舒海生+史肖娜++趙磊

摘 要：文章從“機(jī)械振動”課程的內(nèi)容體系與教學(xué)要求出發(fā)，分析了該課程在教學(xué)中存在的問題，并提出了以科學(xué)的知識表達(dá)方法來統(tǒng)一全課程的教學(xué)內(nèi)容、運(yùn)用面向功能的案例教學(xué)法以及與案例教學(xué)相呼應(yīng)的案例型考核等措施，目的是增強(qiáng)學(xué)生對機(jī)械振動學(xué)知識體系的總體把握，培養(yǎng)和提升學(xué)生對振動課程的專業(yè)興趣，并使得他們能夠?qū)⑦@一專業(yè)基礎(chǔ)課程與本專業(yè)的實(shí)際應(yīng)用緊密關(guān)聯(lián)起來，從而從根本上實(shí)現(xiàn)這一專業(yè)課程的人才培養(yǎng)目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：機(jī)械振動；教學(xué)改革；高校

中圖分類號：G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1002-4107（2017）08-0021-02

“機(jī)械振動”課程是機(jī)械類專業(yè)的一門主干課程，深入理解和掌握機(jī)械振動的相關(guān)知識對于工科學(xué)生未來的專業(yè)相關(guān)性工作，有著毋庸置疑的重要意義。近年來，一些同行也針對這一課程的教學(xué)問題做了總結(jié)和探索，給出了不少建設(shè)性思路。如郭朋彥等提出了通過合理地設(shè)置授課內(nèi)容[1]、加入實(shí)驗(yàn)課和引入計算機(jī)分析軟件方法來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性；柳貢民等提倡重視培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際工程問題的能力[2]、創(chuàng)新思維與團(tuán)隊(duì)合作精神的教學(xué)理念來改革實(shí)施的實(shí)踐教學(xué)；李麗君等采用多種教學(xué)模式以拓寬學(xué)生的知識面[3]，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識與能力。這些方法都對課程的教學(xué)效果與人才培養(yǎng)起到了良好的促進(jìn)作用。為了搞好本課程的教學(xué)工作，我們也對這一課程的特殊性和一直以來的傳統(tǒng)教學(xué)方法進(jìn)行了反思，提出了一些能夠增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果的新思路，并付諸實(shí)際教學(xué)過程，收到了較好的效果。

一、“機(jī)械振動”課程教學(xué)現(xiàn)狀

“機(jī)械振動”這門課程有其特殊性。從課程性質(zhì)上說：一方面，某種意義上它就是一門力學(xué)課，其教學(xué)內(nèi)容不可避免地會涉及諸多高等數(shù)學(xué)理論，其中主要是微分方程、傅里葉級數(shù)以及矩陣變換等；另一方面，由于是為機(jī)械類專業(yè)開設(shè)的，因此這門課程不能僅限于基本振動理論的講授，必須與機(jī)械專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)相適應(yīng)，其中的一個重要方面就是應(yīng)當(dāng)使學(xué)生在學(xué)習(xí)本課程之后能夠初步解決機(jī)械領(lǐng)域類的一些實(shí)際振動問題。從課程安排來說，其授課對象是機(jī)械專業(yè)大三學(xué)生，由于距離高等數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的時間已經(jīng)較遠(yuǎn)，因此大多數(shù)學(xué)生一時之間也確實(shí)是不易適應(yīng)。

盡管“機(jī)械振動”課程自身的特殊性會導(dǎo)致部分學(xué)生有畏難情緒，影響到學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果，然而這不是主要因素，而且通過由教師提供的集中復(fù)習(xí)或合理指導(dǎo)還是可以在短時間內(nèi)迅速克服的。我們認(rèn)為，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果如何，學(xué)習(xí)興趣是否濃厚，以及本課程的專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)能否實(shí)現(xiàn)，關(guān)鍵還是取決于教師的教學(xué)設(shè)計。通過反思?xì)v年來的“機(jī)械振動”實(shí)際教學(xué)工作，我們總結(jié)出三點(diǎn)不足。

