結構物靜動態實驗技術高水平國際化課程建設探索與思考

摘"要：為提升結構物靜動態實驗技術課程的學術水平，課題組對標新工科人才培養標準，以建設高水平國際化課程為目標，明確課程目標及方向，改革課程教學模式，制定一系列具象的實施方案，使學生收獲教材以外的高水平課程知識，具備國際化視野，同時使學生逐步由被動聽課、被課程吸引，到主動參與、主動查閱、主動交流討論、進行深入思考研究的進階過程。

關鍵詞：結構物靜動態實驗技術;新工科;高水平國際化課程;教學改革;課程建設

中圖分類號：G642"""文獻標志碼：A"""""文章編號：2096-000X（2025）03-0018-05

Abstract：InordertoenhancetheacademicleveloftheStructuralStaticandDynamicTestingTechniquescourse，theresearchteambenchmarksthetalenttrainingstandardsofthe\"NewEngineering\"andaimstoconstructahigh-levelinternationalcourse.Theteamclarifiesthecourseobjectivesanddirections，reformstheteachingmodeofthecourse，andformulatesaseriesofconcreteimplementationplans.Thegoalistoenablestudentstoacquirehigh-levelcourseknowledgebeyondthetextbook，possessaninternationalperspective，andgraduallytransitionfrompassivelisteningandbeingattractedbythecoursetoactiveparticipation，activeretrieval，activecommunicationanddiscussion，andin-depththinkingandresearch.

Keywords：StructuralStaticandDynamicTestingTechniques;newengineering;high-levelinternationalcourse;teachingreform;courseconstruction

結構物靜動態實驗技術是針對工科碩士研究生開設的一門實驗技術基礎課，課程的基本教學目標是通過各個教學環節，使學生掌握應變測試技術、振動測試技術及振動信號分析基礎，同時掌握各種不同類型的試驗測試設備及傳感器的使用方法，并能夠運用這些測試技術和方法去分析和解決與結構靜、動態響應相關的工程實際問題。課題組結合在教育部產學合作協同育人項目“《材料力學》虛擬仿真實驗教學資源及課程體系建設”實踐過程中總結的經驗對建設結構物靜動態實驗技術高水平國際化課程的學術認識以及目標如下。

目標1：建設高水平國際化課程，老師應及時追蹤、了解國內、外先進的結構靜、動態測試新方法、新技術、新設備、新應用，以及與船舶工程專業相關的結構靜動態實驗技術，并將這些國際上前沿、先進的知識傳授給學生，引導學生關注國外最新的研究動態，并主動查閱國外相關文獻，以具備國際化視野[1-3]。

目標2：結合專業特色，建設高水平國際化課程應讓學生掌握艦船結構動力學測試時的流固耦合知識和測試技術，以及不同縮比模型之間的動力學相似性理論和換算方法，使學生具備本專業高水平的結構測試理論和測試技術[4-6]。

目標3：建設高水平國際化課程應將實際科研項目中的典型結構實驗案例介紹給學生，分析實際工程結構試驗所需注意的問題、測試理論、測試方法、數據處理等，使學生具備理論聯系實際的能力。同時讓學生主動調研、整理其導師課題組相關實驗案例，并進行課堂分享、匯報和交流討論，提升學生主動調研、收集、整理實驗資料，并主動交流、討論、深入思考的能力[7]。

目標4：建設高水平國際化課程應將近期國內外研究熱點引入課堂，例如將人工智能、深度學習、機器學習等理論與本課程相關理論關聯起來，啟發學生思考，提高學習興趣，使學生具備交叉學科關聯的能力[8]。

一"課程建設過程中存在的問題

問題1：教材和原課程教案中的一些結構試驗方法較老舊、實驗設備測試精度不高，不能適應復雜環境和特殊要求下實際工程結構的測試要求，亟需引入國內、外先進的結構靜、動態測試新方法、新技術、新設備、新應用相關知識。

問題2：原有的4學時結構動態實驗是在空氣中進行相同尺寸的板、梁結構固有振動實驗，實驗模型結構過于簡單，且該實驗不能反映水中不同縮比結構動態實驗所需考慮的流固耦合及尺度相似性換算問題，無法對船舶工程專業常見的結構水中動態測試實驗提供指導。

