機械系統動力學案例思政融合設計探索

摘 要：通過梳理機械系統動力學課程的主要內容，從三個角度四個方面設計15個案例，形成多層級的教學案例體系。通過在廣義系統動力學和動力學仿真案例中融入世界觀和方法論，并用單自由度系統動力學案例融入同頻共振人生觀，用多自由度系統動力學案例融入合作共贏價值觀，形成三橫四縱的課程思政體系。將學生的三觀塑造和能力提升自然而然地融入教學案例，實現課程思政與教學案例的成體系融合。

關鍵詞：機械系統動力學；教學案例；思政融合；三橫四縱；三觀塑造

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2024）30-0176-04

Abstract： By reviewing the main contents of the course of Mechanical System Dynamics， 15 cases aredesigned from three perspectives and four aspects， forming a multi-level teaching case system. By integrating the dialectical materialist worldview in the case of generalized system dynamics， the cofrequencyand resonance philosophy in the case of the SDOF system dynamics，the cooperation and win-win values in the case of MDOF system dynamics， and the practical methodology in the case of dynamical simulation， the frame of three horizontal and four vertical curriculum ideological and political system is formed. The students' three outlooks shaping and ability improvement is naturally integrated into the teaching case， and the systematic integration of course ideology and politics is realized.

Keywords： Mechanical System Dynamics; teaching cases; the ideological and political integration; three horizontal and four vertical frame; three outlooks shaping

基金項目：河北省研究生教學研究示范中心立項建設項目“機械類研究生課程思政教學研究示范中心”（YSFZX2022016）；河北省研究生課程思政示范課程立項建設項目“Matlab及工程應用”（YKCSZ2022089）；河北科技大學教育教學改革研究項目“新工科背景下面向‘學科競賽’的專創融合人才培養模式研究”（2020-ZD04）

第一作者簡介：秦志英（1976-），女，漢族，河北贊皇人，博士，教授，碩士研究生導師。研究方向為非線性動力學。

教育部在2020年印發的《高等學校課程思政建設指導綱要》中指出，要科學設計課程思政教學體系，針對理學、工學類專業課程，要在課程教學中把馬克思主義立場觀點方法的教育與科學精神的培養結合起來，提高學生正確認識問題、分析問題和解決問題的能力[1]。

池德汝等[2]介紹了在材料力學課程教學中融入哲學、工程、力學等思政元素的探索，周騰等[3]在理論力學課程中思政元素挖掘的實施路徑中采用了理論力學與科學家故事相結合的方法。蘇新兵等[4]對于飛行動力學課程的思政教學改革與實踐進行了探索，唐芳云等[5]挖掘了汽車動力學課程思政的內在機理。趙倩等[6]探索了機械系統動力學課程中知識點與典型案例之間的思政元素，張夢櫻等[7]針對研究生專業課多體系統動力學，介紹了“兩線五融入”的課程思政改革思路。周紅標等[8]介紹了MATLAB課程思政建設的思路和目標，尤其是將課程思政融入點形成了案例庫，以及打通四條線的可實施路徑。

石建勛等[9]論述了新時代高校課程思政建設重點是三觀教育，如何有機融入三觀教育元素，如何引導學生在深刻理解課程內容和精髓的基礎上形成正確三觀。習近平總書記指出實現中華民族偉大復興的中國夢，必須不斷接受馬克思主義哲學智慧的滋養，更加自覺地堅持和運用辯證唯物主義世界觀和方法論[10]。韓振峰[11]則解讀了習近平新時代中國特色社會主義思想世界觀和方法論之間的內在邏輯，強調兩者之間是一個相互聯系、內在統一的有機整體。

本文以研究生專業課機械系統動力學教學設計為載體，先介紹教學案例設計的思路，然后在此基礎上介紹課程思政與教學案例的融合設計，將三觀教育和實踐能力提升自然而然地融入教學案例。

一 機械系統動力學教學案例設計

案例設計的基本思路是包括廣義系統動力學、單自由度系統動力學、兩自由度和多自由度系統動力學及動力學仿真四個方面，涵蓋動力學分析于應用的各個領域。

案例設計過程從三個角度開展，一是從動力學分析的研究思路出發，給出實際問題、文獻比對、方法創新等不同的研究思路案例；二是從動力學建模出發，分別給出了單自由度、兩自由度及多自由度的建模案例；三是從動力學分析工程和工具出發，分別給出無阻尼自由振動、有阻尼自由振動、強迫振動及模態分析的解析分析過程，以及對應的程序實現，使得學生可以直接得到分析過程的直觀圖形展示，以加深對于動力學基本概念的理解，同時可以修改參數以應用于不同系統的動力學分析，有助于直接應用于工程實際問題的求解和分析。

