機械振動與模態分析課程體系改革與探索

摘要：機械振動與模態分析課程是機械工程領域內研究生的一門重要課程。本文在對桂林電子科技大學現行的“機械振動與模態分析”課程情況與學生知識結構分析的基礎上，確定了該課程的教學目標、教學內容，并從教學手段、教學方法、考核模式等幾方面提出了教學改革措施，為完善“機械振動與模態分析”課程的教學效果、提升研究生工程素質提供了參考依據。

關鍵詞：課程體系；機械振動與模態分析；教學改革

中圖分類號：G642.3文獻標識碼：A文章編號：1002-4107（2012）01-0031-02

“機械振動與模態分析”課程是桂林電子科技大學機械工程領域內研究生的一門重要課程， 它綜合應用了高等數學、工程力學、矩陣理論、信號分析、計算機技術等學科知識， 與工程實際問題有著密切的聯系， 是一門理論性強、應用范圍廣的課程[1-2]。該課程要求學生既要掌握基本的振動理論， 又要掌握這些基本理論在工程實際中的具體應用。

從2009專業碩士學位研究生招收以來，不同類型的研究生對課程體系要求不同，由于不斷擴招以及學校所處位置關系，導致研究生生源質量有所下降。此外，隨著本科生培養方案的不斷修改，一些專業基礎課學時不斷減少，有些原本在本科生中講解的課程內容需要在研究生的相應課程中進行適當補充，造成一些在讀研之前就應該具備的知識點和內容成了難點，增加了教師的工作量，降低了授課效率。機械工程領域碩士研究生課程機械振動與模態分析課程只有32學時，課時數較少，雖然研究生在入學時需要考高等數學，但是多數學生都是為了考研而作準備，對Fourier變換、微分方程的求解等數學問題掌握得不好，對一些數學問題求解和概念不是很熟悉。另外，有些學生本科階段所學的工程力學課程學時數偏少，在機械振動這門課中要用到的相關知識點掌握不牢固，甚至有的學校根本就沒有講解相關部分內容，因此，在研一給學生開課時，研究生對該門課程的學習普遍感覺難度較大，對內容掌握只局限于基礎理論，談不上工程實際應用。

近年來，根據實際教學過程以及學生在做具體研究項目時遇到的問題，桂林電子科技大學圍繞如何把學生培養成為能力和創新兼備的復合型人才， 從課程內容體系、教學手段和教學方法等方面進行了改革。

一、教學目標和教學內容改革

“機械振動與模態分析”課程是桂林電子科技大學機電工程學院研究生的必修課程，目標是使學生掌握機械振動的基本理論和基本研究方法，了解機械振動的應用狀況和應用前景，并能應用振動理論知識研究和解決工程中的各種振動問題，為研究生進入相應課題的研究作好理論準備。

根據學院研究生生源的來源，考慮各專業的不同，在制定教學大綱時，主要的授課內容包括：相關的數學知識、單自由度系統的自由振動和強迫振動、多自由度系統的自由振動和強迫振動、彈性體的振動、振動控制技術等。主要研究振動理論及應用，包括系統的自振頻率、振型、結構動力響應等的求解方法；系統振動規律的分析方法、實際工程振動測試、振動控制中的應用等問題。由于該門課程涉及較多數學課程，因此，在授課時除了要考慮本課程的特點外，還要特別加強學生數學應用能力、編程能力以及求解微分（偏微分）方程能力的培養。在內容組織上，注意從簡單的單自由度系統的分析過渡到多自由度系統的分析。矩陣特征值問題是分析工程問題的一個重要方法，因此，在彈性體振動分析以及多自由度分析中，注意將矩陣理論的求解應用到振動分析中。在講解彈性體的振動分析問題時，注意將材料力學和理論力學相關的基礎知識引入到課程當中，讓學生從熟悉的內容轉入到陌生的課程中，利用已有知識解決彈性體振動問題，作好本課程與先修課程的銜接工作。針對不同類型的問題進行振動分析與求解，為解決工程實際問題提供研究方法和研究手段。

