本科“機(jī)械動力學(xué)”課程教學(xué)改革的探討

江小輝+汪中厚+孫首群+錢煒

摘要：“機(jī)械動力學(xué)”是我校機(jī)械類本科專業(yè)基礎(chǔ)課，為了順應(yīng)德國ASIIN評估專業(yè)的需求，同時培養(yǎng)具有歐洲工程師資質(zhì)的學(xué)生，亟需從該課程的傳統(tǒng)教學(xué)中開展改革。本文就教學(xué)及考核環(huán)節(jié)中的各項內(nèi)容結(jié)合實(shí)踐教學(xué)存在的問題展開討論，通過探索提高學(xué)生參與性課堂與實(shí)踐結(jié)合的教學(xué)方式，以及多方式考核體系，逐步轉(zhuǎn)變學(xué)生由被動學(xué)習(xí)到主動追求知識的局面，使得學(xué)生能夠積累更多實(shí)際應(yīng)用課題視野與經(jīng)驗，為畢業(yè)工作或深造更快適應(yīng)項目及課題要求奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：機(jī)械動力學(xué);教學(xué)改革;本科

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2016）07-0083-02

一、本科“機(jī)械動力學(xué)”課程教學(xué)改革的重要性

隨著國家科技創(chuàng)新的重要性愈加凸顯，尤其是解決一批重大科技難題及提高相關(guān)支撐產(chǎn)業(yè)核心競爭力的戰(zhàn)略需求，如何加強(qiáng)大學(xué)本科教學(xué)基礎(chǔ)課程的改革就顯得更加緊迫。而對于機(jī)械類產(chǎn)業(yè)中存在的涉及動力學(xué)的問題，比如渦輪發(fā)動機(jī)、汽車、大飛機(jī)等領(lǐng)域所牽涉的結(jié)構(gòu)、動態(tài)特性等優(yōu)化控制，亟需提升本科生對于“機(jī)械動力學(xué)”課程的理論學(xué)習(xí)。機(jī)械動力學(xué)是機(jī)械類學(xué)生的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，目前很多高校都在碩士研究生培養(yǎng)中將其列為開始課程，然而，隨著一部分本科生畢業(yè)后直接進(jìn)入企業(yè)工作，面臨的項目開發(fā)中亟需動力學(xué)知識，另一部分學(xué)生在研究生學(xué)習(xí)階段沒有一定動力學(xué)的基礎(chǔ)，導(dǎo)致課題的研究中缺乏解決動力學(xué)問題的理論背景。因此，“機(jī)械動力學(xué)”課程作為培養(yǎng)工程師的基礎(chǔ)課，應(yīng)該在本科階段就開始并被重視。在本學(xué)院申報及通過的德國ASIIN評估過程中，發(fā)現(xiàn)對于評估要求中課程開設(shè)就包括了對于本科“機(jī)械動力學(xué)”的要求，進(jìn)一步驗證了該課程對于培養(yǎng)卓越工程師，乃至世界其他地區(qū)國家認(rèn)可工程師的必要性和重要性。作為培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)今后從事科研工作的基本能力。本課程主要講授機(jī)械振動的基本理論、建模方法與分析計算方法。旨在培養(yǎng)學(xué)生分析、解決一般機(jī)械系統(tǒng)和工程結(jié)構(gòu)振動的能力。通過本課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握機(jī)械振動的基本理論，并能應(yīng)用基本理論分析和解決工程振動問題。

二、教學(xué)改革具體舉措

1.課程內(nèi)容針對化。機(jī)械動力學(xué)是機(jī)械原理的主要組成部分。它研究機(jī)械在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的受力、機(jī)械中各構(gòu)件的質(zhì)量與機(jī)械運(yùn)動之間的相互關(guān)系，是現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計的理論基礎(chǔ)。研究機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)過程中能量的平衡和分配關(guān)系。主要研究的是：在已知外力作用下，求解具有確定慣性參量的機(jī)械系統(tǒng)的真實(shí)運(yùn)動規(guī)律;分析機(jī)械運(yùn)動過程中各構(gòu)件之間的相互作用力;研究回轉(zhuǎn)構(gòu)件和機(jī)構(gòu)平衡的理論和方法;機(jī)械振動的分析;以及機(jī)構(gòu)的分析和綜合等。由于本科生選課時往往是不分具體專業(yè)，因此選課的學(xué)生專業(yè)包括機(jī)械設(shè)計制造及其自動化、車輛工程等，但是機(jī)械動力學(xué)在橫向依照研究對象的不同，形成了多個分支領(lǐng)域，如機(jī)構(gòu)動力學(xué)、機(jī)械傳動動力學(xué)、轉(zhuǎn)子動力學(xué)、機(jī)器人動力學(xué)、機(jī)床動力學(xué)和車輛動力學(xué)等。但這些分支所運(yùn)用的基礎(chǔ)理論都是一致的，如表1中所示，所以本課程改革中，課程內(nèi)容較為具體和針對一些相同的基礎(chǔ)理論。