案例設計從四個方面、三個角度出發共計15個案例，包括廣義系統動力學方面3個案例，單自由度系統動力學4個案例，兩自由度和多自由度系統動力學4 個案例，動力學仿真4個案例，形成了多層級的教學案例體系，如圖1所示。

二 融于教學案例的課程思政設計

（一） 三橫四縱的課程思政體系

從機械系統動力學課程教學案例設計的四個方面、三個角度出發，針對不同動力學系統，緊密結合動力學基本概念，將學生的三觀塑造融于教學案例，并通過Matlab、Simulink等動力學案例，提升學生應用實踐方法論解決問題的能力，從而形成了三橫四縱的課程思政體系，見表1。

在中國現代化工業的成果中“兩彈一星”、空間站、航母、大飛機和長征系列火箭等國之重器，都離不開動力學的技術支撐，而這些國之重器的研發也推動了動力學理論的創新。通過引入這些國之重器的研發過程和科學家，將動力學內容的講授和學生的三觀教育結合起來，能夠促使學生建立正確的三觀，熟悉實踐方法，激發學生在今后工作中參與國家重大需求的技術攻關，為現代工業的強大貢獻自己的力量。

（二） 世界觀和方法論的案例融入

研究系統行為隨著時間變化的，統稱為廣義系統動力學。廣義的系統動力學不僅僅局限于機械動力學，而涉及各個工程領域和社會的方方面面，如電路動力學、流行病動力學等，整個社會歷史的發展也可以看作一個動力學過程。不同工程系統的案例介紹針對實際問題開展動力學研究的思路，既有領域的廣泛性，又有過程的統一性，一方面幫助學生深入理解動力學的研究思路，另一方面鍛煉學生發現問題、解決問題的能力。世界觀是一個人認識世界、看待世界的根本觀點。辯證唯物的世界觀要求從事物的普遍聯系和永恒運動中把握事物，分析事物自身的矛盾和解決這些矛盾。可以看出，廣義系統動力學和辯證唯物的世界觀存在天然的聯系。因此，理解廣義系統動力學的研究思路，有助于學生脫離孤立地、靜止地、呆板地考察事物的思維方式，逐漸形成系統地、動態地、發展地認識事物的思維習慣，從而潛移默化地建立辯證唯物的世界觀。

機械系統動力學涉及大量的公式推導和數學計算，基本概念和分析過程比較抽象，因此學生理解和掌握起來存在一定困難。諸如Matlab、Simulink等現代工具針對抽象的數學運算提供了數值實現方法，尤其是提供了二維、三維等多類型的圖形化展示。學生通過動手編寫程序進行動力學分析，一方面驗證解析推導過程的正確性，另一方面對分析結果給出直觀豐富的展示。方法論是指一個人用什么樣的方式、方法來觀察事物和處理問題。方法論離不開世界觀，世界觀與方法論的一致性不是簡單的同一，懂得世界觀并不等于掌握方法論。同樣地，動力學仿真也是對于動力學研究思路的實施，通過仿真工具對于系統動力學行為的實踐，有助于學生在案例分析中掌握實踐的方法論，系統地理解世界觀和方法論的相互作用，從而做到世界觀根植于心、方法論踐行于手。

（三） 同頻共振人生觀的案例設計

圖2為單自由度系統強迫振動的幅頻特性，當激勵頻率ω和固有頻率ωn相同時（ω/ωn=1），系統響應幅值逐漸增大出現一個峰值，這種現象稱為共振。峰值最終的大小取決于阻尼比ζ的大小，阻尼比越小峰值越大，當阻尼比為零時趨向于無窮。如果把激勵頻率ω看作個人，把固有頻率ωn看作社會，當二者相同時才能達到響應幅值的最大，也就是實現個人努力的最大回報。

人生觀是一個人對于人生目的、意義和道德的根本看法和態度，人生觀的核心問題是認識處理個人發展與社會進步的關系。通過用單自由度系統幅頻特性的共振峰值，直觀剖析解釋個人發展與社會進步的關系，從而引導學生樹立正確的人生觀，激勵學生立足國家重大需求，實現自身職業規劃與國家卡脖子技術的同頻共振。

“兩彈一星”功勛科學家是指為中國核彈、導彈和衛星事業作出突出貢獻的23位科學家，他們正是把個人專業特長和國家需求緊密結合在一起，實現了個人理想追求和國家科技實力的同頻共振，從而取得了事業上的重大成功。錢學森正是放棄了在美國優越的生活科研條件，克服了重重阻擾和困難回到了祖國，利用自己在控制論、系統工程等方面深厚的專業知識，積極投身于國家重大建設，他是中國載人航天奠基人、“中國自動化控制之父”和“火箭之王”，成為了一代偉大的力學家。

