机械系统动力学案例思政融合设计探索

摘 要：通过梳理机械系统动力学课程的主要内容，从三个角度四个方面设计15个案例，形成多层级的教学案例体系。通过在广义系统动力学和动力学仿真案例中融入世界观和方法论，并用单自由度系统动力学案例融入同频共振人生观，用多自由度系统动力学案例融入合作共赢价值观，形成三横四纵的课程思政体系。将学生的三观塑造和能力提升自然而然地融入教学案例，实现课程思政与教学案例的成体系融合。

关键词：机械系统动力学；教学案例；思政融合；三横四纵；三观塑造

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2024）30-0176-04

Abstract： By reviewing the main contents of the course of Mechanical System Dynamics， 15 cases aredesigned from three perspectives and four aspects， forming a multi-level teaching case system. By integrating the dialectical materialist worldview in the case of generalized system dynamics， the cofrequencyand resonance philosophy in the case of the SDOF system dynamics，the cooperation and win-win values in the case of MDOF system dynamics， and the practical methodology in the case of dynamical simulation， the frame of three horizontal and four vertical curriculum ideological and political system is formed. The students' three outlooks shaping and ability improvement is naturally integrated into the teaching case， and the systematic integration of course ideology and politics is realized.

Keywords： Mechanical System Dynamics; teaching cases; the ideological and political integration; three horizontal and four vertical frame; three outlooks shaping

基金项目：河北省研究生教学研究示范中心立项建设项目“机械类研究生课程思政教学研究示范中心”（YSFZX2022016）；河北省研究生课程思政示范课程立项建设项目“Matlab及工程应用”（YKCSZ2022089）；河北科技大学教育教学改革研究项目“新工科背景下面向‘学科竞赛’的专创融合人才培养模式研究”（2020-ZD04）

第一作者简介：秦志英（1976-），女，汉族，河北赞皇人，博士，教授，硕士研究生导师。研究方向为非线性动力学。

教育部在2020年印发的《高等学校课程思政建设指导纲要》中指出，要科学设计课程思政教学体系，针对理学、工学类专业课程，要在课程教学中把马克思主义立场观点方法的教育与科学精神的培养结合起来，提高学生正确认识问题、分析问题和解决问题的能力[1]。

池德汝等[2]介绍了在材料力学课程教学中融入哲学、工程、力学等思政元素的探索，周腾等[3]在理论力学课程中思政元素挖掘的实施路径中采用了理论力学与科学家故事相结合的方法。苏新兵等[4]对于飞行动力学课程的思政教学改革与实践进行了探索，唐芳云等[5]挖掘了汽车动力学课程思政的内在机理。赵倩等[6]探索了机械系统动力学课程中知识点与典型案例之间的思政元素，张梦樱等[7]针对研究生专业课多体系统动力学，介绍了“两线五融入”的课程思政改革思路。周红标等[8]介绍了MATLAB课程思政建设的思路和目标，尤其是将课程思政融入点形成了案例库，以及打通四条线的可实施路径。

石建勋等[9]论述了新时代高校课程思政建设重点是三观教育，如何有机融入三观教育元素，如何引导学生在深刻理解课程内容和精髓的基础上形成正确三观。习近平总书记指出实现中华民族伟大复兴的中国梦，必须不断接受马克思主义哲学智慧的滋养，更加自觉地坚持和运用辩证唯物主义世界观和方法论[10]。韩振峰[11]则解读了习近平新时代中国特色社会主义思想世界观和方法论之间的内在逻辑，强调两者之间是一个相互联系、内在统一的有机整体。

本文以研究生专业课机械系统动力学教学设计为载体，先介绍教学案例设计的思路，然后在此基础上介绍课程思政与教学案例的融合设计，将三观教育和实践能力提升自然而然地融入教学案例。

一 机械系统动力学教学案例设计

案例设计的基本思路是包括广义系统动力学、单自由度系统动力学、两自由度和多自由度系统动力学及动力学仿真四个方面，涵盖动力学分析于应用的各个领域。

案例设计过程从三个角度开展，一是从动力学分析的研究思路出发，给出实际问题、文献比对、方法创新等不同的研究思路案例；二是从动力学建模出发，分别给出了单自由度、两自由度及多自由度的建模案例；三是从动力学分析工程和工具出发，分别给出无阻尼自由振动、有阻尼自由振动、强迫振动及模态分析的解析分析过程，以及对应的程序实现，使得学生可以直接得到分析过程的直观图形展示，以加深对于动力学基本概念的理解，同时可以修改参数以应用于不同系统的动力学分析，有助于直接应用于工程实际问题的求解和分析。

