“噪声与振动控制技术”课程教学改革与实践

吴绍维

（重庆交通大学航运与船舶工程学院 重庆 400074）

0 引言

“噪声与振动控制技术”是重庆交通大学航运与船舶工程学院本科生大三下学期必修的一门重要的专业课程。本课程涉及学科较广泛，综合了高等数学、线性代数、矩阵论、大学物理、材料力学、静力学、信号分析等学科。[1]本课程是在“新工科”教育背景下，为现代绿色船舶装备制造提供基础理论和方法的一门学科。[2-3]该课程不仅要求学生掌握机械振动和声学基本理论，而且还要求掌握这些理论在振动和噪声控制工程问题中的具体应用，达到理论与工程实际相结合，培养和促进学生分析问题和解决工程实际问题的能力。但由于“噪声与振动控制技术”课程理论教学仅有32 学时且课程理论抽象难懂，教学过程中容易使学生陷入难以理解的复杂数学推导过程，从而忽略了本课程的重点与难点的把握，导致学生学习积极性不足，丧失学习信心和兴趣。基于课程的教学目的和特点，作者结合自身授课经历，分析了该门课程的教学现状，积极思考如何提高教学质量，从课程教学内容和教学方法进行了一些教学改革尝试和探究。

1 课程教学存在的问题

噪声与振动控制技术课程要求学生能够运用振动与声学理论解决实际工程问题，这在教学内容上就要求学生掌握一定的数学基础知识，如线性微分方程求解、矩阵方程求解、特征值与特征向量问题、快速傅里叶变换等。又由于是为船舶类专业开设的专业课程，在授课的过程中须结合船舶类专业的培养目标，使学生在修完本课程之后能够初步解决船舶设计和制造领域中的一些降噪和隔振的实际工程问题。根据对本院本科生的实际教学经验，作者总结出以下不足。

（1）该课程理论性强，对数学知识要求高，尤其是讲授到二自由度以上系统的强迫振动和声辐射控制方程时，涉及大量复杂的高等数学、矩阵理论和数学物理方法知识以及理论公式推导。然而授课对象为大三学生，很多学生当初并未很好地掌握相关的数学知识，即使部分学生当初学得好，但由于时间关系，已经忘记先前所学的数学基础知识。因此在学习这门课程的过程中，学生感到知识抽象、乏味、难以理解和掌握，从而学习效率低，进而影响学习兴趣。

（2）课程具有较强的工程应用特性，如何将船舶设计和制造过程中的噪声和振动实际工程问题凝练为声振物理模型，并将物理模型转换为数学模型，同时兼顾数学模型的正确求解，以及与实际工程的匹配程度，这对毫无相关船舶设计和制造工作实践经验的学生具有相当的难度，从而导致学生在规定的时间内不能掌握噪声与振动控制的相关概念和研究方法。

（3）教学方法和手段单一，教学效果欠佳。由于在该门课程的教学中，以往是以教师讲授理论知识为主要模式，未能结合工程实际问题，加上课程知识理论抽象、公式繁琐复杂，极易让学生感到枯燥厌倦，几乎不能激发学生的学习热情，教学效果差。

2 提高教学质量的改革措施

结合“新工科”教育，根据课程和专业特点，针对上述教学过程中的问题，对传统的教学模式进行了改革来提高教学质量，以促进学生学习主动性、培养学生的学习兴趣、提升解决实际工程问题的能力。

2.1 课程教学内容优化改革

修订和完善教学大纲，制定与船舶设计和制造工程相结合的教学内容。根据专业设置和学科发展水平，研究和参考国内外船舶噪声与振动控制课程相关的教学，优化课程章节。以船舶设计和制造工程中的振动和噪声问题为出发点重新规划课程，振动部分以线性离散系统的自由振动、强迫振动理论和隔振设计为教学重点，声学部分以声学基本理论、噪声测量、评价及控制为教学重点，删除原课程体系中的连续系统振动、非线性振动和声散射课程内容。新课程优化改进了噪声与振动控制技术课程体系框架，凝练典型船舶减振降噪的知识内容，拓展船舶主动与被动隔振、隔声与吸声等新方法的知识面，并在2016 级船舶专业教学中执行。

2.2 课程教学方法改革

在教学过程中，传统的教师课堂授课模式多以多媒体形式罗列公式和文字，难以激发学生的学习热情以及调动他们的学习积极性，应尽量融合多种教学手段，运用视频、动画、图片、文字来丰富教学形式。本课程在传统教学方法的基础上，结合工程实际和科学前沿知识，积极采用多媒体教学、问题导向式教学、案例讨论教学相融合的教学方法，来提高教学效率和激发学生的学习兴趣。具体教学方法如下。

（1）问题导向式教学。[4]问题导向式教学的宗旨是：针对船舶设计与制造工程中的实际噪声与振动控制问题，学生通过本课程的学习，能够运用所学知识构建一个合理的解决方案。在教学过程中授课教师需要在每一章节之前给学生提出相关问题、讨论问题，以激发学生的学习热情。如提出“为什么齐步走会导致桥梁垮塌”“船舶机舱如何隔声吸声”“船舶柴油机如何隔振”“船舶管路系统如何减振降噪”等问题，从这些现实工程实际问题转到对噪声与振动控制问题的分析，让学生带着问题学习相关噪声与振动控制的知识，这即是问题导向式教学的第一步。并以此为基础，引导学生将问题凝练为声振物理模型；与此同时，引导学生应用相关的数学知识建立声振数学模型，并运用相关数学软件（如MATLAB）进行数值求解，达到学以致用的教学目的，促使学生将所学理论知识与如何解决工程实际噪声与振动控制问题相关联。

（2）案例讨论教学。利用案列讨论来培养学生的创新与实践能力，提升学生学习的主观性。举例来说，在进行第一章“机械振动概述”时，利用视频、动画以及图片，采用从重大灾难性事故到国防军工的案例进行讨论分析，这些案例有机融合了课程中的诸多噪声与振动控制的理论知识。如从美国塔可马悬索桥发生剧烈的振动而垮塌、潜艇外壳敷设的消声瓦、运动跑鞋的气垫到歌剧院的顶棚结构设计。借助这些案例的学习，促使学生更好更快掌握抽象的噪声和振动控制理论，并进一步增强学生的求知欲以及诱导学生对噪声与振动控制问题的持续关注，让学生主动去查阅相关文献、剖析问题，加深学生对所学知识的掌握和理解。

2.3 课程考核方式改革

改变以往只以试卷考试为主的传统模式，应用多元化考核形式，鼓励学生在课堂上积极活跃表现和培养学生的实践能力，将平时课堂成绩提升至占总成绩的20%，实践成绩提升至10%，建立更科学的多元化考评机制。借助考评机制改革，引导学生学会主动独立的思考。平时课堂成绩旨在考查学生是否掌握课堂知识点，实践成绩旨在提升学生解决工程问题的能力。

3 总结

针对重庆交通大学航运与船舶工程学院本科生噪声与振动控制技术教学过程中存在的诸多问题，文章围绕如何提高教学质量进行了剖析，对课程教学内容进行了优化改革，提出了问题导向式的教学、案例讨论教学，将课程理论知识与工程实际有机结合，并采用多元化考核形式，有效激发了学生的学习兴趣和学习主动性，达到了学以致用的目的，教学效果良好。