面向工程實際的機械系統動力學教學改革與實踐

郭曉強 柳軍 肖芳 王國榮

【摘要】機械系統動力學是各高校機械工程、力學、動力工程及工程熱物理等機械類專業碩士研究生的一門重要的學位課，不僅是本科生材料力學、理論力學等課程的延伸，還是博士研究生高等動力學、非線性動力學等課程的基礎，提高該門課程的教學質量是確保機械類研究生培養質量的關鍵課程之一。基于國內“雙一流”學科建設的要求，以培養創新性科研人才為目標，分析目前課程教學存在的不足，提出面向工程實際的教學改革方法，并以西南石油大學機電工程學院2019級和2020級研究生為實踐對象，開展教學改革方法的現場實踐，發現：通過本課程的教學改革，提高了研究生的整體成績，提升了研究生解決工程實際問題以及撰寫高水平學術論文的能力。

【關鍵詞】機械系統動力學? 研究生教育? 創新性科研人才? 教學改革方法

【Abstract】Mechanical system dynamics is an important degree course for postgraduates majoring in Mechanical Engineering， Mechanics， and Power Engineering and Engineering Thermophysics. It is not only the extension of undergraduate courses such as material mechanics and theoretical mechanics， but also the foundation of doctoral courses such as advanced dynamics and nonlinear dynamics. Improving the teaching quality of this course is one of the key courses to ensure the quality of mechanical postgraduate training. Based on the requirements of domestic “double first？鄄class” discipline construction and the goal of cultivating innovative scientific research talents， this study analyzes the shortcomings of the current curriculum teaching， and puts forward the teaching reform method oriented to engineering practice. Finally， the on？鄄site practice of teaching reform method taking the 2019 and 2020 graduate students of school of mechanical and electrical engineering of Southwest Petroleum University as the practice objects was carried out. It is found that， through the teaching reform of this course， the overall performance of graduate students is improved， and their ability to solve practical engineering problems and write high？鄄level academic papers is improved.

【Keywords】mechanical system dynamics; postgraduate education; innovative scientific research talents; teaching reform methods

【基金項目】2018年西南石油大學研究生教研教改項目（重點項目）：面向工程實際的《機械系統動力學》教學改革與實踐（18YJZD05）資助。

【中圖分類號】G642 ? 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2021）25-0120-02

國家正在大力加強“雙一流”學科建設，強調工程教育教學改革要適應未來產業發展，培養有創新創業、動態適應能力的交叉復合型人才。機械系統動力學是機械工程、力學等機械類專業碩士研究生的一門重要的專業基礎課，主要講授在機械系統動力學建模與分析等方面的基本理論與方法。提高該門課程的教學質量是確保機械工程等專業研究培養質量的關鍵課程之一[1]。2010年，教育部提倡實施“卓越工程師教育培養計劃”，強調以工程實際為導向，為了能夠實現高質量創新技術人才的培養，促進我國工程教育強國的轉變[2]。為此，學者提出了面向工程實際的本科生課程教學改革[3]，通過課程的改革，有助于提高本科生的學習興趣，促進了本科生課程教學的發展，取得了一些成效。而針對機械系統動力學這門課程的改革，一些學者重點在教學內容上進行改革[4-5]，優化了課時內容的安排，一定程度上豐富了學生的課時內容，提高了學生的學習興趣，但都主要停留于教學內容上，未在教學方法、培養人才等方面進行改革。為此，針對目前機械系統動力學課程教學存在的不足，開展機械系統動力學課程教學方法改革研究。

1.教學上存在的問題

機械系統動力學是機械工程等專業碩士研究生的一門專業選修課程。通過多年的教學工作，發現該課程存在以下問題：

（1）由于課程過于理論化，如果老師采用傳統的“填鴨式”教學方法，將導致學生感覺學習該門課程枯燥無味，難以理解教學內容的實際工程背景。

（2）學生的學習興趣不濃，學習目的性不強，所學知識無法與工程實際問題結合。

（3）課程教學評價方法過于單一，平時成績以點名次數、上課回答問題等為基準，考試成績以考試試卷成績或上交論文為評判依據，評價方法較為單一，難以全面反映學生對實際知識掌握及運用的能力。

2.教學改革方法及實踐效果

2.1教學內容改革

機械系統動力學是研究生的課程，共36個課時，有教學內容多，抽象性高，涉及面廣等特點，導致教學過程中無法實現面面俱到，老師需要在教學過程中，精簡出核心內容，突出能夠體現工程實際的重點內容、難點知識。同時在引出核心知識點時，可增加工程實際案例，并以其為“線索”，貫穿整個內容的講解，能夠有效增加學生的學習興趣，培養學生的工程意識。

