“船體振動學”課程實踐教學改革的探討

摘要：在卓越工程師計劃的背景下，實踐教學環節顯得尤為重要。根據“船體振動學”課程的特點，注重工程實踐素質的培養，優化教學內容，并從加強師生互動、學生的動手能力、學校與企業相結合等方面對教學方法和教學手段進行改革，提出的相應改革措施都有助于調動學生的積極性，增強學生的動手能力，培養學生的創新意識，有利于學生綜合素質的提高。

關鍵詞：實踐教學；船體振動；教學內容；教學方法

作者簡介：張婧（1983-），女，江蘇泗陽人，江蘇科技大學船舶與海洋工程學院，講師；施興華（1981-），男，江蘇啟東人，江蘇科技大學船舶與海洋工程學院，講師。（江蘇 鎮江 212003）

基金項目：本文系江蘇科技大學船舶與海洋工程學院高等教育教學改革研究項目的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2012）22-0108-02

教育部聯合多個部門啟動了“卓越工程師教育培養計劃”，目的是培養、造就一批創新能力強，適應經濟、社會發展需要的各類工程技術人才，提升我國工程教育的國際競爭力。[1]目前已列入中國高等教育中長期發展規劃。按照“卓越工程師培養計劃”的基本要求，應著重加強培養大學生工程實踐創新能力及加快實踐教學環節的改革。

實踐是工程教育培養的關鍵環節，我國現行的工程類專業人才培養模式“科學化”的趨勢越來越凸現，重理論、輕實踐，重課堂、輕課外，重灌輸、輕自學，忽略了工程的系統性及其實踐特征，不利于現代工程人才的培養。當前大部分的畢業生不能迅速適應工作環境，無法將書本上的知識與實際工作有機結合，缺乏解決問題的能力。因此，必須加強工科本科生的實踐教學環節。

“船體振動學”課程作為一門重要的船舶與海洋工程的專業課。[2]由于課程設置的內容廣泛、難度較大，本科生學習過程中覺得較為抽象復雜，并且該門課程在各院校開展的時間不長，教學經驗和教學參考資料缺乏。目前在教學方面存在很多弊端，特別是在實踐教學方面力度不夠大，仍然是重理論、輕實驗的教學模式，這就不能全面啟發學生的思維，忽視了學生在學習上的積極性，不能激勵學生的創新精神。因此，必須對“船體振動學”的實踐教學進行改革。

一、“船體振動學”課程的特點

早在十九世紀后期，船體振動問題就開始引起人們的注意。近年來，隨著航運事業的發展，主機功率和轉速的提高，船舶噸位加大，肥大船型的出現，船體振動問題日益突出。由于造船技術的進步，船體結構減輕，相應地結構剛度也減小，這更易激起較大的船體振動。近二十年來，在我國亦有不少海洋和江河船舶發生過較嚴重的振動問題。船體振動問題日益引起造船部門的關注和國內外眾多學者和專家的興趣。因此，船體振動學將成為現代船舶專業大學生不可或缺的專業知識，“船體振動學”課程與其他課程相比，具有理論難、工程實踐性強等特點。

1.工程實踐性強

“船體振動學”課程的目的是讓學生掌握船體振動的基本理論，船體振動的原因、船體振動的測試與振動衡準、船體防振與減振措施。“船體振動學”課程的開設建立在學生能較好地掌握“船體結構”、“船體結構強度”、“船舶結構力學”等基礎課程的基礎上，指導學生進入應用階段，課程具有很強的工程實踐性。

2.課程教學內容多，難度大

該課程首先講授單自由度系統、多自由度系統和彈性體振動的基本理論及其計算方法，這些屬于專業基礎范疇。在此基礎上，講解船體結構振動特性和計算、船體振動的原因、船體振動測試與振動衡準、船體防振與減振措施，屬于專業課內容。該門課程既有理論深度，又有工程應用實例，內容廣泛，涉及的相關知識多。它不僅涉及到材料力學、結構力學、船體結構、船體結構強度等知識，還將針對船舶局部及整體結構拓展學生對于結構動力學方面的學習，對于本科生而言，“船體振動學”課程不容易學好；對于教師來說，“船體振動學”是一門教學難度較大的課程。

3.課程學時少

對于船舶與海洋工程專業的學生，掌握船體振動的基本理論以及如何進行隔振減振是非常必要的。但教學學時較少，一般在32學時左右。目前該課程存在著教學內容多而難，但教學時間少的矛盾，這樣導致教師只好選擇性的講述部分內容，這必定影響到學生的學習效果，很難達到培養現代卓越工程師類型人才的目的。

二、優化教學內容，注重工程實踐素質的培養

“船體振動學”作為一門重要的專業課程，其改革與建設必須符合卓越工程師計劃的專業培養目標，即社會應用型人才。精心選擇優化教學內容，合理安排教學課時，疏通及理順與已學基礎、專業課程的關系。

