輪機工程專業《機械振動噪聲學》課程實踐教學初探

柳貢民,李帥軍

摘要：實踐教學作為課程教學體系中的重要環節，對實現培養應用型本科人才的目標起著重要的作用。本著培養學生創新思維、團隊合作精神與解決實際工程問題能力的教學理念，哈爾濱工程大學輪機工程專業《機械振動噪聲學》課程教學組構建了按組考核、全面衡量、分層教學的教學體系。實踐證明，該體系有利于學生對專業內容的掌握，增強了實驗與理論教學的聯系，更加強化了實踐教學在能力與素質培養中的突出作用。

關鍵詞：專業課程；實踐教學；教學模式；綜合素質

中圖分類號：G642.3 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2012）01-0105-02

哈爾濱工程大學輪機工程專業側重于船舶輪機工程設計、研究、制造、修理、使用和管理方面的高級工程技術人才的培養。船舶輪機設備不是動力機械設備就是負載設備，是船舶產生振動噪聲的主要根源。輪機工程專業的學生作為未來船舶輪機系統的設計者或使用者、管理者，掌握一定程度的振動噪聲知識是必要的。因此，我校輪機工程專業設置了《機械振動噪聲學》這一課程。該課程主要介紹振動的基本理論和聲學的基本知識，以及兩者在實踐中的應用實例。在《機械振動噪聲學》課程教學中，實踐教學是其重要組成之一，是檢驗學生理論和實踐相結合能力的最佳途徑。因此，課題組在實踐教學方面，對實驗教學內容、實驗教學模式、實驗創新及實驗考核等方面進行了全面的探索。本文主要就本課程在實踐教學方面的一些做法進行了總結，并可供國內同行參考。

一、實踐教學目的

我們在總學時為48個學時的《機械振動噪聲學》課程中安排了6個學時的實踐教學課程，使學生可以在實驗基地進行綜合性、創新型和研究型的實驗。其目的在于使學生進一步加深理解振動噪聲的產生與傳播原理，掌握振動噪聲控制的基本技能，充分調動學生的學習興趣，拓展學生的視野，鍛煉學生發現問題、分析問題和解決問題的能力，培養創造性思維及動手能力。

二、實踐教學條件

實踐教學內容根據測試內容的不同分別在室外現場和哈爾濱工程大學輪機工程專業實驗室進行。通過不斷建設，現有的實驗環境已經基本保障了實踐教學的順利進行。

1.振動力學測試設備。輪機工程專業實驗室的主要設備為振動力學實驗臺、振動力學實驗儀、壓電式加速度傳感器、壓電式力阻抗傳感器、電渦流傳感器、沖擊力錘、梁、磁性表座及連接線、安裝工具等配套設備。該系統可以完成頻率響應、阻尼系數、固有頻率、模態參數等實驗測量。振動力學實驗系統可參見右側表1。

2.聲學環境測試設備。實驗室配備的聲學測量儀器是便攜式聲級測試儀。

便攜式聲級測試儀性能穩定，使用簡單，攜帶方便，具有A及C頻率計權特性。可以用于環境噪聲、機器噪聲、車輛噪聲、電機噪聲等測量，也可用于建筑聲學、電聲等測量。

實驗室所配備的聲級計主要性能接近以往對精密聲級計所規定的要求，符合國際電工委員會（IEC）651號聲級計標準中對作為一般用途的Ⅱ型聲級計的要求，也符合GB3785標準的要求。

三、實踐教學內容

本教學由演示實驗、現場實驗和科技創新實驗三部分組成。

1.演示實驗。演示實驗將配合理論教學，用于演示各種振動噪聲產生及傳播原理，并可根據所選內容播放相應的動畫及錄像。

2.現場實驗。現場實驗包括噪聲和振動測試兩部分。噪聲測試部分以校園環境為研究對象，振動測試部分主要在輪機工程專業實驗室進行，包括基本實驗和自主實驗兩類。實驗室現可做的基本實驗包括：自由振動法測量單自由度系統的參數；測量雙自由度系統自由衰減曲線；用沖擊激勵法測量單（雙）自由度系統的頻率響應；用穩態激擾法測量單（雙）自由度的頻率響應；動力吸振試驗；用共振法測量簡支（或固支、懸臂、一端簡支一端固支）梁結構阻尼系數；用正弦掃頻法測量簡支梁結構的頻率響應；用沖擊激勵法測量簡支（或一端簡支一端固支、復合梁）梁或中心固定薄板模態參數；用穩態激擾法測量固支（或懸臂）梁結構的幅頻響應曲線；用速度共振法測量固支（或懸臂、一端簡支一端固支）梁固有頻率；測量懸索系統固有頻率并觀察主振型。

3.科技創新實驗。科技創新實驗是一個學生與老師的交流平臺。學生可以將自己設計的實驗提交給專門負責實驗的老師，經評估后，進入實驗室，利用振動力學測試設備進行實驗，這樣一來，學生可以在創新實驗開拓自己的思路、展示自己的創意、踐行自己的想法，從而激發學生的參與熱情，培養學生的動手能力及科技創新精神。

