“课程思政”是我国高等教育领域贯彻落实“守好一段渠，种好责任田”的重要一环，对夯实我国中国特色社会主义核心价值观有着重要意义。
本期推荐阅读，《大学》将与读者分享北京航空航天大学张大义、范雨老师的文章《激起学生共振的“机械振动”课程思政建设》，文章立足如何把思政元素有机融入课程教学，探讨激起学生共振的教学理念，并以机械振动课程为例，阐述课程思政元素的有效挖掘方法。若您也有“课程思政”建设相关文章，欢迎您向我们投稿，投稿地址附于文末。
论点速览
❏要想达到很好的教学效果，教师授课方式必须与学生接受能力在同一频段内，即教师的授课方式和节奏（激励频率）与学生的内在积极因素（固有频率）相匹配，此时教师和学生都会处于最佳的授学状态。
❏围绕思维能力、三爱情怀和学习兴趣等内容，在机械振动基础课程的课堂教学中，力求自然而然、潜移默化地融入思政元素，结合课堂教学内容对学生开展积极健康的价值观引领，综合提升学生的专业能力、判断力和创新能力。
❏依据隐性渗透、寓道德教育于课程内容中的基本原则，深入挖掘专业课程中的思政元素十分必要。
张大义（一作）
北京航空航天大学
能源与动力工程学院
航空发动机结构强度北京市重点实验室
张大义（1979—），男，博士，北京航空航天大学能源与动力工程学院博士生导师，副教授，主要从事航空发动机振动分析与抑制的教学和科研工作，现为推进技术、航空发动机等期刊编委；振动与噪声控制专业委员会、转子动力学专业委员会、北京航空航天学会、发动机结构强度与振动专业委员会、状态监测专业委员会、意大利米兰理工大学博士答辩委员会等委员会理事/委员；40余个国际/国内学术期刊审稿人、波兰National Science Centre基金项目、国家自然基金项目审稿人；主持国家重点预研项目1项、国家自然基金项目4项、科研院所横向课题40余项；作为专题负责人参与两机基础研究项目2项、国家自然基金重点项目1项；发表SCI/EI论文100余篇。
摘要：“如何把思政元素有机融入课程教学，是当下大学课堂教学的重要研究方向。论文探讨激起学生共振的教学理念，并以机械振动课程为例，阐述课程思政元素的有效挖掘方法，包括从专业理论的发展史、学生辩证思维和矛盾观的培养、学生自我反思学习习惯的培养等角度挖掘思政元素。研究结果表明，激起学生共振的课程思政建设方法，可以促进学生建立文化自信和技术自信，实现知识传授、思维方法、实践能力三者培养并重，激发学生学习兴趣，使学生学以致用。
关键词：课程思政；思政元素；共振；机械振动
本文刊发于《大学》2022年第35期
党的十八大以来，党中央高度重视高校思政工作，紧紧抓住落实高校立德树人根本任务的两个中心环节——思政课程建设和课程思政建设，提出了一系列的新理念和新举措。这不仅明确了思想政治教育在高校人才培养过程中的重要性，也使“课程思政”成了高频词，在全国如火如荼地开展起来。然而，近年高校的课程思政建设中，难免存在专业教育与思想政治教育“两张皮”现象，未能很好地形成育人合力，发挥出课程育人的功能。如何把思政元素润物无声地融入课程教学，是当下课程思政的重要研究课题。
机械振动中的“共振”概念为课程思政有机融入课程教学提供了解决思路。1990 年，盛昌兆首先提出了“师生共振教学理论”，随后华长庆等发表了“论师生共振教学模式”，提出了师生共振教学的四个原理。现代教育理论认为，课堂教学是一个师生互动的过程，教师应当善于用策动力去激发学生学习的主动性和积极性。21世纪后，师生共振教学虽然在课堂教学中得到了一定应用，但师生共振教学模式在课程思政建设方面的探索研究很少，对此，文章以北京航空航天大学飞行器动力工程专业的本科生专业课“机械振动”为例，结合课程特点和教学内容，利用各种历史、生活和工程实例融入课程思政，将理论传授、能力培养和价值塑造有机融合起来，为落实好分类推进课程思政建设进行积极探索。
