振動理論及應(yīng)用研究生課程建設(shè)的教學(xué)改革與探索

南國防

【摘 要】研究生課程建設(shè)是高等學(xué)校教學(xué)基本建設(shè)的重要內(nèi)容之一。加強研究生課程建設(shè)是有效落實研究生教學(xué)計劃，提高教學(xué)科研水平和人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要保證。針對振動理論及應(yīng)用研究生課程的特點，結(jié)合研究生創(chuàng)新教育的目標(biāo)，對本課程教學(xué)現(xiàn)狀和問題、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)方式、教學(xué)改革和實踐等進行了較為深入詳盡的闡述。

【關(guān)鍵詞】實驗理論結(jié)合；互動；知識結(jié)構(gòu)；教學(xué)手段

振動理論及應(yīng)用是理工科高校力學(xué)、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(xù)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(nèi)容十分豐富，涉及到的理論推導(dǎo)對數(shù)學(xué)的要求很高。此課程對力學(xué)、汽車、機械、航空航天、船舶、能源類等專業(yè)研究生在強度和振動、機械結(jié)構(gòu)動力學(xué)等方面的深入研究具有十分重要的意義。研究生經(jīng)過本科階段的學(xué)習(xí)已經(jīng)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(xué)目標(biāo)主要為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新求實、學(xué)以致用的能力。然而，在實際教學(xué)過程中還存在以教師填鴨式講授為主的現(xiàn)象，造成教學(xué)環(huán)節(jié)中師生互動較弱、知識和應(yīng)用脫節(jié)[1-2]、研究生教學(xué)本科化、教學(xué)內(nèi)容單一化等問題。這些問題嚴(yán)重影響研究生創(chuàng)新和自主開展科研等能力的培養(yǎng)。筆者從事振動理論及應(yīng)用研究生課程教學(xué)和科研多年，結(jié)合自身教學(xué)和科研實踐中的經(jīng)驗和不足，從以下幾個方面闡述教學(xué)改革和自身的一些探索。教學(xué)過程中存在的主要問題包括：

1 基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)和工程實踐相結(jié)合的能力較弱

研究生一入學(xué)對課程的學(xué)習(xí)延續(xù)了本科階段的學(xué)習(xí)方法和學(xué)習(xí)習(xí)慣，而研究生初期的課程最多，因此研究生課程的學(xué)習(xí)和教學(xué)都容易本科化。相比基礎(chǔ)理論的學(xué)習(xí)，對振動理論和工程實踐相結(jié)合的能力更為薄弱。筆者在振動理論及應(yīng)用的課程教學(xué)實踐中，發(fā)現(xiàn)不少同學(xué)在振動力學(xué)方面基礎(chǔ)較差，而對課程的學(xué)習(xí)多延續(xù)了本科階段做題和記公式的學(xué)習(xí)習(xí)慣，這種學(xué)習(xí)方法對基礎(chǔ)理論的學(xué)習(xí)效果尚可，但對更為重視將基本理論同工程實踐相結(jié)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(xué)分析，質(zhì)量和剛度如何對自振頻率產(chǎn)生影響；葉片增加葉冠結(jié)構(gòu)如何影響自振頻率等；學(xué)生腦子中記著公式卻不懂如何應(yīng)用到具體問題上。此類問題反映出學(xué)生在基礎(chǔ)理論和工程實際的結(jié)合方面存在很多問題，或重視程度不夠，或?qū)φ駝訂栴}的本質(zhì)認(rèn)識不足等。在以后的教學(xué)中應(yīng)通過各種方法加強學(xué)生對理論聯(lián)系實際能力的培養(yǎng)。

2 課堂師生互動較弱，教學(xué)方式單一、本科化

在振動理論及應(yīng)用的教學(xué)過程中，由于教學(xué)內(nèi)容涉及力學(xué)建模、公式推導(dǎo)、方程求解等，數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求較高，抽象思維較多，因而教學(xué)很難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。很多時候就是教師在講臺上填鴨式講授，而學(xué)生收獲不太理想；教學(xué)過程中教師和學(xué)生的互動較少；這種填鴨式的教學(xué)方式過于單調(diào)，課堂教學(xué)質(zhì)量不太理想。筆者了解到，國外對于基礎(chǔ)理論課的講授多采用理論和小作業(yè)相結(jié)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(chǎn)生較好的教學(xué)反響。這些方法我們亦可以參考。

