《機(jī)械振動》課程分類教學(xué)方式改革與探索

吳錦武　丁相玉

摘要：課程教學(xué)方式的改革是人才培養(yǎng)環(huán)節(jié)的關(guān)鍵一環(huán)。以本科生為主體，碩士研究生為輔，針對傳統(tǒng)課程教學(xué)方式普遍存在授課內(nèi)容統(tǒng)一、作業(yè)布置內(nèi)容和形式單一、學(xué)生積極性有待提高的現(xiàn)象，基于《機(jī)械振動》課程特點(diǎn)進(jìn)行了初步的課程教學(xué)方式改革，主要思路是摸清學(xué)生基礎(chǔ)，分類教學(xué)、分類培養(yǎng)，從教學(xué)方式、教學(xué)內(nèi)容及考核等進(jìn)行改革和創(chuàng)新，同時要求碩士研究生積極參與本科生課程教學(xué)改革。課程改革的目的是提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，盡量做到人盡其才，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：分類教學(xué)；教學(xué)改革；創(chuàng)新能力

中圖分類號：G640 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）28-0134-03

大學(xué)的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)工程離不開本科生教育教學(xué)的改革，培養(yǎng)大學(xué)生的科研與創(chuàng)新能力是本科教育的根本目的之一[1]。為了更好的響應(yīng)當(dāng)前國家和社會發(fā)展的需要，我院針對航空宇航科學(xué)與技術(shù)相關(guān)的專業(yè)課程進(jìn)行了改革。筆者結(jié)合自身教授的《機(jī)械振動》課程談?wù)劚究粕n程改革的思路和心得。

一、航空類專業(yè)學(xué)科的特殊性及課程教學(xué)方式改革的必要性

有些工科院校的機(jī)械專業(yè)開設(shè)了《機(jī)械振動》課程，相應(yīng)也開展了課程的教學(xué)改革和創(chuàng)新[2-6]。《機(jī)械振動》是我院飛行器動力工程專業(yè)和飛行器設(shè)計工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，一般在大學(xué)第5學(xué)期授課。該課程主要解決航空工程應(yīng)用中結(jié)構(gòu)振動基礎(chǔ)理論知識以及相應(yīng)隔振減振的問題?，F(xiàn)階段該課程以理論講授為主，實(shí)驗(yàn)為輔。但在近十年的教學(xué)過程中，有些學(xué)生成績并不理想，課堂授課活躍度不高。分析原因如下：首先，《機(jī)械振動》課程理論性較強(qiáng)，要求學(xué)生具有較強(qiáng)的高等數(shù)學(xué)和力學(xué)課程基礎(chǔ)[2，3]，而部分學(xué)生由于數(shù)學(xué)和力學(xué)基礎(chǔ)不牢固，對該課程學(xué)習(xí)效果不理想。其次，部分學(xué)生畢業(yè)后的選擇志向不同，對課程學(xué)習(xí)的主動性、積極性也存在差異，因此任課教師在講授《機(jī)械振動》課程時，為進(jìn)一步提高本科生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，需要對課程內(nèi)容設(shè)置和授課方式等方面進(jìn)行改革和探索。另外，隨著我院航空類學(xué)科研究生招生規(guī)模日益擴(kuò)大，但碩士研究生新生入校時的本科專業(yè)并非航空類專業(yè)。新進(jìn)碩士研究生多數(shù)專業(yè)基礎(chǔ)知識并不牢固，甚至很多在本科時期并未接觸《機(jī)械振動》、《動力機(jī)械測試技術(shù)》等課程，這也為其研究生階段的教學(xué)與科研增加了額外的負(fù)擔(dān)[4]，因此為了提高碩士研究生從事科研創(chuàng)新能力，亦需要對課程內(nèi)容、教學(xué)方法以及考核體系進(jìn)行創(chuàng)新改革。

二、轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，改革教學(xué)模式，創(chuàng)建教學(xué)新體系

基于課程的特點(diǎn)以及學(xué)生的基礎(chǔ)不同，課程改革從授課內(nèi)容、教學(xué)授課方式及考核形式上進(jìn)行了改革和創(chuàng)新，主要思路如圖1所示。