首先，對教學(xué)內(nèi)容缺乏合理的總體規(guī)劃，導(dǎo)致學(xué)生很難從總體上把握振動理論知識體系。振動課程的內(nèi)容比較繁雜而瑣碎，為了在較短的課時內(nèi)（哈爾濱工程大學(xué)為32學(xué)時）完成教學(xué)大綱規(guī)定的內(nèi)容，以往的工作中我們更多地關(guān)注了如何將書本上給出的一條又一條知識不加遺漏地傳達(dá)給學(xué)生，為此忽視了學(xué)生的總體知識體系的建立，這使得大多數(shù)學(xué)生在開始的幾節(jié)課中還能跟上教師的節(jié)奏，然而隨后由于不知“身處何處”而產(chǎn)生了迷失現(xiàn)象，進(jìn)而失去了積極學(xué)習(xí)振動理論的興趣，當(dāng)然也就不可能有好的學(xué)習(xí)效果了。

其次，教學(xué)過程中未能脫離知識點(diǎn)的串行講授，導(dǎo)致學(xué)生難以有效理解和掌握如何組合相關(guān)知識點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)特定的功能。任何知識都是為應(yīng)用服務(wù)的，反之，任何應(yīng)用也必然建立在若干知識之上，這些知識應(yīng)當(dāng)緊緊圍繞這些應(yīng)用或功能并為其服務(wù)。顯然，這些知識之間的并行性遠(yuǎn)重于串行。串行的講解方式很省事，它源自教材內(nèi)容的串行安排，表面上是十分自然的。然而以我們的經(jīng)驗(yàn)來看，學(xué)生們心里是十分厭煩這種方式的，原因有二：其一在于他們很難直接而迅速地掌握這些知識的功能定位并解決某類實(shí)際問題，而這將直接影響到學(xué)習(xí)的積極性；其二，學(xué)生往往會感覺教師很無能，認(rèn)為找本書來自學(xué)也是一樣了，而這直接導(dǎo)致了相當(dāng)部分的學(xué)生到課率遞減。

最后，考核方式與內(nèi)容不合理，導(dǎo)致學(xué)生實(shí)際問題的分析能力得不到恰當(dāng)?shù)目己?。多年來，出于評價體系的標(biāo)準(zhǔn)性和公平性考慮，我們基本上采用了閉卷筆試方式來進(jìn)行考核。在試卷的設(shè)計中，根據(jù)傳統(tǒng)的考試觀點(diǎn)，我們力圖兼顧各章知識點(diǎn)的覆蓋率和分值比例，分別設(shè)計相應(yīng)的試題，由于章節(jié)較多，試題較為分散。顯然，這種考核方式偏重的是知識點(diǎn)的掌握情況，而忽視了本課程的根本培養(yǎng)目標(biāo)，即利用所學(xué)的振動基本理論知識來解決機(jī)械領(lǐng)域中的一些實(shí)際振動問題。很難想象，根據(jù)這種傳統(tǒng)的考核方式，能夠甄別出學(xué)生的運(yùn)用和組合不同知識來解決問題的能力。

二、“機(jī)械振動”課程教學(xué)改革的對策

（一）優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

以科學(xué)的框架表示法來系統(tǒng)地歸納本課程所涉及的所有知識點(diǎn)，使得教學(xué)內(nèi)容的各主要部分，如單自由度、二自由度、多自由度以及連續(xù)體振動等核心內(nèi)容得以在一張紙上（或黑板上）以統(tǒng)一的方式簡潔地組織起來。每個核心部分的知識點(diǎn)均以大體相同的形式列出，如問題模型、動力方程、振動解、響應(yīng)特性（幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)）、對應(yīng)機(jī)械行業(yè)的應(yīng)用實(shí)例。由此形成的知識框架不僅非常條理化，易于記憶，而且十分有助于學(xué)生隨時隨地感受到當(dāng)前所處的位置，從而很好地避免了“迷失”現(xiàn)象。換言之，借助于對全課程內(nèi)容的總體歸納和梳理，以科學(xué)的知識表達(dá)方法來統(tǒng)一全課程的教學(xué)內(nèi)容，使得學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容有了前所未有的總體把握。

