工程振動測試與分析課程思政元素挖掘與實(shí)踐

摘 要：在高等教育領(lǐng)域，深化專業(yè)課程與思政教育的融合已成為教育改革的重要趨勢。該文聚焦于工程振動測試與分析課程，致力于思政元素的挖掘與融入，實(shí)現(xiàn)專業(yè)知識與思政教育的無縫對接。通過介紹振動領(lǐng)域的國內(nèi)外成就，激發(fā)學(xué)生的愛國情懷與民族自信；強(qiáng)調(diào)從現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，樹立科學(xué)態(tài)度；結(jié)合工程中振動應(yīng)用經(jīng)典案例，培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任感和擔(dān)當(dāng)。旨在全面塑造學(xué)生的綜合素質(zhì)，為社會培養(yǎng)具有高尚品德、扎實(shí)學(xué)識和創(chuàng)新能力的優(yōu)秀人才。

關(guān)鍵詞：工程振動測試與分析；課程思政；思政元素；立德樹人；教學(xué)實(shí)踐

中圖分類號：G641 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-000X（2024）33-0173-04

Abstract： In the field of higher education， deepening the integration of professional courses and ideological and political education has become an important trend in educational reform. This paper focuses on the course of Engineering Vibration Testing and Analysis， aiming to explore and integrate ideological and political elements， and achieve seamless integration of professional knowledge and ideological and political education. By introducing domestic and international achievements in the field of vibration， we inspire students' patriotism and national confidence. The study emphasizes the discovery of phenomena to experimental verification， and establishes a scientific attitude. Combining vibration application cases in engineering， we cultivate students' sense of social responsibility and responsibility. Intended to comprehensively shape the comprehensive quality of students and cultivate outstanding talents with noble character， solid knowledge， and innovative ability for society.

Keywords： Engineering Vibration Testing and Analysis; course ideological and political education; ideological and political elements; cultivate virtue and cultivate talents; teaching practice

自黨的十八大勝利召開以來，黨中央對高等教育中的思想政治工作給予了前所未有的高度重視，明確將課程思政的發(fā)展視為高校踐行立德樹人根本任務(wù)的關(guān)鍵路徑與創(chuàng)新實(shí)踐[1-3]。在推進(jìn)課程思政建設(shè)的進(jìn)程中，如何有效促進(jìn)專業(yè)教育與思想政治教育的深度融合，實(shí)現(xiàn)兩者之間的無縫對接與相互促進(jìn)，依然是當(dāng)前面臨的一大挑戰(zhàn)與難題[4-6]。如何巧妙地將思政元素融入專業(yè)課程的教學(xué)內(nèi)容與方法之中，成為了當(dāng)前課程思政研究與實(shí)踐領(lǐng)域的重要課題與努力方向。

工程振動測試與分析作為北京工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程類專業(yè)的重要研究生課程，其教學(xué)內(nèi)容涉及工程結(jié)構(gòu)的安全評估、故障診斷和性能優(yōu)化等方面，對于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神具有重要意義。本文將從課程思政的角度出發(fā)，探討工程振動測試與分析課程中思政元素的挖掘，實(shí)現(xiàn)專業(yè)知識教育與思政教育的有機(jī)結(jié)合，旨在培養(yǎng)學(xué)生的愛國情懷、民族自信、社會責(zé)任感、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和團(tuán)隊協(xié)作精神，實(shí)現(xiàn)立德樹人的教育目標(biāo)。

一 工程振動測試與分析課程中的思政元素挖掘

（一） 從優(yōu)秀職工故事引入課程內(nèi)容

中國鐵路南寧局柳州機(jī)務(wù)段優(yōu)秀職工陳衛(wèi)國的故事[7]：陳衛(wèi)國的耳朵對聲音的細(xì)微變化異常敏銳。這份天賦在他的職業(yè)——火車頭檢修工中，展現(xiàn)得淋漓盡致。陳衛(wèi)國擅長使用一把榔頭作為他的測試工具，通過輕輕敲擊火車頭的各個部件（如圖1所示），憑借敲擊后發(fā)出的獨(dú)特音色，精準(zhǔn)地判斷部件是否緊固，甚至檢測出內(nèi)部是否存在裂紋。這是因?yàn)?，?dāng)部件受損或產(chǎn)生裂紋時，其結(jié)構(gòu)剛度會發(fā)生變化，進(jìn)而影響到振動特性，最終體現(xiàn)在發(fā)出的聲波頻率上。每當(dāng)榔頭敲擊時，部件便會振動并釋放出特定的聲波，這些聲波的頻率直接反映了部件的物理狀態(tài)。