首先根據(jù)學(xué)生基礎(chǔ)不同進(jìn)行分類教學(xué)?！稒C(jī)械振動》等課程理論性較強(qiáng)，要求學(xué)生具有一定數(shù)學(xué)、力學(xué)等課程基礎(chǔ)。不同基礎(chǔ)的學(xué)生，最終學(xué)習(xí)成績及學(xué)習(xí)效果不一致，因此在課程內(nèi)容設(shè)置方面，根據(jù)學(xué)生的情況進(jìn)行分類教學(xué)。針對學(xué)生具有不同的數(shù)學(xué)和力學(xué)基礎(chǔ)以及碩士研究生即將開展的課題內(nèi)容，把本科生大致分成兩類：一類是基礎(chǔ)知識比較牢固，畢業(yè)后想繼續(xù)深造的學(xué)生；另一類是基礎(chǔ)一般的學(xué)生。對不同基礎(chǔ)的本科生，布置不同類型和不同程度的作業(yè)，同時要求課后答疑和互動的時間有所不同。對于研究生則把其分成另兩類：一類是本科是航空類專業(yè)畢業(yè)的研究生；另一類是跨專業(yè)入學(xué)的碩士研究生。這兩類研究生具備的專業(yè)基礎(chǔ)知識不同，對國內(nèi)外前沿知識掌握程度有深有淺，因此在專業(yè)課程布置任務(wù)時，分類進(jìn)行布置。其次，盡量在課程開始或中期就確定研究生畢業(yè)論文方向和內(nèi)容框架，以便加強(qiáng)對研究生專業(yè)課程教學(xué)和學(xué)習(xí)的針對性。從教學(xué)方式上提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，轉(zhuǎn)變目前以教師、課堂和教材為中心的課程教學(xué)模式，建立以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的課程教學(xué)模式。通過授課教師的引導(dǎo)，布置不同內(nèi)容、不同形式的作業(yè)和習(xí)題等，促使學(xué)生進(jìn)圖書館自己查資料和尋找問題、解決問題，學(xué)生通過獨(dú)立思考，對教學(xué)問題進(jìn)行思考、探索、求解、延伸和發(fā)展。問題驅(qū)動和案例教學(xué)相結(jié)合的方式對培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習(xí)、分析和解決問題的能力以及獨(dú)立思考能力和邏輯思維能力非常有效，并取得了良好的教學(xué)效果。另外，布置不同類型的作業(yè)來提高學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作能力。在作業(yè)布置方面：布置大作業(yè)形式，學(xué)生組成一個小團(tuán)隊，共同解決一個實(shí)際相關(guān)的問題。團(tuán)隊進(jìn)行討論、交流、分工合作等形式有利于團(tuán)隊協(xié)作能力和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，從而培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和創(chuàng)新能力。以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為核心，使學(xué)生能充分利用網(wǎng)絡(luò)、課堂教學(xué)的各種教學(xué)資源，采用多種學(xué)習(xí)途徑和手段進(jìn)行學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)質(zhì)量和效率，培養(yǎng)學(xué)習(xí)能力。再次，從師資配置和水平上保證課程內(nèi)容的新穎性和創(chuàng)新性，提高授課教師以時俱進(jìn)和創(chuàng)新能力，不斷充實(shí)提高自身的科研教學(xué)能力，以教學(xué)促進(jìn)科研，使科研服務(wù)于教學(xué)。如《機(jī)械振動》課程的授課教師團(tuán)隊，每位團(tuán)隊教師都承擔(dān)了與振動相關(guān)的國家級基金項目和多項企業(yè)的技術(shù)攻關(guān)課程，保證了授課教師結(jié)合自身實(shí)際項目進(jìn)行授課，從而在課程改革中不斷完善和提高自身的教學(xué)水平。最后，從考核形式和模式上進(jìn)行創(chuàng)新和嘗試，考核的目的主要是促使學(xué)生主動去學(xué)習(xí)、去思考，使得考核形式和內(nèi)容多樣化。

三、更新教學(xué)內(nèi)容，著重提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能動性和創(chuàng)新性

