振动理论及应用研究生课程建设的教学改革与探索

南国防

【摘 要】研究生课程建设是高等学校教学基本建设的重要内容之一。加强研究生课程建设是有效落实研究生教学计划，提高教学科研水平和人才培养质量的重要保证。针对振动理论及应用研究生课程的特点，结合研究生创新教育的目标，对本课程教学现状和问题、教学目标、教学方式、教学改革和实践等进行了较为深入详尽的阐述。

【关键词】实验理论结合；互动；知识结构；教学手段

振动理论及应用是理工科高校力学、机械类研究生的典型课程之一，以讲述线性振动理论为主，从单自由度振动、多自由度振动到连续体的振动，从自由振动到强迫振动，从简谐激励、冲击激励到一般激励，内容十分丰富，涉及到的理论推导对数学的要求很高。此课程对力学、汽车、机械、航空航天、船舶、能源类等专业研究生在强度和振动、机械结构动力学等方面的深入研究具有十分重要的意义。研究生经过本科阶段的学习已经具备一定的知识体系和思维方式，而研究生阶段的课程教学目标主要为培养学生创新求实、学以致用的能力。然而，在实际教学过程中还存在以教师填鸭式讲授为主的现象，造成教学环节中师生互动较弱、知识和应用脱节[1-2]、研究生教学本科化、教学内容单一化等问题。这些问题严重影响研究生创新和自主开展科研等能力的培养。笔者从事振动理论及应用研究生课程教学和科研多年，结合自身教学和科研实践中的经验和不足，从以下几个方面阐述教学改革和自身的一些探索。教学过程中存在的主要问题包括：

1 基础理论学习和工程实践相结合的能力较弱

研究生一入学对课程的学习延续了本科阶段的学习方法和学习习惯，而研究生初期的课程最多，因此研究生课程的学习和教学都容易本科化。相比基础理论的学习，对振动理论和工程实践相结合的能力更为薄弱。笔者在振动理论及应用的课程教学实践中，发现不少同学在振动力学方面基础较差，而对课程的学习多延续了本科阶段做题和记公式的学习习惯，这种学习方法对基础理论的学习效果尚可，但对更为重视将基本理论同工程实践相结合的研究生教育来说，稍显不足。譬如，将高层建筑等效为悬臂梁模型进行动力学分析，质量和刚度如何对自振频率产生影响；叶片增加叶冠结构如何影响自振频率等；学生脑子中记着公式却不懂如何应用到具体问题上。此类问题反映出学生在基础理论和工程实际的结合方面存在很多问题，或重视程度不够，或对振动问题的本质认识不足等。在以后的教学中应通过各种方法加强学生对理论联系实际能力的培养。

2 课堂师生互动较弱，教学方式单一、本科化

在振动理论及应用的教学过程中，由于教学内容涉及力学建模、公式推导、方程求解等，数学基础要求较高，抽象思维较多，因而教学很难激发学生的学习兴趣。很多时候就是教师在讲台上填鸭式讲授，而学生收获不太理想；教学过程中教师和学生的互动较少；这种填鸭式的教学方式过于单调，课堂教学质量不太理想。笔者了解到，国外对于基础理论课的讲授多采用理论和小作业相结合的形式，同时采用专题汇报和讨论的形式，加强师生互动，产生较好的教学反响。这些方法我们亦可以参考。

3 课程知识结构的单一性

由于振动理论主要讲授单自由度振动、多自由度振动、连续体的振动等，着重理论教学，对于数学基础不够好的同学在理论推导方面存在一定的困难；课程内容涉及到的推导多基于简单力学模型来研究振动机理，所以和工程结合不是特别紧密。课程的这个特点对学生数学基础和抽象思维要求很高，学生在学习兴趣和动力方面存在一定的问题。针对课程的这个特点，可在课程内容中适当增加部分前修知识，比如数值计算方法等；而在课程后期增加一些工程计算实例，将理论和实际应用结合起来，适当跨学科使得学生所学知识可以融会贯通，学以致用。另外，可以在讲授具体知识点的时候，结合学科研究前沿问题来讲，增加研究热点和研究难点等，使得学生对于基础知识的应用有更进一步的认识，同时也增强了学生学习兴趣。

针对以上存在的问题，笔者在教学实践中进行了一些探索性的改革和思考，主要包括：

（1）任课教师根据课程教学目标，设置系列研讨课题，开展研讨式教学

结合研究生课程的教学目标，开展研讨式教学[3]。首先要设置一些研讨课题，这些课题既包括课程教学内容中的理论基础，又包括课程的发展情况及最新动态，还包括课程内容在科学研究中的应用情况与存在的问题或争议等。通过学生分组研讨可以有的放矢，着重培养学生理论联系实际的能力。在这个教学过程中，一方面，任课教师要为学生准备大量的教材之外的阅读资料或文献，包括国内核心期刊和国际顶级期刊，甚至《自然》、《科学》中的相关最新科研成果，以备研讨之用。另一方面，学生则需要进行大量的阅读、研讨、总结、提炼、汇报等。此举可以提高学生对基础知识和学科前沿的认知程度，同时督促学生积极主动的学习和思考，也可以提高学生文献检索的能力。任课教师要花一定的时间和精力组织学生进行交流讨论和总结提炼。把学生讨论中突显出来的问题重点分析和总结。通过研讨的方式得到问题的解决方案，小组长总结成员的研讨的过程并阐述结论。最后教师和学生讨论得到解决问题的方法。此举可以盘活课堂气氛，增进师生互动，提高教学质量。

（2）针对教学内容单一性的问题，开展工程案例和专题讲座教学

振动理论及应用课程主要讲授振动的基本理论，对于课程后期教师可以结合自身项目经历，将和课程内容相关的工程计算实例通过讲授甚至实验视频、软件截图等方式展示给学生。同时，也可以请一些和课程内容相关的专家学者，进行一到二小节的专题讲座。旨在将所学理论知识和工程实践紧密结合，让学生更清楚知识和实践是如何结合起来的，基础知识是如何应用于工程实际之中的。这种教学方式也可以提高学生学习兴趣，取得较好的教学效果。

3 采用多种教学手段，合理利用多媒体教学

利用多媒体教学的优势[4]，增加图片和视频，甚至软件计算過程录屏，模拟仿真动画等。让学生对振动理论基础知识的掌握更加易懂、更加深入。同时，可以将振动涉及到的部分实验，比如叶片振动自振频率测量的实验，转子临界转速测量的实验，将这些实验通过视频的方式展示给学生，更进一步加强振动基本理论和工程应用的结合。

综上所述，通过对教学目标，教学方式和手段，教学内容、教学互动等环节的探索性思考和实践，使得研究生对振动理论及应用课程的学习更为深入，一方面摒弃研究生教学本科化，加强基础知识和工程应用结合的能力，另一方面开展创新性思维，启迪智慧，培养基础扎实、富于创新精神、能独立开展科研活动的的复合型研究型技术人才。

【参考文献】

[1]高芳祎.我国研究生课程与教学改革效果的调查研究[J].学位与研究生教育， 2012（10）：27-31.

[2]章丽萍，金玺，顾建民.研究生课程建设：从理念到方略[J].中国高教研究，2013（7）：66-70.

[3]周凌，王仲刚，陈进，等.随机振动研究生课程建设的探索与实践[J].高等建筑教育，2015，24（6）：55-57.

[4]胡卫华，HuWei-hua.由振动理论课程的多媒体教学进行的思考[J].经济研究导刊，2009（31）：226-227.

[责任编辑：朱丽娜]