01
激起学生共振的教学理念
激励、系统与响应是机械振动问题中的三个基本要素，当激励频率接近于系统的固有频率时，系统振动响应会放大，被称为共振现象。将其与教学过程相类比，教师可比作“激励”、学生是“系统”、教学效果就是“响应”。要想达到很好的教学效果，教师授课方式必须与学生接受能力在同一频段内，即教师的授课方式和节奏（激励频率）与学生的内在积极因素（固有频率）相匹配，此时教师和学生都会处于最佳的授学状态，出现和谐互动的课堂教学效果（如图1），这种规律和现象称为课堂教学的师生共振模式。
图1 共振示意图
图1中三个区域的内涵如下。共振区，激励频率与系统固有频率接近，激起共振；指教师授课过程的速度和深度在学生的接受能力范围内，思政元素与学生知识储备相适应，并且授课方式得当。此时学生所得为最大值，并且教师也会享受于教学过程。
亚临界区，激励频率远低于系统固有频率，系统振动响应很小；指教师授课过程的速度过慢，内容过于干瘪、没有合适的思政元素。此时，学生会厌倦课堂教学，对课程产生无用、无趣、太简单完全可以自学的判断；教师会给学生留下专业能力差、知识面窄的不良印象。
超临界区，激励频率远高于系统固有频率，系统振动响应很小；指教师授课过程的速度过快，内容过于抽象、强行塞入过多的思政元素。此时，学生会跟不上课堂教学，对课程产生完全学不懂和不知所云的感觉，打击学生自信心，产生厌课情绪；教师会给学生留下曲高和寡、不会讲课的印象。
02
教学途径与教学方法
（一）激起学生共振的教学途径
润物无声地融入思政元素是激起学生共振的有效教学途径。围绕思维能力、三爱情怀和学习兴趣等内容，在机械振动基础课程的课堂教学中，力求自然而然、潜移默化地融入思政元素，结合课堂教学内容对学生开展积极健康的价值观引领，综合提升学生的专业能力、判断力和创新能力。“机械振动”课程教学思政的总体理念和思路包括以下三点。
1. 建立具有学术前沿性和工程指导性的课程体系与教学内容，培养学生家国情怀。将国家重大需求和中国振动相关历史“润物细无声”地融入爱国教育，在教学过程中坚持“加强基础、扩充领域、注重工程应用”的原则，优化教学内容，构建合理的课程体系，适应面向机械大类通识性人才和航空领域专业型人才培养的需要。
2. 建立兼顾理论与实践的机械振动基础课程教学模式，树立学生文化自信与技术自信。重点理论采用溯源式讲解，恰到好处地引入中国历史上的振动案例，引导学生树立文化自信；结合国内航空航天中的技术成果展示，增强学生的技术自信。
3. 采用讲授式教学与探究式教学有机结合的授课理念，在培育学生工匠精神的同时，激发学生的创新意识。注重通过大量工程案例的引入，实现知识传授、思维方法、工程实践能力三者并重的培养；设计来源于科研的具有一定挑战性的课后习题，激发学生的创新意识。
（二）融入课程思政的教学方法
本研究在文献中探讨提出了一套可以增强学生学习兴趣，并能将学术研究、工程分析、思政元素深入融入教学过程的教学方法。ETHCP教学模式指在每节教学过程中采用Experiment（实验演示）、Theory（理论推导）、History（历史简述）、Case（案例分析）、Practice（课堂练习）相结合的教学过程。该教学方法可以实现理论知识、思维方法、工程实践能力的同步提升，实现讲授式和探究式两种教学方式的互补。此外，实践表明该教学方法可以方便地融入各种课程思政元素。
