课程思政|以国家重大工程战略需求为引导的课程思政建设的实践探索——以“机械振动学”课程为例

2024-01-11 1119

 

  上海交通大学教学发展中心主动推进课程思政建设,谋划“交大思政建设方案”,依托中心建设的课程思政教学研究中心于2022年获批上海市课程思政教学研究示范中心。示范中心基于全职涯培育、中心-分中心机制、教学研究理念,形成课程思政建设规划,并面向一线教师设立课程思政建设专项。在此背景下,为更好地输出和展示优秀的课程思政建设成果,整合学校课程思政建设学术资源形成发展合力,中心于2023年春季学期开始专题推送交大一线教师思政建设专项结题“优秀”的项目论文,并向广大学者与一线实践者提供学习交流平台。

 

摘要

  本文基于上海交通大学机械振动的学科特色,探索教学中开展思政教育的有效路径,突破思政教育“绪论中元素过度加塞”、“思政案例雷同不具特色”、“思政元素分散不成体系”等难点,将富有交大特色的思政元素融入、贯穿全教学过程,从“晓背景、知差距、习案例、探前沿、学先贤”等五个方面构建了贯穿全教学过程知识点的两个思政案例群,通过嵌入式、启发式、对比式、与试验融合等教学方式和例题/习题讨论、课后作业、案例调研等学习评估方式促进课程思政教学的有效实施。

关键词

国家重大工程;机械振动学;科学精神;学科前沿;效果评价

 

 

引言

 

  “课程承载思政,思政寓于课程”的育人理念和方法是落实全员育人、全程育人、全方位育人任务的重要途径[1]。力学课程在工科人才培养中处于基础学科。针对力学学科的课程思政建设,需结合课程特点、学科特色和学生特点开展有针对性的设计和实践。国内高校在物理力学、理论力学、材料力学和工程流体力学等方面开展了有益的思考、探索和实践[2-6]。但机械振动学或振动力学方面如何有效融合思政元素的探索仍较少[7]。机械振动学与陆海空天、两机等国之重器的研制具有天然结合的特点,振动是影响乃至制约设备和装备核心性能指标、可靠性和精度的关键因素;动力学设计是设备和装备设计中最具挑战性的环节;机械振动学在我国自主研制设备和装备“从有向好”发展过程中举足轻重。各高校在机械振动学学科发展方面也各具特色,如上海交通大学建设了机械系统与振动国家重点实验室,其振动学科自创办之初即围绕舰艇、发动机、卫星等装备的振动机理及控制开展研究,以解决装备中的振动问题为己任,形成了“基础理论结合重大工程”的学科特色和优势。学科特色是各高校在实施思政教育时的宝贵资源,通过深度挖掘提炼专业知识体系中所蕴含的思想价值和精神内涵,科学合理拓展专业课程的广度、深度和温度,增加课程的知识性、人文性,可有效提升课程的引领性、时代性和开放性。

 

课程思政教学目标

 

  基于机械振动学在国之重器研制过程中“从有到好”发挥的作用,结合机械振动学的课程特点和上海交通大学学科优势,本课程的思政教学目标为:认识振动对设备和装备性能的影响和制约,以国家重大工程的战略需求为引导,树立服务国家重大需求的意识,提升专业热情;引导学生积极探索振动学科前沿领域研究,自觉将最新学科前沿与国家重大需求紧密结合,提升应用最新科研成果解决国家重大工程问题的能力,激发学生勇攀高峰的科学精神。

 

课程思政教学案例群挖掘

 

