張素俠 劉習(xí)軍

[摘 要] 以“工程振動(dòng)與測試（振動(dòng)力學(xué)）”課程為例，探討滿足專業(yè)課程的培養(yǎng)目標(biāo)和“三全育人，五育并舉”要求的教學(xué)手段，給出具體的實(shí)施案例。針對(duì)疫情期間學(xué)生居家學(xué)習(xí)不具備實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件的情況，根據(jù)課堂教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生提議，因地制宜設(shè)置符合課程要求的作業(yè)，在振動(dòng)力學(xué)教學(xué)中將理論分析與實(shí)踐相結(jié)合，將培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力與培養(yǎng)學(xué)生熱愛勞動(dòng)和勇于創(chuàng)新相結(jié)合，完成振動(dòng)力學(xué)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(dòng)力學(xué);教學(xué)案例;居家學(xué)習(xí)

[基金項(xiàng)目] 2019年度天津市線上線下混合式一流建設(shè)課程項(xiàng)目“工程振動(dòng)與測試（振動(dòng)力學(xué)）”;2014年度國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“考慮松弛-張緊效應(yīng)時(shí)深海系纜-平臺(tái)耦合運(yùn)動(dòng)及穩(wěn)定性研究”（51479136）;2018年度天津市自然科學(xué)基金項(xiàng)目“細(xì)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(xué)博士，天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院副教授（通信作者），博士生導(dǎo)師，主要從事非線性振動(dòng)、動(dòng)力學(xué)與控制領(lǐng)域研究;劉習(xí)軍（1956—），男，河北定州人，學(xué)士，天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師，主要從事非線性振動(dòng)、動(dòng)力學(xué)與控制領(lǐng)域課程與教育教學(xué)研究。

[中圖分類號(hào)] G642.0? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ? [文章編號(hào)] 1674-9324（2021）25-0015-04? ?[收稿日期] 2020-04-14

一、問題的背景

“工程振動(dòng)與測試（振動(dòng)力學(xué)）”課程是工程力學(xué)專業(yè)學(xué)生的必修課（專業(yè)課），是機(jī)械、土木、化機(jī)等專業(yè)的選修課。課程內(nèi)容包括單自由度系統(tǒng)振動(dòng)、多自由度系統(tǒng)振動(dòng)、連續(xù)體振動(dòng)、振動(dòng)的數(shù)值計(jì)算方法和振動(dòng)控制等內(nèi)容，課程目標(biāo)是使學(xué)生掌握振動(dòng)的基本概念、原理和方法，培養(yǎng)學(xué)生求真務(wù)實(shí)的品格;將振動(dòng)理論與前沿技術(shù)相聯(lián)系，獲得振動(dòng)規(guī)律和特性，形成恰當(dāng)?shù)慕鉀Q方案，使學(xué)生具有解決復(fù)雜振動(dòng)問題的綜合能力和高級(jí)思維并為國家強(qiáng)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(zé)任擔(dān)當(dāng)?shù)恼駝?dòng)領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人才。

在全國教育大會(huì)上，習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào)，要培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會(huì)主義建設(shè)者和接班人，加快推進(jìn)教育現(xiàn)代化、建設(shè)教育強(qiáng)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(huì)主義建設(shè)者和接班人，要求學(xué)生價(jià)值觀端正、知識(shí)豐富、能力全面[2]。價(jià)值觀端正，就是要學(xué)好知識(shí)，同時(shí)要用好知識(shí)，為社會(huì)和國家建設(shè)服務(wù);知識(shí)豐富，就是要掌握基本理論，并能夠動(dòng)手實(shí)踐，將理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際的生活中。教育部部長陳寶生也表示，教育戰(zhàn)線將堅(jiān)持“新、高、實(shí)、深”四個(gè)基本要求，堅(jiān)持高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求、有特色，狠抓落實(shí)、務(wù)求實(shí)效，將立德樹人和勞動(dòng)教育貫穿人才培養(yǎng)全過程，同時(shí)與學(xué)校教育教學(xué)體系深度融合，全面落實(shí)習(xí)近平新時(shí)代中國特色社會(huì)主義思想進(jìn)課程進(jìn)教材的要求，構(gòu)建體現(xiàn)時(shí)代特征的勞動(dòng)教育體系，加強(qiáng)和改進(jìn)新時(shí)代體育、美育工作，構(gòu)建與時(shí)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(huì)主義建設(shè)者和接班人。對(duì)于“工程振動(dòng)與測試（振動(dòng)力學(xué)）”課程來說，就是將課程內(nèi)容中的振動(dòng)理論與工程實(shí)踐相結(jié)合，將課本知識(shí)與動(dòng)手能力培養(yǎng)相結(jié)合，教學(xué)中融入勞動(dòng)教育，同時(shí)將學(xué)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(dòng)與測試（振動(dòng)力學(xué)）”課程的教學(xué)中，我們對(duì)以上問題進(jìn)行了探討和嘗試。特別是2020年由于疫情的影響，學(xué)生整個(gè)學(xué)期都在家中上課，正常情況下的振動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)無法開展[4]。如何在家中進(jìn)行振動(dòng)理論的應(yīng)用，提高學(xué)生的實(shí)踐能力，成為該課程要探討的主要問題。

