融入思政元素的“振動力學”課程全英文教學探索與實踐

隨著經濟全球化的發(fā)展，高等教育國際化面臨著巨大的機遇和挑戰(zhàn)。培養(yǎng)具備專業(yè)知識和專業(yè)外語能力的復合型人才，服務國家新工科建設，實現(xiàn)工程力學領域國際化領軍人才需求迫在眉睫。針對專業(yè)人才培養(yǎng)需求，對部分課程開展全英文教學是高校教育教學改革的手段之一［1］。為了提升本科生的專業(yè)英語能力，有針對性地選擇1～2門專業(yè)課程進行全英文教學非常重要［2］。既需要學習振動理論知識及其在各學科中的應用，又需要時刻關注國際上的最新相關研究進展，以保證前沿知識的更新。基于“振動力學”課程的特殊性和重要性，在2019年進行東南大學工程力學本科專業(yè)培養(yǎng)方案修訂工作時，將“振動力學”課程首次設為全英文課程，旨在使學生能同時在力學專業(yè)知識和國際化方面有顯著提升，為國家輸出和引進人才提供基礎。當前，全國高校正全面貫徹落實高校思想政治工作會議精神，實施思想政治教育，加強思想政治教育工作，努力構建德智體美勞全面培養(yǎng)的教育體系，形成更高水平的人才培養(yǎng)體系。在最新的工程力學本科生培養(yǎng)方案中對課程的思想政治教育提出了明確的要求?！罢駝恿W”作為專業(yè)必修的全英文課程，除了提升學生的專業(yè)英語知識聽說讀寫能力和國際視野，也需要科學地融入中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化，堅定學生的文化自信，不斷激發(fā)學生對知識的渴望和心系國家重大發(fā)展戰(zhàn)略的奉獻精神［3］。一、國內外知名高校“振動力學”相關課程調研本文以國內外知名高校為例，對美國的麻省理工學院、加州大學伯克利分校，中國的上海交通大學和天津大學等四所高校的相關課程進行調研分析，為東南大學（以下簡稱我校）工程力學專業(yè)的“振動力學”全英文課程教學改革和建設提供參考。綜合分析國內外調研情況，有如下幾點總結：（1）課程的開設時間一般為第二或第三學年，主要考慮到學生必須具備一定的數(shù)學、力學、物理等基礎知識，課程的主要內容均圍繞振動力學的基本理論展開。（2）從教學資源和教學方式分析，多數(shù)院校都以多媒體授課為主，且具有豐富的教學資源。國外院校的課程資源均可從相關網頁進行下載，包括講義、練習、試驗手冊等，相關的實踐內容均與時俱進；國內高校除了線下授課，還有很多的線上資源，如上海交通大學蔡國平教授團隊的“振動力學”慕課和天津大學劉習軍教授的“振動理論及工程應用”慕課等。（3）對比各個院校的課程學時設置，國內高校以天津大學為例，目前該校的“振動力學”課程為4學分，64學時，即54學時理論課以及10學時上機和實驗課，平時成績（包括平時作業(yè)、實驗、編程）占30%，期末考試（閉卷）占70%。我校在2019年以前“振動力學”課程為中文教學，教學大綱規(guī)定該課程為4學分，64學時，即54學時理論課和10學時習題課。我校2019年新版教學大綱中首次將“振動力學”課程設置為全英文課程，且將該課程學分降為3學分，學時降為56學時，其中包括8學時的研討課，與加州大學伯克利分?；颈３忠恢?。（4）就教學手段來說，國內外高校在本課程的教學上均以教師講解為主，以學生的課后練習和部分課時的實踐練習為輔。經過對國內外研究現(xiàn)狀的調研，目前國內將“振動力學”課程設為全英文課程的院校還比較少。參考國外同類課程，從參考教材角度分析，國內高校目前大多數(shù)以中文教學為主，教材選擇以劉延柱主編的《振動力學》為主［4］，該教材涵蓋的知識點全面；基于以上調研，本課程選擇由清華大學出版社出版發(fā)行的影印版系列TheoryofVibrationwithApplications（5thEdition）作為主要參考教材。二、“振動力學”全英文課程教學理念和目標“振動力學”是工程力學專業(yè)的必修基礎課程，“振動力學”全英文教學的目標是使學生在學習理論力學和材料力學的基礎上，掌握振動力學的基本原理和解決問題的方法，為從事工程領域中與力學問題相關的研究、工程設計、技術開發(fā)打下必要的力學基礎；同時，使學生掌握基本的專業(yè)詞匯和術語，并能適應全英文的教學環(huán)境，為后續(xù)的學術深造和國際化交流奠定基礎。