案例设计从四个方面、三个角度出发共计15个案例，包括广义系统动力学方面3个案例，单自由度系统动力学4个案例，两自由度和多自由度系统动力学4 个案例，动力学仿真4个案例，形成了多层级的教学案例体系，如图1所示。

二 融于教学案例的课程思政设计

（一） 三横四纵的课程思政体系

从机械系统动力学课程教学案例设计的四个方面、三个角度出发，针对不同动力学系统，紧密结合动力学基本概念，将学生的三观塑造融于教学案例，并通过Matlab、Simulink等动力学案例，提升学生应用实践方法论解决问题的能力，从而形成了三横四纵的课程思政体系，见表1。

在中国现代化工业的成果中“两弹一星”、空间站、航母、大飞机和长征系列火箭等国之重器，都离不开动力学的技术支撑，而这些国之重器的研发也推动了动力学理论的创新。通过引入这些国之重器的研发过程和科学家，将动力学内容的讲授和学生的三观教育结合起来，能够促使学生建立正确的三观，熟悉实践方法，激发学生在今后工作中参与国家重大需求的技术攻关，为现代工业的强大贡献自己的力量。

（二） 世界观和方法论的案例融入

研究系统行为随着时间变化的，统称为广义系统动力学。广义的系统动力学不仅仅局限于机械动力学，而涉及各个工程领域和社会的方方面面，如电路动力学、流行病动力学等，整个社会历史的发展也可以看作一个动力学过程。不同工程系统的案例介绍针对实际问题开展动力学研究的思路，既有领域的广泛性，又有过程的统一性，一方面帮助学生深入理解动力学的研究思路，另一方面锻炼学生发现问题、解决问题的能力。世界观是一个人认识世界、看待世界的根本观点。辩证唯物的世界观要求从事物的普遍联系和永恒运动中把握事物，分析事物自身的矛盾和解决这些矛盾。可以看出，广义系统动力学和辩证唯物的世界观存在天然的联系。因此，理解广义系统动力学的研究思路，有助于学生脱离孤立地、静止地、呆板地考察事物的思维方式，逐渐形成系统地、动态地、发展地认识事物的思维习惯，从而潜移默化地建立辩证唯物的世界观。

机械系统动力学涉及大量的公式推导和数学计算，基本概念和分析过程比较抽象，因此学生理解和掌握起来存在一定困难。诸如Matlab、Simulink等现代工具针对抽象的数学运算提供了数值实现方法，尤其是提供了二维、三维等多类型的图形化展示。学生通过动手编写程序进行动力学分析，一方面验证解析推导过程的正确性，另一方面对分析结果给出直观丰富的展示。方法论是指一个人用什么样的方式、方法来观察事物和处理问题。方法论离不开世界观，世界观与方法论的一致性不是简单的同一，懂得世界观并不等于掌握方法论。同样地，动力学仿真也是对于动力学研究思路的实施，通过仿真工具对于系统动力学行为的实践，有助于学生在案例分析中掌握实践的方法论，系统地理解世界观和方法论的相互作用，从而做到世界观根植于心、方法论践行于手。

（三） 同频共振人生观的案例设计

图2为单自由度系统强迫振动的幅频特性，当激励频率ω和固有频率ωn相同时（ω/ωn=1），系统响应幅值逐渐增大出现一个峰值，这种现象称为共振。峰值最终的大小取决于阻尼比ζ的大小，阻尼比越小峰值越大，当阻尼比为零时趋向于无穷。如果把激励频率ω看作个人，把固有频率ωn看作社会，当二者相同时才能达到响应幅值的最大，也就是实现个人努力的最大回报。

人生观是一个人对于人生目的、意义和道德的根本看法和态度，人生观的核心问题是认识处理个人发展与社会进步的关系。通过用单自由度系统幅频特性的共振峰值，直观剖析解释个人发展与社会进步的关系，从而引导学生树立正确的人生观，激励学生立足国家重大需求，实现自身职业规划与国家卡脖子技术的同频共振。

“两弹一星”功勋科学家是指为中国核弹、导弹和卫星事业作出突出贡献的23位科学家，他们正是把个人专业特长和国家需求紧密结合在一起，实现了个人理想追求和国家科技实力的同频共振，从而取得了事业上的重大成功。钱学森正是放弃了在美国优越的生活科研条件，克服了重重阻扰和困难回到了祖国，利用自己在控制论、系统工程等方面深厚的专业知识，积极投身于国家重大建设，他是中国载人航天奠基人、“中国自动化控制之父”和“火箭之王”，成为了一代伟大的力学家。

