面向工程實際的機械系統(tǒng)動力學(xué)教學(xué)改革與實踐

郭曉強 柳軍 肖芳 王國榮

【摘要】機械系統(tǒng)動力學(xué)是各高校機械工程、力學(xué)、動力工程及工程熱物理等機械類專業(yè)碩士研究生的一門重要的學(xué)位課，不僅是本科生材料力學(xué)、理論力學(xué)等課程的延伸，還是博士研究生高等動力學(xué)、非線性動力學(xué)等課程的基礎(chǔ)，提高該門課程的教學(xué)質(zhì)量是確保機械類研究生培養(yǎng)質(zhì)量的關(guān)鍵課程之一?；趪鴥?nèi)“雙一流”學(xué)科建設(shè)的要求，以培養(yǎng)創(chuàng)新性科研人才為目標，分析目前課程教學(xué)存在的不足，提出面向工程實際的教學(xué)改革方法，并以西南石油大學(xué)機電工程學(xué)院2019級和2020級研究生為實踐對象，開展教學(xué)改革方法的現(xiàn)場實踐，發(fā)現(xiàn)：通過本課程的教學(xué)改革，提高了研究生的整體成績，提升了研究生解決工程實際問題以及撰寫高水平學(xué)術(shù)論文的能力。

【關(guān)鍵詞】機械系統(tǒng)動力學(xué)? 研究生教育? 創(chuàng)新性科研人才? 教學(xué)改革方法

【Abstract】Mechanical system dynamics is an important degree course for postgraduates majoring in Mechanical Engineering， Mechanics， and Power Engineering and Engineering Thermophysics. It is not only the extension of undergraduate courses such as material mechanics and theoretical mechanics， but also the foundation of doctoral courses such as advanced dynamics and nonlinear dynamics. Improving the teaching quality of this course is one of the key courses to ensure the quality of mechanical postgraduate training. Based on the requirements of domestic “double first？鄄class” discipline construction and the goal of cultivating innovative scientific research talents， this study analyzes the shortcomings of the current curriculum teaching， and puts forward the teaching reform method oriented to engineering practice. Finally， the on？鄄site practice of teaching reform method taking the 2019 and 2020 graduate students of school of mechanical and electrical engineering of Southwest Petroleum University as the practice objects was carried out. It is found that， through the teaching reform of this course， the overall performance of graduate students is improved， and their ability to solve practical engineering problems and write high？鄄level academic papers is improved.

【Keywords】mechanical system dynamics; postgraduate education; innovative scientific research talents; teaching reform methods

【基金項目】2018年西南石油大學(xué)研究生教研教改項目（重點項目）：面向工程實際的《機械系統(tǒng)動力學(xué)》教學(xué)改革與實踐（18YJZD05）資助。

【中圖分類號】G642 ? 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2021）25-0120-02

國家正在大力加強“雙一流”學(xué)科建設(shè)，強調(diào)工程教育教學(xué)改革要適應(yīng)未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展，培養(yǎng)有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、動態(tài)適應(yīng)能力的交叉復(fù)合型人才。機械系統(tǒng)動力學(xué)是機械工程、力學(xué)等機械類專業(yè)碩士研究生的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，主要講授在機械系統(tǒng)動力學(xué)建模與分析等方面的基本理論與方法。提高該門課程的教學(xué)質(zhì)量是確保機械工程等專業(yè)研究培養(yǎng)質(zhì)量的關(guān)鍵課程之一[1]。2010年，教育部提倡實施“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”，強調(diào)以工程實際為導(dǎo)向，為了能夠?qū)崿F(xiàn)高質(zhì)量創(chuàng)新技術(shù)人才的培養(yǎng)，促進我國工程教育強國的轉(zhuǎn)變[2]。為此，學(xué)者提出了面向工程實際的本科生課程教學(xué)改革[3]，通過課程的改革，有助于提高本科生的學(xué)習(xí)興趣，促進了本科生課程教學(xué)的發(fā)展，取得了一些成效。而針對機械系統(tǒng)動力學(xué)這門課程的改革，一些學(xué)者重點在教學(xué)內(nèi)容上進行改革[4-5]，優(yōu)化了課時內(nèi)容的安排，一定程度上豐富了學(xué)生的課時內(nèi)容，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，但都主要停留于教學(xué)內(nèi)容上，未在教學(xué)方法、培養(yǎng)人才等方面進行改革。為此，針對目前機械系統(tǒng)動力學(xué)課程教學(xué)存在的不足，開展機械系統(tǒng)動力學(xué)課程教學(xué)方法改革研究。

