“機械振動”課程教學改革探究

舒海生+史肖娜++趙磊

摘 要：文章從“機械振動”課程的內容體系與教學要求出發，分析了該課程在教學中存在的問題，并提出了以科學的知識表達方法來統一全課程的教學內容、運用面向功能的案例教學法以及與案例教學相呼應的案例型考核等措施，目的是增強學生對機械振動學知識體系的總體把握，培養和提升學生對振動課程的專業興趣，并使得他們能夠將這一專業基礎課程與本專業的實際應用緊密關聯起來，從而從根本上實現這一專業課程的人才培養目標。

關鍵詞：機械振動；教學改革；高校

中圖分類號：G642.3 文獻標識碼：A 文章編號：1002-4107（2017）08-0021-02

“機械振動”課程是機械類專業的一門主干課程，深入理解和掌握機械振動的相關知識對于工科學生未來的專業相關性工作，有著毋庸置疑的重要意義。近年來，一些同行也針對這一課程的教學問題做了總結和探索，給出了不少建設性思路。如郭朋彥等提出了通過合理地設置授課內容[1]、加入實驗課和引入計算機分析軟件方法來激發學生的學習積極性；柳貢民等提倡重視培養學生解決實際工程問題的能力[2]、創新思維與團隊合作精神的教學理念來改革實施的實踐教學；李麗君等采用多種教學模式以拓寬學生的知識面[3]，培養學生的工程意識與能力。這些方法都對課程的教學效果與人才培養起到了良好的促進作用。為了搞好本課程的教學工作，我們也對這一課程的特殊性和一直以來的傳統教學方法進行了反思，提出了一些能夠增強學生學習興趣和學習效果的新思路，并付諸實際教學過程，收到了較好的效果。

一、“機械振動”課程教學現狀

“機械振動”這門課程有其特殊性。從課程性質上說：一方面，某種意義上它就是一門力學課，其教學內容不可避免地會涉及諸多高等數學理論，其中主要是微分方程、傅里葉級數以及矩陣變換等；另一方面，由于是為機械類專業開設的，因此這門課程不能僅限于基本振動理論的講授，必須與機械專業的培養目標相適應，其中的一個重要方面就是應當使學生在學習本課程之后能夠初步解決機械領域類的一些實際振動問題。從課程安排來說，其授課對象是機械專業大三學生，由于距離高等數學學習的時間已經較遠，因此大多數學生一時之間也確實是不易適應。

盡管“機械振動”課程自身的特殊性會導致部分學生有畏難情緒，影響到學習興趣和學習效果，然而這不是主要因素，而且通過由教師提供的集中復習或合理指導還是可以在短時間內迅速克服的。我們認為，學生的學習效果如何，學習興趣是否濃厚，以及本課程的專業培養目標能否實現，關鍵還是取決于教師的教學設計。通過反思歷年來的“機械振動”實際教學工作，我們總結出三點不足。

首先，對教學內容缺乏合理的總體規劃，導致學生很難從總體上把握振動理論知識體系。振動課程的內容比較繁雜而瑣碎，為了在較短的課時內（哈爾濱工程大學為32學時）完成教學大綱規定的內容，以往的工作中我們更多地關注了如何將書本上給出的一條又一條知識不加遺漏地傳達給學生，為此忽視了學生的總體知識體系的建立，這使得大多數學生在開始的幾節課中還能跟上教師的節奏，然而隨后由于不知“身處何處”而產生了迷失現象，進而失去了積極學習振動理論的興趣，當然也就不可能有好的學習效果了。

其次，教學過程中未能脫離知識點的串行講授，導致學生難以有效理解和掌握如何組合相關知識點來實現特定的功能。任何知識都是為應用服務的，反之，任何應用也必然建立在若干知識之上，這些知識應當緊緊圍繞這些應用或功能并為其服務。顯然，這些知識之間的并行性遠重于串行。串行的講解方式很省事，它源自教材內容的串行安排，表面上是十分自然的。然而以我們的經驗來看，學生們心里是十分厭煩這種方式的，原因有二：其一在于他們很難直接而迅速地掌握這些知識的功能定位并解決某類實際問題，而這將直接影響到學習的積極性；其二，學生往往會感覺教師很無能，認為找本書來自學也是一樣了，而這直接導致了相當部分的學生到課率遞減。

最后，考核方式與內容不合理，導致學生實際問題的分析能力得不到恰當的考核。多年來，出于評價體系的標準性和公平性考慮，我們基本上采用了閉卷筆試方式來進行考核。在試卷的設計中，根據傳統的考試觀點，我們力圖兼顧各章知識點的覆蓋率和分值比例，分別設計相應的試題，由于章節較多，試題較為分散。顯然，這種考核方式偏重的是知識點的掌握情況，而忽視了本課程的根本培養目標，即利用所學的振動基本理論知識來解決機械領域中的一些實際振動問題。很難想象，根據這種傳統的考核方式，能夠甄別出學生的運用和組合不同知識來解決問題的能力。

