面向工程实际的机械系统动力学教学改革与实践

郭晓强 柳军 肖芳 王国荣

【摘要】机械系统动力学是各高校机械工程、力学、动力工程及工程热物理等机械类专业硕士研究生的一门重要的学位课，不仅是本科生材料力学、理论力学等课程的延伸，还是博士研究生高等动力学、非线性动力学等课程的基础，提高该门课程的教学质量是确保机械类研究生培养质量的关键课程之一。基于国内“双一流”学科建设的要求，以培养创新性科研人才为目标，分析目前课程教学存在的不足，提出面向工程实际的教学改革方法，并以西南石油大学机电工程学院2019级和2020级研究生为实践对象，开展教学改革方法的现场实践，发现：通过本课程的教学改革，提高了研究生的整体成绩，提升了研究生解决工程实际问题以及撰写高水平学术论文的能力。

【关键词】机械系统动力学  研究生教育  创新性科研人才  教学改革方法

【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年西南石油大学研究生教研教改项目（重点项目）：面向工程实际的《机械系统动力学》教学改革与实践（18YJZD05）资助。

【中图分类号】G642   【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2021）25-0120-02

国家正在大力加强“双一流”学科建设，强调工程教育教学改革要适应未来产业发展，培养有创新创业、动态适应能力的交叉复合型人才。机械系统动力学是机械工程、力学等机械类专业硕士研究生的一门重要的专业基础课，主要讲授在机械系统动力学建模与分析等方面的基本理论与方法。提高该门课程的教学质量是确保机械工程等专业研究培养质量的关键课程之一[1]。2010年，教育部提倡实施“卓越工程师教育培养计划”，强调以工程实际为导向，为了能够实现高质量创新技术人才的培养，促进我国工程教育强国的转变[2]。为此，学者提出了面向工程实际的本科生课程教学改革[3]，通过课程的改革，有助于提高本科生的学习兴趣，促进了本科生课程教学的发展，取得了一些成效。而针对机械系统动力学这门课程的改革，一些学者重点在教学内容上进行改革[4-5]，优化了课时内容的安排，一定程度上丰富了学生的课时内容，提高了学生的学习兴趣，但都主要停留于教学内容上，未在教学方法、培养人才等方面进行改革。为此，针对目前机械系统动力学课程教学存在的不足，开展机械系统动力学课程教学方法改革研究。

1.教学上存在的问题

机械系统动力学是机械工程等专业硕士研究生的一门专业选修课程。通过多年的教学工作，发现该课程存在以下问题：

（1）由于课程过于理论化，如果老师采用传统的“填鸭式”教学方法，将导致学生感觉学习该门课程枯燥无味，难以理解教学内容的实际工程背景。

（2）学生的学习兴趣不浓，学习目的性不强，所学知识无法与工程实际问题结合。

（3）课程教学评价方法过于单一，平时成绩以点名次数、上课回答问题等为基准，考试成绩以考试试卷成绩或上交论文为评判依据，评价方法较为单一，难以全面反映学生对实际知识掌握及运用的能力。

2.教学改革方法及实践效果

2.1教学内容改革

机械系统动力学是研究生的课程，共36个课时，有教学内容多，抽象性高，涉及面广等特点，导致教学过程中无法实现面面俱到，老师需要在教学过程中，精简出核心内容，突出能够体现工程实际的重点内容、难点知识。同时在引出核心知识点时，可增加工程实际案例，并以其为“线索”，贯穿整个内容的讲解，能够有效增加学生的学习兴趣，培养学生的工程意识。

2.2 教学方法改革

（1）提高课程教学效率，组织好课堂理论教学。①解读教材、突出重点知识。机械系统动力学与基础课程如理论力学、材料力学和数值分析等课程有一定联系。为了能够在有限的课时内，完成所需的理论教学和实践教学内容，教师需全面解读教材内容，提炼出重点知识，重点教学，对于所涉及到的基础知识，需安排学生课后复习。②以工程案例为线索，贯穿重点知识的讲解。教师根据提出的重点知识，準备相应的工程案例，在实际教学中，首先抛出工程实际案例，在讲解工程案例的过程中，引入课时所需的重点知识点。③“本硕”交叉教学模式。采用交叉教学的方式，让本科生的基础课程和研究生专业课紧密结合，开拓本科生解决问题的思路，奠定研究生的力学基本功，实现“本硕”交叉教学模式。

