研究生《噪聲與振動控制技術》課程教學模式改革

毛崎波 李奕

摘要：針對南昌航空大學飛行器工程學院研究生課程《噪聲與振動控制技術》課堂教學效率不高、內容抽象、學生學習積極性有待提高等問題，通過新教材編寫、制定與工程實際發展相結合的教學內容、實踐與期終結合的課程考核方式等一系列措施，對該課程的教學內容、教學手段和考核方式進行改革和創新。通過教學實踐，研究生對該課程的學習興趣明顯提升，教學改革取得良好效果。

關鍵詞：研究生；《噪聲與振動控制技術》；教學模式改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：B 文章編號：1674-9324（2019）29-0148-02

一、前言

《噪聲與振動控制技術》課程是南昌航空大學飛行器工程學院研究生的一門重要的專業必修課，它綜合了機械振動基礎、聲學基礎、信號分析和現代控制理論等多門學科知識[1，2]，并且與航空領域中的實際工程問題有緊密聯系，為解決飛機整機和航空發動機振動問題提供基本的理論基礎。

二、目前研究生《噪聲與振動控制技術》課程教學存在的問題

盡管我院《噪聲與振動控制技術》課程有32學時的理論教學，但是該課程對學生本科期間的先修課程要求較高，特別是涉及機械振動理論、微分方程建模和求解、頻譜分析等[3]。但是近年來學院錄取的研究生中，三本學生和其他專業調劑生占了很大比例，調劑生中有不少學生在本科階段并未學習過機械振動或者聲學相關課程，而大部分三本學生為了考研，忽略了與考研無關的專業課程學習，造成學習本課程所需求的相關知識薄弱。同時學生水平參差不齊，導致在教學過程中出現兩個問題：（1）基礎薄弱的研究生在學習《噪聲與振動控制》的過程中，缺乏基礎知識，感到該課程非?？菰锍橄?，尤其在學習噪聲主動控制和平板結構的振動控制時，需要預先掌握連續系統振動、自適應控制、音頻聲學等內容，導致他們對學習這門課程產生迷茫和畏難情緒，不知“身處何處”，并逐漸失去了學習的興趣。（2）部分基礎較好的研究生反映，很多基礎性內容在本科階段已經學過，不需要再教，而這直接導致了相當一部分學生的到課率下降。

三、研究生《噪聲與振動控制》課程教學模式改革措施

針對筆者在對研究生《噪聲與振動控制》課程授課中的問題，我們提出對傳統的教學模式進行變革，提高這門課程的教學效率和學生的學習積極主動性，進一步培養他們的科研創新能力。主要教學改革措施包括以下幾個方面。

1.完成新教材編寫出版。在多年教學積累的基礎上，筆者以自己在2013年Springer出版社出版的專著《Control of noise and structural vibration：A MATLAB-based approach》為基礎[4]，自編《基于MATLAB的噪聲與振動控制》作為教材，該教材分為噪聲主動控制、結構振動主動控制、壓電式傳感器設計、反饋控制器設計四大部分，強調通過MATLAB軟件編程實現噪聲與振動分析和控制。該自編教材以概念、原理性噪聲振動知識為導向，強調分析和解決實際的噪聲與振動問題，并有針對性地選擇具體方法以培養學生的科學精神和創新欲望。并在附錄中推薦了簡明且合理的英文參考書籍、期刊和網站，考慮到授課學生的專業英語水平參差不齊，我們在教材中增加了有關噪聲與振動控制相關專業名詞的中英文對照說明，以便學生查閱相關英文文獻。同時在教材編寫中，我們突出該課程的航空特色，針對飛行器結構在隨機激勵下的結構振動問題進行專門闡述，為授課學生進一步從事該領域的研究工作提供堅實的基礎。