問題3：原有的課程講授的結構和學生做實驗的結構都是相對簡單的平板、梁，對于實際工程中的大型、復雜結構的靜、動態實驗過程、實驗所需考慮的問題了解較少，理論模型和工程實際結構差異較大，理論與實際脫節。

問題4：學生對人工智能、機器學習、深度學習等新興理論和技術比較感興趣，卻不知道如何將這些理論與本課程的理論關聯起來。

問題5：原來課堂上學生以被動聽老師授課為主，課堂參與性、積極性不高。

二"解決的思路與措施

思路與措施1：針對問題1，采取3種方法相結合，以實現目標1。

方法1.1：授課老師將收集整理的相關國際上先進的結構測試新技術、新方法、新應用，以及與船舶工程專業相關的結構靜動態實驗技術，在課堂上以拓展知識的形式給學生講授，拓寬學生的視野，提升專業技能。

方法1.2：將往屆學生收集整理的與課程相關的最新研究進展專題資料和老師收集的疑難知識點補充資料共享到課程QQ學習群中，以方便學生補充、吸收課外知識。

方法1.3：授課老師引入在國外西澳大學訪學期間接觸到的新的測試設備和測試技術，介紹給學生，并引領學生查閱相關的國際論文，提升國際化視野。以掃描激光多普勒測振儀為例，如圖1所示。該測振儀主要是采用激光逐點掃描的方法，主要測量結構空氣中模態，是一種非接觸式測量振動模態的方法，相較于傳統的力錘敲擊測量模態方法，具有測試狀態穩定可靠、采集振動數據點更多、測量速度快、精度高、可重復強且可直觀顯示測試模態云圖的優點。但該激光掃描設備價格昂貴，且不適合水下結構模態測試，因此，在航空、航天、水面艦船等領域應用被廣泛應用。

思路與措施2：針對問題2，需設計和加工新的實驗模型和實驗臺架，針對艦船工作環境，設計需考慮流固耦合的結構動態實驗，措施是設計加工了可充液的大圓柱殼2套、縮比小圓柱殼2套，懸掛臺架2套，以便多組學生進行充液圓柱殼模態實驗，同時制定了相應的實驗大綱，以便學生加深對流固耦合的理解，掌握結構動力學相似性的換算，以實現目標2。

思路與措施3：針對問題3和問題5，采取3種方法相結合，以實現目標3。

方法3.1：授課老師分享所參與科研項目中的實際工程結構的實尺度或縮比模型實驗案例，介紹實驗前的準備、實驗中的注意事項、實驗后的數據處理等方面，讓學生學會理論聯系實際。

方法3.2：學生分組調研所在課題組科研項目中的結構實驗案例，并進行分享、交流討論，逐漸由被動學習向主動學習轉化，學習階段由淺入深。匯報交流過程中，對學生的提問進行記錄，并在課堂進行集中答疑。

方法3.3：采用手機“微助教APP”輔助教學手段，進行課堂簽到和答題，增加了學生課堂的參與性和積極性，同時通過學生答題正確率，將學生課程知識掌握情況及時反饋給老師，以便及時調整教學計劃。

思路與措施4：針對問題4，將課程所學理論與熱點研究領域相結合，加深理解本課程理論在新興技術上的應用，例如，將傅里葉變換與圖像壓縮相關聯，將卷積與機器學習、圖像識別相關聯，以實現目標4。

思路與措施5：針對問題1、問題3、問題4，引入課程思政，加強理論聯系實際，激發學生主動了解、掌握先進的結構實驗技術，具備國際化視野和創新能力，培養多角度思維，注重學科交叉，以實現目標1、目標3、目標4。

三"實施辦法、取得的成效等

在思路與措施1的方法1.1中，實施辦法是老師收集整理了結構靜、動態測試的新技術、新方法，新應用，以及與船舶結構相關測試技術的國內外文獻，老師在課堂上進行了七次拓展講解和交流討論，具體為拓展1：結構應變測量新技術研究;拓展2：應變測試技術在船舶行業中的應用;拓展3：控制電阻應變片測量誤差的措施;拓展4：動態應變測量;拓展5：相關函數的應用;拓展6：傅里葉變換的相關知識;拓展7：卷積的物理意義及其應用，七次拓展PPT部分截圖如圖2所示。

