以国家重大需求为引导的课程思政建设

［摘 要］ 专业课教学是课程思政建设的主战场。结合机械振动学在国之重器研制过程中“从有到好”发挥的作用及上海交通大学高年级本科学生的培养要求，以国家重大工程战略需求为引导，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课程知识点的两个思政案例群，使专业课与思政课同向而行，在提高学生正确认识问题、分析问题和解决问题的能力的同时，激发学生科技报国的家国情怀和专业热情，引导学生投身装备研制、振动学科前沿领域研究。

［关键词］ 国家重大工程；机械振动学；家国情怀；专业热情；学科前沿

［基金项目］ 2022年度第二批国家一流本科课程“机械振动”（线下课程701）；2020年度上海高校市级重点课程立项项目“机械振动学”（〔2020〕58号-37）；2022年度上海交通大学“课程思政建设”专项（CTLD22SIP 0002）

［作者简介］ 黄修长（1983—），男，湖南浏阳人，博士，上海交通大学机械与动力工程学院研究员（通信作者），主要从事振动分析与控制研究；张振果（1985—），男，山东济南人，博士，上海交通大学机械与动力工程学院副教授，主要从事动力学分析与控制研究；华宏星（1955—），男，浙江宁波人，博士，上海交通大学机械与动力工程学院教授，主要从事振动冲击噪声研究。

［中图分类号］ G641 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2023）15-0049-04 ［收稿日期］ 2022-06-09

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］。《高等学校课程思政建设指导纲要》明确指出，科学设计课程思政教学体系，结合专业特点分类推进课程思政建设，将课程思政融入课堂教学建设全过程［2］。

力学课程在工科人才培养中处于基础学科角度。近年来，力学学科迅猛发展，创立了许多重要的新概念、新理论和新方法；与其他学科交叉融合日益突出，形成了许多交叉学科，使力学学科始终保持着旺盛的生命力。机械专业力学学科的课程体系通常包含“力学”“理论力学”“材料力学”“流体力学”和“振动力学”（也称为“机械振动学”）等课程，一般针对大一年级到大三年级的学生开课。针对力学学科的课程思政建设，需结合课程特点、学校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［3-7］。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［8］。对于“机械振动学”课程而言，其课程特点为机械振动学具有与陆海空天、两机等国之重器的研制天然结合的特点，振动是影响乃至制约设备和装备（如潜艇、导弹、直升机、光刻机等）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。

同时，机械振动学也是应用广泛的力学分支学科，各高校在机械振动学学科发展方面各具特色。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。

本文结合上海交通大学本科教学培养具备社会责任感、创新精神、实践能力、宽厚基础、人文情怀和全球视野的卓越创新人才这一培养理念，结合机械振动学在国之重器研制过程中“从有到好”发挥的作用及上海交通大学机械振动的学科特色，探索教学中开展思想政治教育的有效路径，突破思想政治教育“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的工程案例专业知识点中，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、与试验融合等方式自然深度融合，并从例题/习题的讨论、课后作业、案例调研等方式掌握学生反馈情况，以便与时俱进加以改进。

一、课程思政教育教学目标设计

结合“机械振动学”课程特点和上海交通大学学科优势，本课程的思想政治教育教学目标为：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，增强民族自信，树立服务国家重大需求的意识，提升专业热情；引导学生积极开展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，以提升应用最新科研成果解决国家重大工程问题的能力。

二、课程思政内容体系开发

在课程思政内容体系的开发过程中，始终秉持与专业知识点有机、自然、深度融合的理念。在课程教学过程中，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和学术特色，凝练了两个贯穿教学过程的工程案例：一个是机械噪声控制中广泛应用的隔振理论；另一个是螺旋桨噪声控制中桨-轴耦合推进系统振动理论。这两个案例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，由浅入深地深化力学模型和控制方法。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。通过深度挖掘提炼上述两个工程案例所蕴含的思想价值和精神内涵，可以凝练出老一辈科学家以国家需求为己任、追求创新、求真务实的科学精神。在教学过程中，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。从背景和差距入手激发使命感，通过隔振理论知识点例题/案例、推进系统振动理论例题/案例，了解解决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，了解哪些科学家通过哪些方式做出了贡献，体会科学探索精神和团队精神，认识还有哪些问题亟须解决以及学科前沿如何与瓶颈问题结合，引导学生探索前沿、提升解决问题的能力。因此，专业知识体系和思政体系需有机深度融合。

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，使学生“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。

