研究生機(jī)械振動(dòng)學(xué)課程教學(xué)模式改革

陳會(huì)濤++柴杉杉++楊志波

摘 要 針對(duì)河南理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院研究生機(jī)械振動(dòng)學(xué)課程教學(xué)時(shí)間短、內(nèi)容量大、學(xué)生到課率低等問題，結(jié)合教學(xué)實(shí)際，從教學(xué)模式創(chuàng)新、理論與工程實(shí)際相結(jié)合、軟件教學(xué)和科研結(jié)合等方面，對(duì)研究生機(jī)械振動(dòng)學(xué)課程教學(xué)模式改革進(jìn)行探討。通過學(xué)院教學(xué)實(shí)踐，研究生對(duì)機(jī)械振動(dòng)學(xué)課程的學(xué)習(xí)興趣顯著提升，教學(xué)改革取得良好效果。

關(guān)鍵詞 研究生；機(jī)械振動(dòng)學(xué)；教學(xué)模式改革

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2017）14-0107-02

Study on Teaching Mode Reform of Mechanical Vibration Course

to Postgraduate//CHEN Huitao， CHAI Shanshan， YANG Zhibo

Abstract Aiming at the problems of teaching-time is shorter， large capacity， low attendance rate for postgraduate Mechanical Vibration course in mechanics college of Henan Institute of Science & Techno-

logy， combining with teaching practice， from the teaching mode in-novation， combining theory with engineering practice， the software teaching and scientific research of graduate students TCM course teaching pattern reform and mechanical vibration were discussed. Through college teaching practice， the postgraduates learning interest

improves greatly， teaching reform acquires good results.

Key words graduate students； mechanical vibration； teaching mode reform

1 前言

機(jī)械振動(dòng)學(xué)課程作為河南理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院機(jī)械專業(yè)研究生的一門重要的專業(yè)必修課，它綜合了高等數(shù)學(xué)、理論力學(xué)、復(fù)變函數(shù)以及信號(hào)分析與處理等多門學(xué)科知識(shí)[1]，與工程實(shí)際問題有著緊密的聯(lián)系，為解決機(jī)械系統(tǒng)振動(dòng)和故障診斷問題提供了理論和方法基礎(chǔ)。該課程涉及工程實(shí)際問題的理論分析、數(shù)學(xué)建模、計(jì)算求解和數(shù)據(jù)分析等多學(xué)科綜合知識(shí)的運(yùn)用，是學(xué)生理論與工程實(shí)際相結(jié)合的具體體現(xiàn)。

2 目前研究生機(jī)械振動(dòng)學(xué)課程教學(xué)存在的問題

河南理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院研究生機(jī)械振動(dòng)學(xué)課程的理論教學(xué)共32學(xué)時(shí)，與其他課程相比，存在教學(xué)時(shí)間短、內(nèi)容量大、涉及知識(shí)點(diǎn)多、微分方程數(shù)學(xué)建模和求解困難等問題。在實(shí)際問題的數(shù)學(xué)建模、求解分析和頻譜分析過程中，對(duì)學(xué)生本科課程的先修課程基礎(chǔ)要求較高，而學(xué)院所錄取的研究生中，三本學(xué)生占了很大的比例，這些學(xué)生由于考研等原因，在本科階段比較重視英語、數(shù)學(xué)等相關(guān)考研課程的學(xué)習(xí)，忽略甚至放棄了其他專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，造成學(xué)習(xí)機(jī)械振動(dòng)學(xué)課程所需求的理論力學(xué)、材料力學(xué)和復(fù)變函數(shù)等先修課程的基礎(chǔ)薄弱。在學(xué)習(xí)機(jī)械振動(dòng)學(xué)的過程中，這部分學(xué)生往往會(huì)陷入復(fù)雜難懂的建模計(jì)算中，感到該課程枯燥難學(xué)，尤其是學(xué)習(xí)到多自由度系統(tǒng)自由振動(dòng)和系統(tǒng)隨機(jī)振動(dòng)時(shí)，隨著系統(tǒng)復(fù)雜程度的增加和多自由度系統(tǒng)導(dǎo)致的理論建模的困難，導(dǎo)致他們對(duì)學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容產(chǎn)生困惑和迷茫，逐漸喪失學(xué)習(xí)這門課程的信心和興趣。

