隨機(jī)振動(dòng)研究生課程建設(shè)的探索與實(shí)踐

周凌+王仲剛+陳進(jìn)+等

摘要：課程建設(shè)是提高高等教育和人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要舉措。針對(duì)隨機(jī)振動(dòng)課程特點(diǎn)和教學(xué)現(xiàn)狀，立足研究生創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力的培養(yǎng)，結(jié)合重慶市研究生教育優(yōu)質(zhì)課程建設(shè)的探索與實(shí)踐，從整合教學(xué)資源、完善教學(xué)條件、創(chuàng)新教學(xué)方法和改革考核方式等方面，系統(tǒng)闡述和全面總結(jié)了隨機(jī)振動(dòng)研究生課程建設(shè)的具體思路和實(shí)際做法。

關(guān)鍵詞：隨機(jī)振動(dòng)；研究生教育；課程建設(shè)

中圖分類號(hào)：G643文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：10052909（2015）06005503隨機(jī)振動(dòng)是土木工程專業(yè)研究生的一門專業(yè)必修課程，教學(xué)目的是使研究生理解隨機(jī)振動(dòng)理論與工程應(yīng)用背景，學(xué)習(xí)典型隨機(jī)過程的分布及其特性，掌握時(shí)域相關(guān)函數(shù)、頻域功率譜密度和響應(yīng)譜分析方法及其在工程中的應(yīng)用，掌握線性系統(tǒng)頻域隨機(jī)振動(dòng)分析的基本理論和方法，熟悉非線性系統(tǒng)隨機(jī)振動(dòng)的特性和分析計(jì)算方法，了解結(jié)構(gòu)動(dòng)力可靠性分析的概念和方法。

由于隨機(jī)振動(dòng)課程涉及的概念和理論多，易忽視實(shí)際工程的應(yīng)用。課程理論體系深厚，要求研究生具備概率論、隨機(jī)過程和結(jié)構(gòu)振動(dòng)等基礎(chǔ)知識(shí)。課程實(shí)驗(yàn)過程控制復(fù)雜，設(shè)備操作難度大，對(duì)相關(guān)測試技術(shù)能力要求高。課程注重培養(yǎng)研究生從事科研和解決工程問題的能力，而常規(guī)考試或課程小論文等考核方式難以反映教學(xué)效果。因此，在長期的教學(xué)過程中存在不少弊端：教材教輔陳舊，算例缺乏新意；教師講授講解多，與研究生互動(dòng)少；理論知識(shí)灌輸多，實(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)少；課程考核方式單一，應(yīng)考現(xiàn)象明顯。這些現(xiàn)象嚴(yán)重制約了研究生創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

因此，筆者所在團(tuán)隊(duì)以重慶市研究生教育優(yōu)質(zhì)課程建設(shè)為契機(jī)，從整合教學(xué)資源、完善教學(xué)條件、創(chuàng)新教學(xué)方法和改革考核方式等方面對(duì)隨機(jī)振動(dòng)研究生課程進(jìn)行了探索和實(shí)踐，以推進(jìn)研究生教育教學(xué)的深化改革。

一、整合教學(xué)資源

教學(xué)資源是一切可利用于教育教學(xué)的物質(zhì)條件、自然條件、社會(huì)條件以及媒體條件等，充分利用和優(yōu)化配置教學(xué)資源對(duì)課程教學(xué)和實(shí)施起著重要作用[1]。針對(duì)隨機(jī)振動(dòng)研究生課程的教學(xué)特點(diǎn)和重難點(diǎn)，結(jié)合多年教學(xué)實(shí)踐和美國斯坦福大學(xué)的課程學(xué)習(xí)經(jīng)歷，整合優(yōu)化國內(nèi)外優(yōu)秀的教學(xué)資源，以更好地發(fā)揮各種教學(xué)資源的優(yōu)點(diǎn)，提高課程教學(xué)的效果。

