振動理論及應用研究生課程建設的教學改革與探索

南國防

【摘 要】研究生課程建設是高等學校教學基本建設的重要內容之一。加強研究生課程建設是有效落實研究生教學計劃，提高教學科研水平和人才培養質量的重要保證。針對振動理論及應用研究生課程的特點，結合研究生創新教育的目標，對本課程教學現狀和問題、教學目標、教學方式、教學改革和實踐等進行了較為深入詳盡的闡述。

【關鍵詞】實驗理論結合；互動；知識結構；教學手段

振動理論及應用是理工科高校力學、機械類研究生的典型課程之一，以講述線性振動理論為主，從單自由度振動、多自由度振動到連續體的振動，從自由振動到強迫振動，從簡諧激勵、沖擊激勵到一般激勵，內容十分豐富，涉及到的理論推導對數學的要求很高。此課程對力學、汽車、機械、航空航天、船舶、能源類等專業研究生在強度和振動、機械結構動力學等方面的深入研究具有十分重要的意義。研究生經過本科階段的學習已經具備一定的知識體系和思維方式，而研究生階段的課程教學目標主要為培養學生創新求實、學以致用的能力。然而，在實際教學過程中還存在以教師填鴨式講授為主的現象，造成教學環節中師生互動較弱、知識和應用脫節[1-2]、研究生教學本科化、教學內容單一化等問題。這些問題嚴重影響研究生創新和自主開展科研等能力的培養。筆者從事振動理論及應用研究生課程教學和科研多年，結合自身教學和科研實踐中的經驗和不足，從以下幾個方面闡述教學改革和自身的一些探索。教學過程中存在的主要問題包括：

1 基礎理論學習和工程實踐相結合的能力較弱

研究生一入學對課程的學習延續了本科階段的學習方法和學習習慣，而研究生初期的課程最多，因此研究生課程的學習和教學都容易本科化。相比基礎理論的學習，對振動理論和工程實踐相結合的能力更為薄弱。筆者在振動理論及應用的課程教學實踐中，發現不少同學在振動力學方面基礎較差，而對課程的學習多延續了本科階段做題和記公式的學習習慣，這種學習方法對基礎理論的學習效果尚可，但對更為重視將基本理論同工程實踐相結合的研究生教育來說，稍顯不足。譬如，將高層建筑等效為懸臂梁模型進行動力學分析，質量和剛度如何對自振頻率產生影響；葉片增加葉冠結構如何影響自振頻率等；學生腦子中記著公式卻不懂如何應用到具體問題上。此類問題反映出學生在基礎理論和工程實際的結合方面存在很多問題，或重視程度不夠，或對振動問題的本質認識不足等。在以后的教學中應通過各種方法加強學生對理論聯系實際能力的培養。

2 課堂師生互動較弱，教學方式單一、本科化

在振動理論及應用的教學過程中，由于教學內容涉及力學建模、公式推導、方程求解等，數學基礎要求較高，抽象思維較多，因而教學很難激發學生的學習興趣。很多時候就是教師在講臺上填鴨式講授，而學生收獲不太理想；教學過程中教師和學生的互動較少；這種填鴨式的教學方式過于單調，課堂教學質量不太理想。筆者了解到，國外對于基礎理論課的講授多采用理論和小作業相結合的形式，同時采用專題匯報和討論的形式，加強師生互動，產生較好的教學反響。這些方法我們亦可以參考。

3 課程知識結構的單一性

由于振動理論主要講授單自由度振動、多自由度振動、連續體的振動等，著重理論教學，對于數學基礎不夠好的同學在理論推導方面存在一定的困難；課程內容涉及到的推導多基于簡單力學模型來研究振動機理，所以和工程結合不是特別緊密。課程的這個特點對學生數學基礎和抽象思維要求很高，學生在學習興趣和動力方面存在一定的問題。針對課程的這個特點，可在課程內容中適當增加部分前修知識，比如數值計算方法等；而在課程后期增加一些工程計算實例，將理論和實際應用結合起來，適當跨學科使得學生所學知識可以融會貫通，學以致用。另外，可以在講授具體知識點的時候，結合學科研究前沿問題來講，增加研究熱點和研究難點等，使得學生對于基礎知識的應用有更進一步的認識，同時也增強了學生學習興趣。