3 研究生機(jī)械振動(dòng)學(xué)課程教學(xué)模式改革措施

如何對(duì)研究生機(jī)械振動(dòng)學(xué)這門課程進(jìn)行變革，增強(qiáng)這門枯燥、抽象課程的趣味性，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，培養(yǎng)他們的科研創(chuàng)新能力和理論聯(lián)系實(shí)際能力？文中從教師教學(xué)模式創(chuàng)新、理論與工程實(shí)際問題相結(jié)合、軟件教學(xué)和科研結(jié)合等方面，對(duì)研究生機(jī)械振動(dòng)學(xué)課程教學(xué)模式改革進(jìn)行探討，以期增加學(xué)生的出勤率，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，最大限度地提高課程的教學(xué)效率和質(zhì)量。

教師教學(xué)模式創(chuàng)新 課程教學(xué)是培養(yǎng)我國研究生自主學(xué)習(xí)和提高創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)之一，因此，對(duì)研究生所開課程進(jìn)行授課方式的變革和創(chuàng)新勢(shì)在必行。目前，河南理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院研究生機(jī)械振動(dòng)學(xué)這門課程教學(xué)方式的特點(diǎn)主要還是“本科化”[2]，即采用傳統(tǒng)的課堂講授與課下討論相結(jié)合的授課方式，統(tǒng)一使用多媒體課件進(jìn)行教學(xué)，授課模式較為單一，缺乏對(duì)研究生自主學(xué)習(xí)、研究能力和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。

針對(duì)上述問題，要進(jìn)行研究生機(jī)械振動(dòng)學(xué)課程的教學(xué)模式改革，主要應(yīng)該從以下幾個(gè)方面做起：

1）由傳統(tǒng)的以傳授知識(shí)為主的教學(xué)模式向以培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主創(chuàng)新為主的研究性教學(xué)模式轉(zhuǎn)變，教師在課程教學(xué)過程中要密切關(guān)注學(xué)生的研究方向，在授課過程中穿插他們感興趣的研究話題，與他們互動(dòng)，調(diào)動(dòng)研究生的學(xué)習(xí)積極性；

2）制作效果直觀的多媒體課件，利用實(shí)物圖片、實(shí)體模型、視頻教學(xué)等教學(xué)手段，提高課程的直觀性和生動(dòng)性；

3）增加任課教師的授課主動(dòng)權(quán)，鼓勵(lì)任課教師采用研討式、啟發(fā)式和互換師生角色等教學(xué)方式，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性；

4）鼓勵(lì)研究生自學(xué)自講，充分發(fā)揮研究生的自學(xué)能力，讓研究生自己學(xué)習(xí)、自己準(zhǔn)備課件，自己上講臺(tái)把學(xué)到的內(nèi)容給大家進(jìn)行講授，這樣不僅調(diào)動(dòng)了研究生學(xué)習(xí)的自主性和積極性，而且鍛煉了他們的語言表達(dá)和交流能力。endprint

理論與工程實(shí)際問題相結(jié)合 理論教學(xué)與工程實(shí)際問題相結(jié)合是機(jī)械振動(dòng)學(xué)課程教學(xué)的主要特點(diǎn)之一。機(jī)械振動(dòng)現(xiàn)象作為一種常見的振動(dòng)現(xiàn)象，存在于日常生活和工程實(shí)際中，它利害并存，是造成機(jī)械和設(shè)備破壞和失效的直接原因[3]。因此，任課教師在教學(xué)過程中，應(yīng)利用機(jī)械振動(dòng)課程與日常生活及工程實(shí)際緊密聯(lián)系的特點(diǎn)，使教學(xué)內(nèi)容與發(fā)生在身邊的振動(dòng)事例相結(jié)合，簡化振動(dòng)問題中抽象的物理概念，使學(xué)生更容易接受并掌握。比如：在講授共振的現(xiàn)象時(shí)，可以利用1940年美國塔柯姆大橋共振被毀的例子來解釋共振的危害；在講解單自由度和多自由度振動(dòng)問題時(shí)，可以利用凸輪頂桿的振動(dòng)問題和車輛的振動(dòng)現(xiàn)象來作為實(shí)際的例子。

任課教師在講授這些內(nèi)容時(shí)，不能簡單地把這些問題作為一些理論知識(shí)來講解，而應(yīng)與實(shí)際相聯(lián)系。如在講解車輛的振動(dòng)問題時(shí)，可以讓學(xué)生自己去想象一下車輛在行駛過程中的振動(dòng)情況，讓他們?nèi)ソ④囕v振動(dòng)時(shí)系統(tǒng)的單自由度振動(dòng)模型和多自由度振動(dòng)模型，然后讓他們自己把路面作為激勵(lì)源去建立和分析車輛受迫振動(dòng)模型，充分發(fā)揮他們的想象能力，調(diào)動(dòng)他們學(xué)習(xí)的自主性和創(chuàng)造性。

