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(yè)課程的培養(yǎng)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(jù)課堂教學內(nèi)容和學生提議，因地制宜設(shè)置符合課程要求的作業(yè)，在振動力學教學中將理論分析與實踐相結(jié)合，將培養(yǎng)學生解決實際問題的能力與培養(yǎng)學生熱愛勞動和勇于創(chuàng)新相結(jié)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(yè)課能力、素質(zhì)和品質(zhì)教育的融合提供參考。

[關(guān)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(shè)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(yīng)時深海系纜-平臺耦合運動及穩(wěn)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(guī)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(dǎo)師，主要從事非線性振動、動力學與控制領(lǐng)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(dǎo)師，主要從事非線性振動、動力學與控制領(lǐng)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(yè)學生的必修課（專業(yè)課），是機械、土木、化機等專業(yè)的選修課。課程內(nèi)容包括單自由度系統(tǒng)振動、多自由度系統(tǒng)振動、連續(xù)體振動、振動的數(shù)值計算方法和振動控制等內(nèi)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(yǎng)學生求真務(wù)實的品格;將振動理論與前沿技術(shù)相聯(lián)系，獲得振動規(guī)律和特性，形成恰當?shù)慕鉀Q方案，使學生具有解決復(fù)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(fù)興服務(wù)，培養(yǎng)具有創(chuàng)新和挑戰(zhàn)精神、專業(yè)素養(yǎng)、家國情懷和責任擔當?shù)恼駝宇I(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人才。

在全國教育大會上，習近平總書記強調(diào)，要培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會主義建設(shè)者和接班人，加快推進教育現(xiàn)代化、建設(shè)教育強國、辦好人民滿意的教育[1]。培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會主義建設(shè)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(shè)服務(wù);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(yīng)用到實際的生活中。教育部部長陳寶生也表示，教育戰(zhàn)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(wù)求實效，將立德樹人和勞動教育貫穿人才培養(yǎng)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(gòu)建體現(xiàn)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(gòu)建與時代發(fā)展相適應(yīng)的發(fā)展規(guī)劃，培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會主義建設(shè)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(nèi)容中的振動理論與工程實踐相結(jié)合，將課本知識與動手能力培養(yǎng)相結(jié)合，教學中融入勞動教育，同時將學生解決復(fù)雜工程問題的能力在工程中有所體現(xiàn)，在生活中有所體現(xiàn)[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(yīng)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(guān)知識。通過讓學生尋找自己感興趣的工程實例，經(jīng)過背景調(diào)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(fù)雜問題的實踐能力[5]。在講到相關(guān)知識點時，一方面通過學生的觀察和聯(lián)想生活中見到的工程結(jié)構(gòu)來進行擴展，另一方面通過補充前沿工程結(jié)構(gòu)和工程問題來實現(xiàn)內(nèi)容的擴展。例如，在講到振動控制技術(shù)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(fù)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(fù)說，我們可以嘗試進行減振控制了。于是我們布置了作業(yè)，要求學生選擇家里的一樣電器，通過使用、觀察，發(fā)現(xiàn)其中的問題，并利用所學的振動理論進行減振并對比結(jié)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(yè)，也作為這一章內(nèi)容的考核方式。

這個作業(yè)內(nèi)容實際上已經(jīng)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(fā)了學生的求知欲。

三、學生提交的解決方案

在交回的作業(yè)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(xiàn)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(zhì)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(yè)中，學生通過動手實驗看到了具體的結(jié)果和明顯的變化，同時將實際中的水與阻尼相聯(lián)系、考慮缸壁的剛度和質(zhì)量等因素的影響分析固有頻率的變化，很好地實現(xiàn)了振動理論的概念在實際中的應(yīng)用，是一個非常好的應(yīng)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(xiàn)問題，現(xiàn)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(cè)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(zhì)量，例如上面壓上一箱牛奶，來改變系統(tǒng)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(guān)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(nèi)容進行了完美的應(yīng)用。