首先，更新課程授課內(nèi)容，依托課題組人員現(xiàn)有課題項目和豐富的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，在授課內(nèi)容上添加最新的科研成果內(nèi)容，目的是使課程內(nèi)容盡可能理論聯(lián)系實(shí)際，使學(xué)生從比較枯燥的理論內(nèi)容過渡到實(shí)際工程應(yīng)用，從而提高學(xué)習(xí)的積極性以及拓展專業(yè)的知識面，為創(chuàng)新能力培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。授課團(tuán)隊要求：科研成果的研究性教學(xué)內(nèi)容占總教學(xué)內(nèi)容的40%以上。例如在講述振動梁的固有頻率時，以飛機(jī)旋翼作為實(shí)例進(jìn)行講述；在講授兩維板結(jié)構(gòu)振動時，結(jié)合現(xiàn)航空應(yīng)用廣泛的碳纖維復(fù)合材料板進(jìn)行舉例分析。其次，利用碩士研究生即將或正在從事的有關(guān)實(shí)際課題知識，建立課程內(nèi)容的網(wǎng)上習(xí)題庫和試題庫。圍繞航空專業(yè)大方向，在授課內(nèi)容是添加國內(nèi)外最新研究現(xiàn)狀以及教師所在課題組研究總結(jié)，同時要求碩士研究生在各自開題前收集與課題相關(guān)的內(nèi)容的實(shí)際案列，從而組成相關(guān)課程的習(xí)題庫。此舉既可為《振動基礎(chǔ)》等課程提供豐富的習(xí)題庫和例題庫，又可鍛煉碩士研究生的學(xué)習(xí)歸納、總結(jié)能力，同時也可為碩士研究生中期開題做好準(zhǔn)備。讓本科生參與碩士研究生項目，從實(shí)際課題項目中發(fā)現(xiàn)理解振動相關(guān)理論，從而培養(yǎng)本科生和研究生對工程實(shí)際振動問題或現(xiàn)象的研究思考，從而提出新的見解，獲得創(chuàng)造性成果[5]。最后，充分利用計算機(jī)仿真技術(shù)，豐富課堂教學(xué)內(nèi)容。針對力學(xué)和數(shù)學(xué)基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生，對抽象的數(shù)學(xué)理論及物理模型理解有一定的困難，但是通過直觀的圖片卻較容易使學(xué)生理解波形、振型等抽象概念，例如課程中借助Matlab編程計算軟件對多自由度振動系統(tǒng)、連續(xù)體結(jié)構(gòu)的振動固有頻率和振型進(jìn)行編程和分析。通過一定的技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)抽象理論及物理模型的可視化、圖像化對于教學(xué)大有裨益，同時也有利于提高學(xué)生的計算機(jī)軟件應(yīng)用能力，這也是新型教學(xué)內(nèi)容改革的方向之一。

四、創(chuàng)建新的課程考核體系，著重提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和能動性

課程考核分為平時成績、期中大作業(yè)及期末考核成績?nèi)糠诌M(jìn)行，三者比重分別占40%、30%和30%。平時成績主要從作業(yè)完成的情況來考核，有些學(xué)生作業(yè)完成情況不太理想，沒有達(dá)到對所學(xué)內(nèi)容復(fù)習(xí)的目的，也無法判斷和掌握每個學(xué)生對知識的理解程度。為了更好的從作業(yè)完成情況上掌握學(xué)生對所學(xué)知識的理解程度，需要從考核方法和評估標(biāo)準(zhǔn)上進(jìn)行創(chuàng)新。本課程針對已學(xué)的每堂課程內(nèi)容，首先要求學(xué)生自行查找與所學(xué)內(nèi)容一致的作業(yè)題目并加以完成，目的是測試學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容的掌握程度，鍛煉學(xué)生查找資料的能力，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性。其次，在網(wǎng)上教學(xué)環(huán)節(jié)中的每個學(xué)生的網(wǎng)上作業(yè)也不一致。作業(yè)的不同，特別是網(wǎng)上習(xí)題庫的作業(yè)來源于實(shí)際工程應(yīng)用，有效地杜絕了學(xué)生相互抄襲作業(yè)的現(xiàn)象，以此給定學(xué)生的平時成績就比較合理。期中大作業(yè)是采用分組形式來完成的，主要是偏向?qū)嵺`性內(nèi)容。針對每一章節(jié)學(xué)完的內(nèi)容，布置若干個結(jié)合實(shí)際科研成果的大作業(yè)，學(xué)生分組來完成。大作業(yè)以課堂內(nèi)容為基礎(chǔ)，結(jié)合航空實(shí)際結(jié)構(gòu)，利用計算機(jī)、試驗(yàn)設(shè)備等手段進(jìn)行分析，目的是提高學(xué)生實(shí)踐動手能力和創(chuàng)新能力。期末考核內(nèi)容也多樣化?？紤]分類教學(xué)的存在，期末考核模式和內(nèi)容相應(yīng)采取多樣化，如采取隨機(jī)抽取網(wǎng)上試題庫組成期末考試內(nèi)容，在試卷內(nèi)容上進(jìn)行改革創(chuàng)新，提供少量題目形式、層次不同、難易不同的題目供學(xué)生選擇進(jìn)行測試。

總之，經(jīng)過近5年的課程改革和探索，首先課程學(xué)習(xí)的本科生總體成績每年都有所提高，及格率從75%提高到95%左右，而且杜絕了總成績非常低的現(xiàn)象；其次本科生畢業(yè)設(shè)計綜合能力得到了進(jìn)一步的提高，考研率保持在40%左右；最后碩士研究生進(jìn)入科研項目比較順利，最終的科研業(yè)績比較突出。

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