新工科背景下振動噪聲控制基礎課程建設與實踐

摘 "要：以新工科建設為牽引，聚焦船舶減振降噪行業需求及船舶與海洋工程、輪機工程等工科專業特色，結合振動噪聲控制基礎課程特點、教學中的痛點問題及以學生為中心的教學理念，提出“知識、能力、素質、價值”四個層次的培養目標，對課程內容和教學資源進行優化重構，構建“厚基礎、重應用、育高階、促創新”和“融工程、融前沿、融思政”的進階式教學內容，開展全學習周期多元化評價體系建設。課程建設與實踐旨在夯實學生理論基礎，提升應用專業知識解決船海振動噪聲領域工程問題的能力，培養學生的批判分析思維、自由探索、團隊協作和實踐創新等素養，以期為新工科背景下高素質復合型人才培養提供支撐和借鑒。

關鍵詞：新工科；振動噪聲；課程建設；教學實踐；教學模式

中圖分類號：G642 " " "文獻標志碼：A " " " " "文章編號：2096-000X（2025）08-0109-05

Abstract： Leveraging the construction of emerging engineering education as the traction， this course focuses on the industry demands for ship vibration reduction and noise control， as well as the characteristics of engineering majors such as ship and marine engineering， and marine engineering. Additionally， combining the characteristics of the fundamentals of vibration and noise control course with the educational challenges faced and the student-centered teaching philosophy， the course outlines the four-tiered cultivation objectives encompassing \"knowledge， ability， quality， and value\". It advocates for optimizing and reconfiguring course content and teaching resources to create a multi-tiered progressive course centered on \"solidifying the foundation， emphasizing application， cultivating high-level talents， and encouraging innovation\". The course integrates engineering practice， frontier technology， and ideological and political education. Furthermore， the construction of a multi-dimensional evaluation system for the whole learning cycle has been carried out. The course construction and practice aims to solidify students' theoretical foundation， improve their ability to apply professional knowledge to solve engineering problems in the field of ship vibration and noise， and cultivate students' critical analytical thinking， encourage free exploration， promote teamwork， foster practical innovation， and develop other valuable qualities， this provide support and reference for the cultivation of high-quality compound talents within the context of emerging engineering education.

Keywords： emerging engineering education; Vibration and Noise; course construction; teaching practice; teaching mode

新工科建設是我國高等教育為主動應對新一輪科技革命與產業變革，服務國家重大戰略需求，面向未來發展，引領我國高等教育改革，推動我國高等教育大國向高等教育強國轉變的一項重要舉措[1]。其中“工科”是本質，“新”是取向，新工科提出的人才培養新要求需要新的教學方法，也需要新的教學形態[2]。從行業發展角度，我國船舶制造業通過不斷的技術升級推動產業升級現已成功摘取世界船舶皇冠上的“三顆明珠”——航空母艦、大型郵輪、大型LNG運輸船，船舶行業面臨由傳統的制造向自主創新、原始創新的創造轉型重要時期，科技創新正在向“并行”和“領跑”轉變。振動噪聲控制技術逐漸成為決定艦船整體性能的關鍵因素，振動噪聲在海洋工程中同樣重要，如國際海事組織（IMO）對海洋平臺不同部分的振動噪聲有明確標準和要求，船海減振降噪領域高素質復合型人才需求激增，對高校的專業人才培養提出更高的要求。因此，開展新工科建設背景下振動噪聲控制課程建設與實踐，對培養船舶與海洋工程振動噪聲控制領域的新時代高素質復合型人才具有重要的現實意義。

聚焦船舶減振降噪行業發展需求，振動噪聲控制基礎是輪機工程、船舶與海洋工程等工科專業的一門專業特色選修課，培養學生掌握振動噪聲分析理論和控制方法，具備解決船舶動力裝置系統振動噪聲工程問題的能力。該課程是一門以物理概念為基礎，以數學物理方法、數值分析計算和測試控制為工具，以解決工程實際中振動噪聲問題為主要目標的力學與機械工程的分支學科。課程涉及高等數學、復變函數、理論力學、材料力學和控制理論等多學科知識，具有概念抽象、理論性強、數理基礎要求高、公式推導復雜及知識體系龐雜等特點，要求學生具備良好的知識交叉綜合應用能力[3-4]。

