養(yǎng)專注、耐心、細(xì)致、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度和工作作風(fēng)。課程團(tuán)隊(duì)教師在授課過(guò)程中，應(yīng)借助歷史上典型的失敗工程案例分析來(lái)引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)和思考工程事故責(zé)任的嚴(yán)重性，從內(nèi)心深處樹(shù)立起職業(yè)敬畏感，從而形成嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的工作態(tài)度。如在介紹系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)的受迫振動(dòng)理論問(wèn)題時(shí)，涉及結(jié)構(gòu)共振的概念。歷史上有一次世界著名的因共振引發(fā)的事故——1940年美國(guó)塔科馬（tokoma）懸索橋風(fēng)毀垮塌事件（見(jiàn)圖2）。按照當(dāng)?shù)卣?guī)劃，位于塔科馬海峽吊峽的tokoma大橋工程于1938年開(kāi)始啟動(dòng)，耗時(shí)兩年建成通車。塔科馬懸索橋身總長(zhǎng)度1524米，寬度11.9米，在當(dāng)時(shí)屬于世界第三大懸索橋，僅投資就花費(fèi)高達(dá) 640 萬(wàn)美元，是舉世矚目并且重金打造的項(xiàng)目，然而讓人意想不到的是大橋建成后四個(gè)月就發(fā)生了坍塌。經(jīng)過(guò)周密的事故調(diào)查研究，最后科學(xué)家對(duì)此給出了官方解釋：此橋的設(shè)計(jì)沒(méi)有充分考慮到空氣動(dòng)力學(xué)的影響。空氣動(dòng)力學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，在一定的風(fēng)速范圍內(nèi)，平穩(wěn)的風(fēng)在穿過(guò)大橋的氣流會(huì)產(chǎn)生兩串平行的反向漩渦（見(jiàn)圖2中的漩渦），這些漩渦會(huì)發(fā)生周期性的作用力。如果這個(gè)作用力和大橋的某些固有頻率相接近，那么將誘發(fā)共振，且頻率越接近，造成的氣動(dòng)壓力也會(huì)越大，最終橋梁結(jié)構(gòu)像麻花一樣被徹底扭曲了。大橋的設(shè)計(jì)工程師為了追求橋梁的美感，將橋面設(shè)計(jì)得很纖細(xì)，2.4米高的鋼板梁不能提供足夠高的剛度，使得橋梁的上下振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)頻率偏低，最終導(dǎo)致了在風(fēng)速很低的情況下誘發(fā)了共振破壞。通過(guò)該事件，根據(jù)動(dòng)力學(xué)知識(shí)來(lái)分析事故發(fā)生的原因，讓學(xué)生從中領(lǐng)悟工程技術(shù)人員的責(zé)任、擔(dān)當(dāng)和作風(fēng)嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的重要性。

（三）結(jié)合人物事跡，樹(shù)立學(xué)習(xí)榜樣

在以往機(jī)械振動(dòng)的教學(xué)中，學(xué)生容易對(duì)老師或書(shū)本所講授的知識(shí)存在依賴情緒，不善于自己提出問(wèn)題。團(tuán)隊(duì)老師在平時(shí)講課的過(guò)程中，結(jié)合知識(shí)點(diǎn)適時(shí)引入典型科學(xué)家的事跡和精神，培養(yǎng)學(xué)生相信自己、勇于質(zhì)疑、用事實(shí)說(shuō)話、堅(jiān)持真理的精神［6］。例如在介紹系統(tǒng)對(duì)周期激勵(lì)的響應(yīng)時(shí)，用到傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)。傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)是由法國(guó)數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家傅里葉在1807年提出的。在最初提出該理論時(shí)，很多權(quán)威專家都反對(duì)他，其中包括拉格朗日、拉普拉斯等數(shù)學(xué)大家，使得法國(guó)科學(xué)學(xué)會(huì)屈服于拉格朗日的威望，拒絕了傅里葉的工作。直到一百年后，他的論著才被重視起來(lái)。通過(guò)傅里葉的事跡可教育學(xué)生不要迷信權(quán)威，科學(xué)就是要打破迷信。科學(xué)的精神就是從事物的本質(zhì)出發(fā)，研究萬(wàn)物的規(guī)律。讓學(xué)生意識(shí)到工科學(xué)習(xí)不能只停留在公式階段，要向傅里葉學(xué)習(xí)，去了解它從真實(shí)物理世界的提煉過(guò)程，這樣才能從本質(zhì)上理解，才有可能應(yīng)用它解決實(shí)際問(wèn)題。