從事火車頭檢修已經(jīng)有20余年，陳衛(wèi)國獲獎無數(shù)，有能夠僅憑聲音準(zhǔn)確判斷火車頭各部件的運(yùn)行狀態(tài)的“超能力”。這種“超能力”一方面來自天賦，另一方面與他20余年如一日的專業(yè)技能積累和對工作的高度負(fù)責(zé)分不開。他的工作直接關(guān)系到列車運(yùn)行的安全，這種將個人技能與公共安全緊密相連的責(zé)任感，是社會主義核心價值觀中“敬業(yè)”精神的集中體現(xiàn)。

陳衛(wèi)國的檢測工作跟工程振動測試與分析密切相關(guān)。對于陳衛(wèi)國來說，通過聽覺來完成工程振動測試與分析部分內(nèi)容，而對于課程來說，通過設(shè)備和儀器來實(shí)現(xiàn)陳衛(wèi)國的測試與分析內(nèi)容，并加以拓展，從直覺到科學(xué)，解決工程中更難更深奧的科學(xué)問題。一方面簡單直觀介紹了課程內(nèi)容，另一方面宣傳了大國工匠人物和社會主義核心價值觀。

（二） 從大橋振動問題的解決看大國崛起

在20世紀(jì)三四十年代，正是美國進(jìn)行大量基礎(chǔ)建設(shè)的時代。1940年，在美國華盛頓州首府塔科馬，一座宏偉壯觀的懸索橋——塔科馬大橋拔地而起，其跨度當(dāng)時位居世界第三（如圖2所示）。在大橋建造之初，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定為能夠抵御高達(dá)60 m/s（即相當(dāng)于強(qiáng)烈颶風(fēng)級別的風(fēng)速）的狂風(fēng)侵襲。然而，大橋在建成之后，即便小風(fēng)刮過，橋面也會起伏不定，振幅很大。最終剛建成4個月的大橋在19 m/s風(fēng)速下?lián)p毀。課堂播放塔科馬大橋塌毀的視頻，同學(xué)們能身臨其境地感受到當(dāng)時橋梁的上下起伏振動與橋梁塌毀過程。

在塔科馬大橋塌毀后，空氣動力學(xué)領(lǐng)域的權(quán)威馮·卡門教授等專家被委任負(fù)責(zé)調(diào)查此次事故。經(jīng)過一系列嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼{(diào)查與分析，最終揭示了事故背后的機(jī)制：當(dāng)橫向氣流流經(jīng)橋梁的頂部與底部時，會誘發(fā)旋渦的生成，這些旋渦以與橋梁自身固有頻率相匹配的頻率，不斷推動橋梁產(chǎn)生上下波動的共振現(xiàn)象。隨著共振的持續(xù)，橋梁的振幅急劇增加，同時旋渦產(chǎn)生的力量也愈發(fā)強(qiáng)大，兩者相互加劇，最終合力導(dǎo)致了橋梁的崩塌[8]。為了驗(yàn)證這一理論解釋，專家們在風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行了多次實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了旋渦共振是導(dǎo)致塔科馬大橋倒塌的根本原因。

此次事件成為了橋梁工程史上的一個重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)。在此之前，橋梁建筑師們主要聚焦于橋梁對靜態(tài)載荷的承受能力。自此以后，橋梁工程師們在設(shè)計過程中不得不將空氣動力學(xué)問題納入核心考量范疇。

現(xiàn)在，所有重要的橋梁在建造之前都需要在風(fēng)洞里做相關(guān)測試，確保橋梁的安全。即便做了實(shí)驗(yàn)，有些因素的改變也可能誘發(fā)橋梁振動，如虎門大橋。2020年5月5日，由于虎門大橋維修期間，在橋梁兩側(cè)上放置大量水馬，改變了橋梁的構(gòu)型，導(dǎo)致橋梁發(fā)生波形的上下起伏振動。后將水馬清除，橋梁恢復(fù)，不再出現(xiàn)上下起伏振動的現(xiàn)象。