新工科建設對學生的知識獲取、應用能力、素質提升和價值塑造提出了更高的要求，而振動噪聲控制基礎課程的傳統教學體系已不能滿足新時代高素質復合型工科人才培養需求，亟需對課程教學理念、教學目標、教學內容及考核評價體系進行建設和實踐。目前國內眾多高校開展了振動噪聲相關課程的教學研究，提出諸多創新舉措以滿足新時期課程需求。如融合課程教授、數值仿真、實驗設計及工程應用的多模式教學，培養學生綜合應用能力[3，5]；通過課程教學和教材調研分析，推動課程教學改革[6-8]；突出學生主體地位，開展翻轉課堂的新教學模式，強調學習主動性，加深學生對知識的內化[2，9]；通過融入思政元素提升課程協同育人，加強學生價值觀的形塑[10]；以科研項目為導向實現科教融合，培養學生工程科學素養和實踐創新思維[11]。

基于以上研究，瞄準新工科建設，聚集船舶減振降噪行業新需求及本校船舶與海洋工程、輪機工程專業特色，本文首先確定以學生為中心的教學目標，采用逆向設計正向實施的教學策略，對原有課程內容、教學資源和知識體系進行梳理、優化、重構和建設，設定高階考核目標，綜合采用過程評價、動態評價、結果評價等方式，建立起全過程多角度“理論與實踐相融合、教學策略與學習狀況動態調整、評價過程與教學過程有機結合”的全學習周期多元形成性課程評價體系。探索多種教學模式和教學理念課程，為完成教學目標革新、教學內容重構和評價體系建設的課程建設與實踐賦能，以期解決振動噪聲控制基礎課程教學中的難題，助力新時期高素質復合型工科人才培養。

一 "課程教學痛點問題

振動噪聲控制基礎課程是面向船舶與海洋工程、輪機工程高年級學生的專業選修課，是一門理論性、實踐性和應用性緊密結合的課程，旨在培養學生具備綜合應用知識的能力、實踐創新思維和工程素養，可以勝任船海領域振動與噪聲應用方面的工作。然而，在新工科建設的新要求和船舶與海洋工程減振降噪行業的新需求下，現有課程教學存在以下問題。

（一） "教學理念及教學目標需滿足新工科建設要求

傳統的振動噪聲類課程教學仍是教師主導，即以教師知識灌輸和學生被動接受知識為主的傳統教學模式，對學生知識內化、實踐應用、高階思維及價值理念的培養無法落實到實處。教學理念、教學目標與新工科建設要求共振不明顯，需進一步強化以學生為中心的教學理念，逐步升級教學目標以適應新工科建設要求。

（二） "工程融合不足難以適應行業工程需求

由于課程理論要求高、多學科交叉明顯及課時有限等因素，存在概念抽象難理解、理論知識消化不充分、工程應用背景不明晰等問題。課程教學主要采用知識講授、例題講解和習題練習為主，對工程應用不夠重視，缺少復雜工程問題分析、知識應用、實踐創新等高階認知過程訓練。如何使學生夯實專業知識的同時提升知識應用能力，豐富教學內涵，強調應用性和實踐性、創新性和挑戰性，以適應船舶減振降噪行業工程需求，是亟需解決的難題。

（三） "考核評價方式單一難以支撐高階目標

現有課程考核方式多以平時作業和期末考試為主的結果考核，考核評價方式較為單一，難以支撐新工科建設下課程高階目標實現，不利于教師依據學情進行教學策略的動態調整和持續改進。課程實踐中亟需豐富評價體系使考核貫穿在學生全學習周期，讓學生積極參與到教學學習全過程，激勵學生主動學習，提升批判分析思維、實踐創新等高階能力。

