工程力学专业振动实验课程教学改革与实践探索

芦 颉 张学义 潘信吉

哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院 黑龙江哈尔滨 150001

工程力学专业振动实验课程教学改革与实践探索

芦 颉 张学义 潘信吉

哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院 黑龙江哈尔滨 150001

针对振动实验课程特点，学生的能力水平及应用型创新型人才培养需求，运用案例剖析教学、科研与毕业设计成果转化、现场实验演示等方法，对课程进行改革与探索，从而激发学生的学习兴趣，增加实践技能，改善教学效果。

振动实验；教学方法；开放式教学；课程建设

振动实验是我校工程力学专业的一门主干专业实践课程，主要讲授结构振动参数的测量方法和原理，课程的实践性与应用性较强。学生在学习了振动基础，对振动现象和理论有比较清晰认识的基础上，可以通过动手实践掌握常用的振动测试技术，提高专业能力和科研素养。笔者在多年教学经验的基础上，针对课程特点、学生的知识背景和能力水平、前后续课程衔接、应用型和创新型人才培养需求等，对本课程的教学内容和方法进行了如下的改革和探索。

1 采取开放式实验教学模式

我校工程力学专业振动实验课程主要涉及单自由度、多自由度系统的机械振动测试、隔振减振、模态分析及相关的传感器测试技术，具有较强的实践性和应用性。在课程教学中安排了大量实验项目以提高学生的动手能力。近年来，随着相关专业科学技术的发展［1］和教学改革的不断深化，该课程的教学内容也在不断更新和增加。由于属于实践环节，为了解决设备台套数较少，现有学时数少，个别学生得不到独立动手锻炼的难题，近几年在学校和院系各方面的支持下，笔者所在的部级力学实验教学示范中心全面实行了开放式实验教学模式，即：打破原有课程的固定选课上课时间，变为整学期的“实验室开放教学”。这样做的好处是：一方面大大提高了设备的利用率，另一方面也使选课的每位学生得到充分锻炼。实验室开放让学生成为实验的主体，调动了广大学生参与专业实验的热情和积极性，营造了良好的学习和科创氛围。由于选课对象为高年级工程力学专业本科生，学生只要有时间，就可以深入专业实验室，进行课程实验操作，学有余力的同学还可在专业实验室完成课外科技和创新活动。近几年的实践教学证明：开放式实验教学模式使学生的创新思维和创新技能得到全面提升，在学生能力培养和科研素养养成方面具有重要的意义。

2 认真梳理优化实验项目和教学内容

21世纪初，教育部启动了“新世纪高等教育教学改革工程”项目，其目的是深化教育改革，全面推进素质教育，开展人才培养战略规划研究。［2］结合我校人才培养定位，在新版旧版教学大纲和培养方案的制定、修订等工作的推动下，笔者对该门课程教学内容和实验项目进行认真的梳理和优化，自编了校内实验讲义和参考教材。在实验教学顺序方面，先介绍正弦激励设备和信号采集设备的工作原理，并让学生得到专业仪器设备操作训练，再结合本专业的振动理论课程开展单/多自由度系统振动测试，共振频率识别及主动被动隔振、动力吸振等方面的实验教学。另外还补充了振动信号处理分析、模态识别、小型振动台实验等综合创新型实验项目。如图1所示，通过与旧版教学大纲和培养方案对比可以看出，经过更新和补充，实验项目数由原有的12项增加至27项（其中学生需完成8个必做实验，再从剩余的19个实验中挑选10个完成），并且综合型、设计型实验项目所占比例达到实验项目总数的59%。另外，设置部分研究创新型实验项目，满足了学生课外科技活动探索和分层次培养的要求。结合实验室开放教学模式，实践教学时间得到充分保障，实验教学内容丰富多样，学生通过参与实验得到锻炼和受益。

图1 实验项目优化梳理前后对比

3 案例剖析激发学生学习兴趣

图2 工程案例教学

案例教学法是指根据教学内容和目的的要求，在教师的指导下，采用理论知识应用于实际的典型案例组织学生学习、理解理论知识和提高知识应用能力的教学方法。［3］在实践教学环节适当采取案例教学，可以使学生了解并认识工程中的振动现象，激发专业学习兴趣，提前接触行业背景和需求。近几年，笔者及其研究团队参与了多项科研项目和科研服务，将一些有关振动和传感器测试的科研项目适当整理总结，就形成了课堂上的教学案例。例如：在讲解主动隔振、被动隔振以及振动环境试验等概念时，引入图2的振动台实验案例（科研项目经过整理）。通过视频或照片等方式，将项目的背景和研究意义介绍清楚后，学生如同亲临项目现场，听课时就会产生明显的兴趣，在动手实践环节更容易理解和消化所学知识，并且明确了专业设备的应用方向。因此，教学效率和教学效果均有显著提高。

