適應新工科建設的機械系統動力學課程教改思考

成建聯

摘要：機械動力學系統是機械類研究生一門重要的學位課，用以提高學生建模和分析系統的能力。文章針對新工科建設以培養創新型人才為目標，基于學生在學習機械系統動力學課程中存在的問題，提出對應的教改思路，通過課堂教學和實驗實踐，使學生分析解決問題的能力大大提高。

關鍵詞：新工科建設；機械系統動力學；創新型人才；研究生教育

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）32-0158-02

2017年2月底，教育部發文提出，各高校推進新工科的建設與發展，深化工程教育改革。[1]新工科建設強調工程教育教學改革要適應未來產業發展，培養有創新創業、動態適應能力的交叉復合型人才。

機械系統動力學作為工程類專業研究生的一門專業基礎課，主要講授在機械系統動力學建模與分析等方面的基本理論與方法。新技術時代面臨大量全新、未知的新問題，因此培養出符合“新工科”要求的高素質創新型人才，成為教育改革上急需解決的問題。此課程作為長安大學研究生的專業學位課，面臨課時數少、內容多等難題。欲提高它的教學質量，必須轉變傳統教學方法，建立知識傳授、能力培養與素質提高三位一體全面發展的教育理念，通過多種途徑手段，培養學生形成完善的知識體系，提高學生分析、解決問題的能力，培養出滿足未來需求的交叉復合型工程科技人才。

一、機械系統動力學在教學上存在的問題

隨著國家高新科技產業的發展，對創新人才需求旺盛。研究生的培養是影響創新能力一個重要因素，也是新工科建設和發展必須提高的問題。目前，機械系統動力學課程存在的問題有：內容多、雜、抽象，學生難以系統掌握知識體系，理解難度大。學生學習主觀能動性差，使教學效果大打折扣；研究生入學水平參差不齊，課程難以深入；課程部分內容與機械振動理論、理論力學和機械原理內容相重疊，欠缺新的機械系統動力學知識補充等。

自2008年以來，項目主持人一直從事機械系統動力學分析與控制的研究生課程教學工作。這門課程對于機械類的研究生來說，是培養和提高研究生科研能力很好的學習途徑。經過近幾年的教學改革，在人才培養模式及內容上進行了一些革新，但改進的力度還需加強。因此該課程迫切需要引入新的知識體系，采取新的教學模式和考核方式。

二、基于新工科建設的課程改革實踐

授課教師應針機械系統動力學課程特點，在內容組織、環節安排、方法改進、效果考核等方面下工夫，解決好教學中的各種矛盾，使學生高效掌握所學知識和技能是搞好課程改革的關鍵。

（一）創新能力培養為核心，提高建模和分析能力

創新能力培養是研究生教育的本質所在，也是新工科提出的建設核心。[2]在《機械系統動力學》課程的教改中，注重引導學生思考、并了解國際學術前沿動態的理念；增強案例式課程教學模式，讓學生在實際案例中學習理解和掌握復雜的數學推導，調動其主觀能動性，培養嚴謹的科學態度；以學術論文撰寫的方式提高知識的綜合運用能力和創新科研能力。使學生能獨立完成動力學建模，并且進行較深入的仿真分析，達到教學目標。

1.注重建立機械系統力學模型能力的培養。在教學中，注重引導學生如何將實際的機械物理模型抽象成力學模型尤為重要。為培養學生建模能力，在授課中，老師以簡單結構為主要研究對象，基于理論力學基礎，引入“機械動力學”以機械系統為研究對象，研究力與運動的規律。通過大量實例，讓學生體會建立力學模型。掌握建模的一般規律，提高理論知識用于解決實際問題的能力。

2.提高學生數學分析和解算能力。根據力學模型，盡可能讓學生采用不同的方法建立系統的運動微分方程并求解。將高等數學、數值分析、理論力學等課程的內容融入到學習當中，提高學生自主思考、融會貫通的能力。

3.計算結果對實際問題的應用指導作用。機械系統動力學分析結果是用來改進系統的設計和能力提升。針對求解結果，培養學生分析能力，增強結果對實際問題的指導作用。利用學校實驗室樣機、裝置，讓學生更直觀地了解機械系統的設計、使用以及對動態性能的要求。