在講解橋梁振動問題的同時，引出美國舊金山金門大橋由于太平洋來風(fēng)導(dǎo)致其橋梁中部振動幅值超過2 m時就得關(guān)閉的事例。再到本世紀(jì)以來中國建設(shè)的大量超跨度橋梁，如矮寨大橋、龍?zhí)堕L江大橋等，跨度更大，條件更惡劣，但這些橋梁全天候通行。展現(xiàn)了我國從學(xué)習(xí)橋梁的先進(jìn)技術(shù)，到消化，至創(chuàng)新的全過程。通過國人的不斷努力，將中國建成了世界基建強(qiáng)國，鼓勵同學(xué)們利用祖國發(fā)展的良機(jī)，發(fā)揮好自身優(yōu)勢，為建設(shè)祖國貢獻(xiàn)自身力量。

（三） 從單擺的發(fā)現(xiàn)看探索求真的科學(xué)精神

理想單擺展現(xiàn)了一種完美的簡諧振動特性，這一特性被伽利略率先洞察。1582年，教堂內(nèi)的一場偶然事件卻悄然開啟了科學(xué)探索的新篇章：一位維修工在不經(jīng)意間的觸碰，讓高懸的大吊燈開始了有節(jié)奏的擺動，這一場景被當(dāng)時正在教堂內(nèi)的伽利略敏銳觀察到了。他利用自己身體的脈搏作為原始計時工具，進(jìn)行了測量。伽利略發(fā)現(xiàn)，大吊燈擺動的周期竟然不受其振幅變化的影響。離開教堂后，伽利略投入到更系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究中。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與邏輯推理，他不僅確認(rèn)了單擺的等時性這一重要原理，還進(jìn)一步揭示了影響單擺周期的關(guān)鍵因素。之后，伽利略巧妙地運(yùn)用單擺的等時性原理，設(shè)計并制造了世界上早期的脈搏儀[9]。

從日常生活中不起眼的現(xiàn)象——教堂吊燈的擺動中，捕捉到科學(xué)研究的契機(jī)。這種對周圍世界細(xì)致入微的觀察能力，是我們科學(xué)探索應(yīng)該具備的素質(zhì)。在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，伽利略運(yùn)用邏輯推理，不僅驗(yàn)證了單擺的等時性，還進(jìn)一步揭示了決定單擺周期的關(guān)鍵因素。這種從具體到抽象、從實(shí)驗(yàn)到理論的升華過程，展現(xiàn)了科學(xué)家應(yīng)該具備邏輯推理能力和理論創(chuàng)新能力。不僅滿足于理論上的發(fā)現(xiàn)，還積極將科學(xué)成果應(yīng)用于實(shí)踐。他利用單擺的等時性原理制成了脈搏儀，為醫(yī)學(xué)測量提供了更精確的工具。同時，這一發(fā)現(xiàn)也為后來擺鐘的發(fā)明奠定了基礎(chǔ)，極大地推動了計時技術(shù)的發(fā)展。敏銳的觀察力與探索的精神、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)態(tài)度、邏輯推理與理論創(chuàng)新以及實(shí)踐應(yīng)用的探索求真科學(xué)精神是我們研究中需要培養(yǎng)和熏陶的。

（四） 從古代振動利用案例看我國古人智慧

我國古代很早就有對振動利用和探究的記載。在《墨子·備穴篇》中記載了利用振動中共振現(xiàn)象來進(jìn)行信息偵查的應(yīng)用事例：“穿井城內(nèi)，五步一井，傅城足。高地，丈五尺，下地，得泉三尺而止。令陶者為罌，容四十斗以上，固順之以薄革各革，置井中，使聰耳者伏罌而聽之，審知穴之所在，鑿穴迎之?！碧拼庞又锻ǖ洹け濉芬灿邢嚓P(guān)記載：“地聽：于城內(nèi)八方穿井，各深二丈，以新甖用薄皮裹口如鼓，使聰耳者于井中，托甖而聽，則去城五百步內(nèi)，悉知之。”

在《莊子》的雜篇《徐無鬼》中記載了一項(xiàng)令人矚目的科學(xué)成就——西周時期，一位名叫魯遽的先驅(qū)者完成了世界上最早的共振實(shí)驗(yàn)。他將兩把瑟分別置于相鄰的房間，隨后在一把瑟上輕撫某根琴弦，奇跡般地，隔壁房間中那架瑟上對應(yīng)的琴弦也仿佛被無形之手觸動，發(fā)出了與前者音律一致的和諧之音。這一實(shí)驗(yàn)不僅展示了我國古代對物理聲學(xué)原理的深刻理解，還遙遙領(lǐng)先于西方世界，因?yàn)樵跉W洲，直到15世紀(jì)，意大利的列奧納多·達(dá)·芬奇才開始了對共振現(xiàn)象的初步探索與實(shí)驗(yàn)。

