工程振动测试与分析课程思政元素挖掘与实践

摘  要：在高等教育领域，深化专业课程与思政教育的融合已成为教育改革的重要趋势。该文聚焦于工程振动测试与分析课程，致力于思政元素的挖掘与融入，实现专业知识与思政教育的无缝对接。通过介绍振动领域的国内外成就，激发学生的爱国情怀与民族自信；强调从现象的发现到实验验证，树立科学态度；结合工程中振动应用经典案例，培养学生的社会责任感和担当。旨在全面塑造学生的综合素质，为社会培养具有高尚品德、扎实学识和创新能力的优秀人才。

关键词：工程振动测试与分析；课程思政；思政元素；立德树人；教学实践

中图分类号：G641       文献标志码：A           文章编号：2096-000X（2024）33-0173-04

Abstract： In the field of higher education， deepening the integration of professional courses and ideological and political education has become an important trend in educational reform. This paper focuses on the course of Engineering Vibration Testing and Analysis， aiming to explore and integrate ideological and political elements， and achieve seamless integration of professional knowledge and ideological and political education. By introducing domestic and international achievements in the field of vibration， we inspire students' patriotism and national confidence. The study emphasizes the discovery of phenomena to experimental verification， and establishes a scientific attitude. Combining vibration application cases in engineering， we cultivate students' sense of social responsibility and responsibility. Intended to comprehensively shape the comprehensive quality of students and cultivate outstanding talents with noble character， solid knowledge， and innovative ability for society.

Keywords： Engineering Vibration Testing and Analysis; course ideological and political education; ideological and political elements; cultivate virtue and cultivate talents; teaching practice

自党的十八大胜利召开以来，党中央对高等教育中的思想政治工作给予了前所未有的高度重视，明确将课程思政的发展视为高校践行立德树人根本任务的关键路径与创新实践[1-3]。在推进课程思政建设的进程中，如何有效促进专业教育与思想政治教育的深度融合，实现两者之间的无缝对接与相互促进，依然是当前面临的一大挑战与难题[4-6]。如何巧妙地将思政元素融入专业课程的教学内容与方法之中，成为了当前课程思政研究与实践领域的重要课题与努力方向。

工程振动测试与分析作为北京工业大学机械工程类专业的重要研究生课程，其教学内容涉及工程结构的安全评估、故障诊断和性能优化等方面，对于培养学生的实践能力和创新精神具有重要意义。本文将从课程思政的角度出发，探讨工程振动测试与分析课程中思政元素的挖掘，实现专业知识教育与思政教育的有机结合，旨在培养学生的爱国情怀、民族自信、社会责任感、严谨的科学态度和团队协作精神，实现立德树人的教育目标。

一  工程振动测试与分析课程中的思政元素挖掘

（一）  从优秀职工故事引入课程内容

中国铁路南宁局柳州机务段优秀职工陈卫国的故事[7]：陈卫国的耳朵对声音的细微变化异常敏锐。这份天赋在他的职业——火车头检修工中，展现得淋漓尽致。陈卫国擅长使用一把榔头作为他的测试工具，通过轻轻敲击火车头的各个部件（如图1所示），凭借敲击后发出的独特音色，精准地判断部件是否紧固，甚至检测出内部是否存在裂纹。这是因为，当部件受损或产生裂纹时，其结构刚度会发生变化，进而影响到振动特性，最终体现在发出的声波频率上。每当榔头敲击时，部件便会振动并释放出特定的声波，这些声波的频率直接反映了部件的物理状态。

从事火车头检修已经有20余年，陈卫国获奖无数，有能够仅凭声音准确判断火车头各部件的运行状态的“超能力”。这种“超能力”一方面来自天赋，另一方面与他20余年如一日的专业技能积累和对工作的高度负责分不开。他的工作直接关系到列车运行的安全，这种将个人技能与公共安全紧密相连的责任感，是社会主义核心价值观中“敬业”精神的集中体现。

陈卫国的检测工作跟工程振动测试与分析密切相关。对于陈卫国来说，通过听觉来完成工程振动测试与分析部分内容，而对于课程来说，通过设备和仪器来实现陈卫国的测试与分析内容，并加以拓展，从直觉到科学，解决工程中更难更深奥的科学问题。一方面简单直观介绍了课程内容，另一方面宣传了大国工匠人物和社会主义核心价值观。

（二）  从大桥振动问题的解决看大国崛起

在20世纪三四十年代，正是美国进行大量基础建设的时代。1940年，在美国华盛顿州首府塔科马，一座宏伟壮观的悬索桥——塔科马大桥拔地而起，其跨度当时位居世界第三（如图2所示）。在大桥建造之初，设计标准设定为能够抵御高达60 m/s（即相当于强烈飓风级别的风速）的狂风侵袭。然而，大桥在建成之后，即便小风刮过，桥面也会起伏不定，振幅很大。最终刚建成4个月的大桥在19 m/s风速下损毁。课堂播放塔科马大桥塌毁的视频，同学们能身临其境地感受到当时桥梁的上下起伏振动与桥梁塌毁过程。

在塔科马大桥塌毁后，空气动力学领域的权威冯·卡门教授等专家被委任负责调查此次事故。经过一系列严谨的调查与分析，最终揭示了事故背后的机制：当横向气流流经桥梁的顶部与底部时，会诱发旋涡的生成，这些旋涡以与桥梁自身固有频率相匹配的频率，不断推动桥梁产生上下波动的共振现象。随着共振的持续，桥梁的振幅急剧增加，同时旋涡产生的力量也愈发强大，两者相互加剧，最终合力导致了桥梁的崩塌[8]。为了验证这一理论解释，专家们在风洞实验室内进行了多次实验。实验结果证实了旋涡共振是导致塔科马大桥倒塌的根本原因。