針對以上存在的問題，筆者在教學實踐中進行了一些探索性的改革和思考，主要包括：

（1）任課教師根據課程教學目標，設置系列研討課題，開展研討式教學

結合研究生課程的教學目標，開展研討式教學[3]。首先要設置一些研討課題，這些課題既包括課程教學內容中的理論基礎，又包括課程的發展情況及最新動態，還包括課程內容在科學研究中的應用情況與存在的問題或爭議等。通過學生分組研討可以有的放矢，著重培養學生理論聯系實際的能力。在這個教學過程中，一方面，任課教師要為學生準備大量的教材之外的閱讀資料或文獻，包括國內核心期刊和國際頂級期刊，甚至《自然》、《科學》中的相關最新科研成果，以備研討之用。另一方面，學生則需要進行大量的閱讀、研討、總結、提煉、匯報等。此舉可以提高學生對基礎知識和學科前沿的認知程度，同時督促學生積極主動的學習和思考，也可以提高學生文獻檢索的能力。任課教師要花一定的時間和精力組織學生進行交流討論和總結提煉。把學生討論中突顯出來的問題重點分析和總結。通過研討的方式得到問題的解決方案，小組長總結成員的研討的過程并闡述結論。最后教師和學生討論得到解決問題的方法。此舉可以盤活課堂氣氛，增進師生互動，提高教學質量。

（2）針對教學內容單一性的問題，開展工程案例和專題講座教學

振動理論及應用課程主要講授振動的基本理論，對于課程后期教師可以結合自身項目經歷，將和課程內容相關的工程計算實例通過講授甚至實驗視頻、軟件截圖等方式展示給學生。同時，也可以請一些和課程內容相關的專家學者，進行一到二小節的專題講座。旨在將所學理論知識和工程實踐緊密結合，讓學生更清楚知識和實踐是如何結合起來的，基礎知識是如何應用于工程實際之中的。這種教學方式也可以提高學生學習興趣，取得較好的教學效果。

3 采用多種教學手段，合理利用多媒體教學

利用多媒體教學的優勢[4]，增加圖片和視頻，甚至軟件計算過程錄屏，模擬仿真動畫等。讓學生對振動理論基礎知識的掌握更加易懂、更加深入。同時，可以將振動涉及到的部分實驗，比如葉片振動自振頻率測量的實驗，轉子臨界轉速測量的實驗，將這些實驗通過視頻的方式展示給學生，更進一步加強振動基本理論和工程應用的結合。

綜上所述，通過對教學目標，教學方式和手段，教學內容、教學互動等環節的探索性思考和實踐，使得研究生對振動理論及應用課程的學習更為深入，一方面摒棄研究生教學本科化，加強基礎知識和工程應用結合的能力，另一方面開展創新性思維，啟迪智慧，培養基礎扎實、富于創新精神、能獨立開展科研活動的的復合型研究型技術人才。

【參考文獻】

[1]高芳祎.我國研究生課程與教學改革效果的調查研究[J].學位與研究生教育， 2012（10）：27-31.

[2]章麗萍，金璽，顧建民.研究生課程建設：從理念到方略[J].中國高教研究，2013（7）：66-70.

[3]周凌，王仲剛，陳進，等.隨機振動研究生課程建設的探索與實踐[J].高等建筑教育，2015，24（6）：55-57.

[4]胡衛華，HuWei-hua.由振動理論課程的多媒體教學進行的思考[J].經濟研究導刊，2009（31）：226-227.

[責任編輯：朱麗娜]