通過介紹我國古代在振動研究領(lǐng)域的卓越貢獻(xiàn)，為學(xué)生提供了一個直觀而有力的例證，展示了中華民族在古代科技領(lǐng)域的領(lǐng)先地位和創(chuàng)新能力。這種歷史事實(shí)讓學(xué)生深刻認(rèn)識到，中華民族有著悠久的歷史、燦爛的文化和輝煌的成就，由此對自己的文化感到自豪和自信。這種民族自信心的建立，不僅能夠增強(qiáng)學(xué)生的民族認(rèn)同感和歸屬感，還能夠激勵他們在未來的學(xué)習(xí)和工作中更加自信地面對挑戰(zhàn)和困難。在全球化日益加深的今天，文化自信不僅是對本土文化的認(rèn)同和自豪，更是在全球文化交流中保持獨(dú)特性和競爭力的關(guān)鍵。通過介紹我國古代振動研究成就與西方科學(xué)家類似研究的對比，學(xué)生可以清晰地認(rèn)識到中華文化的獨(dú)特性和先進(jìn)性。這種對比能夠激發(fā)同學(xué)們更加積極地參與全球文化交流與合作，以更加開放和包容的心態(tài)去吸收和借鑒其他文化的優(yōu)秀成果，也能夠更加自信地向世界展示中華文化的魅力和價值，為構(gòu)建人類命運(yùn)共同體貢獻(xiàn)自己的力量。

（五） 從楊利偉受振動之苦看載人航天精神

中國首飛航天員楊利偉在他的自傳《天地九重》寫道[10]：“火箭逐步地加速……，我的身體感受還挺好。可就在火箭上升到三四十公里的高度時，意外出現(xiàn)了，火箭和飛船開始急劇抖動，產(chǎn)生共振！人體對10赫茲以下的低頻振動非常敏感，它會讓人的內(nèi)臟產(chǎn)生共振。而且這個新的振動疊加在大約6G的一個負(fù)荷上，變得十分可怕。共振是以曲線形式變化的，痛苦的感覺越來越強(qiáng)烈，五臟六腑似乎都要碎了，我覺得自己快不行了……。共振持續(xù)了26秒后，慢慢減輕……。但在痛苦的極點(diǎn)，就在剛才短短一剎那，我真的以為自己要犧牲了?！睏罾麄ピ诜祷氐孛嬷?，科研人員通過研究找到了振動源為火箭的某一段管道，之后通過改進(jìn)結(jié)構(gòu)解決了飛船的振動問題。此外，神舟五號返回楊利偉出倉的照片（如圖3所示），還能依稀看出楊利偉嘴角的血絲，這個照片是楊利偉面部經(jīng)過處理后的照片。實(shí)際上在返回過程中，嘴邊的麥克風(fēng)振動也很厲害，不斷在嘴角滑動并刮蹭嘴角皮膚，而航天員的手在返回途中是固定的，無法調(diào)整麥克風(fēng)，導(dǎo)致楊利偉的嘴角出現(xiàn)創(chuàng)口，鮮血直流。所幸的是在嘴唇部位，不是在頸動脈部位。

自中國載人航天工程正式啟動以來，一代代中國航天人以非凡的勇氣和毅力，不斷向科研高峰與人體生理極限發(fā)起沖鋒，引領(lǐng)著我國載人航天事業(yè)實(shí)現(xiàn)了從夢想照進(jìn)現(xiàn)實(shí)、由初創(chuàng)走向強(qiáng)大的壯麗跨越。在這輝煌的征程背后，隱藏著無數(shù)不為人知的艱辛挑戰(zhàn)與不懈奮斗。鑒往知來，我們應(yīng)深刻領(lǐng)悟并傳承載人航天精神——特別能吃苦、特別能戰(zhàn)斗、特別能攻關(guān)、特別能奉獻(xiàn)。將載人航天精神融入教育之中，培養(yǎng)學(xué)生的探索精神與科學(xué)追求，激發(fā)他們的好奇心與求知欲，鼓勵他們勇于探索未知領(lǐng)域，不斷追求真理與科學(xué)高峰。同時，要增強(qiáng)學(xué)生的責(zé)任感和使命感，引導(dǎo)他們將個人理想融入國家發(fā)展大局，樹立科技報國的遠(yuǎn)大志向，以實(shí)際行動踐行家國情懷和使命擔(dān)當(dāng)，為實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的中國夢貢獻(xiàn)力量。