2.主題式的教學方法。針對我院授課研究生學術水平參差不齊、其他專業調劑生較多的特點，改革了傳統的“教師講，學生聽”的本科式授課模式，強調對研究生自主學習能力、文獻資料查閱能力、科研創新能力的培養，根據該課程特點，采用主題式教學方法，把主要講授內容分為“噪聲與振動背景知識”、“多自由度系統隔振”、“控制器設計”、“振動主動控制”和“噪聲主動控制”五個主題，根據主題內容安排不同的授課方式，例如對于第一個主題“噪聲與振動背景知識”，讓基礎較好的研究生準備課件，把本科期間學習的振動與聲學噪聲給其他同學進行講授，同時針對航空領域中存在的振動噪聲問題，讓學生根據自己的興趣進行分組選題，查閱文獻，搜集資料，制成幻燈片，進行交流討論。從而促進學生系統查閱文獻的能力、文字編輯能力和語言表達能力，加深學生對相關噪聲與振動知識的理解和把握。

對于第二個主題“多自由度系統隔振”，強調通過MATLAB軟件進行編程和仿真計算，同時結合航空領域專業特色，給定直升機槳葉隔振等題目，要求學生能夠自行建立振動模型，獨立編程計算。由于研究生基礎不同，所以提煉振動模型時會有不同的簡化手段，所得仿真結果也千差萬別，在對這些練習進行講評時，分析實際工程問題簡化對振動模型精確性的影響、所用隔振手段的工程應用可行性等，加強研究生解決實際問題的能力。

對于第三個主題“控制器設計”，以反饋控制為主線，講授模態控制和直接速度反饋控制這兩種噪聲與振動領域內代表性控制算法。要求學生能夠在MATLB/SIMULINK環境下實現這兩種算法，通過仿真計算，分析控制系統性能，這樣避免了控制器設計中復雜的數學公式推導，同時為授課研究生進一步學習和設計控制系統打下基礎。

而對于“振動主動控制”和“噪聲主動控制”這兩個主題，以講授航空航天領域的工程應用實例為主，并逐年融入本教學隊伍的最新科研成果的內容以及國內外振動領域的熱點問題，如飛行器壓電智能結構、自適應隔振、艙室內噪聲控制、抗干擾主動控制技術、智能旋翼等，從而激發同學們對該課程的興趣和思考。同時布置具有較強的專業性的課程大作業，通過分組方式由4—5名學生共同完成，這樣不但促進了研究生團隊的合作意識與能力，也激發了學生的學習積極性。

3.制定靈活的考核方式。為鼓勵研究生在平時課堂中的積極表現，促進其科研能力的培養，將該課程的考核成績制定為平時成績（50%）、大作業成績（50%）兩部分，取消了期末考試。在平時考核中，根據研究生參與課堂活動的表現，包括提交的作業和案例分析報告、在課堂上所做的案例分析演示、參與互動討論等表現，綜合小組評分與教師評分給出成績。在大作業考核中，不但考核大作業內容，還考核其格式，要求大作業以期刊論文的格式撰寫，包括題目、中英文摘要、前言、主要內容、結論和參考文獻。通過大作業，使研究生基本掌握了科技論文的撰寫方式，同時通過查閱參考文獻，了解噪聲與振動控制技術的最新進展，為學生在研究生階段的進一步科研工作打下堅實基礎。

四、結論

針對《噪聲與振動控制技術》課程在研究生教學中存在的問題，通過多年的教學實踐并結合我院研究生特點及專業背景，對該課程的教學模式進行改革，實際教學表明，學生學習的積極性與自主性得到加強，同時學生了解了噪聲與振動控制技術最新的發展現狀及其在航空領域的應用。通過大作業撰寫，鍛煉了學生文獻查閱、期刊論文撰寫、基于MATLAB的仿真計算等科研能力，取得了較好的教學效果。

參考文獻：

[1]段新豪，劉偉祥，曲鵬哲，等.研究生“機械振動及其應用”課程的教學實踐與改革[J].北華航天工業學院學報，2017，27（6）：26-28.

[2]韓維，柳文林.《機械振動》課程建設的探索與實踐[J].教育教學論壇，2016，（41）：59-60.

[3]路純紅，白鴻柏.提高《機械振動》課程教學效果的幾點思考[J].教育教學論壇，2012，（26）：15-17.

[4]Mao Q，Pietrzko S.Control of noise and structural Vibration：A MATLAB-based approach[M].Springer，2013.