  在课程思政教学案例的开发过程中,始终秉持与专业知识点有机、自然、深度融合的理念,通过梳理上海交通大学振动学在舰艇减振降噪领域的研究积淀凝练了两个具有代表性并贯穿于整个教学过程的工程教学案例群:一个是机械噪声控制中隔振理论教学案例群;另一个是螺旋桨噪声控制中桨-轴耦合推进系统振动理论教学案例群。这两个教学案例群贯穿了单自由度系统、二自由度系统、多自由度系统和振动控制的各部分教学过程,由浅入深地不断深化学生对力学模型和控制方法的认识与掌握。上海交通大学振动冲击噪声所40多年来在这些领域持续攻关,取得突破,如在国内首次推广浮筏隔振系统、系统建立推进系统振动理论等,大幅提升了我国舰艇的声隐身水平。通过深度挖掘上述两个工程教学案例群所蕴含的思想价值和精神内涵,引导学生树立以国家需求为己任、追求创新、求真务实的科学精神与意识。

 

  在教学过程中,从“晓背景、知差距、习案例、探前沿、学先贤”等5个方面对两个思政教学案例群进一步打磨。从“背景”和“差距”入手激发使命感,通过隔振理论与推进系统振动理论的“知识点例题/案例”的演练使学生掌握从实际工程问题出发建模、求解和分析问题的方法,体会机械振动学如何服务于舰艇减振这一国家重大工程以及基本振动力学模型在实际工程中的作用,了解先贤科学家们通过哪些方式做出了卓越贡献,学习先贤的科学探索精神和团队精神,认识还有哪些问题亟需解决以及学科前沿如何与瓶颈问题结合,引导同学们“探前沿”、提升解决问题的能力。因此,专业知识体系和思政体系在课堂教学过程中有机地、深度地融合。

 

课程思政案例教学

 

  在课堂教学中通过视频、课堂讨论、课后拓展性阅读、自主性试验等方式进行课程思政教学。视频和课堂讨论采用嵌入式的方法,通过“习案例”介绍完相应的知识点后,有机引入“学先贤”等内容,介绍科学家的事迹及贡献。在同学们了解“知差距”后,引入“探前沿”内容,通过启发式和对比式教学,布置课后拓展性阅读和讨论,倡导自主性试验,引导同学们了解学科前沿领域研究。在试验环节,通过小组合作等方式完成基本试验,提高团队合作与沟通能力。

 

  机械设备隔振和推进系统振动是制约我国潜艇装备与国外先进水平差距的两个关键瓶颈。在绪论中,通过提出潜艇面临“发现即被摧毁”的命运和介绍俄罗斯潜艇降噪的发展历程,使同学们晓背景、知差距,激发专业热情,引出机械噪声控制和桨-轴耦合推进系统振动噪声控制两条主线和两个工程案例群。以隔振(机械噪声控制的重要手段)为例,在单自由度系统中,凝练舰艇中有关设备隔振的单自由度例题/习题,介绍例题/习题背后的国防重器背景,结合基本力学模型抽象过程中的关注点培养力学素养,基于大吨位振动台设备、双波冲击机设备的研发历程,体现我国科学家如何打破国外封锁,实现从被限制进口到限制出口的转变,激发学生的民族自信心,培养其科学创新精神。

 

  在二自由度和多自由度系统中,从单自由度系统、二自由度系统、浮筏隔振系统的基本力学模型和基本力学原理出发,剖析各系统的优点、不足和解决的问题,指出浮筏隔振系统同时解决了高频隔振性能差、质量代价大的难题,嵌入式介绍上海交通大学在我国浮筏研究中的开创性工作、继承性工作,通过一代代科研人员的努力奋斗,实现了浮筏隔振系统在舰艇声隐身的应用,带来了舰艇噪声的跨越式发展,带领学生领会振动学在国家重大工程中的贡献,激发专业热情,体会科学家的继承、坚持和毅力。

图1:二自由度系统案例

 

  在振动控制中,通过单自由度系统基本力学模型,指出传统单自由度模型存在低频隔振时变形大的矛盾,引入通过并联负刚度实现低频/超低频隔振这一学科前沿,重点讲述低频/超低频隔振的基本原理和基本力学模型,引导学生自觉应用最新学科前沿实现工程技术创新,创新性解决实际问题;结合超低频隔振的工程应用和实现,凝练空气弹簧隔振系统的刚度求解等例题/习题,-嵌入式介绍空气弹簧在我国舰艇减振中的工程应用案例,引导同学们学习研制的首席科学家几十年如一日地在该领域耕耘精益求精的工匠精神。