（四）結(jié)合課程內(nèi)容，培養(yǎng)哲學(xué)思辨

“機(jī)械振動(dòng)學(xué)”課程中包含人們?cè)陂L(zhǎng)期實(shí)踐中總結(jié)的原理和規(guī)律，其中蘊(yùn)含著很多哲學(xué)思想，課程團(tuán)隊(duì)老師結(jié)合具體授課內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生思考、發(fā)現(xiàn)課程中的工程哲學(xué)。如在介紹隔振和減振原理時(shí)，通過(guò)介紹該問(wèn)題的產(chǎn)生背景，即機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)由于各種外界和內(nèi)部激勵(lì)因素的存在，振動(dòng)不可避免，這種振動(dòng)會(huì)造成機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的不平衡，產(chǎn)生噪音、影響設(shè)備的正常工作，造成機(jī)器過(guò)大的磨損或者疲勞失效，影響其安全性和可靠性，使機(jī)床的加工精度、精密儀器的靈敏度下降、使機(jī)械設(shè)備的使用壽命縮短等，因此需要進(jìn)行有效隔振。因此，精密機(jī)械加工機(jī)床在地基周圍要填埋隔振阻尼材料（見(jiàn)圖3），以降低環(huán)境振動(dòng)對(duì)其的影響。還可以引入齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)，齒輪箱在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)有振動(dòng)噪音，其原因有輪齒誤差、變形和嚙合沖擊、支撐系統(tǒng)變形等，需要通過(guò)齒面修形、潤(rùn)滑等方式降低噪音；還有公司在研制的航空高速弧齒錐齒輪一端安裝阻尼環(huán)，用來(lái)抑制振動(dòng)噪音。從另一個(gè)角度看，讓學(xué)生思考振動(dòng)是不是存在有利的一面，如利用振動(dòng)的原理本質(zhì)來(lái)設(shè)計(jì)制造裝置和通訊儀器儀表等，例如振動(dòng)篩選機(jī)、振動(dòng)打樁機(jī)、振動(dòng)球磨機(jī)、振動(dòng)采油技術(shù)、收音機(jī)、振子示波器等［7］。讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到事物的兩面性，引導(dǎo)學(xué)生領(lǐng)悟辯證唯物主義方法論中關(guān)于矛盾對(duì)立統(tǒng)一的哲學(xué)。凡事都充滿了兩面性，它是事物的普遍性規(guī)律，只看事物的一面而忽視另一面都是偏頗的。教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生思考該如何看待科技，科技是把雙刃劍，科技本身沒(méi)有好壞的屬性，科技的好壞決定于掌握科技的人。由此教育學(xué)生不僅要專注于知識(shí)和技能的學(xué)習(xí)，還要有正確的發(fā)展方向，科技創(chuàng)新的目的是造福于民。

（五）從課程中發(fā)現(xiàn)美，培養(yǎng)工科審美

審美是一種世界觀，也是一種方法論。隨著國(guó)家新工科培養(yǎng)計(jì)劃和課程思政的深入發(fā)展對(duì)“機(jī)械振動(dòng)學(xué)”這種工程技術(shù)專業(yè)知識(shí)為主的課程來(lái)說(shuō)，不僅是傳授學(xué)生科學(xué)知識(shí)，也應(yīng)該注重人文素養(yǎng)和情操的培養(yǎng)，將科學(xué)與美學(xué)、藝術(shù)與技術(shù)相結(jié)合，使未來(lái)的科學(xué)家和工程師兼有良好的藝術(shù)修養(yǎng)。培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)美的能力，可以增強(qiáng)人的幸福感，這是社會(huì)主義核心價(jià)值觀所提倡的。例如在緒論一章中介紹振動(dòng)的應(yīng)用時(shí)，可以引用一種能夠觀察聲音“形狀”的技術(shù)——CYMATICS。聲音本質(zhì)上是一種振動(dòng)，是空氣的振動(dòng)，利用測(cè)試和模擬技術(shù)可以觀察到不同的聲音在空間中的強(qiáng)度分布情況。通過(guò)實(shí)驗(yàn)還可以獲得與在大自然中常見(jiàn)的雪花形狀極為相似的一種聲音，讓人領(lǐng)會(huì)到工程研究與藝術(shù)在某種角度是相通的，美無(wú)所不在。

另一方面，由于機(jī)械振動(dòng)中的公式繁多，課程團(tuán)隊(duì)老師在教學(xué)過(guò)程中可引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)公式之美。例如，通過(guò)對(duì)單自由度、兩自由度和多自由度振動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)微分方程的對(duì)比可以看出，它們?cè)谛问缴暇哂邢嗨菩?，物理本質(zhì)是相通的，具有系統(tǒng)性，讓學(xué)生體會(huì)正確的數(shù)學(xué)模型應(yīng)在形式上是簡(jiǎn)潔而優(yōu)美的，所謂“大道至簡(jiǎn)”，在科學(xué)研究中，要善于發(fā)現(xiàn)科學(xué)之美，這樣才能學(xué)得系統(tǒng)、學(xué)得輕松。在介紹隨機(jī)振動(dòng)的實(shí)例時(shí)，講解地震載荷作用下的建筑物，通過(guò)分析故宮建筑在10級(jí)大地震實(shí)驗(yàn)中依然屹立不倒原因，在講解斗栱、榫卯、柱礎(chǔ)和大屋頂時(shí)，讓學(xué)生領(lǐng)略中國(guó)古建筑之美，體會(huì)中國(guó)古代勞動(dòng)人民的智慧，激發(fā)學(xué)生的民族自豪感和文化認(rèn)同感。

三、結(jié)語(yǔ)

本文分別從時(shí)事熱點(diǎn)、歷史故事、人物事跡、哲學(xué)思辨和工科審美等五個(gè)方面梳理了“機(jī)械振動(dòng)學(xué)”課程的思政元素，為新時(shí)代背景下的課程思政實(shí)踐提供參考?！皺C(jī)械振動(dòng)學(xué)”專業(yè)教師在授課中可以根據(jù)授課內(nèi)容，靈活地將以上思政元素融入課堂，更新教學(xué)體系、豐富課堂內(nèi)容、做好教學(xué)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)“立德樹(shù)人，潤(rùn)物無(wú)聲”的教學(xué)目標(biāo)。

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（責(zé)任編輯：羅欣）