取得的成效：七次拓展知識點講解激發和增強學生探索先進的結構靜動態試驗測試技術的興趣。上課主動性和積極性得到提高，收獲了課本以外的高水平課程知識和船舶工程專業結構測試實用測試技術，實現了目標1。

在思路與措施1的方法1.2中，實施辦法是老師將往屆學生收集整理的與課程相關的最新研究進展專題資料和老師收集的疑難知識點補充資料整理成電子文檔，共享到課程QQ學習群中，供學生課后自主學習和更新完善，“電子資料匯總——結構測試新技術、新方法、艦船結構測試技術等專題”和“補充知識”共享學習QQ群截圖如圖3所示。

取得的成效：學習QQ群共享的資料方便了學生補充、吸收課外知識，拓展了知識面，學生在共享群中進一步分享自己在老師拓展過程中的感想以及自己的收獲，實現了目標1。

在思路與措施1的方法1.3中，實施辦法是授課老師引入在西澳大學訪學期間接觸到的新的測試設備和測試技術，并引領學生查閱相關的國際論文，“國外先進測試技術和測試方法”。

取得的成效：引入國外先進設備和測試技術，激發了學生追蹤國際上最新、最先進理論、技術的好奇和探索精神，提升了國際視野，實現了目標1。

在思路與措施2中：實施辦法是設計加工了可充液的大圓柱殼2套、縮比小圓柱殼2套，懸掛臺架2套，同時制定了相應的實驗大綱，讓多組學生進行充液圓柱殼模態實驗，完成實驗報告，通過空氣中和充液圓柱殼振動對比，指導學生分析流固耦合的影響，引申思考艦船結構空氣中和水中振動實驗的差異分析;通過大、小圓柱殼模型的振動實驗對比，引導學生們考慮不同的模型縮尺比的影響，并開展動力學相似性理論的研討和分析，引申思考實際工程結構靜、動態實驗中的相似性換算方法。“設計、制作充液大、小圓柱殼模態實驗”。

取得的成效：學生加深了對流固耦合的理解，掌握了結構動力學相似性的換算方法，學生對實驗進行總結，并撰寫實驗測試報告。實現了目標2。

在思路與措施3的方法3.1中：實施辦法是授課老師分享了所在課題組最新科研項目中的錐柱球組合殼水下振動聲輻射實驗的案例，詳細介紹了實驗前的準備：激振機安裝方式、壓載的重量估算、模型下水的方式選擇等;實驗中的注意事項，即觀察模型是否水密，查看相關函數等;實驗后的數據處理等方面，“錐柱球組合殼水下振動聲輻射實驗”。

取得的成效：學生學會了將理論聯系實際的思考方式，為將來開展實際工程結構實驗提供思路和實驗設計流程，實現了目標3。

思路與措施3的方法3.2中，實施辦法是將30個學生分成6組進行調研，調研所在課題組的科研項目中結構實驗案例，整理成PPT，并進行課堂分享和交流討論[10]。“學生分組結構實驗調研及課堂交流討論”。

取得的成效：學生逐漸由被動學習向主動學習轉化，學習階段由淺入深，實現了目標3。

思路與措施3的方法3.3中，實施辦法是上課前同學們利用微助教APP進行課堂簽到，在講新課前，利用微助教答題復習上節課的內容，答題錯題統計課堂上就反饋給老師。“利用微助教APP進行輔助教學”截圖如圖4所示。取得的成效：通過微助教APP課堂簽到，提高了到課率;通過APP課堂答題，提升了同學們的參與感，活躍了課堂氣氛，調動同學們積極性;APP答題錯題統計有助于老師有針對性地進行錯題講解，實現了目標3。

在思路與措施4中，實施辦法是將課程所學理論與熱點研究領域相結合[9-10]，例如：將傅里葉變換與圖像壓縮相關聯，將卷積與機器學習、圖像識別相關聯，如圖2所示。

取得的成效：學生上課興趣和積極性得到提高，啟發了學生將新興的人工智能、機器學習、云計算、無線傳輸等技術引入到傳統的結構靜、動態實驗測試中，以提升測試速度、測試精度、增加實驗可視化、智能化，實現在線監測和輔助判斷，學生加深理解了本課程理論在新興技術上的應用，激發了交叉學科的學習興趣和鉆研精神[6]，實現了目標4。