（2）组织实践教学。机械系统动力学课程的实践教学环节主要包括企业参观实习、机械系统动力学课程设计和课程设计答辩三个方面。①企业参观实习。学生通过现场参观实习，可以加深对结构振动的感性认识。②课程设计。老师把全班分成多个小组，老师制定机械系统动力学相关的实际工程问题，学生通过课后时间去解决各自的实际工程问题。③课程设计答辩。有了课程学习中理论环节和实践环节的精心安排，学生的计算和应用能力得到了很好的培养和锻炼，最后通过课程设计答辩可进一步提升学生的演讲能力。

2.3 教学方式改革

①机械系统动力学课程之前的课堂教学模式以PPT教学为主，学生注意力不容易集中。在改革后的课堂教学模式中，将以教师讲课为主，以板书为主要的课堂教学模式，对板书不能体现的内容，可通过PPT向学生展示。通过板书的知识点书写和PPT的直观认识相结合，加深学生对知识点的理解和掌握。②采用案例教学法。在大部分基本理论内容讲授后，可针对工程中的实际相关问题，开展案例教学，以增加学生对工程实际问题的分析能力与解决能力。

2.4 成绩评价方法及实践效果

①最终成绩评定方式。第一部分采用闭卷考试的形式，主要考查学生对基本理论知识的掌握情况，占总成绩的40%;第二部分考核主要为过程考核，主要考核学生对知识的灵活应用和应用基础知识解决具体问题的能力，占总成绩的20%;第三部分考核为课外实践考核，主要考核学生课后对实际工程问题的解决能力，占总成绩的40%。

②实践效果研究。通过改革方法的实施，已参加机械系统动力学课程学习的2018级硕士研究生共92人，其中优秀人数（90分以上）共3人、良好人数（80～90）36人、及格人数（60～80）49人、不及格人数4人。参加机械系统动力学课程学习的2019级硕士研究生共88人，其中优秀人数共4人、良好人数26人、及格人数57人、不及格人数1人，最终成绩服从正态分布。

3.结论

（1）教学内容上，需以工程案例为载体，精简教学中内容，突出重点、难点知识，并结合工程实例进行讲解，增加学生的学习兴趣，培养学生的工程意识。同时，适当补充教材中没有的新知识和学科前沿动态信息，拓宽学生视野。

（2）教学方法上，采用两步走的方式，第一，提高课程教学效率，组织好课堂理论教学：注重其他基础课程之间的互通，必要时增加其他课程的交叉教学;每章节需增加工程案例，不能局限于书本作业，但不能放弃书本作业，需将工程案例的作业与书本课后作业交叉学习。第二，组织实践教学：结合高校产学研平台，重点到企业了解本课程相关的实际工程问题，甚至通过与企业的结合，找到解决动力学相关问题的方案，开拓研究生科研思维。

参考文献：

[1]成建联.适应新工科建设的机械系统动力学课程教改思考[J].教育教学论坛，2018（32）：158-159

[2]沈豫浙，王成军，张瑞.机械专业卓越工程师校企联合培养模式构建研究[J].技术与创新管理，2013，34（3）：269-271

[3]狄勇婧.面向实际工程应用的线性代数教学研究[J].教育教学论坛，2017（26）：163-164

[4]李刚，孙丽莎，阎军，郑勇刚，杨春秋.面向“一带一路”的工程教育国际化新体系研究与实践[J].力学与实践，2020， 42（4）：470-474

[5]郭长文，徐睿.地方高等院校机械动力学课程教学改革初探[J].科技资讯，2015，13（24）：173-174.

作者简介：

郭晓强（1991年-），男，江西吉安人，博士学位。现为西南石油大学机电工程学院讲师，主讲理论力学、机械系统动力学等课程。

柳军（1980年-），男，广西贺州人，博士学位。现为西南石油大学机电工程学院机械工程专业研究员、博士生导师，主讲机械系统动力学、高等动力学等课程。

肖芳（1990年-），女，江西吉安人，学士学位。现为西南石油大学马克思主义学院硕士研究生，兼职助教。