1.課堂教學內容的改革

在有限的32學時內，“船體振動學”課程需講授的主要內容有：單自由度系統的振動、多自由度系統的振動、具有分布參數系統的振動、船體總振動、船舶局部振動、船舶振動原因、防振和減振方法。前三個部分是振動的基本原理，公式相當多，推導過程比較復雜，具有一定的難度，而且比較抽象。但這幾部分之間又是有一定聯系的，將單自由度的基本原理進行推廣，另外兩部分學習起來也就比較容易。因此，可以將前三章的內容連貫起來講，縮減講授內容，只對問題點進行講解，要求學生課后自學并在實驗課上對自學內容進行驗證。這樣不但節省了理論學時，還可以培養學生的自學能力，增加學生學習的成就感，提高學習的自主性和積極性。后面的幾部分是專門針對船舶與海洋結構物的振動進行講授，并增加相關船舶的噪聲及其控制的內容。在新技術、新成果上，每章后面增加新技術或實際應用案例，在上課時穿插一些實際的工程項目，拓展學生的思維和知識面。

2.工程實例分析

船體振動與工程實際密切相關。為了培養學生對振動學的興趣，我們在緒論中介紹振動在船舶、土木、交通、建筑、機械、航空航天、地震等中的應用，以一系列的工程實例來激發學生對振動學的興趣。在講授振動的基本概念、基本原理和基本方法的過程中，應善于結合工程實例來分析、強化學生的工程概念。

教學與科研相結合，將相關的科研實踐引入到船體振動的課堂上，引起學生學習的興趣。工程實例除了來源于自己的科研實踐之外，還應時時刻刻關注國內國際發生的重大事故，注重積累關于船體振動引起事故的分析等。盡量了解與振動相關的其他學科的知識，而且是多多益善。多讀一些本學科的經典著作，注重積累，增加內涵，不斷提高教師自身的知識儲備。

3.學生自主型實驗教學

專業實驗課主要培養學生專業基本技能，將理論知識應用到實際操作中，培養學生的動手能力和主動思考解決工程問題的能力。在教學內容的設計上，既要注意與課程教學體系的改革內容相對應，又要考慮實驗課教學內容的相對獨立性。

“船體振動學”課程的工程應用性較強，因此實驗應該是課程的重要組成部分。為此，我們應在學習理論知識的基礎上，開展以學生自主進行的、探索性的振動實驗教學活動。例如：單自由度系統的固有頻率測量、有阻尼自由振動、直梁的強迫振動、船模的總體振動等。實踐教學環節重點培養學生的自學能力、分析問題和解決問題的能力。

4.軟件仿真實驗教學

軟件仿真實驗能夠將書本上抽象的數學公式及概念直觀的呈現出來，目前江蘇科技大學船舶與海洋工程學院擁有齊全的大型通用有限元軟件如ANSYS/LS-DYNA、ABAQUS、MSC.NASTRAN等，能夠模擬各種簡單和復雜的工程實際情況。比如對于船體結構的振動，可以建立一部分艙段結構，通過有限元計算可以得到結構的總體和局部振動，得到結構的響應，即應力和位移等，并可以以動畫的方式呈現出來，將抽象的公式轉化為生動的錄像片。對于船體振動相關的理論知識，用數值仿真的方法不但與理論有相互呼應的效果，而且還可以作為課堂教學的一部分，使問題淺顯易懂，加深學生對理論知識的理解和消化，開拓了學生的視野和知識面。

三、教學方法及教學手段的實踐改革

1.加強師生互動

“船體振動學”課程是一門理論和實踐并重的課程。為了激發學生的學習興趣，調動學生學習的積極性和主動性，在教學過程中可采用提問式、討論式、師生角色互換等教學方法，誘導、鼓勵學生進行思考和討論，加強教師與學生的互動，這樣可拉近教師和學生之間的距離。不僅讓學生掌握了知識，還促使學生養成了自學的習慣。

對于重要的知識點，需要通過習題的方式讓學生加深對知識點的理解，安排適當的時間給學生進行講解，并與學生進行討論，學生從被動接受到主動思考，習題課可有效提高學生對理論知識的理解，激發了學生的學習興趣；對于重點章節，要求學生對本章節中的重點部分進行總結歸納，制作PPT向其他同學講授，并將此項內容作為考核的一部分，學生要做到比較順暢地講解，提取所學內容的重點部分，必須課上認真聽講，課后認真復習回顧，這無形之中調動了學生聽課的積極性。而且，既可以幫助學生加深對知識點的記憶，又鍛煉了學生的語言表達和歸納總結的能力。學生講解完之后，教師將針對學生的講解內容進行點評，針對學生講解的不足之處，對一些問題進行重新解釋和補充。形成師生互動的課堂教學氣氛。

2.加強學生的動手能力

對于“船舶振動學”課程中的實驗教學，要加強學生動手能力的訓練。對于一些驗證性的實驗（如單自由度體系的固有頻率等），學生可以按課本上的理論結合試驗的內容進行分析計算，然后用實驗的結果以及數值仿真的結果驗證理論分析的結果，這樣既可以讓學生把課堂中所學的知識在實驗室消化和吸收，又培養了學生的動手能力。在實驗過程當中一旦發現了這些問題，教師應該給予及時的引導，通過師生共同討論的形式引導學生自己總結出正確的結論，并組織學生在課后一起討論實驗過程中出現的問題，總結實驗的成功經驗及失敗教訓，通過這樣的方式可以有效地培養學生的主觀能動性，另外，也可提高學生的學習積極性。