二 "課程建設與實踐

（一） "課程建設與實踐思路

根據課程教學痛點問題，聚焦船舶工程、海洋工程減振降噪行業需求，新工科建設背景下振動噪聲控制基礎課程打造“課程目標革新—課程內容重構—多元評價建設—持續改進”集知識教授、能力培養、素質提升和價值塑造為一體的課程教學閉環，建設與實踐思路如圖1所示。課程通過深化以學生為中心的教育理念，確定“知識—能力—素質—價值”為核心的四個位階課程目標，采用逆向設計正向實施的教學策略，重構具有輪機工程專業和船舶減振降噪行業特色的易難漸進、理論實踐協同的進階式課程教學內容，建設滿足新工科建設要求的“厚基礎、重應用、育高階、促創新”和“融工程、融前沿、融思政”的教學資源。設定以高階性、創新性和挑戰度“兩性一度”為目標引領的全學習周期多元形成性課程評價體系，支撐課程教學體系建設的同時便于學生學習狀態的動態調整和教師教學策略、教學質量的持續改進。本課程教學建設與實踐可有效夯實學生理論知識，培養學生應用專業知識解決復雜工程問題能力，提升高階批判分析思維及實踐創新思維，形塑學生工程科學理念、科技興國，行業責任擔當，培養嚴謹負責、拓展進取的核心價值觀。

（二） "課程教學目標與教學理念

為深化以學生為中心的教學理念，課程教學實踐采用“逆向設計，正向實施”，即以課程目標為起點，思考教學方法與思路，進一步設計教學內容。該逆向設計有利于避免教學實施過程與教學大綱的較大偏離，深度融合新工科建設要求、船舶振動噪聲控制行業需求以及思政協同育人理念，保證知識—能力—素質—價值的四位階教學目標達成，課程教學目標如圖2所示。

圖2 "知識—能力—素質—價值四位階的教學目標

1 "知識目標：專業知識獲取

課程主要講授振動聲學基本方程、典型問題數學物理建模、響應求解以及動力學分析方法，培養學生掌握振動噪聲控制的基本概念、基本理論、基本方法和基本思路，構建復雜工程問題數理建模、計算分析、測試控制的知識體系。

2 "能力目標：知識應用能力

通過工程實例分析、模擬仿真分析、實驗設計實踐等強化學生對一體化知識體系的理解和掌握，能夠靈活運用理論知識解決復雜工程中的科學問題，實現專業知識與工程應用的統一，培養學生具備運用理論知識解決船舶與海洋工程領域振動噪聲問題的能力。

3 "素質目標：創新思維提升

聚集船舶減振降噪需求和學術科技前沿，鼓勵知識拓展創新，運用已有知識提出新思路、新方法、新應用，如引導學生積極參與科研課題、創新創業訓練項目以及科技創新競賽等實踐創新，激發學生創新意識和科研興趣，提升學生敢于開拓探索的高階批判性分析思維和實踐創新思維。

4 "價值目標：涵養價值形塑

引入船海重大工程、科研團隊成果、船舶減振降噪技術等工程案例，引導學生掌握振動噪聲控制知識在工程領域的應用，明晰理論知識指導工程實踐的意義，致力于形塑學生精益求精的工程科學理念，激發科技報國的愛國情懷，強化行業責任意識，并培養嚴謹負責、拓新進取的核心價值觀。

（三） "課程教學內容重構

振動噪聲控制基礎課程理論性和實踐性強、數理基礎要求高、概念抽象、公式推導復雜和知識體系龐雜等，課程教學需要尊重學生認知學習規律、人才成長規律和實踐創新規律。為此，以學生發展為中心，以“厚基礎、重應用、育高階、促創新”教學理念為導向，以“融工程、融前沿、融思政”為抓手，重構具有船舶與海洋工程、輪機工程專業和船舶減振降噪行業特色的易難漸進、理論實踐高階協同的進階式課程教學內容，以滿足新工科建設要求。進階式課程教學內容重構如圖3所示。