二、實(shí)踐問題的提出

在上課過程中，我們主要通過讓學(xué)生查閱文獻(xiàn)的方式來擴(kuò)展相關(guān)知識(shí)。通過讓學(xué)生尋找自己感興趣的工程實(shí)例，經(jīng)過背景調(diào)研、模型簡化、方程建立、求解分析和對(duì)標(biāo)實(shí)際等方式，鍛煉學(xué)生解決復(fù)雜問題的實(shí)踐能力[5]。在講到相關(guān)知識(shí)點(diǎn)時(shí)，一方面通過學(xué)生的觀察和聯(lián)想生活中見到的工程結(jié)構(gòu)來進(jìn)行擴(kuò)展，另一方面通過補(bǔ)充前沿工程結(jié)構(gòu)和工程問題來實(shí)現(xiàn)內(nèi)容的擴(kuò)展。例如，在講到振動(dòng)控制技術(shù)的實(shí)例時(shí)，指出凡是有動(dòng)力的地方，就都有可能存在振動(dòng)。于是有學(xué)生立刻回復(fù)道，家里的洗衣機(jī)、冰箱、抽油煙機(jī)、排風(fēng)扇，所有的電器都可能存在振動(dòng)。有的同學(xué)回復(fù)說，我們可以嘗試進(jìn)行減振控制了。于是我們布置了作業(yè)，要求學(xué)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(xué)的振動(dòng)理論進(jìn)行減振并對(duì)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(gè)作業(yè)內(nèi)容實(shí)際上已經(jīng)包含了學(xué)生的思考，以及學(xué)生希望利用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的愿望，作為教師就是抓住了這個(gè)點(diǎn)，激發(fā)了學(xué)生的求知欲。

三、學(xué)生提交的解決方案

在交回的作業(yè)中，有電風(fēng)扇的減振、排風(fēng)扇的減振、魚缸過濾器的減振、抽油煙機(jī)的減振、洗衣機(jī)的減振等，體現(xiàn)出學(xué)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(shí)噪音很大，放到水里以后噪音有所減小，這是因?yàn)樗淖饔?，相?dāng)于增加了阻尼;將過濾器固定到魚缸壁上，相當(dāng)于增加了過濾器的質(zhì)量，使固有頻率降低，遠(yuǎn)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(huì)降低（見圖1）。在這個(gè)作業(yè)中，學(xué)生通過動(dòng)手實(shí)驗(yàn)看到了具體的結(jié)果和明顯的變化，同時(shí)將實(shí)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(shí)現(xiàn)了振動(dòng)理論的概念在實(shí)際中的應(yīng)用，是一個(gè)非常好的應(yīng)用實(shí)例。

對(duì)于洗衣機(jī)的減振例子更多，一是因?yàn)橄匆聶C(jī)在同學(xué)家里更常見;二是因?yàn)橄匆聶C(jī)的振動(dòng)，特別是在甩干時(shí)的振動(dòng)特別劇烈，更容易出現(xiàn)問題，現(xiàn)象特別明顯。有的同學(xué)減小激振力的幅值——將衣服攤開放均勻;有的在洗衣機(jī)里面直接加入阻尼材料比如洗碗用的新的海綿，消耗振動(dòng)能量;有的進(jìn)行隔振處理，例如在洗衣機(jī)的下方和側(cè)面增加彈性和阻尼——在洗衣機(jī)下墊泡沫;有的增加洗衣機(jī)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(cuò)——我們的很多機(jī)器的外包裝不就是有這樣的作用嘛。所以學(xué)生基本上把我們的課程內(nèi)容進(jìn)行了完美的應(yīng)用。