《船舶振動》課程教改實踐

趙炳雄　嚴(yán)謹(jǐn)　鄒律龍

摘要：針對本科階段開設(shè)《船舶振動》課程存在的問題，從優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法兩方面開展《船舶振動》課程的教學(xué)改革與實踐。目的是使《船舶振動》的課程教學(xué)更有效率，讓學(xué)生深入了解船舶振動概念，掌握運(yùn)用基礎(chǔ)學(xué)科知識解決工程振動問題的方法，形成主動學(xué)習(xí)和思考的習(xí)慣。

關(guān)鍵詞：《船舶振動》；振動力學(xué)；教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）06-0107-02

一、《船舶振動》課程的現(xiàn)狀分析

《船舶振動》是為船舶與海洋工程專業(yè)高年級學(xué)生開設(shè)的專業(yè)選修課，主要講授振動力學(xué)和船舶振動的相關(guān)知識以及工程應(yīng)用。教學(xué)目的是讓學(xué)生提早了解船舶振動問題，掌握船舶振動的基本概念，鍛煉工程應(yīng)用技能。

《船舶振動》是一門非常專業(yè)的課程，要達(dá)到好的教學(xué)效果不但需要教師有好的教學(xué)方法，還需要學(xué)生良好的數(shù)學(xué)、力學(xué)以及船舶專業(yè)相關(guān)的知識基礎(chǔ)。目前本科階段開設(shè)《船舶振動》這門課程普遍存在以下幾個問題[1]：（1）知識點(diǎn)多且難，而本科階段課時安排普遍較少，該課程包括單自由度、多自由度和連續(xù)體振動系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識以及船舶振動及減振等專業(yè)知識。（2）工程實踐性強(qiáng)、學(xué)科基礎(chǔ)要求高，《船舶振動》課程要求學(xué)生能較好地掌握“高等數(shù)學(xué)”、“線性代數(shù)”等基礎(chǔ)學(xué)科知識和“船體結(jié)構(gòu)”、“船舶結(jié)構(gòu)力學(xué)”和“船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度”等專業(yè)基礎(chǔ)課程，目的是解決船舶振動的實際工程問題。（3）教材內(nèi)容抽象枯燥，難以激起學(xué)生的自學(xué)興趣。學(xué)生普遍認(rèn)為教材文字生硬難懂，公式推導(dǎo)麻煩。

盡管面對以上這些困難，作為教師，應(yīng)該圍繞教學(xué)目標(biāo)，明確教學(xué)任務(wù)，通過教改實踐實現(xiàn)高效的教學(xué)活動。教學(xué)的目的最主要的是為了讓學(xué)生學(xué)到知識，學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，教師教學(xué)時應(yīng)該注意以學(xué)生為中心，想方設(shè)法讓學(xué)生理解和掌握知識，培養(yǎng)學(xué)生的主觀能動性，才能更有效的提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，學(xué)生才能主動學(xué)習(xí)，以達(dá)到最有效的教學(xué)目的。[2]

二、教學(xué)改革與實踐

針對《船舶振動》課程的特性和存在的教學(xué)問題，根據(jù)我校開設(shè)的《船舶振動》課程情況，圍繞教學(xué)的目標(biāo)，從教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法優(yōu)化上進(jìn)行教改實踐。

1.教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化。目前，國內(nèi)開設(shè)《船舶振動》課程的高校設(shè)定的教學(xué)課時均為32課時，但是教學(xué)內(nèi)容普遍包括從振動學(xué)基礎(chǔ)知識系統(tǒng)到船舶振動的工程應(yīng)用，這給任課教師帶來很大的教學(xué)壓力，如何利用有限的授課時間達(dá)到有效的教學(xué)目的是關(guān)鍵點(diǎn)。