图2:桨-轴系动力吸振案例

 

  在推进系统振动控制案例中,以美海军“海狼”级攻击核潜艇“康涅狄格”号在南海与不明物体相撞这一案例了解舰艇在振动噪声方面的态势,以及振动控制在其中的基础性地位,激发学生科技报国的家国情怀和专业热情。并凝练出桨-轴耦合系统基本力学模型,通过“习案例”启发式地进行动力学建模和求解,认识基本力学模型在解决工程实际问题中的大作用,进一步提升学生分析问题、解决问题的能力。并引入接地负刚度动力吸振最新科研成果,通过“探前沿”的方式介绍接地负刚度动力吸振最新科研成果与桨-轴耦合系统振动控制工程实际的结合,通过对比式教学方法介绍负刚度动力吸振在减少质量代价、拓宽隔振带宽等方面的效果,潜移默化中引导学生积极探索学科前沿、自觉将学科前沿与重大工程紧密结合。

 

课程思政实施效果

 

  对于课程思政实施的效果,一方面,通过观察学生的课堂学习表现、投入程度来考察,发现同学们对基本力学模型在工程实际案例中的应用、前沿科研成果等习题的讲解过程中能够保持持续关注和较大兴趣;另一方面,通过课后作业来考察,同学们对机械振动学在重大工程中的应用均列举出了1~2个应用案例,说明同学们开始逐步自觉地将振动基本力学模型与具体工程实际相结合。此外,采用问卷调查方式,设置了“我对这个案例印象深刻”“我对这个案例非常感兴趣”和“学习案例后,希望能够从事相关研究工作”等问题了解学生们对思政案例的接收效果。结果显示,课程中有机融入的习题/例题/案例大部分均给学生留下了深刻印象,并且含有上海交通大学元素的案例给同学们的印象最为深刻;对于“探前沿”部分,同学们表达了希望能够从事相关研究工作的强烈愿望。此外,同学们提出了“可以多介绍一些前沿的振动研究和相关案例”的建议。因此,在后续课程思政建设过程中,可与时俱进地融入更多学科前沿,有机地与国家重大工程战略需求深度融合的应用案例。

 

  黄修长,男,研究员,机械与动力工程学院,主要研究方向为复杂系统动力学建模与振动控制,参与了上海高校市级重点课程、第二批国家级一流本科课程《机械振动学》的建设;参编教材2本,发表教学论文2篇;曾获得上海交大第六届青教赛三等奖等奖励。

 

 

参考文献

[1]吕晓翠. 课程思政理念融入专业课堂教学的探索[J]. 教育教学论坛, 2019(40): 42-43.

[2]王春芳, 姜珍珍.“力学”课程思政教学的探索与思考[J].上海理工大学学报(社会科学版),2022, 44(1): 92-96.

[3] 浦玉学, 许海燕, 胡宗军.“理论力学”课程思政实践与探索[J]. 教育教学论坛, 2021(2): 105-108.

[4] 陈留凤, 范存新, 鲍四元, 王嘉航, 沈峰. 理论力学课程思政建设的探索和实践[J]. 科教文汇, 2022(01): 104-106.

[5]周继磊, 张东焕. 高校工科类基础类课程思政教育的探索与实践−以材料力学课程为例[J]. 教育教学论坛, 2020(47): 219-220.

[6]付静, 徐加放, 李爱华, 赵欣欣. 工程流体力学课程思政的探索与思考[J]. 教育教学论坛, 2020(22): 60-61.

[7] 张素侠, 刘习军. 专业课中“五育并举”的实施案例分析—以“工程振动与测试(振动力学)”课程为例[J]. 教育教学论坛, 2021(25): 15-18.