依據振動噪聲控制課程特點和教學痛點問題，充分考慮課程知識難易程度和學生認知差異，突破傳統教材內容和教學資源，重構具有船舶與海洋工程、輪機工程專業和船舶減振降噪行業特色的易難漸進、理論實踐高階協同的進階式課程教學內容和知識體系。整體教學內容分為理論知識、實踐應用、高階認知提升三進階式教學模塊。其中基礎知識，首先講授單雙自由度振動，包括無阻尼自由振動、有阻尼自由振動和強迫振動的概念理論、建模、求解和分析；其次，講授連續體結構振動概念理論、建模、求解和分析，包括桿的縱向振動與扭轉振動、梁的彎曲振動；再而講授聲學，包括聲波方程、聲源聲場、聲波傳播和噪聲評價等聲學基礎知識。高階知識層面，以振動噪聲的分析、測試和控制為主，包括船舶結構分析方法、隔振減振技術及吸聲隔聲消聲技術，以支撐高階認知和實踐創新。實踐應用部分緊密聯系實際工程，包括艦船單雙層隔振控制，輔機動力吸振設計，艦船軸系縱振扭振，葉片橫向振動建模與分析，消聲器降噪，隔聲罩/屏障，振動噪聲測量評價及艙室/管路/柴油機噪聲控制方法等，并注重模擬仿真及實驗實踐提升教學效果。各部分內容教學過程中有機結合案例分析、前沿探索、思政協同和翻轉課堂教學模式賦能高階批判分析思維和實踐創新能力的培養。課程實現由理論基礎知識、高階知識到實踐應用再到高階思維提升易難漸進的進階式課程內容優化與重構。

圖3 "進階式課程教學內容重構

課程建設以“厚基礎、重應用、育高階、促創新”為導向的教學理念，該教育理念貫穿教學全過程，實現高素質復合型人才培養目標。厚基礎，即厚實學生對課程基本概念、基本理論、基本方法、基本思路的掌握以及高階知識的了解，具備扎實的專業知識功底；重應用，即課程教學中重視學生應用專業知識和模擬仿真軟件解決復雜工程問題的應用能力培養，通過工程案例分析并使用MATLAB仿真分析軟件和ANSYS有限元分析軟件強化理論知識的理解和應用，鍛煉學生仿真實踐能力，通過開展實驗提升學生動手實操能力；育高階，培養學生高階的批判性分析思維和高階認知能力，課程通過基礎知識掌握、實踐應用、案例分析、前沿探索和翻轉課堂等環節循序漸進地實現高階思維能力的培養；促創新，引導學生積極參加科研項目、創新創業訓練項目以及科技創新競賽等創新項目，激發學生創新意識和科研興趣，提升學生敢于開拓探索的創新思維。

構建以“融工程、融前沿、融思政”為抓手的教學資源，實現課程教學中理論知識有深度、學生視野有廣度、課堂教學有溫度。其中，融工程，即將與課程知識緊密聯系的實際工程案例融入課程教學，便于學生了解抽象知識，建立理論知識與工程問題的對應關系，提升學生應用理論知識解決復雜工程問題的能力，如引入船海領域重大工程案例、科研團隊成果案例及船舶減振降噪案例等；融前沿，即鼓勵學生追蹤和探索前沿學術科技，關注船舶減振降噪行業內的新理論、新方法、新技術和新策略，拓展學生工程視野和提升高階批判分析思維；融思政，即將思政協同育人理念潤物無聲的融入課堂，潛移默化地培養學生認真細致的工作作風、科技報國的愛國情懷和精益求精的工程理念，形塑嚴謹負責、拓新進取的核心價值觀，如國家脊梁——誓言無聲、攻堅克難、科技報國的核潛艇專家黃旭華，大音希聲——享譽世界、創新引領現代聲學的聲學資深院士馬大猷，科學家精神——實踐探索、創新開拓的82歲高齡3次下潛深海的深潛院士汪品先，工匠精神——追求卓越、精益求精、專注專業，大國工匠們的工程理念、職業素養與行業擔當。

（四） "課程教學評價體系建設

課程教學評價體系建設方面，設定高階性、創新性和挑戰度“兩性一度”的考核目標，綜合采用過程評價、動態評價、結果評價等方式，建立起全過程多角度“理論與實踐相融合、教學策略與學習狀況動態調整、評價過程與教學過程有機結合”的全學習周期多元形成性課程評價體系。學生成績構成分為三部分：過程評價的平時成績（30%）及實踐環節（10%）和終結性評價的期末考試（60%），成績細分及考核目標見表1。