此次事件成为了桥梁工程史上的一个重要转折点。在此之前，桥梁建筑师们主要聚焦于桥梁对静态载荷的承受能力。自此以后，桥梁工程师们在设计过程中不得不将空气动力学问题纳入核心考量范畴。

现在，所有重要的桥梁在建造之前都需要在风洞里做相关测试，确保桥梁的安全。即便做了实验，有些因素的改变也可能诱发桥梁振动，如虎门大桥。2020年5月5日，由于虎门大桥维修期间，在桥梁两侧上放置大量水马，改变了桥梁的构型，导致桥梁发生波形的上下起伏振动。后将水马清除，桥梁恢复，不再出现上下起伏振动的现象。

在讲解桥梁振动问题的同时，引出美国旧金山金门大桥由于太平洋来风导致其桥梁中部振动幅值超过2 m时就得关闭的事例。再到本世纪以来中国建设的大量超跨度桥梁，如矮寨大桥、龙潭长江大桥等，跨度更大，条件更恶劣，但这些桥梁全天候通行。展现了我国从学习桥梁的先进技术，到消化，至创新的全过程。通过国人的不断努力，将中国建成了世界基建强国，鼓励同学们利用祖国发展的良机，发挥好自身优势，为建设祖国贡献自身力量。

（三）  从单摆的发现看探索求真的科学精神

理想单摆展现了一种完美的简谐振动特性，这一特性被伽利略率先洞察。1582年，教堂内的一场偶然事件却悄然开启了科学探索的新篇章：一位维修工在不经意间的触碰，让高悬的大吊灯开始了有节奏的摆动，这一场景被当时正在教堂内的伽利略敏锐观察到了。他利用自己身体的脉搏作为原始计时工具，进行了测量。伽利略发现，大吊灯摆动的周期竟然不受其振幅变化的影响。离开教堂后，伽利略投入到更系统的实验研究中。经过实验验证与逻辑推理，他不仅确认了单摆的等时性这一重要原理，还进一步揭示了影响单摆周期的关键因素。之后，伽利略巧妙地运用单摆的等时性原理，设计并制造了世界上早期的脉搏仪[9]。

从日常生活中不起眼的现象——教堂吊灯的摆动中，捕捉到科学研究的契机。这种对周围世界细致入微的观察能力，是我们科学探索应该具备的素质。在实验数据的基础上，伽利略运用逻辑推理，不仅验证了单摆的等时性，还进一步揭示了决定单摆周期的关键因素。这种从具体到抽象、从实验到理论的升华过程，展现了科学家应该具备逻辑推理能力和理论创新能力。不仅满足于理论上的发现，还积极将科学成果应用于实践。他利用单摆的等时性原理制成了脉搏仪，为医学测量提供了更精确的工具。同时，这一发现也为后来摆钟的发明奠定了基础，极大地推动了计时技术的发展。敏锐的观察力与探索的精神、严谨的实验态度、逻辑推理与理论创新以及实践应用的探索求真科学精神是我们研究中需要培养和熏陶的。

（四）  从古代振动利用案例看我国古人智慧

我国古代很早就有对振动利用和探究的记载。在《墨子·备穴篇》中记载了利用振动中共振现象来进行信息侦查的应用事例：“穿井城内，五步一井，傅城足。高地，丈五尺，下地，得泉三尺而止。令陶者为罂，容四十斗以上，固顺之以薄革各革，置井中，使聪耳者伏罂而听之，审知穴之所在，凿穴迎之。”唐代杜佑著《通典·兵五》也有相关记载：“地听：于城内八方穿井，各深二丈，以新甖用薄皮裹口如鼓，使聪耳者于井中，托甖而听，则去城五百步内，悉知之。”

在《庄子》的杂篇《徐无鬼》中记载了一项令人瞩目的科学成就——西周时期，一位名叫鲁遽的先驱者完成了世界上最早的共振实验。他将两把瑟分别置于相邻的房间，随后在一把瑟上轻抚某根琴弦，奇迹般地，隔壁房间中那架瑟上对应的琴弦也仿佛被无形之手触动，发出了与前者音律一致的和谐之音。这一实验不仅展示了我国古代对物理声学原理的深刻理解，还遥遥领先于西方世界，因为在欧洲，直到15世纪，意大利的列奥纳多·达·芬奇才开始了对共振现象的初步探索与实验。

通过介绍我国古代在振动研究领域的卓越贡献，为学生提供了一个直观而有力的例证，展示了中华民族在古代科技领域的领先地位和创新能力。这种历史事实让学生深刻认识到，中华民族有着悠久的历史、灿烂的文化和辉煌的成就，由此对自己的文化感到自豪和自信。这种民族自信心的建立，不仅能够增强学生的民族认同感和归属感，还能够激励他们在未来的学习和工作中更加自信地面对挑战和困难。在全球化日益加深的今天，文化自信不仅是对本土文化的认同和自豪，更是在全球文化交流中保持独特性和竞争力的关键。通过介绍我国古代振动研究成就与西方科学家类似研究的对比，学生可以清晰地认识到中华文化的独特性和先进性。这种对比能够激发同学们更加积极地参与全球文化交流与合作，以更加开放和包容的心态去吸收和借鉴其他文化的优秀成果，也能够更加自信地向世界展示中华文化的魅力和价值，为构建人类命运共同体贡献自己的力量。