“噪聲與振動控制技術”課程教學改革與實踐

吳紹維

（重慶交通大學航運與船舶工程學院 重慶 400074）

0 引言

“噪聲與振動控制技術”是重慶交通大學航運與船舶工程學院本科生大三下學期必修的一門重要的專業課程。本課程涉及學科較廣泛，綜合了高等數學、線性代數、矩陣論、大學物理、材料力學、靜力學、信號分析等學科。[1]本課程是在“新工科”教育背景下，為現代綠色船舶裝備制造提供基礎理論和方法的一門學科。[2-3]該課程不僅要求學生掌握機械振動和聲學基本理論，而且還要求掌握這些理論在振動和噪聲控制工程問題中的具體應用，達到理論與工程實際相結合，培養和促進學生分析問題和解決工程實際問題的能力。但由于“噪聲與振動控制技術”課程理論教學僅有32 學時且課程理論抽象難懂，教學過程中容易使學生陷入難以理解的復雜數學推導過程，從而忽略了本課程的重點與難點的把握，導致學生學習積極性不足，喪失學習信心和興趣。基于課程的教學目的和特點，作者結合自身授課經歷，分析了該門課程的教學現狀，積極思考如何提高教學質量，從課程教學內容和教學方法進行了一些教學改革嘗試和探究。

1 課程教學存在的問題

噪聲與振動控制技術課程要求學生能夠運用振動與聲學理論解決實際工程問題，這在教學內容上就要求學生掌握一定的數學基礎知識，如線性微分方程求解、矩陣方程求解、特征值與特征向量問題、快速傅里葉變換等。又由于是為船舶類專業開設的專業課程，在授課的過程中須結合船舶類專業的培養目標，使學生在修完本課程之后能夠初步解決船舶設計和制造領域中的一些降噪和隔振的實際工程問題。根據對本院本科生的實際教學經驗，作者總結出以下不足。

（1）該課程理論性強，對數學知識要求高，尤其是講授到二自由度以上系統的強迫振動和聲輻射控制方程時，涉及大量復雜的高等數學、矩陣理論和數學物理方法知識以及理論公式推導。然而授課對象為大三學生，很多學生當初并未很好地掌握相關的數學知識，即使部分學生當初學得好，但由于時間關系，已經忘記先前所學的數學基礎知識。因此在學習這門課程的過程中，學生感到知識抽象、乏味、難以理解和掌握，從而學習效率低，進而影響學習興趣。

（2）課程具有較強的工程應用特性，如何將船舶設計和制造過程中的噪聲和振動實際工程問題凝練為聲振物理模型，并將物理模型轉換為數學模型，同時兼顧數學模型的正確求解，以及與實際工程的匹配程度，這對毫無相關船舶設計和制造工作實踐經驗的學生具有相當的難度，從而導致學生在規定的時間內不能掌握噪聲與振動控制的相關概念和研究方法。

（3）教學方法和手段單一，教學效果欠佳。由于在該門課程的教學中，以往是以教師講授理論知識為主要模式，未能結合工程實際問題，加上課程知識理論抽象、公式繁瑣復雜，極易讓學生感到枯燥厭倦，幾乎不能激發學生的學習熱情，教學效果差。

2 提高教學質量的改革措施

結合“新工科”教育，根據課程和專業特點，針對上述教學過程中的問題，對傳統的教學模式進行了改革來提高教學質量，以促進學生學習主動性、培養學生的學習興趣、提升解決實際工程問題的能力。

2.1 課程教學內容優化改革

修訂和完善教學大綱，制定與船舶設計和制造工程相結合的教學內容。根據專業設置和學科發展水平，研究和參考國內外船舶噪聲與振動控制課程相關的教學，優化課程章節。以船舶設計和制造工程中的振動和噪聲問題為出發點重新規劃課程，振動部分以線性離散系統的自由振動、強迫振動理論和隔振設計為教學重點，聲學部分以聲學基本理論、噪聲測量、評價及控制為教學重點，刪除原課程體系中的連續系統振動、非線性振動和聲散射課程內容。新課程優化改進了噪聲與振動控制技術課程體系框架，凝練典型船舶減振降噪的知識內容，拓展船舶主動與被動隔振、隔聲與吸聲等新方法的知識面，并在2016 級船舶專業教學中執行。

2.2 課程教學方法改革

在教學過程中，傳統的教師課堂授課模式多以多媒體形式羅列公式和文字，難以激發學生的學習熱情以及調動他們的學習積極性，應盡量融合多種教學手段，運用視頻、動畫、圖片、文字來豐富教學形式。本課程在傳統教學方法的基礎上，結合工程實際和科學前沿知識，積極采用多媒體教學、問題導向式教學、案例討論教學相融合的教學方法，來提高教學效率和激發學生的學習興趣。具體教學方法如下。

（1）問題導向式教學。[4]問題導向式教學的宗旨是：針對船舶設計與制造工程中的實際噪聲與振動控制問題，學生通過本課程的學習，能夠運用所學知識構建一個合理的解決方案。在教學過程中授課教師需要在每一章節之前給學生提出相關問題、討論問題，以激發學生的學習熱情。如提出“為什么齊步走會導致橋梁垮塌”“船舶機艙如何隔聲吸聲”“船舶柴油機如何隔振”“船舶管路系統如何減振降噪”等問題，從這些現實工程實際問題轉到對噪聲與振動控制問題的分析，讓學生帶著問題學習相關噪聲與振動控制的知識，這即是問題導向式教學的第一步。并以此為基礎，引導學生將問題凝練為聲振物理模型；與此同時，引導學生應用相關的數學知識建立聲振數學模型，并運用相關數學軟件（如MATLAB）進行數值求解，達到學以致用的教學目的，促使學生將所學理論知識與如何解決工程實際噪聲與振動控制問題相關聯。

（2）案例討論教學。利用案列討論來培養學生的創新與實踐能力，提升學生學習的主觀性。舉例來說，在進行第一章“機械振動概述”時，利用視頻、動畫以及圖片，采用從重大災難性事故到國防軍工的案例進行討論分析，這些案例有機融合了課程中的諸多噪聲與振動控制的理論知識。如從美國塔可馬懸索橋發生劇烈的振動而垮塌、潛艇外殼敷設的消聲瓦、運動跑鞋的氣墊到歌劇院的頂棚結構設計。借助這些案例的學習，促使學生更好更快掌握抽象的噪聲和振動控制理論，并進一步增強學生的求知欲以及誘導學生對噪聲與振動控制問題的持續關注，讓學生主動去查閱相關文獻、剖析問題，加深學生對所學知識的掌握和理解。

2.3 課程考核方式改革

改變以往只以試卷考試為主的傳統模式，應用多元化考核形式，鼓勵學生在課堂上積極活躍表現和培養學生的實踐能力，將平時課堂成績提升至占總成績的20%，實踐成績提升至10%，建立更科學的多元化考評機制。借助考評機制改革，引導學生學會主動獨立的思考。平時課堂成績旨在考查學生是否掌握課堂知識點，實踐成績旨在提升學生解決工程問題的能力。

3 總結

針對重慶交通大學航運與船舶工程學院本科生噪聲與振動控制技術教學過程中存在的諸多問題，文章圍繞如何提高教學質量進行了剖析，對課程教學內容進行了優化改革，提出了問題導向式的教學、案例討論教學，將課程理論知識與工程實際有機結合，并采用多元化考核形式，有效激發了學生的學習興趣和學習主動性，達到了學以致用的目的，教學效果良好。