圍繞我校工程力學人才培養(yǎng)目標，立志于培養(yǎng)具有家國情懷和國際視野，以及良好的專業(yè)水平和綜合素質的專業(yè)領軍人才。在教學模式上，為了深化國際化水平的能力培養(yǎng)，首次將“振動力學”課程設為全英文教學，引進國外先進的教學模式，結合理論教學、實例講解、課堂研討等教學環(huán)節(jié)，將考核指標細化和綜合化。同時，借助學校優(yōu)質的科研平臺，將最新的科研進展融合到課堂教學中，保持知識的與時俱進。三、“振動力學”全英文課程建設課程建設是教學質量工程的一個重要組織部分。根據(jù)領軍人才培養(yǎng)的定位目標，以人才培養(yǎng)方案為依據(jù)，在已經開展了數(shù)年的中文教學基礎上，進一步完成“振動力學”全英文課程建設。首先，全英文的多媒體教學資源建設是重要部分。根據(jù)課程內容特點和課程目標，制定詳細完整的教學大綱、授課計劃和多媒體課件。課件中引入了大量的動畫，圖文并茂、形象生動，能激發(fā)學生的興趣，易于理解。此外，在準備課件時，應特別考慮學生對于英文專業(yè)術語的掌握程度，可以通過傳統(tǒng)的詞匯表、動畫、小組討論等形式傳遞專業(yè)詞匯等教學信息，使學生寓教于樂。這就要求在教學資源建設階段，大量搜集與振動力學相關的英文詞匯、視頻動畫等資源，以恰當?shù)姆绞匠尸F(xiàn)到課堂教學中。在已經開展了多年線下課堂教學的基礎上，應進一步建設相關網絡教學資源。本課程目前已完成基本內容的全英文在線網絡資源建設，這極大地豐富了知識的呈現(xiàn)形式，為下階段線上線下混合式教學模式做好了準備。四、“振動力學”全英文課程實踐和體會筆者將“振動力學”全英文授課的具體實踐情況分為以下幾點進行說明：（1）課時及授課形式。課堂教學48學時，其中包括4學時習題講解和輔導課，采用課堂小班多媒體教學，面向工程力學專業(yè)大三本科生。（2）課件內容。以選定的教材為主要參考，同時參考中文教材，自編多媒體課件講義，全部內容包括8個章節(jié)。（3）理論課。理論課的講解主要以教師講授為主，授課過程要把握好課堂內容的系統(tǒng)性、理論性、先進性、實用性、國際性和趣味性。考慮到學生是首次接受本課程的全英文教學，有較多的專業(yè)術語需要提前了解，因此課前應引導學生做好預習工作，在課上借助小班授課的優(yōu)勢，增加現(xiàn)場提問環(huán)節(jié)，包括課前回顧、課中互動及課后總結，要求學生盡量用英文回答問題，培養(yǎng)學生用英語學習的思維意識，提高學生的積極性。此外，在準備理論課講義時，教師要結合經典的科研應用或最新的科研進展案例，以教學案例為切入點，講述與振動力學相關知識點的力學原理，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維。關于理論知識的學習，除了課堂講解，還配有對應的網上MOOC教學資源輔助學生學習。（4）研討課。培養(yǎng)方案中將課堂定位為研討課，因此課程設置中研討課是以小組合作和全英文會議論壇的教學形式展開的。每個小組由2～4名學生組成，每組可以按教師指定或自行選擇的與振動力學相關的主題在課后進行調研分析，然后在課堂研討時間用英文進行15分鐘的匯報展示，對所選主題涉及的最新科研進展進行介紹，匯報結束后，臺下其他學生和教師可以進行提問和討論。這樣可以最大限度地激發(fā)學生的學習興趣，同時也讓學生及時了解最新科技發(fā)展和科研進展的科學手段，達到理論聯(lián)系實際的效果，讓學生更深入地理解本課程的學習意義和應用潛力。（5）考查方式。本課程的總成績由平時成績和考試成績組成。平時成績包括作業(yè)、課堂互動和研討匯報成績；考試為期末2小時開卷考試，允許學生攜帶規(guī)定的紙張進入考場。試題均為全英文作答。筆者進一步總結了近幾年來“振動力學”課程中文授課模式和全英文授課模式，得到以下實踐體會：（1）全英文教學的理論授課內容要低于中文教學。這主要是源于以下原因：首先是培養(yǎng)方案中對本課程的學時做了調整，且一些學時為課程研討。