對于《船舶振動》這類應(yīng)用型很強(qiáng)的專業(yè)課，在做授課計劃時，應(yīng)該側(cè)重基礎(chǔ)知識深入講解和與工程應(yīng)用結(jié)合這兩點(diǎn)上。對于線性振動系統(tǒng)，主要矛盾就是建立和求解振動微分方程，應(yīng)該重點(diǎn)講解。在授課計劃上，應(yīng)該安排較多的課時引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入振動體系，掌握振動的基本概念和振動微分方程的物理意義，深入講解如何運(yùn)用力學(xué)和數(shù)學(xué)知識建立振動方程以及求解，引導(dǎo)學(xué)生建立基礎(chǔ)知識與實際應(yīng)用的關(guān)系。這種關(guān)系包括力學(xué)、數(shù)學(xué)知識與振動系統(tǒng)的關(guān)系以及振動概念與實際物體具體表現(xiàn)的關(guān)系。

不同自由度振動系統(tǒng)的知識點(diǎn)是相通的，授課時應(yīng)該以點(diǎn)帶面，舉一反三。如對于線性結(jié)構(gòu)振動系統(tǒng)，以單自由度的振動方程類比延伸到連續(xù)體振動，同理推導(dǎo)自由振動、強(qiáng)迫振動、阻尼振動的通用概念。這樣一方面可以縮減授課時間，另一方面可以使學(xué)生系統(tǒng)地理解振動問題。教師應(yīng)該把相關(guān)知識點(diǎn)串聯(lián)起來講授，同時引導(dǎo)學(xué)生歸納總結(jié)，發(fā)揮學(xué)生系統(tǒng)學(xué)習(xí)的主觀能動性，可以起到事半功倍的效果。

2.教學(xué)方法的優(yōu)化。針對《船舶振動》課程基礎(chǔ)學(xué)科要求深厚、概念陌生抽象等特點(diǎn)，任課教師在教學(xué)過程中應(yīng)該巧妙運(yùn)用多媒體方法形象化知識點(diǎn)，選取典型案例搭建基礎(chǔ)知識與實際工程的橋梁，通過實驗課程加強(qiáng)知識點(diǎn)的理解。

（1）運(yùn)用多媒體教學(xué)。《船舶振動》涉及的基礎(chǔ)學(xué)科多、內(nèi)容抽象、模型與實際例子有一定的差距，所以在教學(xué)中，不能照本宣科地講述教材理論知識與公式推導(dǎo)，必須將理論化、模型化的抽象概念具體化和工程化，運(yùn)用形象、生動的教學(xué)方法，將教學(xué)內(nèi)容通俗、具體地傳遞給學(xué)生，促進(jìn)學(xué)生對知識的吸收和運(yùn)用。[3]

教師除了口頭講授和板書，更多可以借助PPT課件、視頻/動畫演示、有限元模擬等方式把知識點(diǎn)呈現(xiàn)給學(xué)生。可以在PPT課件中演示動態(tài)的GIF圖來講解什么是振動的概念；采用MATLAB仿真軟件動態(tài)模擬來講解振動速度、位移、加速度關(guān)系；采用有限元模擬軟件ANSYS/ABAQUS輸出的圖片和動畫來講解梁系結(jié)構(gòu)振動和船舶總體振動。鼓勵學(xué)生在課余時間學(xué)習(xí)ANSYS/ABAQUS等有限元軟件對課本例題中簡單結(jié)構(gòu)的振動問題進(jìn)行仿真模擬，通過圖形化的直觀輸出效果加強(qiáng)振動模態(tài)概念的理解，讓書中枯燥的文字及數(shù)字的表現(xiàn)形式鮮活起來[4]。

（2）案例教學(xué)法的應(yīng)用。在課堂教學(xué)中，適當(dāng)講解相關(guān)的工程案例可以引導(dǎo)學(xué)生思考兩者之間的關(guān)系，搭建它們之間的橋梁。在講解連續(xù)體橫向振動時，可以引入樂器振動發(fā)聲和電線在陣風(fēng)作用下顫抖的生活現(xiàn)象，學(xué)生通過熟識的直觀現(xiàn)象能更加深刻地理解橫向振動的相關(guān)知識點(diǎn)。在講解船體總體振動的時候，通過船舶中拱/中垂現(xiàn)象以及疲勞強(qiáng)度分析的例子講解振型概念和船體振動對于結(jié)構(gòu)的影響。在講解振動的應(yīng)用時，通過海底管道、海洋平臺等海洋結(jié)構(gòu)物在洋流作用下振動的案例分析，加深學(xué)生對實際工程應(yīng)用的理解。在講解船體固有頻率的估算時，選取具體的實船參數(shù)，結(jié)合不同規(guī)范指南給出的參考方法及標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行工程計算的模擬。在講授減振降噪的知識點(diǎn)時，引入國際海事組織IMO的新規(guī)對噪聲和振動的要求，結(jié)合機(jī)艙振動案例進(jìn)行分析，引導(dǎo)學(xué)生查閱工程文獻(xiàn)解決實際問題。