1.教學(xué)上存在的問題

機械系統(tǒng)動力學(xué)是機械工程等專業(yè)碩士研究生的一門專業(yè)選修課程。通過多年的教學(xué)工作，發(fā)現(xiàn)該課程存在以下問題：

（1）由于課程過于理論化，如果老師采用傳統(tǒng)的“填鴨式”教學(xué)方法，將導(dǎo)致學(xué)生感覺學(xué)習(xí)該門課程枯燥無味，難以理解教學(xué)內(nèi)容的實際工程背景。

（2）學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不濃，學(xué)習(xí)目的性不強，所學(xué)知識無法與工程實際問題結(jié)合。

（3）課程教學(xué)評價方法過于單一，平時成績以點名次數(shù)、上課回答問題等為基準，考試成績以考試試卷成績或上交論文為評判依據(jù)，評價方法較為單一，難以全面反映學(xué)生對實際知識掌握及運用的能力。

2.教學(xué)改革方法及實踐效果

2.1教學(xué)內(nèi)容改革

機械系統(tǒng)動力學(xué)是研究生的課程，共36個課時，有教學(xué)內(nèi)容多，抽象性高，涉及面廣等特點，導(dǎo)致教學(xué)過程中無法實現(xiàn)面面俱到，老師需要在教學(xué)過程中，精簡出核心內(nèi)容，突出能夠體現(xiàn)工程實際的重點內(nèi)容、難點知識。同時在引出核心知識點時，可增加工程實際案例，并以其為“線索”，貫穿整個內(nèi)容的講解，能夠有效增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識。

2.2 教學(xué)方法改革

（1）提高課程教學(xué)效率，組織好課堂理論教學(xué)。①解讀教材、突出重點知識。機械系統(tǒng)動力學(xué)與基礎(chǔ)課程如理論力學(xué)、材料力學(xué)和數(shù)值分析等課程有一定聯(lián)系。為了能夠在有限的課時內(nèi)，完成所需的理論教學(xué)和實踐教學(xué)內(nèi)容，教師需全面解讀教材內(nèi)容，提煉出重點知識，重點教學(xué)，對于所涉及到的基礎(chǔ)知識，需安排學(xué)生課后復(fù)習(xí)。②以工程案例為線索，貫穿重點知識的講解。教師根據(jù)提出的重點知識，準備相應(yīng)的工程案例，在實際教學(xué)中，首先拋出工程實際案例，在講解工程案例的過程中，引入課時所需的重點知識點。③“本碩”交叉教學(xué)模式。采用交叉教學(xué)的方式，讓本科生的基礎(chǔ)課程和研究生專業(yè)課緊密結(jié)合，開拓本科生解決問題的思路，奠定研究生的力學(xué)基本功，實現(xiàn)“本碩”交叉教學(xué)模式。

（2）組織實踐教學(xué)。機械系統(tǒng)動力學(xué)課程的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)主要包括企業(yè)參觀實習(xí)、機械系統(tǒng)動力學(xué)課程設(shè)計和課程設(shè)計答辯三個方面。①企業(yè)參觀實習(xí)。學(xué)生通過現(xiàn)場參觀實習(xí)，可以加深對結(jié)構(gòu)振動的感性認識。②課程設(shè)計。老師把全班分成多個小組，老師制定機械系統(tǒng)動力學(xué)相關(guān)的實際工程問題，學(xué)生通過課后時間去解決各自的實際工程問題。③課程設(shè)計答辯。有了課程學(xué)習(xí)中理論環(huán)節(jié)和實踐環(huán)節(jié)的精心安排，學(xué)生的計算和應(yīng)用能力得到了很好的培養(yǎng)和鍛煉，最后通過課程設(shè)計答辯可進一步提升學(xué)生的演講能力。

