研究生《噪聲與振動(dòng)控制技術(shù)》課程教學(xué)模式改革

毛崎波 李奕

摘要：針對(duì)南昌航空大學(xué)飛行器工程學(xué)院研究生課程《噪聲與振動(dòng)控制技術(shù)》課堂教學(xué)效率不高、內(nèi)容抽象、學(xué)生學(xué)習(xí)積極性有待提高等問題，通過新教材編寫、制定與工程實(shí)際發(fā)展相結(jié)合的教學(xué)內(nèi)容、實(shí)踐與期終結(jié)合的課程考核方式等一系列措施，對(duì)該課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和考核方式進(jìn)行改革和創(chuàng)新。通過教學(xué)實(shí)踐，研究生對(duì)該課程的學(xué)習(xí)興趣明顯提升，教學(xué)改革取得良好效果。

關(guān)鍵詞：研究生；《噪聲與振動(dòng)控制技術(shù)》；教學(xué)模式改革

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1674-9324（2019）29-0148-02

一、前言

《噪聲與振動(dòng)控制技術(shù)》課程是南昌航空大學(xué)飛行器工程學(xué)院研究生的一門重要的專業(yè)必修課，它綜合了機(jī)械振動(dòng)基礎(chǔ)、聲學(xué)基礎(chǔ)、信號(hào)分析和現(xiàn)代控制理論等多門學(xué)科知識(shí)[1，2]，并且與航空領(lǐng)域中的實(shí)際工程問題有緊密聯(lián)系，為解決飛機(jī)整機(jī)和航空發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)問題提供基本的理論基礎(chǔ)。

二、目前研究生《噪聲與振動(dòng)控制技術(shù)》課程教學(xué)存在的問題

盡管我院《噪聲與振動(dòng)控制技術(shù)》課程有32學(xué)時(shí)的理論教學(xué)，但是該課程對(duì)學(xué)生本科期間的先修課程要求較高，特別是涉及機(jī)械振動(dòng)理論、微分方程建模和求解、頻譜分析等[3]。但是近年來學(xué)院錄取的研究生中，三本學(xué)生和其他專業(yè)調(diào)劑生占了很大比例，調(diào)劑生中有不少學(xué)生在本科階段并未學(xué)習(xí)過機(jī)械振動(dòng)或者聲學(xué)相關(guān)課程，而大部分三本學(xué)生為了考研，忽略了與考研無關(guān)的專業(yè)課程學(xué)習(xí)，造成學(xué)習(xí)本課程所需求的相關(guān)知識(shí)薄弱。同時(shí)學(xué)生水平參差不齊，導(dǎo)致在教學(xué)過程中出現(xiàn)兩個(gè)問題：（1）基礎(chǔ)薄弱的研究生在學(xué)習(xí)《噪聲與振動(dòng)控制》的過程中，缺乏基礎(chǔ)知識(shí)，感到該課程非常枯燥抽象，尤其在學(xué)習(xí)噪聲主動(dòng)控制和平板結(jié)構(gòu)的振動(dòng)控制時(shí)，需要預(yù)先掌握連續(xù)系統(tǒng)振動(dòng)、自適應(yīng)控制、音頻聲學(xué)等內(nèi)容，導(dǎo)致他們對(duì)學(xué)習(xí)這門課程產(chǎn)生迷茫和畏難情緒，不知“身處何處”，并逐漸失去了學(xué)習(xí)的興趣。（2）部分基礎(chǔ)較好的研究生反映，很多基礎(chǔ)性內(nèi)容在本科階段已經(jīng)學(xué)過，不需要再教，而這直接導(dǎo)致了相當(dāng)一部分學(xué)生的到課率下降。

三、研究生《噪聲與振動(dòng)控制》課程教學(xué)模式改革措施

針對(duì)筆者在對(duì)研究生《噪聲與振動(dòng)控制》課程授課中的問題，我們提出對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)模式進(jìn)行變革，提高這門課程的教學(xué)效率和學(xué)生的學(xué)習(xí)積極主動(dòng)性，進(jìn)一步培養(yǎng)他們的科研創(chuàng)新能力。主要教學(xué)改革措施包括以下幾個(gè)方面。