在工程案例分析中，學(xué)生通過思考和討論，能更好地掌握抽象的原理和概念，初步掌握運(yùn)用所學(xué)知識解決船舶振動的工程問題的能力。[5]

（3）實驗結(jié)合加強(qiáng)理解。《船舶振動》屬于工程應(yīng)用型的專業(yè)課程，實驗課程是必不可少的重要組成部分。我校利用“船舶結(jié)構(gòu)實驗室”的條件，結(jié)合目前的振動實驗設(shè)備，在理論教學(xué)中添加相關(guān)的實驗課程。

結(jié)合我校實驗室條件，實驗設(shè)置主要以教材案例的驗證實驗為主，結(jié)合學(xué)生的自主實驗進(jìn)行教學(xué)。驗證實驗包括“振動系統(tǒng)錘擊固有頻率的測定”、“單自由度系統(tǒng)衰減振動錘擊固有頻率及阻尼比測量”等。通過驗證實驗，一方面可以加深學(xué)生對已學(xué)理論知識的理解，另一方面引導(dǎo)學(xué)生動手操作實驗，了解通過實驗測試驗證理論的方法。學(xué)生自主設(shè)計實驗根據(jù)學(xué)生分組討論、教師指導(dǎo)的形式進(jìn)行，如“力錘單點(diǎn)激勵簡支梁模態(tài)測量”、“隨機(jī)激勵法簡支梁模態(tài)測試”等實驗，通過實驗原理和方法以及數(shù)據(jù)記錄和處理等的設(shè)計，學(xué)生能深刻地掌握《船舶振動》知識和應(yīng)用實驗方法解決問題的能力，充分發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動性，有效培養(yǎng)了創(chuàng)新意識。

調(diào)查表明學(xué)生普遍認(rèn)為振動的實驗課程很有必要，對于學(xué)習(xí)《船舶振動》該門課程有很大的幫助。在學(xué)習(xí)相關(guān)理論知識后進(jìn)行振動實驗，有助于加深對抽象概念的理解，鍛煉實驗動手能力，掌握實驗驗證理論的方法，培養(yǎng)團(tuán)隊創(chuàng)新的能力，激發(fā)主動學(xué)習(xí)和分析的主觀能動性。

三、結(jié)語

通過以上的教改實踐，學(xué)生普遍表示雖然《船舶振動》課程很難，但是通過教師教學(xué)之后基本能掌握振動的基本概念，學(xué)會了理論結(jié)合工程應(yīng)用的技能，鍛煉了主動學(xué)習(xí)、討論、分析的主觀能動性。筆者從《船舶振動》的教學(xué)中嘗試、總結(jié)和改進(jìn)，以提高自身的教學(xué)能力和該課程的教學(xué)效率，同時也希望這些方法有益于擔(dān)任相似課程的教師。

參考文獻(xiàn)：

[1]張婧，施興華.“船體振動學(xué)”課程實踐教學(xué)改革的探討[J].中國電力教育，2012，（22）：108-109.

[2]嚴(yán)謹(jǐn)，張娟.船舶與海洋工程專業(yè)“三能”應(yīng)用型人才培養(yǎng)探索[J].船海工程，2014，43（1）：18-20.

[3]毛靈濤，等.形象化教學(xué)方法在振動力學(xué)課程中的應(yīng)用研究[J].河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報（農(nóng)林教育版），2014，16（6）：76-79.

[4]蔡國平.振動力學(xué)課程教學(xué)改革的幾點(diǎn)思考[J].教育教學(xué)論壇，2010，（35）：221-222.

[5]鄭拯宇.振動力學(xué)教學(xué)中案例教學(xué)法的應(yīng)用探索[J].科技信息，2013，（12）：1.