2.3 教學(xué)方式改革

①機械系統(tǒng)動力學(xué)課程之前的課堂教學(xué)模式以PPT教學(xué)為主，學(xué)生注意力不容易集中。在改革后的課堂教學(xué)模式中，將以教師講課為主，以板書為主要的課堂教學(xué)模式，對板書不能體現(xiàn)的內(nèi)容，可通過PPT向?qū)W生展示。通過板書的知識點書寫和PPT的直觀認識相結(jié)合，加深學(xué)生對知識點的理解和掌握。②采用案例教學(xué)法。在大部分基本理論內(nèi)容講授后，可針對工程中的實際相關(guān)問題，開展案例教學(xué)，以增加學(xué)生對工程實際問題的分析能力與解決能力。

2.4 成績評價方法及實踐效果

①最終成績評定方式。第一部分采用閉卷考試的形式，主要考查學(xué)生對基本理論知識的掌握情況，占總成績的40%;第二部分考核主要為過程考核，主要考核學(xué)生對知識的靈活應(yīng)用和應(yīng)用基礎(chǔ)知識解決具體問題的能力，占總成績的20%;第三部分考核為課外實踐考核，主要考核學(xué)生課后對實際工程問題的解決能力，占總成績的40%。

②實踐效果研究。通過改革方法的實施，已參加機械系統(tǒng)動力學(xué)課程學(xué)習(xí)的2018級碩士研究生共92人，其中優(yōu)秀人數(shù)（90分以上）共3人、良好人數(shù)（80～90）36人、及格人數(shù)（60～80）49人、不及格人數(shù)4人。參加機械系統(tǒng)動力學(xué)課程學(xué)習(xí)的2019級碩士研究生共88人，其中優(yōu)秀人數(shù)共4人、良好人數(shù)26人、及格人數(shù)57人、不及格人數(shù)1人，最終成績服從正態(tài)分布。

3.結(jié)論

（1）教學(xué)內(nèi)容上，需以工程案例為載體，精簡教學(xué)中內(nèi)容，突出重點、難點知識，并結(jié)合工程實例進行講解，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識。同時，適當補充教材中沒有的新知識和學(xué)科前沿動態(tài)信息，拓寬學(xué)生視野。

（2）教學(xué)方法上，采用兩步走的方式，第一，提高課程教學(xué)效率，組織好課堂理論教學(xué)：注重其他基礎(chǔ)課程之間的互通，必要時增加其他課程的交叉教學(xué);每章節(jié)需增加工程案例，不能局限于書本作業(yè)，但不能放棄書本作業(yè)，需將工程案例的作業(yè)與書本課后作業(yè)交叉學(xué)習(xí)。第二，組織實踐教學(xué)：結(jié)合高校產(chǎn)學(xué)研平臺，重點到企業(yè)了解本課程相關(guān)的實際工程問題，甚至通過與企業(yè)的結(jié)合，找到解決動力學(xué)相關(guān)問題的方案，開拓研究生科研思維。

參考文獻：

[1]成建聯(lián).適應(yīng)新工科建設(shè)的機械系統(tǒng)動力學(xué)課程教改思考[J].教育教學(xué)論壇，2018（32）：158-159

[2]沈豫浙，王成軍，張瑞.機械專業(yè)卓越工程師校企聯(lián)合培養(yǎng)模式構(gòu)建研究[J].技術(shù)與創(chuàng)新管理，2013，34（3）：269-271

[3]狄勇婧.面向?qū)嶋H工程應(yīng)用的線性代數(shù)教學(xué)研究[J].教育教學(xué)論壇，2017（26）：163-164

[4]李剛，孫麗莎，閻軍，鄭勇剛，楊春秋.面向“一帶一路”的工程教育國際化新體系研究與實踐[J].力學(xué)與實踐，2020， 42（4）：470-474

[5]郭長文，徐睿.地方高等院校機械動力學(xué)課程教學(xué)改革初探[J].科技資訊，2015，13（24）：173-174.

作者簡介：

郭曉強（1991年-），男，江西吉安人，博士學(xué)位?，F(xiàn)為西南石油大學(xué)機電工程學(xué)院講師，主講理論力學(xué)、機械系統(tǒng)動力學(xué)等課程。

柳軍（1980年-），男，廣西賀州人，博士學(xué)位?，F(xiàn)為西南石油大學(xué)機電工程學(xué)院機械工程專業(yè)研究員、博士生導(dǎo)師，主講機械系統(tǒng)動力學(xué)、高等動力學(xué)等課程。

肖芳（1990年-），女，江西吉安人，學(xué)士學(xué)位?，F(xiàn)為西南石油大學(xué)馬克思主義學(xué)院碩士研究生，兼職助教。