對于一些自主型實驗，2、3個學生為一組，讓學生自己設計整個過程，引導學生制作實驗試件、查閱資料、觀察和發現問題，鼓勵學生嘗試自主解決問題，開闊學生的思路，培養學生的動手、創新能力；鼓勵學生在實驗的過程中發現問題、解決問題；鼓勵學生自己分析查找實驗失敗的原因，從失敗中吸取教訓，不斷總結提高。使學生自己動手，人人操作，獨立完成實驗任務。引導學生記錄研究過程以及正確運用相關規范或標準進行實驗數據處理和分析，并在實驗的過程中得出一些有意義的結論，指導學生進行討論和交流，并撰寫科技論文或申報相關的專利。這樣，學生不但可以找到自信，同時學生的能力也能得到全面的提高。

通過實驗，一方面可以有效的幫助學生發揮他們豐富的想象力和創造力，另一方面可以培養學生對于抽象化問題的思維想象能力以及自主的分析問題和解決問題的能力。[3]在實驗操作的過程中可以有效的培養學生的團隊合作意識和獨立自主的精神。

3.傳統教學模式與多媒體教學相結合

多媒體教學改變了傳統的教學方式，其中融入多種教學軟件，聲、圖、文并茂，重點、難點彩色標識，激發了學生的學習興趣，減少了教師板書的時間，因此可以有更多時間詳細的講解重點和難點內容。對于比較枯燥、抽象、難以理解的內容，可以借助多媒體教學，例如在講單自由度系統阻尼振動時，可以運用多媒體動畫模擬該過程，使整個振動過程形象化。

本課程實踐性強，內容上靈活。因此，可以采用多媒體現代化教學手段，改善教學效果。多媒體教學可以從文字、圖像、聲音等方面對學生的聽覺和視覺產生多樣化的刺激和誘導，能夠生動形象的描述所要闡述的知識點，從而調動學生的學習積極性，使課堂教學生動活潑。

但需要指出的是，雖然多媒體教學有效的改善了教學效果，但也不能完全依賴于多媒體。應采用傳統教師的主導與多媒體輔助手段相結合的方式，比如單自由度系統固有頻率以及振動模態公式的推導采用黑板板書的教學方式相較于多媒體而言學生更容易掌握相關知識，這樣可以更好地調動學生的積極性，使教學效果明顯提高。

4.學校與企業合作，促進實踐教學改革

目前，本專業的學生是在大二、大四固定的時間進入造船廠進行認知實習和生產實習。學校可以積極與企業交流，把企業生產過程中遇到的問題（如輪機基座的振動問題等）帶入課堂中，秉承互惠互利的合作原則，為實踐性教學打開一定的通道。我們可以把教學地點安排在企業，在理論學習的同時，請企業內的優秀人才集中時間對學生進行課程的培訓，并使得學生參與到企業生產活動中去，這樣，學生既加深了對理論知識的理解，又可以使學生提前了解以后的工作狀況；同時，學院也可以選派一些教師為企業進行技術服務和專業技能培訓，比如對企業進行一些專業軟件知識的培訓等。

5.課外科技活動

將課外科技活動、電子制作大賽以及本科生創新計劃等納入到教學活動中來，課內外學習相互結合，課堂教學與實踐教學相融合，使學生視野開闊、能力增強。如可以開展一些特殊船型設計大賽、環保船設計、船體減振設計大賽等，學生們在教師的指導下，進行了理論的提升，可發表一些相關的論文，還可以使創新轉化為專利。這樣，學生在課外科技活動中，實踐能力得到了加強，創新能力也得到了明顯提高。

四、結語

在卓越工程師計劃背景下，“船體振動學”課程是一門知識面廣、學習難度大的專業必修課，具有實踐性強，教學內容多等特點。結合課程目前的現狀和存在的問題，以加強學生的綜合分析能力和實踐創新能力為目的，對“船體振動學”課程在理論和教學實踐過程中的教學進行初步探討，這些都可有效的調動學生的學習興趣和學習的積極性，提高教學質量，取得良好的教學成效。實踐教學環節的設計，不但能夠加深學生對理論知識的理解，還可以培養學生的實際操作技能，鍛煉學生分析和解決問題的能力，提高學生的綜合素質。

參考文獻：

[1]張文生，宋克茹.“回歸工程”教育理念下實施“卓越工程師教育培養計劃”的思考[J].西北工業大學學報(社會科學版)，2011，31(3):77-79.

[2]金咸定.船體振動學[M].上海:上海交通大學出版社，1988.

[3]周志紅，黃躍平，李兆霞.厚基礎，重實踐，強能力——基礎力學課程教學的創新與實踐[J].東南大學學報(哲學社會科學版)，2011，13(6):249-251.

（責任編輯：孫晴）