03
教学案例
以“机械振动”中的瑞利法为例，本节阐述激起学 生共振的课程思政建设过程。
（一）教学目标
本案例教学目标包括知识传授、能力培养和价值塑造三个方面。知识传授：掌握如何使用瑞利法求解模态频率；掌握由物理模型抽象为力学模型的过程和注意事项。能力培养：培养运用实验观察与理论计算综合分析问题的能力；培养运用理论模型分析实际问题的能力；培养认识矛盾和平衡设计的工程思维。价值塑造：树立学生的文化自信和技术自信；激发学生对国家、航空事业和北航的三爱情怀。
（二）教学过程
1. 实验演示：使用弹簧—集中质量或等截面梁—集中质量的实验系统进行演示。通过测试对比刚度不变、质量变为2倍的两个系统的自由振动频率，提问学生分析新系统固有频率不是原系统固有频率的1/1.414倍的误差来源。由此，引导学生反思前期所学理论中忽略弹簧质量带来的影响，建立学生反复思考寻求真理的学习习惯。讲述这是物理对象抽象成力学模型过程带来的误差，在各类学术问题或工程问题的研究中，力学模型建立过程都会带来误差，必须清晰掌握每一个理论的基本假设。
2. 理论推导：讲述瑞利法推导考虑弹簧质量更为准确的模态频率求解方法，由于该部分内容是本课程的难点与重点，因此，教师在黑板上完成推导，以提高学生对该知识点的理解和掌握。将瑞利法获得的模态频率值与前述实验结果对比，说明其有效性。
3. 历史简述：首先，强调结构模态频率的重要性，采用溯源式讲解，恰到好处地引入中国历史上的振动案例，引导学生树立文化自信。简述公元前3世纪《庄子·杂篇·徐无鬼》中对于共振现象的认识：“鼓宫宫动，鼓角角动，音律同矣”。并且早在公元前3世纪，《墨子·备穴篇》已利用共振原理实现敌人监测，“令陶者为罂，容四十斗以上，固顺之以宾革，置井中，使聪耳者伏罂而听之，审知穴之所在，凿穴迎之”。其次，讲述《隋唐嘉话》中曹绍夔捉怪的案例，隋唐时期中国古人已知道利用修建结构质量的方式调整结构的固有频率，使结构避开共振。而在当前工程实际中这类思想仍有应用，例如：在涡喷7发动机中针对涡轮叶片可采用叶尖削角实现调频，达到避开共振的效果，并再次强调工程问题中准确预估结构模态频率的重要性（如图2）。
图2 调整结构模态频率的案例
4. 案例分析：以航空燃气涡轮机械中的带冠涡轮叶片为例，提问学生如何建立求解其模态频率的力学模型，并提问学生分析该力学模型的误差来源。其次，教师讲述数学方程推导过程，并代入某真实叶片的参数求解模态频率的解析值；进一步给出该涡轮叶片的试验结果，将二者进行对比，分析两种方法的优缺点。再次，通过理论公式向学生阐述，与试验法、数值法相比，解析法最大的好处就是可以一目了然地看到各参数对关注问题的影响规律；虽然推导过程中有很多假设，但用于定性的分析很多实际问题，是快速有效的。最后，进行工程应用拓展的讲解，根据得到的频率解析表达式分析涡轮叶片弯曲模态频率的影响因素及影响趋势。
5. 课堂练习：请学生自行梳理瑞利法的推导思路，并记忆关键公式；给出航空发动机中风扇转子系统的结构简图，请学生建立其力学模型并求解其横向振动的模态频率解析表达式；根据教学实际进程，决定该案例的课堂讲解时间。
04
思政元素挖掘方法
依据隐性渗透、寓道德教育于课程内容中的基本原则，深入挖掘专业课程中的思政元素十分必要。在本案例教学环节中，课程思政元素挖掘模式和融入授课内容的具体途径如下。
（一）依据专业理论的发展史挖掘思政元素