（二）科研能力培養為目標，增強教學內容和方法的靈活性

新工科建設對人才的要求很重要的一條就是綜合的科研能力的提升。

1.教學內容的融合性。機械系統動力學屬于力學與機械工程的交叉學科，是基礎理論與實踐應用緊密結合的研究生專業基礎課程。此課程內容上與相關專業知識串聯；教學模式上注重動力學建模上專業知識的融入，并對動力學問題進行重點闡述。讓學生將各專業知識相互融合，并應用到課題實踐中。

2.教學方法的靈活性。在教學方法上采取課堂講授與學生分組討論相結合、教案與網絡教學相結合、理論計算與軟件分析相結合。授課教師將不同的章節按照知識點的難度和重要性，采取漸進式和突出重點的方法進行講授。教師和學生共同組成小組參與研究實際工程項目中的子課題，發揮學生的主觀能動性，形成良好的研究型課堂教學氛圍。

3.實踐上注重與實際工程的融合。機械動力學是一門源于生產生活實際的課程，教學過程中應該理論實踐相結合。教師結合課程講授的內容搜集很多實際工程問題，大量引入教師在科研領域取得的成果，采用互動式教學，促進學生的創新思維培養；較復雜的工程問題，采用專題項目的形式讓學生課后分組采用不同的方法解決實際問題，提高學生分析問題和解決問題的能力。

（三）學科前言理論為引導，帶動專業知識內容與方法上的創新

1.注重學科前言知識的引導作用。研究生是未來科研的生力軍，求知欲、自學能力和自主意識較強，善于接受新思想、新方法，希望教師講授最新的研究成果。教師結合學生的專業背景以及未來可能的科研方向，在講解中比較形象直觀地介紹機械系統動力學在工程機械專業領域的發展趨勢、研究熱點和典型的工程應用問題；同時利用我校在工程機械領域有關的動力學研究的最新成果，講述機械系統動力學建模原理和工程應用成果，并介紹目前國內外著名的研究機構和知名學者。在每一章節中，穿插進相關的最新研究熱點和難點，同時也指出目前尚存爭議的問題和最新研究動態，如考慮幾何非線性、不確定性多自由度機械系統動力學建模、控制與數值求解技術等。

2.理論知識與分析軟件的結合。為了使研究生能夠理解機械動力學分析的作用，在畢業后能夠迅速地適應實際工作，通過對國內工廠進行調研，在機械動力學課程之外，添加了相關的計算機動力學分析軟件課程。在學習過程中，通過實際的三維建模，以及相應的分析結果云圖，向學生闡釋零件的固有頻率以及相應的模態振型，使其對所學機械動力學知識的理解與應用更加深入。

3.實踐教學與課堂教學的結合。教師根據本課程的特點購買儀器設備對相應的實驗室進行改進建設，根據課程進展，對研究生使用和掌握相應的實驗以及有效數據采集和分析方法進行培訓，使研究生掌握先進的數據采集和分析儀器的使用方法。

研究生的學習更偏向于實際的工作需求，強調學習與實踐的結合。以大作業方式考核學生，讓其進工廠調研，發現問題，找出重點。并根據調查結果查找相關資料，尋求解決方法，提高學生分析解決實際問題的能力。這也更符合新工科建設和發展對復合型人才培養的需要。

三、結束語

機械系統動力學課程是一個不斷發展和動態變化的過程，為了適應社會發展的需要，對課程內容要不斷進行更新，以滿足研究發展的需要。在課程教學過程中如何培養學生的創新能力，是教學改革發展的重心所在。教師通過《機械系統動力學》課程的教學過程，針對學生存在的問題，做到有的放矢，幫助學生加深對知識的理解和掌握，培養其嚴謹科學的態度，通過多種考核方式來鍛煉學生的學術素養和綜合科研創新能力。課后調查表明，大部分研究生可以針對具體的工程機械動力學問題，能獨立完成動力學建模與分析，有效實現了教學目標要求。

參考文獻：

[1]新工科研究與實踐項目指南[S].教育部高教司，2017.

[2]陳花玲，仇國芳，王俐，王琳.改革研究生課程體系培養研究生創新能力[J].學位與研究生教育，2005，（6）：26-29.