专业课中“五育并举”的实施案例分析

张素侠 刘习军

[摘 要] 以“工程振动与测试（振动力学）”课程为例，探讨满足专业课程的培养目标和“三全育人，五育并举”要求的教学手段，给出具体的实施案例。针对疫情期间学生居家学习不具备实验教学条件的情况，根据课堂教学内容和学生提议，因地制宜设置符合课程要求的作业，在振动力学教学中将理论分析与实践相结合，将培养学生解决实际问题的能力与培养学生热爱劳动和勇于创新相结合，完成振动力学课程中贯彻“三全育人，五育并举”的典型案例，为专业课能力、素质和品质教育的融合提供参考。

[关键词] 五育并举;振动力学;教学案例;居家学习

[基金项目] 2019年度天津市線上线下混合式一流建设课程项目“工程振动与测试（振动力学）”;2014年度国家自然科学基金项目“考虑松弛-张紧效应时深海系缆-平台耦合运动及稳定性研究”（51479136）;2018年度天津市自然科学基金项目“细长柔性体畸变模型的非线性修正规律研究”（JCYBJC18700）

[作者简介] 张素侠（1978—），女，河北秦皇岛人，工学博士，天津大学机械工程学院副教授（通信作者），博士生导师，主要从事非线性振动、动力学与控制领域研究;刘习军（1956—），男，河北定州人，学士，天津大学机械工程学院教授，博士生导师，主要从事非线性振动、动力学与控制领域课程与教育教学研究。

[中图分类号] G642.0   [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2021）25-0015-04   [收稿日期] 2020-04-14

一、问题的背景

“工程振动与测试（振动力学）”课程是工程力学专业学生的必修课（专业课），是机械、土木、化机等专业的选修课。课程内容包括单自由度系统振动、多自由度系统振动、连续体振动、振动的数值计算方法和振动控制等内容，课程目标是使学生掌握振动的基本概念、原理和方法，培养学生求真务实的品格;将振动理论与前沿技术相联系，获得振动规律和特性，形成恰当的解决方案，使学生具有解决复杂振动问题的综合能力和高级思维并为国家强盛和民族复兴服务，培养具有创新和挑战精神、专业素养、家国情怀和责任担当的振动领域专业技术人才。

在全国教育大会上，习近平总书记强调，要培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人，加快推进教育现代化、建设教育强国、办好人民满意的教育[1]。培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人，要求学生价值观端正、知识丰富、能力全面[2]。价值观端正，就是要学好知识，同时要用好知识，为社会和国家建设服务;知识丰富，就是要掌握基本理论，并能够动手实践，将理论知识应用到实际的生活中。教育部部长陈宝生也表示，教育战线将坚持“新、高、实、深”四个基本要求，坚持高标准、严要求、有特色，狠抓落实、务求实效，将立德树人和劳动教育贯穿人才培养全过程，同时与学校教育教学体系深度融合，全面落实习近平新时代中国特色社会主义思想进课程进教材的要求，构建体现时代特征的劳动教育体系，加强和改进新时代体育、美育工作，构建与时代发展相适应的发展规划，培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人。对于“工程振动与测试（振动力学）”课程来说，就是将课程内容中的振动理论与工程实践相结合，将课本知识与动手能力培养相结合，教学中融入劳动教育，同时将学生解决复杂工程问题的能力在工程中有所体现，在生活中有所体现[3]。

在“工程振动与测试（振动力学）”课程的教学中，我们对以上问题进行了探讨和尝试。特别是2020年由于疫情的影响，学生整个学期都在家中上课，正常情况下的振动力学实验室实验无法开展[4]。如何在家中进行振动理论的应用，提高学生的实践能力，成为该课程要探讨的主要问题。

二、实践问题的提出

在上课过程中，我们主要通过让学生查阅文献的方式来扩展相关知识。通过让学生寻找自己感兴趣的工程实例，经过背景调研、模型简化、方程建立、求解分析和对标实际等方式，锻炼学生解决复杂问题的实践能力[5]。在讲到相关知识点时，一方面通过学生的观察和联想生活中见到的工程结构来进行扩展，另一方面通过补充前沿工程结构和工程问题来实现内容的扩展。例如，在讲到振动控制技术的实例时，指出凡是有动力的地方，就都有可能存在振动。于是有学生立刻回复道，家里的洗衣机、冰箱、抽油烟机、排风扇，所有的电器都可能存在振动。有的同学回复说，我们可以尝试进行减振控制了。于是我们布置了作业，要求学生选择家里的一样电器，通过使用、观察，发现其中的问题，并利用所学的振动理论进行减振并对比结果，说明方法的有效性，用视频的形式拍摄下来，作为我们的大作业，也作为这一章内容的考核方式。

这个作业内容实际上已经包含了学生的思考，以及学生希望利用所学知识解决实际问题的愿望，作为教师就是抓住了这个点，激发了学生的求知欲。

三、学生提交的解决方案

在交回的作业中，有电风扇的减振、排风扇的减振、鱼缸过滤器的减振、抽油烟机的减振、洗衣机的减振等，体现出学生兴趣和水平的差异性。

以鱼缸过滤器的减振为例，减震器在鱼缸外面时噪音很大，放到水里以后噪音有所减小，这是因为水的作用，相当于增加了阻尼;将过滤器固定到鱼缸壁上，相当于增加了过滤器的质量，使固有频率降低，远离了激振力频率，用两种减振方法完美解释了为什么过滤器的噪音会降低（见图1）。在这个作业中，学生通过动手实验看到了具体的结果和明显的变化，同时将实际中的水与阻尼相联系、考虑缸壁的刚度和质量等因素的影响分析固有频率的变化，很好地实现了振动理论的概念在实际中的应用，是一个非常好的应用实例。

对于洗衣机的减振例子更多，一是因为洗衣机在同学家里更常见;二是因为洗衣机的振动，特别是在甩干时的振动特别剧烈，更容易出现问题，现象特别明显。有的同学减小激振力的幅值——将衣服摊开放均匀;有的在洗衣机里面直接加入阻尼材料比如洗碗用的新的海绵，消耗振动能量;有的进行隔振处理，例如在洗衣机的下方和侧面增加弹性和阻尼——在洗衣机下垫泡沫;有的增加洗衣机的质量，例如上面压上一箱牛奶，来改变系统的固有频率;有的干脆消极隔振，盖上棉被，甚至有的干脆就关上房门——噪音立刻小多了（见图2）。方法很简单，效果很明显，但是原理没错——我们的很多机器的外包装不就是有这样的作用嘛。所以学生基本上把我们的课程内容进行了完美的应用。