在思路與措施5中，實施辦法是上課在講授課程知識的同時，引入課程思政內容，加強學生理論聯系實際，激發學生了解和掌握先進的結構實驗技術，具備國際化視野，培養學生多角度思維能力[11]。具體思政內容主要包含：

第一，加強學生理論聯系實際。通過老師講授科研項目實驗、同學們分組調研、分享實際工程結構實驗，將本課程學習的理論知識與工程實際結構實驗案例分析相結合，有利于幫助學生深入理解理論知識、并能學以致用。

第二，激發學生了解和掌握先進的結構實驗技術，具備國際化視野。通過老師上課講授國內、外先進的結構實驗新設備、新方法、新技術、新應用，拓展學生的視野、激發學習動力和創新精神。

第三，培養多角度思維能力。從時域、頻域的傅里葉變換，引申到圖像壓縮;從卷積理論，引申到機器學習，啟發學生深入學習理論知識的內涵，多角度思考，注重學科交叉，培養發散關聯思維的創新能力。

取得的成效：加強學生理論聯系實際，有利于幫助學生深入理解理論知識、并能學以致用;學生了解和掌握先進的結構實驗技術，有助于激發學習動力和創新精神，具備國際化視野;啟發學生多角度思維，注重學科交叉，有助于培養學生發散、關聯思維的創新能力。實現了目標1、目標3、目標4。

四"結束語

本篇論文對建設高水平國際化課程結構物靜動態實驗技術過程中所開展的探索性實施方案及所取得的成效進行了詳細描述。通過新技術、新方法和新應用的拓展交流提升了學生的課堂積極性;通過引入國外先進設備和測試技術，開拓了學生的國際視野;通過設計新的試驗大綱和開展新的試驗測試，加深了學生對于船舶技術知識的理解;通過分享課題組最新研究進展，為學生了解船舶領域技術前沿、感受大國重器研發過程中的艱辛與成功的喜悅，激發學生愛國情懷及從事船舶行業的熱情;通過分組實驗調研與交流，促進學生學習由被動向主動學習模式的轉變;借助微助教等教輔手段，活躍了課堂氛圍，調動了學生的學習積極性。

參考文獻：

[1]馬林.新時代院校軍事職業教育在線課程建設存在問題與對策[J].高教學刊，2023，9（S1）：56-59，64.

[2]夏興華，陳峰.基于高校應用型人才培養的課程建設——以“家具材料與結構”課程為例[J].現代職業教育，2023（7）：102-105.

[3]張彧鳳，孟曉萍.大學英語教師課程思政教學能力研究[J].教育理論與實踐，2021（21）：33-35.

[4]解世雄.簡論力學教學的價值與技巧[J].力學與實踐，2003，25（5）：69-70.

[5]盛國剛，胡浩.工科理論力學課程教學改革的一些嘗試和體會[J].力學與實踐，1999，21（5）：61.

[6]王婷，趙中華，劉佳.課程思政背景下《工程倫理》教學實踐探究[J].優格，2022（11）：133-135.

[7]馮磊，史煥聰，趙大鵬.新工科背景下“工程倫理”課程思政教改實踐探索[J].上海理工大學學報，2022，44（4）：409-413.

[8]薛瑞，蘇文斌，馬富銀，等.工程倫理課程思政教學設計探索與實踐[J].中國教育技術裝備，2023（9）：103-106.

[9]湯迎紅，劉國亮，蔡頌，等.新工科背景下機械設計課程思政教學探索與思考[J].中國教育技術裝備，2022（12）：116-119.

[10]李曉娟，李璐璐.新工科背景下工程項目管理課程思政元素的融合與教學實踐[J].高等建筑教育，2021，30（2）：65-71.

[11]李明昊，隋哲，田楊，等.基于“課程思政”的“有限元法”課程教學改革與實踐[J].裝備制造技術，2022（1）：180-182.

基金項目：教育部產學合作協同育人項目“船舶與海洋工程專業教學新探”（230804352907258）;教育部產學合作協同育人項目“《材料力學》虛擬仿真實驗教學資源及課程體系建設”（220606071143724）

第一作者簡介：陳美霞（1975-），女，漢族，江西吉安人，博士，教授，博士研究生導師。研究方向為艦船結構振動與噪聲控制。

*通信作者：王婷（1991-），女，漢族，陜西西安人，博士，講師。研究方向為艦船結構振動與噪聲控制。