二 教學(xué)效果的評價與反饋

工程振動測試與分析課程中的思政教學(xué)效果評價與反饋，是確保該課程在傳授專業(yè)知識的同時，能夠有效融入思想政治教育元素，提高教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。

（一） 評價體系建設(shè)

建立多元化評價體系。通過考試、作業(yè)、課堂測驗(yàn)等方式，評價學(xué)生對工程振動測試與分析課程基礎(chǔ)知識的掌握情況。通過實(shí)驗(yàn)操作、測試項(xiàng)目設(shè)計、測試數(shù)據(jù)分析等方式，評價學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和解決問題的能力。通過課堂表現(xiàn)、項(xiàng)目執(zhí)行過程中團(tuán)隊合作、社會責(zé)任感等方面，評價學(xué)生的綜合素質(zhì)和人文素養(yǎng)。

在評價過程中，既采用定量評價方式，如考試成績與作業(yè)評分等，也采用定性評價方式，如課堂表現(xiàn)評價等。在評價過程中，不僅關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果，如考試成績，還關(guān)注他們的學(xué)習(xí)過程，如學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)方法等。通過過程性評價，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)問題并給予及時指導(dǎo)和幫助。

（二） 反饋機(jī)制建設(shè)

通過問卷調(diào)查、集體交流與私下交流等方式收集學(xué)生反饋意見，了解課程教學(xué)效果存在的問題和不足，并持續(xù)改進(jìn)課程教學(xué)。根據(jù)反饋意見和評價結(jié)果，及時調(diào)整教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和評價體系等方面的工作，持續(xù)改進(jìn)課程教學(xué)效果和人才培養(yǎng)質(zhì)量。

三 結(jié)束語

在工程振動測試與分析課程的教學(xué)實(shí)踐中，深入挖掘思想政治教育元素，不僅是提升教學(xué)質(zhì)量的有效途徑，更是促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展的必然要求。本文列舉和總結(jié)了一些思想政治教育元素的挖掘和融入案例，通過教學(xué)中的實(shí)踐，多維度地塑造學(xué)生的綜合素質(zhì)，包括但不限于激發(fā)學(xué)生的愛國情懷，增強(qiáng)他們的社會責(zé)任感，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)精神，以及促進(jìn)團(tuán)隊協(xié)作與溝通能力的發(fā)展。這些思想政治教育元素的挖掘和融入，旨在實(shí)現(xiàn)專業(yè)知識傳授與思想政治教育之間的無縫對接與深度融合，使兩者相輔相成，共同促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 姚崇，黃密.高校立德樹人的精神實(shí)質(zhì)及時代新人的培育路徑[J].教育探索，2022（10）：62-66.

[2] 黃修長，張振果，華宏星.以國家重大需求為引導(dǎo)的課程思政建設(shè)——以“機(jī)械振動學(xué)”課程為例[J].教育教學(xué)論壇，2023（15）：49-52.

[3] 張大義，范雨.激起學(xué)生共振的“機(jī)械振動”課程思政建設(shè)[J].大學(xué)，2022（35）：149-152.

[4] 白茹.高校專業(yè)課程與思想政治教育的融合策略研究[J].陜西教育（高教），2024（5）：52-54.

[5] 王學(xué)儉，趙文瑞.課程思政、精準(zhǔn)思政、微思政的概念、構(gòu)成和運(yùn)行機(jī)理探析[J].新疆師范大學(xué)學(xué)報（哲學(xué)社會科學(xué)版），2023，44（1）：125-135，2.

[6] 王葆華，劉希軍，康志強(qiáng).高校專業(yè)課教師課程思政主體意識的建設(shè)路徑探討[J].高教論壇，2024（5）：18-21.

[7] 馬海霞，蘭秀風(fēng)，李晉斌，等.深挖機(jī)械振動思政元素提升課程育人質(zhì)量[J].高教學(xué)刊，2023，9（3），172-176，181.

[8] 趙慧明，張偉偉，趙玉成，等.簡議塔科馬大橋坍塌的原因與啟示[J].力學(xué)與實(shí)踐，2021，43（6）：1012-1018.

[9] 宣桂鑫，徐志君.伽利略科學(xué)實(shí)驗(yàn)的追蹤[J].大自然探索，1996（1）：113-118.

[10] 楊利偉.天地九重[M].北京：中國人民解放軍出版社，2010：204.