1.完成新教材編寫出版。在多年教學(xué)積累的基礎(chǔ)上，筆者以自己在2013年Springer出版社出版的專著《Control of noise and structural vibration：A MATLAB-based approach》為基礎(chǔ)[4]，自編《基于MATLAB的噪聲與振動(dòng)控制》作為教材，該教材分為噪聲主動(dòng)控制、結(jié)構(gòu)振動(dòng)主動(dòng)控制、壓電式傳感器設(shè)計(jì)、反饋控制器設(shè)計(jì)四大部分，強(qiáng)調(diào)通過MATLAB軟件編程實(shí)現(xiàn)噪聲與振動(dòng)分析和控制。該自編教材以概念、原理性噪聲振動(dòng)知識(shí)為導(dǎo)向，強(qiáng)調(diào)分析和解決實(shí)際的噪聲與振動(dòng)問題，并有針對(duì)性地選擇具體方法以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和創(chuàng)新欲望。并在附錄中推薦了簡明且合理的英文參考書籍、期刊和網(wǎng)站，考慮到授課學(xué)生的專業(yè)英語水平參差不齊，我們?cè)诮滩闹性黾恿擞嘘P(guān)噪聲與振動(dòng)控制相關(guān)專業(yè)名詞的中英文對(duì)照說明，以便學(xué)生查閱相關(guān)英文文獻(xiàn)。同時(shí)在教材編寫中，我們突出該課程的航空特色，針對(duì)飛行器結(jié)構(gòu)在隨機(jī)激勵(lì)下的結(jié)構(gòu)振動(dòng)問題進(jìn)行專門闡述，為授課學(xué)生進(jìn)一步從事該領(lǐng)域的研究工作提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.主題式的教學(xué)方法。針對(duì)我院授課研究生學(xué)術(shù)水平參差不齊、其他專業(yè)調(diào)劑生較多的特點(diǎn)，改革了傳統(tǒng)的“教師講，學(xué)生聽”的本科式授課模式，強(qiáng)調(diào)對(duì)研究生自主學(xué)習(xí)能力、文獻(xiàn)資料查閱能力、科研創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，根據(jù)該課程特點(diǎn)，采用主題式教學(xué)方法，把主要講授內(nèi)容分為“噪聲與振動(dòng)背景知識(shí)”、“多自由度系統(tǒng)隔振”、“控制器設(shè)計(jì)”、“振動(dòng)主動(dòng)控制”和“噪聲主動(dòng)控制”五個(gè)主題，根據(jù)主題內(nèi)容安排不同的授課方式，例如對(duì)于第一個(gè)主題“噪聲與振動(dòng)背景知識(shí)”，讓基礎(chǔ)較好的研究生準(zhǔn)備課件，把本科期間學(xué)習(xí)的振動(dòng)與聲學(xué)噪聲給其他同學(xué)進(jìn)行講授，同時(shí)針對(duì)航空領(lǐng)域中存在的振動(dòng)噪聲問題，讓學(xué)生根據(jù)自己的興趣進(jìn)行分組選題，查閱文獻(xiàn)，搜集資料，制成幻燈片，進(jìn)行交流討論。從而促進(jìn)學(xué)生系統(tǒng)查閱文獻(xiàn)的能力、文字編輯能力和語言表達(dá)能力，加深學(xué)生對(duì)相關(guān)噪聲與振動(dòng)知識(shí)的理解和把握。

對(duì)于第二個(gè)主題“多自由度系統(tǒng)隔振”，強(qiáng)調(diào)通過MATLAB軟件進(jìn)行編程和仿真計(jì)算，同時(shí)結(jié)合航空領(lǐng)域?qū)I(yè)特色，給定直升機(jī)槳葉隔振等題目，要求學(xué)生能夠自行建立振動(dòng)模型，獨(dú)立編程計(jì)算。由于研究生基礎(chǔ)不同，所以提煉振動(dòng)模型時(shí)會(huì)有不同的簡化手段，所得仿真結(jié)果也千差萬別，在對(duì)這些練習(xí)進(jìn)行講評(píng)時(shí)，分析實(shí)際工程問題簡化對(duì)振動(dòng)模型精確性的影響、所用隔振手段的工程應(yīng)用可行性等，加強(qiáng)研究生解決實(shí)際問題的能力。