其次，對于我校該專業(yè)的多數(shù)學生而言，全英文學習的思維能力和語言流暢程度還達不到像中文交流和理解的熟練程度，這使得在教學過程中需要花一些課時對必需的英文詞匯、語句和段落做相應的講解，以保證學生能跟上進度，不至于因為全英文教學的語言困難而放棄學習。（2）課堂互動的重要性。筆者在授課過程中觀察到多數(shù)學生對課程都有較高的學習興趣，但是在用英文互動環(huán)節(jié)，有些學生由于不自信或心理焦慮，變得不愿意回答。此時應該采用一些方法鼓勵學生，傳遞一些積極的信息，讓學生打破對英文的恐懼，大膽地進入課堂互動中。（3）授課過程中板書應用的重要性。課程雖然是以多媒體教學為主，但是筆者在講授一些知識點的重點和難點時，會借助英文板書對知識進行深化，以此達到更好的教學效果。（4）課程研討對本課程的學習有非常積極的意義。教學過程中充分鼓勵學生和教師、學生和學生之間進行互動，研討課題不再局限于理論知識的掌握和教材中的例題，更多是工程中的振動問題，比如學生對振動篩感興趣，他們就會在課下去收集有關這個課題的研究現(xiàn)狀，然后到課上進行匯報討論，這不僅促進學生思想碰撞，甚至可以引發(fā)學生對其中的一些觀點進行質疑等。以這樣的教學方式，筆者能感受到學生不僅充滿探索知識的熱情，同時也開闊了思維，真正了解了本課程的學習意義，達到了教學目標。五、“振動力學”全英文課程思政在課程全英文授課的同時，我們認真挖掘各種場景可滲透的思政元素，通過課堂教學、案例分析、研討匯報等多種方式將這些元素融入“振動力學”教學中，以下為部分思政元素體現(xiàn)。在緒論部分，首先強調了全英語學習本課程的目的，即提升英文專業(yè)能力，開闊國際視野，了解國外的先進科學技術，在此基礎上進行自我創(chuàng)新，實現(xiàn)科技自立自強。通過介紹振動力學史上的重要人物如畢達哥拉斯、亞里士多德、伽利略、胡克和牛頓等及其重要貢獻，幫助學生認識到振動力學的文明史、思想史、科學史和技術史，引導學生了解歷史文化；通過介紹中國歷史上與振動力學相關的重要科學家如張衡，激發(fā)學生的榮譽感和家國情懷。在介紹單自由度系統(tǒng)時，通過引入美國塔科馬海峽懸索大橋因微風發(fā)生共振最終坍塌的事例，培養(yǎng)學生的安全意識；通過分析精密制造設備如精密機床、坐標測量儀等由于振動引起的各種工程質量后果，培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和邏輯思維，以解決精密設備的振動危害。在介紹動力吸振器/阻尼器的知識點時，引入上海中心大廈“上海慧眼”阻尼器的案例：它采用的“電渦流技術”以往用于磁懸浮等工程，這項技術系世界上首次用于風阻尼器，是中國人首創(chuàng)，而阻尼器的形狀靈感來源于《山海經》中的“燭龍之眼”。以此幫助學生理解吸振的力學原理，激發(fā)學生的創(chuàng)新精神、民族自豪感和科技自信。在講解連續(xù)系統(tǒng)的振動問題時，通過介紹中國“神五”到“神七”載人航天工程中火箭飛行階段中航天員的飛行感受，引出火箭作為一個連續(xù)系統(tǒng)可能出現(xiàn)的振動問題。“神五”飛行中，火箭拋掉逃逸塔之后近10秒的時間里產生的強烈振動使航天員非常難受，在“神六”設計中特別關注了這一振動問題，采用新的計算方法以后大大減小了振動。到“神七”階段，進一步結合遙測數(shù)據(jù)并采用能量蓄壓器抑制振動，徹底解決了該問題。通過這一案例，可以促使學生理論聯(lián)系實際，善于從實際中發(fā)現(xiàn)問題并利用所學知識解決問題，同時也通過這一航天振動問題，使學生進一步領悟到精益求精的科學精神?！罢駝恿W”課程的整個教學過程，貫穿了如何避免振動造成的危害，以及如何科學利用振動原理進行創(chuàng)新和制造。一方面，通過課堂研討的形式引導學生對振動問題的兩面性進行討論，進一步領悟其中的哲學思想。比如，有學生以19世紀法國一座102米長的大橋因官兵用整齊步伐過橋產生共振使其突然斷裂為例，說明了共振的危害；另一方面，有學生以粉碎機、測振儀、電振泵、核磁共振等利用共振原理制成的機械設備，闡述了共振給人們帶來的福音。通過這樣的探討，可以使學生從