軟件教學(xué) 研究振動(dòng)問題一般是建立數(shù)學(xué)模型、列運(yùn)動(dòng)微分方程、變換求解，學(xué)生普遍覺得機(jī)械振動(dòng)學(xué)這門課程內(nèi)容枯燥，缺乏學(xué)習(xí)積極性。因此，在本門課程中可引入MATLAB和ADAMS計(jì)算機(jī)輔助分析軟件，把枯燥的理論學(xué)習(xí)與新穎的軟件學(xué)習(xí)和仿真相結(jié)合，讓學(xué)生自己動(dòng)手去分析和研究振動(dòng)現(xiàn)象，探索激勵(lì)與系統(tǒng)振動(dòng)規(guī)律的影響關(guān)系，使理論教學(xué)中難以理解的知識(shí)直觀、生動(dòng)地展現(xiàn)在學(xué)生面前，幫助學(xué)生理解各參數(shù)變量的物理意義，在開闊學(xué)生視野的同時(shí)，也可以激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。

如在講授單自由度系統(tǒng)振動(dòng)時(shí)，可以在MATLAB/Simulink

環(huán)境下建立車輛單自由度系統(tǒng)振動(dòng)仿真框圖，給學(xué)生講解各個(gè)模塊的含義以及建立系統(tǒng)仿真框圖的原理和步驟，闡述各模塊的參數(shù)設(shè)置及其意義，通過系統(tǒng)仿真來模擬機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)位移、速度和加速度等物理量隨時(shí)間的變化規(guī)律，讓學(xué)生自己從振動(dòng)曲線分析中來了解單自由度系統(tǒng)的振動(dòng)特性。同時(shí)，教師也可以通過添加阻尼和外部激勵(lì)來模擬阻尼振動(dòng)和受迫振動(dòng)，讓學(xué)生更好地理解車輛振動(dòng)的原因和減小振動(dòng)時(shí)可以采取的措施，從而驗(yàn)證理論教學(xué)的結(jié)果。

科研結(jié)合 實(shí)踐出真知，許多創(chuàng)造性的成果都來源于對(duì)日常生活中工程實(shí)際問題或現(xiàn)象的研究思考，從而提出新的見解，獲得創(chuàng)造性成果[4]。機(jī)械振動(dòng)學(xué)課程教學(xué)對(duì)于研究生來講，就是一個(gè)理論聯(lián)系實(shí)際的好途徑，通過機(jī)械振動(dòng)學(xué)課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)他們?cè)谌粘Ｉ钪邪l(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，使他們?cè)谡莆毡匾目茖W(xué)研究方法的同時(shí)，將從書本學(xué)到的知識(shí)和解決實(shí)際問題及科學(xué)的研究方法相結(jié)合，促進(jìn)他們科研、創(chuàng)新水平的提高。

比如在教授多自由度系統(tǒng)受迫振動(dòng)問題時(shí)，可以引入車輛行駛過程中的振動(dòng)現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生從單自由度系統(tǒng)、多自由度系統(tǒng)受不同激勵(lì)形式等多個(gè)方面去研究，培育他們獨(dú)立思考、快速概括和明確表達(dá)自己觀點(diǎn)的能力。在研究的過程中指導(dǎo)他們科研論文的撰寫，激發(fā)他們的創(chuàng)造性思維和學(xué)習(xí)積極性，從而使他們了解相關(guān)問題的學(xué)術(shù)前沿及有代表性的理論和觀點(diǎn)，在對(duì)這些理論和觀點(diǎn)的研究、評(píng)價(jià)和對(duì)前沿問題的思考中，培養(yǎng)他們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲袘B(tài)度，推動(dòng)學(xué)術(shù)的發(fā)展。

4 結(jié)論

本文結(jié)合河南理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院研究生機(jī)械振動(dòng)學(xué)課程抽象、枯燥、到課率低等現(xiàn)象，針對(duì)以往研究生教學(xué)過程中存在的問題，提出通過教師教學(xué)模式創(chuàng)新、理論與工程實(shí)際問題相結(jié)合、軟件教學(xué)和科研結(jié)合等方面的改革，增強(qiáng)研究生機(jī)械振動(dòng)學(xué)教學(xué)效果。通過在研究生實(shí)際教學(xué)中的應(yīng)用，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和科研水平得到一定的提高，取得較好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)

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