對(duì)于第三個(gè)主題“控制器設(shè)計(jì)”，以反饋控制為主線，講授模態(tài)控制和直接速度反饋控制這兩種噪聲與振動(dòng)領(lǐng)域內(nèi)代表性控制算法。要求學(xué)生能夠在MATLB/SIMULINK環(huán)境下實(shí)現(xiàn)這兩種算法，通過仿真計(jì)算，分析控制系統(tǒng)性能，這樣避免了控制器設(shè)計(jì)中復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)，同時(shí)為授課研究生進(jìn)一步學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)打下基礎(chǔ)。

而對(duì)于“振動(dòng)主動(dòng)控制”和“噪聲主動(dòng)控制”這兩個(gè)主題，以講授航空航天領(lǐng)域的工程應(yīng)用實(shí)例為主，并逐年融入本教學(xué)隊(duì)伍的最新科研成果的內(nèi)容以及國內(nèi)外振動(dòng)領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題，如飛行器壓電智能結(jié)構(gòu)、自適應(yīng)隔振、艙室內(nèi)噪聲控制、抗干擾主動(dòng)控制技術(shù)、智能旋翼等，從而激發(fā)同學(xué)們對(duì)該課程的興趣和思考。同時(shí)布置具有較強(qiáng)的專業(yè)性的課程大作業(yè)，通過分組方式由4—5名學(xué)生共同完成，這樣不但促進(jìn)了研究生團(tuán)隊(duì)的合作意識(shí)與能力，也激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

3.制定靈活的考核方式。為鼓勵(lì)研究生在平時(shí)課堂中的積極表現(xiàn)，促進(jìn)其科研能力的培養(yǎng)，將該課程的考核成績制定為平時(shí)成績（50%）、大作業(yè)成績（50%）兩部分，取消了期末考試。在平時(shí)考核中，根據(jù)研究生參與課堂活動(dòng)的表現(xiàn)，包括提交的作業(yè)和案例分析報(bào)告、在課堂上所做的案例分析演示、參與互動(dòng)討論等表現(xiàn)，綜合小組評(píng)分與教師評(píng)分給出成績。在大作業(yè)考核中，不但考核大作業(yè)內(nèi)容，還考核其格式，要求大作業(yè)以期刊論文的格式撰寫，包括題目、中英文摘要、前言、主要內(nèi)容、結(jié)論和參考文獻(xiàn)。通過大作業(yè)，使研究生基本掌握了科技論文的撰寫方式，同時(shí)通過查閱參考文獻(xiàn)，了解噪聲與振動(dòng)控制技術(shù)的最新進(jìn)展，為學(xué)生在研究生階段的進(jìn)一步科研工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

四、結(jié)論

針對(duì)《噪聲與振動(dòng)控制技術(shù)》課程在研究生教學(xué)中存在的問題，通過多年的教學(xué)實(shí)踐并結(jié)合我院研究生特點(diǎn)及專業(yè)背景，對(duì)該課程的教學(xué)模式進(jìn)行改革，實(shí)際教學(xué)表明，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與自主性得到加強(qiáng)，同時(shí)學(xué)生了解了噪聲與振動(dòng)控制技術(shù)最新的發(fā)展現(xiàn)狀及其在航空領(lǐng)域的應(yīng)用。通過大作業(yè)撰寫，鍛煉了學(xué)生文獻(xiàn)查閱、期刊論文撰寫、基于MATLAB的仿真計(jì)算等科研能力，取得了較好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

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[4]Mao Q，Pietrzko S.Control of noise and structural Vibration：A MATLAB-based approach[M].Springer，2013.