（一）優(yōu)化教材教輔

教材是教學(xué)之本，是聯(lián)系師生教與學(xué)的紐帶，是課程建設(shè)的重要內(nèi)容。隨機(jī)振動(dòng)研究生課程教學(xué)主要使用《隨機(jī)振動(dòng)理論及其應(yīng)用》（余載道主編，同濟(jì)大學(xué)出版社），該教材對(duì)隨機(jī)振動(dòng)的基本概念、理論和公式有比較詳盡的描述和推導(dǎo)，但算例和實(shí)驗(yàn)較少，研究生在學(xué)習(xí)中易局限于各種公式的推導(dǎo)演化，缺乏對(duì)隨機(jī)振動(dòng)理論在工程應(yīng)用中的認(rèn)識(shí)和理解。因此，通過梳理隨機(jī)振動(dòng)相關(guān)的各種教參教輔，增設(shè)《隨機(jī)振動(dòng)實(shí)驗(yàn)技術(shù)》（戴詩亮主編，清華大學(xué)出版社）為補(bǔ)充教材，《隨機(jī)振動(dòng)理論及應(yīng)用新進(jìn)展》（李杰主編，同濟(jì)大學(xué)出版社）為輔助教材，補(bǔ)充單一教材在實(shí)驗(yàn)測試和工程應(yīng)用方面的不足，有助于研究生掌握隨機(jī)振動(dòng)的基本知識(shí)和分析方法，提升其運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際工程中隨機(jī)振動(dòng)問題的能力，使隨機(jī)振動(dòng)研究生課程教學(xué)內(nèi)容由抽象復(fù)雜變得形象具體。

高等建筑教育2015年第24卷第6期

周凌，等隨機(jī)振動(dòng)研究生課程建設(shè)的探索與實(shí)踐

（二）編撰中英文互動(dòng)教案

根據(jù)在美國斯坦福大學(xué)訪問學(xué)習(xí)期間，對(duì)Random Vibration、Structure Eynamics和Introduction to Sensing Networks for Civil and Environmental Engineering等課程的學(xué)習(xí)感受，學(xué)習(xí)借鑒國外研究生教育理念和教學(xué)方法，針對(duì)雙語課程教學(xué)的要求和特點(diǎn)，以《Random Vibrations： Analysis of Structural and Mechanical Systems》（Elsevier Butterworth-Heineman出版社）為藍(lán)本，編撰中英文對(duì)照互動(dòng)教案，適時(shí)開展中英文雙語教學(xué)，激發(fā)研究生的求知欲望，調(diào)動(dòng)研究生的思維活動(dòng)，提高研究生利用英語進(jìn)行專業(yè)文獻(xiàn)檢索和學(xué)術(shù)交流的能力，拓展研究生的專業(yè)視野，并緊跟最新前沿動(dòng)態(tài)[2]。

（三）建設(shè)課程資源共享平臺(tái)

課程資源網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)有利于拓展教學(xué)空間和開展研究型教學(xué)，對(duì)提高教學(xué)質(zhì)量具有重要意義。以學(xué)院土木工程學(xué)科網(wǎng)站和互聯(lián)網(wǎng)為依托，建設(shè)教學(xué)資源和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)外開放平臺(tái)，可為全市多所高校或多個(gè)學(xué)位點(diǎn)設(shè)置的同類課程提供資源共享，在開展網(wǎng)絡(luò)課堂、網(wǎng)絡(luò)答疑和網(wǎng)絡(luò)輔導(dǎo)的同時(shí)，提供多媒體課件、中英文教材與教輔、中英文對(duì)照互動(dòng)教案、專題研討文獻(xiàn)資料、課程實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、分析范例程序等資源，方便院內(nèi)外師生隨時(shí)瀏覽、下載、學(xué)習(xí)和交流。

二、完善教學(xué)條件

教學(xué)條件是保障教學(xué)任務(wù)順利實(shí)施的一切硬件和軟件設(shè)施，根據(jù)隨機(jī)振動(dòng)研究生課程中實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要，利用學(xué)院和學(xué)科辦學(xué)條件建設(shè)的契機(jī)，對(duì)課程教學(xué)條件進(jìn)行了補(bǔ)充完善，著重培養(yǎng)研究生的實(shí)驗(yàn)測試和分析能力。