（四） 合作共贏價值觀的案例設計

圖3為兩自由度系統的振型，當處于第一階振型時，系統內兩個質量塊的振動方向相同，而當處于第二階振型時，系統內兩個質量塊的振動方向相反，從而在中間出現一個不動的節點。如果把系統的每個質量塊看作社會、企業及團隊內部的一個個體，當個體之間合作同行時，就能實現共同進步價值共贏；而當個體之間相互扯皮時，就會出現嚴重的內耗和躺平。

價值觀是一個人對事物價值的總看法和根本觀點，社會主義核心價值觀的基本內容包括富強、民主、文明、和諧、自由、平等、公正、法治，愛國、敬業、誠信和友善。通過用多自由度系統振型的同相反相，形象展示分析社會、企業及團隊內部人與人合作的重要性，從而鼓勵學生自覺遵循社會主義核心價值觀，用社會主義核心價值觀指引自己的行為，為構建合作共贏的和諧社會貢獻自己的力量。

“一帶一路”倡議的核心內涵，就是堅持共商、共建、共享原則，促進基礎設施建設和互聯互通，加強經濟政策協調和發展戰略對接，促進協調聯動發展，實現共同繁榮，共同構建人類命運共同體。“一帶一路”沿線國家相互開展經貿合作和貿易投資往來，各國共同發展都取得了積極成效，反之如果沿線國家相互沖突，就會導致各國經濟都受到影響，甚至地區發展停滯。

三 結束語

針對機械系統動力學課程主要內容，從研究思路、建模過程、分析工具三個角度開展，包括廣義系統動力學、單自由度系統動力學、兩自由度和多自由度系統動力學及動力學仿真四個方面，設計了15個案例，形成了多層級的案例體系。

在此基礎上，分析廣義系統動力學研究思路與辯證唯物世界觀之間的聯系，及動力學仿真分析工具與實踐方法論之間的聯系。針對單自由度系統幅頻特性共振峰值的動力學概念，介紹其與同頻共振的人生觀之間的聯系，并通過“兩彈一星”功勛科學家的具體實例闡述同頻共振的人生觀。針對多自由度系統振型同相反相的動力學概念，介紹其與合作共贏的價值觀之間的聯系，并通過“一帶一路”倡議的具體實例闡述合作共贏的價值觀。因此，在案例體系上構建了三橫四縱的課程思政體系，將學生的三觀塑造和能力提升融于教學案例，有助于學生系統地樹立正確的世界觀、人生觀、價值觀，掌握方法論促進實踐應用能力的提升。

參考文獻：

[1] 中華人民共和國教育部.教育部關于印發《高等學校課程思政建設指導綱要》的通知[EB/OL].http：//www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2020-06/06/content_5517606.htm.

[2] 池德汝，花海燕，余羅兼.材料力學教學中融入思政教育的探索[J].中國現代教育裝備，2023（3）：112-114.

[3] 周騰，黃志維，黃國標.“理論力學”課程中的思政元素挖掘與應用研究[J].大學，2023（3）：133-136.

[4] 蘇新兵，張登成，張艷華，等.立足崗位需求的飛機飛行動力學課程教學改革與實踐[J].高教學刊，2023，9（16）：126-129.

[5] 唐芳云，朱旭，余晨光.論汽車動力學課程思政的內在機理與實現路徑[J].高教學刊，2023，9（10）：174-177.

[6] 趙倩，袁靜，蔣會明，等.工科高校機械類課程思政教育實踐路徑探析——以“機械動力學”課程為例[J].科教導刊，2020（34）：108-109.

[7] 張夢櫻，豐志偉，徐秦，等.基于“兩線五融入”的航空航天專業課課程思政改革[J].高等教育研究學報，2022，45（4）：82-87.

[8] 周紅標，趙環宇，劉曉洋，等.以MATLAB及其應用課程為例的課程思政探索[J].高教學刊，2022，8（3）：179-182.

[9] 石建勛，付德波，李海英.新時代高校課程思政建設重點是“三觀”教育[J].中國高等教育，2020（24）：38-40.

[10] 習近平.辯證唯物主義是中國共產黨人的世界觀和方法論[J].奮斗，2019（1）：1-5.

[11] 韓振峰.習近平新時代中國特色社會主義思想世界觀和方法論的內在邏輯[J].人民論壇，2023（8）：28-31.