專業課中“五育并舉”的實施案例分析

張素俠 劉習軍

[摘 要] 以“工程振動與測試（振動力學）”課程為例，探討滿足專業課程的培養目標和“三全育人，五育并舉”要求的教學手段，給出具體的實施案例。針對疫情期間學生居家學習不具備實驗教學條件的情況，根據課堂教學內容和學生提議，因地制宜設置符合課程要求的作業，在振動力學教學中將理論分析與實踐相結合，將培養學生解決實際問題的能力與培養學生熱愛勞動和勇于創新相結合，完成振動力學課程中貫徹“三全育人，五育并舉”的典型案例，為專業課能力、素質和品質教育的融合提供參考。

[關鍵詞] 五育并舉;振動力學;教學案例;居家學習

[基金項目] 2019年度天津市線上線下混合式一流建設課程項目“工程振動與測試（振動力學）”;2014年度國家自然科學基金項目“考慮松弛-張緊效應時深海系纜-平臺耦合運動及穩定性研究”（51479136）;2018年度天津市自然科學基金項目“細長柔性體畸變模型的非線性修正規律研究”（JCYBJC18700）

[作者簡介] 張素俠（1978—），女，河北秦皇島人，工學博士，天津大學機械工程學院副教授（通信作者），博士生導師，主要從事非線性振動、動力學與控制領域研究;劉習軍（1956—），男，河北定州人，學士，天津大學機械工程學院教授，博士生導師，主要從事非線性振動、動力學與控制領域課程與教育教學研究。

[中圖分類號] G642.0? ?[文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2021）25-0015-04? ?[收稿日期] 2020-04-14

一、問題的背景

“工程振動與測試（振動力學）”課程是工程力學專業學生的必修課（專業課），是機械、土木、化機等專業的選修課。課程內容包括單自由度系統振動、多自由度系統振動、連續體振動、振動的數值計算方法和振動控制等內容，課程目標是使學生掌握振動的基本概念、原理和方法，培養學生求真務實的品格;將振動理論與前沿技術相聯系，獲得振動規律和特性，形成恰當的解決方案，使學生具有解決復雜振動問題的綜合能力和高級思維并為國家強盛和民族復興服務，培養具有創新和挑戰精神、專業素養、家國情懷和責任擔當的振動領域專業技術人才。

在全國教育大會上，習近平總書記強調，要培養德智體美勞全面發展的社會主義建設者和接班人，加快推進教育現代化、建設教育強國、辦好人民滿意的教育[1]。培養德智體美勞全面發展的社會主義建設者和接班人，要求學生價值觀端正、知識豐富、能力全面[2]。價值觀端正，就是要學好知識，同時要用好知識，為社會和國家建設服務;知識豐富，就是要掌握基本理論，并能夠動手實踐，將理論知識應用到實際的生活中。教育部部長陳寶生也表示，教育戰線將堅持“新、高、實、深”四個基本要求，堅持高標準、嚴要求、有特色，狠抓落實、務求實效，將立德樹人和勞動教育貫穿人才培養全過程，同時與學校教育教學體系深度融合，全面落實習近平新時代中國特色社會主義思想進課程進教材的要求，構建體現時代特征的勞動教育體系，加強和改進新時代體育、美育工作，構建與時代發展相適應的發展規劃，培養德智體美勞全面發展的社會主義建設者和接班人。對于“工程振動與測試（振動力學）”課程來說，就是將課程內容中的振動理論與工程實踐相結合，將課本知識與動手能力培養相結合，教學中融入勞動教育，同時將學生解決復雜工程問題的能力在工程中有所體現，在生活中有所體現[3]。

在“工程振動與測試（振動力學）”課程的教學中，我們對以上問題進行了探討和嘗試。特別是2020年由于疫情的影響，學生整個學期都在家中上課，正常情況下的振動力學實驗室實驗無法開展[4]。如何在家中進行振動理論的應用，提高學生的實踐能力，成為該課程要探討的主要問題。

二、實踐問題的提出

在上課過程中，我們主要通過讓學生查閱文獻的方式來擴展相關知識。通過讓學生尋找自己感興趣的工程實例，經過背景調研、模型簡化、方程建立、求解分析和對標實際等方式，鍛煉學生解決復雜問題的實踐能力[5]。在講到相關知識點時，一方面通過學生的觀察和聯想生活中見到的工程結構來進行擴展，另一方面通過補充前沿工程結構和工程問題來實現內容的擴展。例如，在講到振動控制技術的實例時，指出凡是有動力的地方，就都有可能存在振動。于是有學生立刻回復道，家里的洗衣機、冰箱、抽油煙機、排風扇，所有的電器都可能存在振動。有的同學回復說，我們可以嘗試進行減振控制了。于是我們布置了作業，要求學生選擇家里的一樣電器，通過使用、觀察，發現其中的問題，并利用所學的振動理論進行減振并對比結果，說明方法的有效性，用視頻的形式拍攝下來，作為我們的大作業，也作為這一章內容的考核方式。

這個作業內容實際上已經包含了學生的思考，以及學生希望利用所學知識解決實際問題的愿望，作為教師就是抓住了這個點，激發了學生的求知欲。

三、學生提交的解決方案

在交回的作業中，有電風扇的減振、排風扇的減振、魚缸過濾器的減振、抽油煙機的減振、洗衣機的減振等，體現出學生興趣和水平的差異性。

以魚缸過濾器的減振為例，減震器在魚缸外面時噪音很大，放到水里以后噪音有所減小，這是因為水的作用，相當于增加了阻尼;將過濾器固定到魚缸壁上，相當于增加了過濾器的質量，使固有頻率降低，遠離了激振力頻率，用兩種減振方法完美解釋了為什么過濾器的噪音會降低（見圖1）。在這個作業中，學生通過動手實驗看到了具體的結果和明顯的變化，同時將實際中的水與阻尼相聯系、考慮缸壁的剛度和質量等因素的影響分析固有頻率的變化，很好地實現了振動理論的概念在實際中的應用，是一個非常好的應用實例。

對于洗衣機的減振例子更多，一是因為洗衣機在同學家里更常見;二是因為洗衣機的振動，特別是在甩干時的振動特別劇烈，更容易出現問題，現象特別明顯。有的同學減小激振力的幅值——將衣服攤開放均勻;有的在洗衣機里面直接加入阻尼材料比如洗碗用的新的海綿，消耗振動能量;有的進行隔振處理，例如在洗衣機的下方和側面增加彈性和阻尼——在洗衣機下墊泡沫;有的增加洗衣機的質量，例如上面壓上一箱牛奶，來改變系統的固有頻率;有的干脆消極隔振，蓋上棉被，甚至有的干脆就關上房門——噪音立刻小多了（見圖2）。方法很簡單，效果很明顯，但是原理沒錯——我們的很多機器的外包裝不就是有這樣的作用嘛。所以學生基本上把我們的課程內容進行了完美的應用。