（一）更新補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)設(shè)備

學(xué)院是軍隊(duì)院校2110工程一期、二期教學(xué)條件重點(diǎn)建設(shè)院校，土木工程學(xué)科是軍隊(duì)2110工程重點(diǎn)建設(shè)學(xué)科和總后勤部530工程重點(diǎn)建設(shè)學(xué)科，也是重慶市“十二五”重點(diǎn)建設(shè)學(xué)科，通過持續(xù)不斷地全面建設(shè)，學(xué)科教學(xué)條件得到顯著改善，實(shí)驗(yàn)室技術(shù)水平顯著提高。課程實(shí)驗(yàn)所依托的建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中心為我院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，擁有各類實(shí)驗(yàn)設(shè)備746余臺(tái)（套），大型精密儀器100多臺(tái)套，包括建筑結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、PLU-500 kN電液伺服結(jié)構(gòu)試驗(yàn)系統(tǒng)等大型儀器設(shè)備，根據(jù)研究生課程教學(xué)和學(xué)位論文研究的需要，受助于軍隊(duì)和地方重點(diǎn)學(xué)科條件建設(shè)，補(bǔ)充更新了振動(dòng)測試實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)、各類數(shù)據(jù)采集與振動(dòng)測試系統(tǒng)、高速攝像機(jī)、各類傳感器等，為課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)造了良好的條件，滿足了課程基本實(shí)驗(yàn)和研究生自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的需求。

（二）構(gòu)建動(dòng)力實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

由于隨機(jī)振動(dòng)研究生課程涉及結(jié)構(gòu)隨機(jī)振動(dòng)理論、測試和分析，該領(lǐng)域的理論難度大，測試方式靈活，可擴(kuò)展性強(qiáng)，研究生學(xué)習(xí)易停留在知識(shí)理解層面，缺乏操作和應(yīng)用能力鍛煉的平臺(tái)。構(gòu)建足尺懸臂鋼梁和輸電塔動(dòng)力相似縮尺模型動(dòng)力實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，一方面將信號(hào)源、作動(dòng)器、率放器、傳感器、數(shù)采儀等單一的振動(dòng)測試儀器設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，以發(fā)揮實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的倍增效益；另一方面使研究生熟悉常見振動(dòng)測試儀器設(shè)備的操作，能根據(jù)自主設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)任務(wù)進(jìn)行設(shè)備選型和匹配，掌握振動(dòng)數(shù)據(jù)的分析、判斷和評(píng)價(jià)。

三、創(chuàng)新教學(xué)方法

教學(xué)方法是師生為了實(shí)現(xiàn)共同的教學(xué)目標(biāo)，在教學(xué)過程中運(yùn)用的方式與手段的總稱，對(duì)完成教學(xué)任務(wù)和實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)具有重要意義[3]，因此，必須高度重視教學(xué)方法的創(chuàng)新，使之適應(yīng)課程發(fā)展要求和研究生的思維特點(diǎn)，取得最佳的教學(xué)效果。

（一）研討式教學(xué)

傳統(tǒng)教學(xué)模式以教師為中心，采用“填鴨式”“滿堂灌”的教學(xué)套路，與研究生間互動(dòng)較少甚至“零”互動(dòng)，忽視了研究生的主體認(rèn)知作用，不利于發(fā)揮研究生的主觀能動(dòng)性，不利于研究生創(chuàng)新思維和學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)，如何變“要我學(xué)”為“我要學(xué)”，是傳統(tǒng)教學(xué)方法面臨的重要難題。通過在教學(xué)過程中精心設(shè)計(jì)，增設(shè)2個(gè)研究專題“結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)分析”和“非平穩(wěn)多點(diǎn)地震動(dòng)模擬”，將研究生帶入一個(gè)預(yù)設(shè)的實(shí)際問題場景中，引導(dǎo)研究生帶著問題去學(xué)習(xí)和思考，把單純的課堂知識(shí)傳授轉(zhuǎn)變?yōu)榻處熍c研究生之間的互動(dòng)探討，培養(yǎng)研究生的主動(dòng)意識(shí)和創(chuàng)新意識(shí)，使研究生的學(xué)習(xí)積極性得到明顯提升。

（二）工程案例教學(xué)