在历史简述环节介绍相关的发展简史，一是通过介绍相关学者的奋斗史和为科学研究献身的精神，引导学生感受他们的高尚品德，激励学生为科技发展而努力奋斗；二是对比国内外该领域不同的发展状况，让学生客观地了解我国振动相关的发展现状，引导学生树立文化自信；结合国内航空航天中的技术成果展示，增强学生的技术自信。
本案例中，引用《庄子·杂篇·徐无鬼》《墨子·备穴篇》《隋唐嘉话》中的案例，都可以使学生感受到中国作为文明古国的深厚文化与技术底蕴，在学生引以为豪的同时，教师需要提醒学生去继承和发展；《隋唐嘉话》中曹绍夔捉怪与涡喷7发动机中涡轮叶片削角调频的“神似”，可引导学生在学习和工作中善于联想，创新源于工程实践；此外，可简述本校陈大光、陈光等老先生在涡喷发动机研制中的卓越贡献和献身精神，激发学生对北航和航空事业的热爱。
（二）从培养学生的辩证思维角度挖掘思政元素
课程在教学中重点培养学生的分析思维、归纳思维、内外因的辩证思维。分析思维：在进行演示实验后，提问和引导学生分析实验误差的可能原因；归纳思维：在案例分析后，请学生自己根据两个案例梳理瑞利法的推导思路；内外因的辩证思维：频率出现的误差不是来自测试误差，而是建模过程中考虑的因素不全面，提醒学生使用任何理论公式时，清晰基本假设是尤为重要的。
（三）培养学生自我反思的学习习惯
100多年前美国学者杜威就提倡：学习是基于有指导的发现，而不是信息的传递。大学教学应是在教师指导下，学生在某种程度上有机会重新发现前人怎样发现知识的过程。因此，在教学过程中有必要通过某理论方法的发展历史讲述、通过实验演示发现新问题、通过学生做题中的错误案例讲解等方式，让学生体会到前人是怎么提出问题并且解决问题的。通过实例引导学生养成自我反思的习惯，从而提升自我。
本案例中，在演示实验后，部分学生会认为大的误差来源于测试误差、或干摩擦阻尼力、或空气阻尼力等因素。将此作为切入点，运用大学物理实验中的测试误差分析方法，可以确定测试误差上限值，排除该因素；运用带阻尼单自由度系统自由振动频率的公式，确定干摩擦阻尼力和空气阻尼力的误差上限值，排除这两个因素。在这一个过程中，引导学生自我反思，培养学生学以致用的观念。
（四）从培养学生矛盾观的角度挖掘思政元素
理工科专业课工程性很强，实际应用的工程问题受多种因素的影响，因此要培养学生对工程矛盾的认识。世界上任何事物都包含对立统一的两个面，矛盾就是对立统一，要坚持一分为二的观点看问题。
本案例中，在讲解涡喷7涡轮叶尖削角调频后，继续论述该方法只是在二代燃气涡轮发动机中有所应用，而对于三代、四代发动机，由于要求更高的气动效率和做功能力，是不允许采用这样的减振手段的。减振和高气动效率就是一对矛盾体，工程设计中要相互平衡；所有技术的先进性都是在一定前提下的先进，是受限于整体工业能力和时代背景的，要辨证地看待问题和分析问题。
05
结语
为激起学生“共振”，“机械振动”课程思政建设的经验可归纳为以下三个方面：
第一，依据专业理论的发展史挖掘思政元素，将科技历史和国家需求“润物细无声”地融入爱国教育。使学生在了解国际学术脉络，了解我国重大需求的同时，建立文化自信和技术自信。
第二，从培养学生辩证思维和矛盾观的角度挖掘思政元素，实现知识传授、思维方法、实践能力三者并重的培养。理工科专业课工程性很强，要引导学生认识到实际工程问题受多种因素制约，矛盾无处不在。
第三，从培养学生自我反思的学习习惯的角度挖掘思政元素，探究型与教学型紧密结合，互补不足，将航空发动机 / 航天设备研制中的振动问题深度融入课程，激发学生学习兴趣，达到学以致用。
转自：“大学科研圈”微信公众号
如有侵权，请联系本站删除！