4 将毕业设计引入实验教学 扩充教学内容

本科毕业设计是大学生本科学习生涯中的一个重要环节。在毕业设计环节中让学生参与一些研究型的课题或项目，不仅可以将振动测试领域最新的技术成果传授给学生，而且还是扩大学生知识层面和应用能力的重要途径。在先期的振动实验课堂教学中由于采取案例式教学方法，将工程力学专业的一些最新研究成果、新型实验测试技术和理论传授给学生，通过动手锻炼又使学生奠定了扎实的专业基础知识。在后续的毕业设计中，将每一个课题作为一个科研任务布置给学生，使学生得到实践锻炼，将学习的知识转化为解决实际问题的工具，同时培养科研团队合作意识，定期交流互动，体会研究过程的乐趣，最终培养科研兴趣，提高学生专业素养。近年来在毕业设计题目和内容方面，设置了一些关于结构动态测试和分析的项目，例如：“换热器件振动特性的试验研究”“PVC泡沫材料阻尼性能的试验研究”等。将以上毕业设计课题的内容优化整理后，又可以形成新的教学内容并补充到下一周期的高年级本科生振动实验课程教学中。这样就形成一个良好的“教学循环”，毕业设计成果可以丰富教学内容，一些优秀成果可作为学生课外科创活动的项目展示，在激发低年级专业学生参与实验室课程教学和科技创新活动的兴趣方面起到了积极意义。

5 课程考核

课程考核的目的不仅在于了解学生知识掌握情况，更重要的是调动学生学习积极性，使考核成为教学的中间环节而不是终结环节。因此，如何评定实验成绩就显得至关重要。实验课程的考核体系既要考核学生实验的全过程，又要能反映学生掌握知识和运用知识分析实际问题的能力。基于上述思想，对振动实验课程的学生期末成绩评定内容包括以下三方面。

5.1 平时成绩

主要考查学生参与实验的热情和动手能力。借助学校的实验室综合管理系统，可以较为全面地掌握本学期学生的实验课出勤率。对于基本的验证性实验，通过按照相关国家和行业标准，规范化操作，培养学生专业能力，根据实验过程的规范化程度可以给出具体操作成绩；对于一些相对较难的综合性实验采取分组实验模式，每组人数控制在2～4人，这样有利于培养学生团队协作能力，按照组员对整个实验的贡献也可以给出平时实验操作成绩。此部分占总成绩15%。

5.2 实验报告

此部分侧重培养学生应用专业基础知识分析问题，解决问题的能力。在实验报告撰写方面使学生养成正确书写、格式规范的专业习惯。一份完整的实验报告应该包括实验数据和结果分析。在实验过程中督促学生养成“尊重”原始数据的好习惯，对于一些规律性的实验数据，会利用专业基础知识加以解释或用于验证某些理论；对于实验中出现的非规律性数据或偶然数据，学生能够找到产生原因并加以解释分析。此部分占中成绩70%。

5.3 总结报告

主要从培养学生了解专业背景，养成专业兴趣入手。此部分占总成绩15%。总结报告的题目和内容自拟，既可以包括工程振动理论和振动测试技术发展现状、具体案例分析或专业相关文献阅读收获等，又可以是本学期动手操作的体会与对本门课程的建议。设置此部分的考核内容，可以从学生的教学反馈中及时发现学生的需求和本门课程在教学与实践环节中存在的不足等重要信息。经过统筹分析后，在下一个教学周期中，就可以做到进一步改进和完善教学的目的。

6 结束语

实验教学改革是一项长期的任务。针对工程力学专业振动实验课程教学，主要阐述了实验室开放教学模式的重要性，结合笔者和课题组多年的教学经验，对振动实验课程教学内容和课程考核提出了一些建议。经过教学实践表明，以上思路和方法能有效地调动学生参与实验的热情，并提高实验教学质量和学生专业素养。

［1］ 李兆军，耿葵花，杨旭娟，蔡敢为.机械动力学综合振动台的研制［J］.实验室研究与探索，2010，29（6），134-136.

［2］ 唐克岩，郑菲.机械设计基础课程教学方法［J］.中国现代教育装备，2014（15）:39-41.

［3］ 蔡敬民.地方本科院校应用型人才培养的理论与实践探索［M］.合肥:合肥工业大学出版社，2013.

Teaching Reform and Practice Investigation of Vibration Experiment Course For Engineering Mechanics Specialty

Lu Jie， Zhang Xueyi， Pan Xinji
Harbin Engineering University， Harbin， 150001， China

According to the characteristics of vibration experiment course， the need of the ability and the creative talents cultivation of students， the course has been reformed and investigated by using case analysis teaching， scientific research and the graduation design transformation， experiment demonstration method. The aim is to stimulate interest in learning， increase practice skills， and improve teaching effect.

vibration experiment； teaching method； opening teaching； course construction

2015-03-23

芦颉，博士，副教授。张学义，博士，副教授。

哈尔滨工程大学教学研究课题（编号：SYJG20140202）。