隨機(jī)振動(dòng)理論在結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)分析、結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別和結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測等領(lǐng)域有較強(qiáng)的應(yīng)用，利用承擔(dān)的全軍后勤科研重點(diǎn)項(xiàng)目“重要軍事結(jié)構(gòu)安全性監(jiān)測研究”、重慶市自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于雙線性時(shí)頻分布的塔-線結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別方法”，重慶市基礎(chǔ)與前沿研究項(xiàng)目“基于時(shí)頻信號(hào)項(xiàng)的高壓輸電塔損傷識(shí)別方法研究”、國家電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目“特高壓輸電塔狀態(tài)監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)研究”和重慶市軌道交通總公司科技項(xiàng)目“軌道交通I號(hào)線大-石路爆破施工安全監(jiān)測”等10多項(xiàng)相關(guān)科研課題和20多項(xiàng)工程檢測，以及開展的大縮尺比高聳結(jié)構(gòu)大氣邊界層風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)和輸電塔模型損傷識(shí)別測試研究，將其凝練為“教學(xué)案例”進(jìn)行理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)，提升了研究生對(duì)課程學(xué)以致用的整體認(rèn)知能力。

（三）開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)

依托學(xué)院建筑結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)中心的實(shí)驗(yàn)室條件，開設(shè)常見振動(dòng)測試儀器使用和DHVTC系統(tǒng)隨機(jī)振動(dòng)實(shí)驗(yàn)2個(gè)基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，設(shè)置隨機(jī)激勵(lì)下懸臂鋼梁和輸電塔動(dòng)力相似縮尺模型模態(tài)參數(shù)測試的2個(gè)自主設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，并通過網(wǎng)絡(luò)共享平臺(tái)提供課程實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、分析程序范例和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書等資源，啟發(fā)引導(dǎo)研究生自主完成實(shí)驗(yàn)測試和分析，激發(fā)研究生運(yùn)用理論知識(shí)分析和解決實(shí)際問題的熱情，喚起研究生主動(dòng)探索研究的學(xué)習(xí)興趣，提升研究生課程學(xué)習(xí)的積極性。

四、改革考核方式

考核方式的改革是隨機(jī)振動(dòng)研究生課程建設(shè)的難點(diǎn)，以往單一的試題考試或提交課程小論文等“為考而考”的方式，不利于考核研究生對(duì)基本概念和知識(shí)點(diǎn)的理解，更不利于考核研究生靈活運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。因此，課程考核改革為三種方式：一是課堂專題報(bào)告考核，評(píng)判研究生對(duì)基本概念和知識(shí)點(diǎn)的理解深度，通過師生間的互相研討，啟發(fā)研究生的創(chuàng)新思維；二是自主設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)考核，通過實(shí)驗(yàn)操作情況和實(shí)驗(yàn)報(bào)告數(shù)據(jù)分析，考核研究生對(duì)單自由度和多自由度系統(tǒng)隨機(jī)振動(dòng)理論的靈活運(yùn)用，以及運(yùn)用相關(guān)儀器設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)測試的能力；三是案例考核，提供實(shí)際工程測試信號(hào)和大型試驗(yàn)數(shù)據(jù)，促進(jìn)研究生思索解決工程問題的技術(shù)途徑，考核研究生利用所學(xué)知識(shí)來分析解決實(shí)際工程問題的能力。這些考核方式，有效地激發(fā)了研究生的學(xué)習(xí)熱情，促進(jìn)了研究生自主學(xué)習(xí)的積極性，深化了研究生的理論功底和實(shí)踐能力。

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Postgraduate course construction of random vibration

ZHOU Ling， WANG Zhonggang， CHEN Jin， LI Yingtao， CHEN Huiguo

（Department of Civil Engineering， Logistical Engineering University， Chongqing 401311， P. R. China）

Abstract： Course construction is an important measure of improving higher education and personnel training. According to characteristics and current situation of random vibration， based on training of innovation consciousness and practice ability， combining with exploration and practice of high quality postgraduate course construction， the specific thought and practice of course construction were summarized comprehensively from aspects of integrating teaching resource， improving teaching condition， innovating teaching method and reforming assessment method.

Keywords： random vibration； postgraduate education； course construction