二、“機械振動”課程教學改革的對策

（一）優化教學內容

以科學的框架表示法來系統地歸納本課程所涉及的所有知識點，使得教學內容的各主要部分，如單自由度、二自由度、多自由度以及連續體振動等核心內容得以在一張紙上（或黑板上）以統一的方式簡潔地組織起來。每個核心部分的知識點均以大體相同的形式列出，如問題模型、動力方程、振動解、響應特性（幅頻響應和相頻響應）、對應機械行業的應用實例。由此形成的知識框架不僅非常條理化，易于記憶，而且十分有助于學生隨時隨地感受到當前所處的位置，從而很好地避免了“迷失”現象。換言之，借助于對全課程內容的總體歸納和梳理，以科學的知識表達方法來統一全課程的教學內容，使得學生對所學內容有了前所未有的總體把握。

（二）運用案例教學法

這里的功能是指課程的某些知識內容經過合理組合后可以解決某些實際振動問題的能力。事實上，教材中每一部分的知識點一般是以串行方式給出的，它們往往只有以某種方式有機地組合到一起才能用于解決某個實際問題。如果能夠跳出教材表述方式的限制，直接選擇機械專業中比較恰當的應用實例作為分析對象，然后緊緊圍繞一個問題展開與之相關的振動知識講解，那么可以想象，學生不僅能立即體會到學以致用的好處，同時還能以這種簡單的方式來組織和記憶相關內容，學習興趣和效果也就會明顯增強。不僅如此，在實際案例教學中，學生們往往還能夠積極主動地提出很多本專業的一些獨特問題和思路，這也是有利于帶動其他專業課程的學習的。

以單自由度為例，我們在實例教學中，主要選擇了機械隔振器這一重要應用實例作為主要抓手，分別從積極隔振和消極隔振兩個側面把以往的力激擾和支座激擾兩大串行的知識點綜合到一起。在具體的分析中，則又逐步細化到動力方程的建立與求解之中。雖然這些數學層面的分析令人乏味，但是由于十分清楚這些振動知識的功能定位，并且十分渴望能夠自行設計極為有用的機械隔振器，因此學生們都能聚精會神地聽講，效果明顯強于以往。類似，在二自由度和多自由度振動內容中，我們選擇了動力吸振器和多層隔振系統作為主實例進行展開，使得與之相關的那些串行知識點絕大多數凝聚到了這兩個實例周圍。特別值得一提的是，由于機械專業的學生對于軍事方面很感興趣，我們也特意將上述吸振和隔振的應用介紹拓展到了潛艇減振領域，例如浮筏隔振技術介紹，這進一步提升了學生們學習“機械振動”的熱情，同時也為后續的連續體振動做好了鋪墊，因為浮筏隔振技術本就是多自由度與連續體兩種體系的組合。

通過精心選擇和安排的實例教學方法，學生們的熱情和興趣不僅得到了極大提高，而且普遍反映整個課程的學習并不枯燥了，更重要的是，這種方法在方便學生掌握和記憶繁雜而瑣碎的振動知識的同時，還直接突出了這些知識的功能性，因而較好地實現了機械專業的根本培養目標。

（三）改變課程考核方式

由于哈爾濱工程大學的“機械振動”課程屬于考試課，而不是一般的考查課，因而教學要求中列出的基本知識點是必須考查的科目。然而，正如前面所指出的，以往我們在命題時往往只注意這些知識范圍的覆蓋率，而忽視了掌握這些知識本質上是為了能運用它們來分析解決實際振動問題這一根本性目標。為了突出解決實際問題能力的考察，同時兼顧基本知識點的考核，我們在命題中摒棄了以往完全按知識點來考核的方式，而代之以實際振動問題的分析（而非純計算題），可以說是一種與實例教學對應的實例型考核。例如，針對各類機械裝備中存在的典型振動超標問題，如何利用所學振動知識來加以認識和解決，這就是我們常用的一類分析題，顯然，這是用于考察隔振器或吸振器的設計的，這不僅有具體的應用背景和意義，同時也與課程教學過程中的實例直接對應起來，學生們不會感到無從下手，根據各人的理解和認識深淺，總有話可說。此外，我們在設計這些分析題的評分標準時，仍然遵循了教學要求中規定的那些知識點考核要求，按照學生是否掌握這些知識點（即某個分析步驟是否完成）來給出相應的分值，事實上，這些分析題的解答過程中本身也就包含了這些重要的知識點，因為只有這些知識點都齊備了才能實現這一分析題的完整解決。當然，由于部分知識點如基本概念之類的，很難在分析題中加以考核，因此我們也有意識地留出了10—15分的填空或選擇題來覆蓋它們。

總之，“機械振動”是機械專業一門重要的力學課程，如何使學生能夠擺脫學習的枯燥性，關鍵在于以合理的方式把振動知識傳授給他們。我們所提出的以科學的知識表達方法來統一全課程的教學內容、面向功能的實例教學方法以及與實例教學相呼應的實例型考核，在教學實施過程中已經收到了成效。當然，我們也清醒地意識到，目前這些措施還不夠成熟，還有諸多需要完善的地方，這些在我們今后的教學中將不斷加以改進和提高。

參考文獻：

[1]郭朋彥，高玉國.機械振動課程教學思考與教學改革探

討[J].中國教育技術裝備，2012，（8）.

[2]柳貢民，李帥軍.輪機工程專業《機械振動噪聲學》課程

實踐教學初探[J].教育教學論壇，2012，（1）.

[3]李麗君，剛憲約，許英姿.機械振動與噪聲的多模式教學

實踐[J].實驗技術與管理，2010，（9）.