以隔振理论为例，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，并介绍例题/习题背后的国防重器背景、在基本力学模型抽象过程中的关注点，培养学生的力学素养。基于基础激励下位移传递率与力激励下力传递率等价引出针对大吨位设备传递率考核的60 t振动台设备；基于舰艇装备减振抗冲兼容设计引出瞬态激励下大吨位设备冲击考核的大吨位双波冲击机设备。60 t振动台和大吨位双波冲击机的研制凝聚了我国科学家10余年的创新研究和积累，最终打破国外封锁，实现从被限制进口到限制出口的转变，通过了解我国上述设备中取得的成绩，激发学生的民族自信心。

在二自由度和多自由度系统中，通过单自由度系统高频隔振性能的局限，启发式引出两自由度双层隔振系统模型。结合双层隔振系统质量代价大的难题，通过“众筹”等思想启发式引出多自由度浮筏隔振系统力学模型，重点介绍基本力学模型的抽象和基本力学原理，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，实现了浮筏/舱筏隔振系统在舰艇设备隔振的应用，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，体会科学家的执着和毅力。

在振动控制中，通过大吨位设备单自由度系统低频隔振与稳定性的矛盾，结合绪论中介绍的负刚度学科前沿概念，通过并联负刚度引入高静刚度低动刚度隔振这一学科前沿，最终实现了低频/超低频隔振，重点讲述低频隔振和超低频隔振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或通过学科交叉实现工程技术创新，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、隔振系统设计和隔振参数设计例题/习题，通过对比式教学方法比较不同参数下的隔振效果、大吨位设备隔振时的静态位移和隔振传递率的矛盾、不同减振器的隔振性能优缺点，深入讨论隔振的基本理论和应用案例，并嵌入式介绍空气弹簧在我国舰艇减振中的工程应用案例，学习研制的科学家何琳教授几十年如一日地在该领域辛苦耕耘、精益求精的工匠精神。

在推进系统振动理论案例中，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。凝练桨-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。结合负刚度引入接地负刚度动力吸振、结合主动控制引入主动动力吸振最新科研成果，通过“探前沿”的方式介绍最新科研成果与工程实际的结合，通过对比式教学方法比较负刚度动力吸振、主动动力吸振在减少质量代价、拓宽隔振带宽、实现低频吸振方面的效果，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，进一步提升学生分析问题、解决问题的能力。

三、课程思政教学方法和载体途径

首先对习题/例题库、视频素材、课堂讨论案例库、课后拓展性阅读材料、自主性试验等课程思政素材进行凝练，按照两个思政案例群进行分类。在课堂教学中通过视频、课堂讨论、课后拓展性阅读、自主性试验等方式呈现给学生。视频和课堂讨论采用嵌入式的方法，在“习案例”介绍完相应的知识点后，有机引入“学先贤”等内容，介绍科学家的工作及效果、科学家的事迹。在学生了解“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，引导学生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，提高团队分工、合作能力。

四、课程思政实施分析与讨论

为对课程思政实施效果进行评价，一方面，通过学生的课堂反应，观察学生的投入程度、专注度来进行评价；另一方面，通过布置课后作业，学生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。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”等问题了解学生对有机融入知识点的11个思政案例的接收效果。以桨-轴推进系统动力学建模“习案例”和高静低动隔振技术“探前沿”两个案例的问卷调查结果为例，问卷调查结果显示，课程中有机融入的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学生的印象最为深刻；对于“探前沿”部分的学科前沿，学生表达了希望能够从事相关研究工作的强烈愿望。此外，学生提出了“可以多介绍一些前沿的振动研究和相关案例”的建议。因此，在后续思政建设过程中，可与时俱进地融入更多学科前沿知识，创建有机地与国家重大工程战略需求深度融合的应用案例。

结果与结论

本文在课程思政的背景下，探索性地进行了“机械振动学”课程中思政元素的渗透性和浸润性实践。结合“机械振动学”的课程特点和上海交通大学学科优势，以国家重大工程的战略需求为引导，通过“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课程知识点的两个思政案例群，建设了习题/例题库、视频、课堂讨论案例库、课后拓展性阅读材料、自主性试验等思政素材，通过嵌入式、对比式、启发式、融入试验等方式有机深度融入知识点教学。在提高学生正确认识问题、分析问题和解决问题的能力的同时，认识振动对设备和装备性能的影响和制约，我国重大工程与国外的差距及取得的成绩，激发了学生科技报国的家国情怀和专业热情。后续在思政元素中可更多地融入学科前沿知识及其在重大工程中的应用案例。

参考文献

［1］中华人民共和国教育部.北京工业大学大力推进课程思政建设［EB/OL］.（2022-02-11）［2022-05-01］.http：//www.moe.gov.cn/jyb_xwfb/s6192/s222/moe_1732/202202/t20220211_598612.html.