其中，過程評價注重知識、能力、素質、價值有機融合的多元形成性評價體系，通過“評價、反饋、學習、修正”提升教師教學質量及學生綜合能力，包含平時成績和實踐環節。其中，線上預習及出勤以保證學生的學習積極性和課堂參與度；課堂提問及考核，培養學生獨立思考、批判分析及臨場應變能力，通過問答及測試考核反饋掌握學情，教師持續修正教學策略，學生也便于動態調整學習狀態；部分課程采用高階設計、創新設計、分組研討及匯報的翻轉課堂教學模式，通過自我評價、組內互評、組間互評及教師評價的多元評價形式，提高學生自主學習、自由探索、批判分析、團隊協作及創新能力；課后作業，鞏固理論知識的難點重點，重點考察學生知識點掌握情況，依據結果反饋動態調整教學策略；以“兩性一度”為考核目標的實踐環節，主要體現為學術前沿和實踐報告，旨在緊追船舶振動噪聲控制領域的學術科技前沿，使學生深入理解理論公式中的參數含義，拔高知識水平、提升高階批判分析思維及實踐創新能力，不斷提高“兩性一度”的達成度。

終結性評價形式為期末考試，是在形成性評價的基礎上對全學習過程的一次結果性評價，精準客觀的成績評定方式可以有效夯實理論基礎和增強教學外驅力。結合輪機工程專業培養方案及課程教學大綱出題，題型包括簡答題和計算題，主要考察學生對知識點的理解應用，側重基礎考察，同時兼顧高階性和挑戰度的進階型知識考核。

（五） "課程教學實踐初見成效

振動噪聲基礎課程經過建設和實踐已初見成效：①激發學生課程興趣，有效培養了學生扎實的專業知識，2023年輪機工程專業學生的綜合成績實現100%合格；②有效培養了學生利用振動噪聲控制知識解決實際工程問題能力，學生完成了與工程實踐緊密聯系的研究，如《動力吸振器參數設計與抑振分析》和《風機葉片結構建模及振動特性分析》，學生具備了復雜工程問題建模、求解、分析的能力及工程科學素養；③有效培養了學生的批判分析思維、自由探索精神、團隊協作和實踐創新能力等高階素養，通過課程教學中案例分析、前沿探索和實踐創新引導，激發了學生學術興趣、自主探索和實踐創新，課程支撐部分學生完成了較為學術前沿的《三維聲子晶體軸振動特性研究》和《基于聲學黑洞的管道減振研究》畢業論文研究，部分學生組隊參加了學校創新項目并在“全國大學生節能減排社會實踐與科技競賽”中獲得三等獎一項。

三 "結束語

新工科建設迫切需要培養工程知識扎實、工程能力強、具備高階批判分析思維、實踐創新和工程素養的高素質復合型人才。本文以新工科建設為牽引，聚焦船舶減振降噪行業需求及船舶與海洋工程、輪機工程專業培養特色，分析了振動噪聲控制基礎課程特點、課程教學現狀及教學痛點問題。針對教學理念、教學目標與新工科建設要求共振不明顯問題，提出了知識—能力—素質—價值四位階的課程培養目標；以學生發展為中心，通過重構課程教學內容，進階式培養學生高階認知能力，解決當前課程工程融合不足且難以適應行業需求的難題，提升學生利用振動噪聲控制知識解決復雜工程問題的能力；針對考核評價單一難以支撐高階目標的難題，建設全過程多角度的全學習周期多元形成性課程評價體系，引導學生積極參與到教學過程中，激發學生學習主動性，拔高知識水平，提升批判分析思維和實踐創新等高階能力。課程建設實現了“課程目標革新—課程內容重構—多元評價建設—持續改進”和集知識教授、能力培養、素質提升和價值塑造為一體的課程教學閉環，將對培養新工科背景下高素質復合型人才具有重要支撐和借鑒意義。

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