經(jīng)過對于學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)效果及課后研討發(fā)現(xiàn)，在初始的教學(xué)內(nèi)容中發(fā)現(xiàn)學(xué)生對于主要知識點(diǎn)缺少習(xí)題的講解及理論應(yīng)用背景的了解，并安排案例專題在理論知識講解完成后，并僅安排三個學(xué)時。因此在后期的改革中增加及穿插習(xí)題講解及工程應(yīng)用案例的介紹等環(huán)節(jié)，具體如下頁表2所示，獲得了較好的效果，增加了兩個學(xué)時，穿插在主要關(guān)鍵知識點(diǎn)之后。

2.教學(xué)方式靈活化。本課程以課堂講授為主。在課堂教學(xué)中，充分結(jié)合大型工程應(yīng)用軟件（Pro/E、Matlab/Simulink）對振動理論與工程問題進(jìn)行仿真與分析，幫助學(xué)生掌握機(jī)械振動基本理論、建模方法和分析計算方法。然而為了加強(qiáng)和鞏固學(xué)生對于專業(yè)知識的運(yùn)用，并激發(fā)學(xué)生的積極性，非常有必要讓學(xué)生自己動手實(shí)踐，比如根據(jù)教材案例對機(jī)械振動系統(tǒng)數(shù)字仿真、使用Admas等軟件分析一般機(jī)構(gòu)運(yùn)動的動力學(xué)分析，并結(jié)合課堂討論和講解部分案例。

3.專題案例具體化。通常作為機(jī)械動力學(xué)課程教學(xué)中會包括一定的應(yīng)用專題介紹，主要目的是拓展學(xué)生的視野，加深學(xué)生對于基礎(chǔ)理論的應(yīng)用了解。常見的專題如典型傳動機(jī)構(gòu)的動力學(xué)分析：凸輪傳動系統(tǒng)、齒輪傳動系統(tǒng)、高速皮帶傳動系統(tǒng)、起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)等;典型振動機(jī)械的動力學(xué)分析：雙電機(jī)自同步振動給料機(jī)、立式振動磨機(jī)、振動壓路機(jī)等。對于不同專業(yè)的學(xué)生教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以讓學(xué)生掌握本專業(yè)的案例應(yīng)用。

4.考核形式多樣化。通常期終考核可以采用閉卷和開卷兩種形式，而最終的成績評定采用考試與平時成績相結(jié)合的辦法，考試成績占70%，平時作業(yè)成績占30%。在本課程的考核方式制定過程中，課程改革小組欲發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，做了細(xì)致的調(diào)查，包括學(xué)生對于最終考核方式的期許、題型的選擇、平時考勤的方式以及作業(yè)成績的評定等。多樣化的考核方式對于目前考試的教改來說是重點(diǎn)，因為如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情、如何引導(dǎo)和考核學(xué)生的學(xué)習(xí)成果并作為后續(xù)課程教改的基礎(chǔ)是尤為關(guān)鍵的。

考慮到本課程中涉及到大量的公式計算，如單自由度、多自由度振動振型的計算等內(nèi)容，大三學(xué)生的學(xué)習(xí)壓力也較大，故本課程采取了開卷考試的方式，制定了計算題、分析題等題型，共設(shè)定6～7道題，采用難度逐漸遞進(jìn)的題目形式。區(qū)分學(xué)生的學(xué)習(xí)成績，從最終的試卷成績來看，學(xué)習(xí)優(yōu)秀的同學(xué)卷面答題情況較好，學(xué)習(xí)成績稍差的同學(xué)也能夠在及格線以上，加上平時作業(yè)成績的比例，最終整體成績也符合一定的正態(tài)分布。充分說明前期的教學(xué)方式和考核方式制定在一定程度上引導(dǎo)學(xué)生較好地掌握了本課程的教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)。

隨著“中國智能制造2025”以及上海構(gòu)建科創(chuàng)中心的規(guī)劃，其中關(guān)于機(jī)械領(lǐng)域的比重占據(jù)了很大的比例，因此，如何完善當(dāng)代大學(xué)本科生在機(jī)械專業(yè)課程的學(xué)習(xí)顯得日益重要。本課程能夠為增強(qiáng)機(jī)械結(jié)構(gòu)、制造的優(yōu)化設(shè)計等方面提供指導(dǎo)，也為實(shí)現(xiàn)最終相關(guān)領(lǐng)域的科技創(chuàng)新提供基礎(chǔ)理論知識的鋪墊。相信在不斷的探索和改革中，通過本科“機(jī)械動力學(xué)”課程的改革，能夠為揭示同類型課程教改的新思路和新方法提供參考和基石，也為當(dāng)代大學(xué)本科教育提供寶貴的依據(jù)。

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