四、實踐教學特色

1.設置實驗助教。每年通過公平競爭、擇優錄用的方式，從動力與能源工程學院一年級的碩士研究生中選拔出兩位振動噪聲學理論基礎扎實、實驗動手能力強的研究生作為助教。研究生一方面承擔學生作業的批改工作，另一方面參與學生的實驗指導工作。學生也可以隨時與助教老師就實驗方面的問題進行溝通、學習。由于助教與學生年齡差距不大，對學習該課程又有親身體會，所以與學生溝通交流更加方便，使得助教指導實驗教學效果十分突出。

2.按組考核，提高團隊合作意識。實踐課程采取分組考核的形式，這一考核方式能夠培養學生團隊協作的精神和組織分工的能力。實驗前，老師提出測試要求，學生們充分討論并選擇本組將要進行的實驗方案，老師巡查并解答學生提出的問題，適時進行引導。在各組均已充分討論的基礎上，老師及時歸納具有共性的問題，提煉出針對具體實驗方案的關鍵問題所在，并組織實施對各實驗方案的論證。后續的實驗結果分析延伸環節也采用分組討論的形式進行，并形成最終的實驗報告。鼓勵同學與教師共同對其它小組的實驗總結進行提問質疑，通過深入討論強化對有關知識的掌握。

3.學以致用，重視實驗方案的設計。實驗方案的設計是培養學生實踐能力的重要途徑。學生對實驗環節的主動性和興趣很大程度上取決于學生對實驗參與的深入程度，因此在實驗方案的設計階段就鼓勵學生獨立、自主地思考。本課程要求學生除了“校園環境的噪聲分布測量及分析”實驗外，還應在輪機工程專業實驗室至少選作2個振動實驗。要求學生自己編寫實驗設計方案，所編寫的實驗方案依上所述，需經過小組討論，在指導老師對其實驗設計方案審核通過之后該組學生才可以進行下一步的實驗。

4.實驗操作，注重學生動手能力。大學課程，特別是專業課程，最困難的并不是對理論的學習，而是實踐能力的積累。這種將自己所學的理論知識應用到工作或科學研究中的能力，對于一名大學生來說，是很重要的。實驗是培養學生實踐動手能力的重要途徑，所以要求學生自主完成全部實驗過程，老師僅負責對其中關鍵環節的確認。對于較快較好完成實驗過程的學生可以予以加分鼓勵。

5.實驗報告，強調結果引申分析。實驗結果延伸分析是培養學生科研能力的重要步驟之一，是鞏固課堂理論教學成果的環節，也是啟發其創新思維的有效途徑。與實驗方案的設計相對應，本課程設置的實驗結果延伸分析環節主要包括：所選噪聲測量環境噪聲分布及其成因與對策分析；單雙自由度系統特性分析；用穩態激擾法、正弦掃頻法和沖擊激勵法測量單（兩）自由度系統的頻率響應對比分析；動力吸振的原理及分析，如何應用動力吸振器解決實際的振動問題；用共振法測量梁結構阻尼系數、固有頻率的實驗原理；梁的固定方式對結構阻尼系數、模態參數的影響等。

6.分層教學，鼓勵綜合型創新性實驗。為了最大程度地激發學生的潛能，培養創新能力和科學探索精神，對于學有余力的學生，本課程提供綜合性創新型實驗條件。鼓勵學生自主設計實驗，提交老師審查通過后，直接進入“輪機工程專業實驗室”開展創新性實驗。另外，教學隊伍結合教師自身科研，及時將學科前沿、工程研究中遇到的典型問題通過課堂教學與課外實踐的方式傳達給學生，并利用課余時間帶領學生參與教師的科研工作，培養學生嚴謹的科學態度、實際動手能力和獨立思考的能力。

五、實踐教學總結

通過不斷的探索與努力，目前《機械振動噪聲學》實踐教學體系日漸完善成熟，課題組編寫了《振動力學實驗系統實驗指導書》和《校園聲環境質量現狀測量與分析實驗大綱》。現在部分學生通過《機械振動噪聲學》理論學習及實踐教學的鍛煉，依托輪機工程專業實驗室，在課程之余，積極申報學校實驗室的開放基金和學術基金。其中，趙寧波同學的“水管路寬頻消聲器的設計與研究”科研創新成果，在“五四杯”科技競賽中榮獲二等獎。自開設“機械振動噪聲學”課程以來，在選擇繼續深造讀研的學生中，共有60余名優秀畢業生選擇了輪機工程專業的船舶動力裝置振動噪聲與控制方向。通過本科期間振動噪聲理論的學習及實踐環節的鍛煉，使他們擁有了順利開展研究生課題所應具備的任職能力。實踐證明，本著重視培養學生解決實際工程問題能力、創新思維與團隊合作精神的教學理念而改革的實踐教學更符合大學生的培養要求。通過該環節的訓練，既進一步加深了學生對振動噪聲基本規律的理解和認識，又拓展了學生的視野。通過創造性地進行一些綜合性的實驗，有力地促進了學生創新性思維的培養、提高了學生的科研與工程實踐能力。

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作者簡介：柳貢民（1962-），男，黑龍江哈爾濱市人，博士，教授，研究方向為船舶動力裝置振動噪聲與控制。