兼顾理论与实践的机械振动基础课程教学模式探索

张大义　莫远哲　范雨　黄行蓉

摘  要：针对目前机械振动基础课程教学中存在的学生学习积极性不高、理论与实践脱节等问题，文章详细对比分析了常用教学方法的特点，并探讨提出ETHCP教学模式，在每节课程中将实验演示、理论推导、历史简述、案例分析和课堂练习有机结合，并通过具体教学案例论述了ETHCP实施过程。教学实践表明，ETHCP可以有效提高学生学习兴趣，并且多数学生对工程中的振动问题可以提出有效的解决思路。

关键词：机械振动;教学模式;理论;工程实践;实验

中图分类号：G642       文献标志码：A      文章编号：2096-000X（2021）25-0096-04

Abstract： It is often reported that the during the course of Fundamentals of Mechanical Vibration， the learning initiative of the students are relatively low because of the disconnection between theory and practice. Aiming at this issue， we reviewed the existing teaching methods and proposed the ETHCP（Experiment-Theory-History-Case-Practice） model of teaching. The basic idea is to incorporate experimental demonstration， theoretical derivation， history introduction， case analyzing， and in-class practice in the teaching of each knowledge point. The specific procedure of ETHCP approach is presented by an example concerning the Rayleigh's approach of modelling the vibration systems. Our teaching practice in Beihang University shows that ETHCP can effectively trigger the curiosity of the students and therefore improve the degree of concentration. We also observed that the students are more confident to use the basic knowledge of vibration to interpret and solve the engineering problems when they are taught by the ETHCP approach.

Keywords： mechanical vibration; teaching mode; theory; engineering practice; experiment

機械振动基础是机械类专业的一门必修课程，其目的是培养学生掌握解决各类机械振动问题的理论和方法。机械振动基础课程也是北京航空航天大学飞行器动力工程专业本科生的一门专业课，其教学目的除了培养学生掌握振动的基础理论知识外，还要求培养学生具备运用振动理论解决航空领域振动问题的能力，这对于该课程的教学效果提出了更高的要求。

由于机械振动课程要运用高等数学、理论力学、材料力学等多门数理学科的知识，其教学内容往往抽象、枯燥，课堂教学互动困难、学生学习积极性低。另一方面，理论学习与工程实践脱节是目前工科学生培养中存在的普遍问题，学生在学习机械振动课程后，面对工程实际问题没有分析能力，毕业生的工程素质常被企业行业质疑。因此，如何能在繁复的理论教学过程中，提高学生的学习兴趣和主动性，提高学生对知识的运用能力，实现理论与实践的无缝结合，是教学过程中的关键问题。

一、机械振动课程常用教学方法分析

近年来，多位教育工作者针对机械振动课程的教学方法做了探索研究和实践，给出了建设性意见，代表性工作汇总如表1所示，这些方法对机械振动课程的教学效果与人才培养起到了良好的促进作用。由表1可见，有两个方面的问题引起了广泛的关注，其一是如何提高学生的学习兴趣，将抽象的数学公式和枯燥的理论方法变成生动的、具有吸引力的表现手段。其解决途径包括：增加工程实例分析、增加实验环节、引入计算机辅助软件、问题式导向教学、启发式教学、讨论式教学等;其二是如何提高理论与实践的融合度，其解决途径包括：教学内容与工程实际相结合、采用实际问题分析的考核方式、涵盖科学实验和课程设计、开展创新型和研究型的实验等。

近年来，引导式的探究式教学或案例教学法得到了极大的推崇，但过于强调探究式教学会占用大量时间，单纯采用探究式教学往往很难完成教学任务，并且容易带来知识孤岛现象;完全的讲授式教学能够有效地提高课堂效率，但又限制学生的深入理解，科学范式下的工程教育偏离工程实践，导致工科毕业生的工程素质常被企业行业质疑，并且也不利于调动学生自主学习的积极性[7]。因此，作者探讨在实践中有机整合探究式教学与讲授式教学，传授理论知识、思维方法、工程实践能力三者并重，从而实现两种教学方式的互补。

二、课程教学模式改革思路

作者借鉴上述教学方法和具体措施，结合课程课时和教学条件的客观限制，探讨提出一套增强学生学习兴趣，并能将学术研究和工程分析融入教学过程的教学思路。本文提出的ETHCP教学模式，旨在每节教学过程中采用Experiment（实验演示）、Theory（理论推导）、History（历史简述）、Case（案例分析）、Practice（课堂练习）的教学方法，按照每节45分钟至50分钟规划教学环节。