（四） 合作共赢价值观的案例设计

图3为两自由度系统的振型，当处于第一阶振型时，系统内两个质量块的振动方向相同，而当处于第二阶振型时，系统内两个质量块的振动方向相反，从而在中间出现一个不动的节点。如果把系统的每个质量块看作社会、企业及团队内部的一个个体，当个体之间合作同行时，就能实现共同进步价值共赢；而当个体之间相互扯皮时，就会出现严重的内耗和躺平。

价值观是一个人对事物价值的总看法和根本观点，社会主义核心价值观的基本内容包括富强、民主、文明、和谐、自由、平等、公正、法治，爱国、敬业、诚信和友善。通过用多自由度系统振型的同相反相，形象展示分析社会、企业及团队内部人与人合作的重要性，从而鼓励学生自觉遵循社会主义核心价值观，用社会主义核心价值观指引自己的行为，为构建合作共赢的和谐社会贡献自己的力量。

“一带一路”倡议的核心内涵，就是坚持共商、共建、共享原则，促进基础设施建设和互联互通，加强经济政策协调和发展战略对接，促进协调联动发展，实现共同繁荣，共同构建人类命运共同体。“一带一路”沿线国家相互开展经贸合作和贸易投资往来，各国共同发展都取得了积极成效，反之如果沿线国家相互冲突，就会导致各国经济都受到影响，甚至地区发展停滞。

三 结束语

针对机械系统动力学课程主要内容，从研究思路、建模过程、分析工具三个角度开展，包括广义系统动力学、单自由度系统动力学、两自由度和多自由度系统动力学及动力学仿真四个方面，设计了15个案例，形成了多层级的案例体系。

在此基础上，分析广义系统动力学研究思路与辩证唯物世界观之间的联系，及动力学仿真分析工具与实践方法论之间的联系。针对单自由度系统幅频特性共振峰值的动力学概念，介绍其与同频共振的人生观之间的联系，并通过“两弹一星”功勋科学家的具体实例阐述同频共振的人生观。针对多自由度系统振型同相反相的动力学概念，介绍其与合作共赢的价值观之间的联系，并通过“一带一路”倡议的具体实例阐述合作共赢的价值观。因此，在案例体系上构建了三横四纵的课程思政体系，将学生的三观塑造和能力提升融于教学案例，有助于学生系统地树立正确的世界观、人生观、价值观，掌握方法论促进实践应用能力的提升。

参考文献：

[1] 中华人民共和国教育部.教育部关于印发《高等学校课程思政建设指导纲要》的通知[EB/OL].http：//www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2020-06/06/content_5517606.htm.

[2] 池德汝，花海燕，余罗兼.材料力学教学中融入思政教育的探索[J].中国现代教育装备，2023（3）：112-114.

[3] 周腾，黄志维，黄国标.“理论力学”课程中的思政元素挖掘与应用研究[J].大学，2023（3）：133-136.

[4] 苏新兵，张登成，张艳华，等.立足岗位需求的飞机飞行动力学课程教学改革与实践[J].高教学刊，2023，9（16）：126-129.

[5] 唐芳云，朱旭，余晨光.论汽车动力学课程思政的内在机理与实现路径[J].高教学刊，2023，9（10）：174-177.

[6] 赵倩，袁静，蒋会明，等.工科高校机械类课程思政教育实践路径探析——以“机械动力学”课程为例[J].科教导刊，2020（34）：108-109.

[7] 张梦樱，丰志伟，徐秦，等.基于“两线五融入”的航空航天专业课课程思政改革[J].高等教育研究学报，2022，45（4）：82-87.

[8] 周红标，赵环宇，刘晓洋，等.以MATLAB及其应用课程为例的课程思政探索[J].高教学刊，2022，8（3）：179-182.

[9] 石建勋，付德波，李海英.新时代高校课程思政建设重点是“三观”教育[J].中国高等教育，2020（24）：38-40.

[10] 习近平.辩证唯物主义是中国共产党人的世界观和方法论[J].奋斗，2019（1）：1-5.

[11] 韩振峰.习近平新时代中国特色社会主义思想世界观和方法论的内在逻辑[J].人民论坛，2023（8）：28-31.