3 課程知識結(jié)構(gòu)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(xù)體的振動等，著重理論教學(xué)，對于數(shù)學(xué)基礎(chǔ)不夠好的同學(xué)在理論推導(dǎo)方面存在一定的困難；課程內(nèi)容涉及到的推導(dǎo)多基于簡單力學(xué)模型來研究振動機理，所以和工程結(jié)合不是特別緊密。課程的這個特點對學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和抽象思維要求很高，學(xué)生在學(xué)習(xí)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(nèi)容中適當(dāng)增加部分前修知識，比如數(shù)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(yīng)用結(jié)合起來，適當(dāng)跨學(xué)科使得學(xué)生所學(xué)知識可以融會貫通，學(xué)以致用。另外，可以在講授具體知識點的時候，結(jié)合學(xué)科研究前沿問題來講，增加研究熱點和研究難點等，使得學(xué)生對于基礎(chǔ)知識的應(yīng)用有更進一步的認(rèn)識，同時也增強了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

針對以上存在的問題，筆者在教學(xué)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(jù)課程教學(xué)目標(biāo)，設(shè)置系列研討課題，開展研討式教學(xué)

結(jié)合研究生課程的教學(xué)目標(biāo)，開展研討式教學(xué)[3]。首先要設(shè)置一些研討課題，這些課題既包括課程教學(xué)內(nèi)容中的理論基礎(chǔ)，又包括課程的發(fā)展情況及最新動態(tài)，還包括課程內(nèi)容在科學(xué)研究中的應(yīng)用情況與存在的問題或爭議等。通過學(xué)生分組研討可以有的放矢，著重培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力。在這個教學(xué)過程中，一方面，任課教師要為學(xué)生準(zhǔn)備大量的教材之外的閱讀資料或文獻，包括國內(nèi)核心期刊和國際頂級期刊，甚至《自然》、《科學(xué)》中的相關(guān)最新科研成果，以備研討之用。另一方面，學(xué)生則需要進行大量的閱讀、研討、總結(jié)、提煉、匯報等。此舉可以提高學(xué)生對基礎(chǔ)知識和學(xué)科前沿的認(rèn)知程度，同時督促學(xué)生積極主動的學(xué)習(xí)和思考，也可以提高學(xué)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(xué)生進行交流討論和總結(jié)提煉。把學(xué)生討論中突顯出來的問題重點分析和總結(jié)。通過研討的方式得到問題的解決方案，小組長總結(jié)成員的研討的過程并闡述結(jié)論。最后教師和學(xué)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(xué)質(zhì)量。

（2）針對教學(xué)內(nèi)容單一性的問題，開展工程案例和專題講座教學(xué)

振動理論及應(yīng)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(jié)合自身項目經(jīng)歷，將和課程內(nèi)容相關(guān)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(xué)生。同時，也可以請一些和課程內(nèi)容相關(guān)的專家學(xué)者，進行一到二小節(jié)的專題講座。旨在將所學(xué)理論知識和工程實踐緊密結(jié)合，讓學(xué)生更清楚知識和實踐是如何結(jié)合起來的，基礎(chǔ)知識是如何應(yīng)用于工程實際之中的。這種教學(xué)方式也可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，取得較好的教學(xué)效果。

3 采用多種教學(xué)手段，合理利用多媒體教學(xué)

利用多媒體教學(xué)的優(yōu)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(xué)生對振動理論基礎(chǔ)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(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速測量的實驗，將這些實驗通過視頻的方式展示給學(xué)生，更進一步加強振動基本理論和工程應(yīng)用的結(jié)合。

綜上所述，通過對教學(xué)目標(biāo)，教學(xué)方式和手段，教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)互動等環(huán)節(jié)的探索性思考和實踐，使得研究生對振動理論及應(yīng)用課程的學(xué)習(xí)更為深入，一方面摒棄研究生教學(xué)本科化，加強基礎(chǔ)知識和工程應(yīng)用結(jié)合的能力，另一方面開展創(chuàng)新性思維，啟迪智慧，培養(yǎng)基礎(chǔ)扎實、富于創(chuàng)新精神、能獨立開展科研活動的的復(fù)合型研究型技術(shù)人才。

【參考文獻】

[1]高芳祎.我國研究生課程與教學(xué)改革效果的調(diào)查研究[J].學(xué)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(shè)：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(shè)的探索與實踐[J].高等建筑教育，2015，24（6）：55-57.

[4]胡衛(wèi)華，HuWei-hua.由振動理論課程的多媒體教學(xué)進行的思考[J].經(jīng)濟研究導(dǎo)刊，2009（31）：226-227.

[責(zé)任編輯：朱麗娜]