2.2 教學方法改革

（1）提高課程教學效率，組織好課堂理論教學。①解讀教材、突出重點知識。機械系統動力學與基礎課程如理論力學、材料力學和數值分析等課程有一定聯系。為了能夠在有限的課時內，完成所需的理論教學和實踐教學內容，教師需全面解讀教材內容，提煉出重點知識，重點教學，對于所涉及到的基礎知識，需安排學生課后復習。②以工程案例為線索，貫穿重點知識的講解。教師根據提出的重點知識，準備相應的工程案例，在實際教學中，首先拋出工程實際案例，在講解工程案例的過程中，引入課時所需的重點知識點。③“本碩”交叉教學模式。采用交叉教學的方式，讓本科生的基礎課程和研究生專業課緊密結合，開拓本科生解決問題的思路，奠定研究生的力學基本功，實現“本碩”交叉教學模式。

（2）組織實踐教學。機械系統動力學課程的實踐教學環節主要包括企業參觀實習、機械系統動力學課程設計和課程設計答辯三個方面。①企業參觀實習。學生通過現場參觀實習，可以加深對結構振動的感性認識。②課程設計。老師把全班分成多個小組，老師制定機械系統動力學相關的實際工程問題，學生通過課后時間去解決各自的實際工程問題。③課程設計答辯。有了課程學習中理論環節和實踐環節的精心安排，學生的計算和應用能力得到了很好的培養和鍛煉，最后通過課程設計答辯可進一步提升學生的演講能力。

2.3 教學方式改革

①機械系統動力學課程之前的課堂教學模式以PPT教學為主，學生注意力不容易集中。在改革后的課堂教學模式中，將以教師講課為主，以板書為主要的課堂教學模式，對板書不能體現的內容，可通過PPT向學生展示。通過板書的知識點書寫和PPT的直觀認識相結合，加深學生對知識點的理解和掌握。②采用案例教學法。在大部分基本理論內容講授后，可針對工程中的實際相關問題，開展案例教學，以增加學生對工程實際問題的分析能力與解決能力。

2.4 成績評價方法及實踐效果

①最終成績評定方式。第一部分采用閉卷考試的形式，主要考查學生對基本理論知識的掌握情況，占總成績的40%;第二部分考核主要為過程考核，主要考核學生對知識的靈活應用和應用基礎知識解決具體問題的能力，占總成績的20%;第三部分考核為課外實踐考核，主要考核學生課后對實際工程問題的解決能力，占總成績的40%。

②實踐效果研究。通過改革方法的實施，已參加機械系統動力學課程學習的2018級碩士研究生共92人，其中優秀人數（90分以上）共3人、良好人數（80～90）36人、及格人數（60～80）49人、不及格人數4人。參加機械系統動力學課程學習的2019級碩士研究生共88人，其中優秀人數共4人、良好人數26人、及格人數57人、不及格人數1人，最終成績服從正態分布。

3.結論

（1）教學內容上，需以工程案例為載體，精簡教學中內容，突出重點、難點知識，并結合工程實例進行講解，增加學生的學習興趣，培養學生的工程意識。同時，適當補充教材中沒有的新知識和學科前沿動態信息，拓寬學生視野。

（2）教學方法上，采用兩步走的方式，第一，提高課程教學效率，組織好課堂理論教學：注重其他基礎課程之間的互通，必要時增加其他課程的交叉教學;每章節需增加工程案例，不能局限于書本作業，但不能放棄書本作業，需將工程案例的作業與書本課后作業交叉學習。第二，組織實踐教學：結合高校產學研平臺，重點到企業了解本課程相關的實際工程問題，甚至通過與企業的結合，找到解決動力學相關問題的方案，開拓研究生科研思維。

參考文獻：

[1]成建聯.適應新工科建設的機械系統動力學課程教改思考[J].教育教學論壇，2018（32）：158-159

[2]沈豫浙，王成軍，張瑞.機械專業卓越工程師校企聯合培養模式構建研究[J].技術與創新管理，2013，34（3）：269-271

[3]狄勇婧.面向實際工程應用的線性代數教學研究[J].教育教學論壇，2017（26）：163-164

[4]李剛，孫麗莎，閻軍，鄭勇剛，楊春秋.面向“一帶一路”的工程教育國際化新體系研究與實踐[J].力學與實踐，2020， 42（4）：470-474

[5]郭長文，徐睿.地方高等院校機械動力學課程教學改革初探[J].科技資訊，2015，13（24）：173-174.

作者簡介：

郭曉強（1991年-），男，江西吉安人，博士學位。現為西南石油大學機電工程學院講師，主講理論力學、機械系統動力學等課程。

柳軍（1980年-），男，廣西賀州人，博士學位。現為西南石油大學機電工程學院機械工程專業研究員、博士生導師，主講機械系統動力學、高等動力學等課程。

肖芳（1990年-），女，江西吉安人，學士學位。現為西南石油大學馬克思主義學院碩士研究生，兼職助教。