二、教學方法和教學手段的改革

根據近幾年機械振動與模態分析課程內容和體系的改革，要切實落實好課程內容、教學方法和教學手段的改革成為一個至關重要的問題。

傳統的板書授課的教學方式，是以教為主，研究生階段如果還繼續采用這種教學方法，不但不能教會學生學習方法、總結能力和研究方法，而且還讓學生失去學的主動地位。研究生階段教學的目的是為了培養學生學習和解決問題的能力，而不是為教學而教學。在本課程的教學過程中，為更好地解決這一問題，在采用板書加電教的傳統授課方法的基礎上，增加了任務驅動教學法，主要措施有：一是讓學生在已學過的課程內容基礎上，以學生導師研究方向為例，查閱相關機械振動方面的應用以及前沿動態，以制作PPT匯報自主學習成果、教師進行點評的形式來考查學生學習能力及對課程內容的掌握情況，通過這種形式達到提高學生語言表達能力、學習總結能力等目的；二是教師提供國外參考文獻，讓學生通過翻譯和閱讀文獻，掌握國外在該領域的研究動態、專業術語的英文表達方式以及專業英文論文的寫作方法，通過這種形式培養學生自學能力、撰寫論文能力和掌握研究領域動態變化的能力；三是讓學生自選和機械振動有關的實例題目，利用課程所學到的知識，對具體工程實例進行振動分析。在解決具體振動問題時，學生會主動查閱與專業相關的學習資料，會對所欠缺的基礎知識進行補充和學習，會用到研究生所學的數值分析等課程內容。求解微分方程需要編程來完成，這就需要學生獨立學習和應用編程軟件，增強學生的自學能力、查閱文獻能力、相互學習能力以及研究能力和方法。通過大作業形式可以充分發揮學生的個體優勢，培養學生分析問題、解決問題的能力以及創新能力。總之，在教學過程中要打破原有單一的授課和聽課模式，使學生的學習變被動為主動，避免出現學生因所學專業不同、基礎不同和有些知識點掌握不牢固等而造成的被動應付的局面，從而更好地培養學生獨立解決問題的素質，為今后的研究工作和解決工程實際問題打下良好基礎。

傳統的授課方式是一種不可替代的教學方式，教學方法為教學目的服務，教學手段為教學方法服務。在講授“機械振動與模態分析”課程中，我們沒有指定教材，只有參考教材。在授課過程中，主要采取多媒體教學，為讓學生對振動產生的過程及危害有深刻認識，通過播放具體實例的視頻加深學生的感性認識。通過圖片讓學生認識到振動就在生活中，對振動產生深刻認識并讓學生產生解決振動問題的意愿。

通過數學軟件MATLAB的強大功能，對一些振動過程進行模擬仿真，讓學生從定量與定性的角度去了解振動過程中各參數對彈簧振子的振幅、頻率、速度等的影響規律。在學生對振動有一個較為清晰的概念之后，再講解振動的概述和解決振動問題的方法與手段。為提高學生解決工程問題的意識，直接選擇一些振動方面的項目，如：有些教師的研究方向是解決汽車車身振動問題，在授課過程中將導師的研究成果拿到課堂，講解解決車身振動問題的思路、方法及已取得的效果，講解減振措施等，使學生對解決具體工程問題有一個認識過程和解決問題的思路。這樣既可有效地學習本課程的內容，又可以讓學生了解一些實際的工程問題，與以后的工程實踐接軌。總之，在教學過程中所選擇的教學實例和采用的教學手段，應讓學生能夠從感性到理性、從定性到定量、從書本理論到工程實際等不同層面循序漸進地學習。

三、考核模式改革

傳統的考試模式使考生的知識結構、思維結構都被限定在一個既定的模式中，考試本身從內容到形式都對考生的思維有著嚴格的限制，從而導致考場上的成功者往往只善于考試而沒有創造性思維，鼓勵了只會應試的考試人才，學生則變成了考試的奴隸[3]。研究生階段的學習與考核和本科生有較大區別。經過幾年的實踐，我們對“機械振動與模態分析”課程的考核方式進行了改革。在本課程考核中，主要以平時的PPT匯報、英文翻譯、以工程項目為例解決具體問題的大作業、編程完成的振動微分方程的求解等作為平時成績，并加大其所占比例。課程結業考試以寫作論文的形式來代替，并降低其所占比例，選擇以論文寫作模式替代閉卷或者開卷考試模式，主要是方便學生可以自主選擇自己感興趣的課題（也可以選擇教師提供的課題），充分發揮他們的主動性，培養學生深入解決問題的能力。

課程教學體系的改革是一個綜合性的系統工程。一門課程的改革，不僅要考慮本課程擁有的特點，而且要考慮本課程與該專業系列課程中其他課程之間在內容上的銜接和分工[4]。機械振動課程體系的改革，涉及教學內容、教學手段、教學方法和學生考核模式等問題，以學生知識結構為主體，在提高教師教學藝術性的同時，盡最大可能發揮學生的自主學習積極性，側重培養學生的工程素質和解決實際問題的能力。在實踐中，這只是邁向改革的第一步， 還要進一步深入做大量工作，才能使機械振動課程的教學上一個新的臺階。

參考文獻：

[1]王彪.機械振動課程教學改革實踐[J].華東冶金學院學

報：社會科學版，2000，（2）.

[2]崔志琴，景銀萍.機械振動學課程教學改革初探[J].中

北大學學報：社會科學版，2005，（4）.

[3]梁時偉等.改革考試制度，建立高校考試新模式[J].成

都理工大學學報：社會科學版，2005，（2）.

[4]魏德強等.機械工程材料課程教學改革的探討[J].湘潭

師范學院學報：自然科學版，2007，(4).