（二）運(yùn)用案例教學(xué)法

這里的功能是指課程的某些知識內(nèi)容經(jīng)過合理組合后可以解決某些實(shí)際振動問題的能力。事實(shí)上，教材中每一部分的知識點(diǎn)一般是以串行方式給出的，它們往往只有以某種方式有機(jī)地組合到一起才能用于解決某個實(shí)際問題。如果能夠跳出教材表述方式的限制，直接選擇機(jī)械專業(yè)中比較恰當(dāng)?shù)膽?yīng)用實(shí)例作為分析對象，然后緊緊圍繞一個問題展開與之相關(guān)的振動知識講解，那么可以想象，學(xué)生不僅能立即體會到學(xué)以致用的好處，同時還能以這種簡單的方式來組織和記憶相關(guān)內(nèi)容，學(xué)習(xí)興趣和效果也就會明顯增強(qiáng)。不僅如此，在實(shí)際案例教學(xué)中，學(xué)生們往往還能夠積極主動地提出很多本專業(yè)的一些獨(dú)特問題和思路，這也是有利于帶動其他專業(yè)課程的學(xué)習(xí)的。

以單自由度為例，我們在實(shí)例教學(xué)中，主要選擇了機(jī)械隔振器這一重要應(yīng)用實(shí)例作為主要抓手，分別從積極隔振和消極隔振兩個側(cè)面把以往的力激擾和支座激擾兩大串行的知識點(diǎn)綜合到一起。在具體的分析中，則又逐步細(xì)化到動力方程的建立與求解之中。雖然這些數(shù)學(xué)層面的分析令人乏味，但是由于十分清楚這些振動知識的功能定位，并且十分渴望能夠自行設(shè)計極為有用的機(jī)械隔振器，因此學(xué)生們都能聚精會神地聽講，效果明顯強(qiáng)于以往。類似，在二自由度和多自由度振動內(nèi)容中，我們選擇了動力吸振器和多層隔振系統(tǒng)作為主實(shí)例進(jìn)行展開，使得與之相關(guān)的那些串行知識點(diǎn)絕大多數(shù)凝聚到了這兩個實(shí)例周圍。特別值得一提的是，由于機(jī)械專業(yè)的學(xué)生對于軍事方面很感興趣，我們也特意將上述吸振和隔振的應(yīng)用介紹拓展到了潛艇減振領(lǐng)域，例如浮筏隔振技術(shù)介紹，這進(jìn)一步提升了學(xué)生們學(xué)習(xí)“機(jī)械振動”的熱情，同時也為后續(xù)的連續(xù)體振動做好了鋪墊，因?yàn)楦》じ粽窦夹g(shù)本就是多自由度與連續(xù)體兩種體系的組合。

通過精心選擇和安排的實(shí)例教學(xué)方法，學(xué)生們的熱情和興趣不僅得到了極大提高，而且普遍反映整個課程的學(xué)習(xí)并不枯燥了，更重要的是，這種方法在方便學(xué)生掌握和記憶繁雜而瑣碎的振動知識的同時，還直接突出了這些知識的功能性，因而較好地實(shí)現(xiàn)了機(jī)械專業(yè)的根本培養(yǎng)目標(biāo)。

（三）改變課程考核方式

由于哈爾濱工程大學(xué)的“機(jī)械振動”課程屬于考試課，而不是一般的考查課，因而教學(xué)要求中列出的基本知識點(diǎn)是必須考查的科目。然而，正如前面所指出的，以往我們在命題時往往只注意這些知識范圍的覆蓋率，而忽視了掌握這些知識本質(zhì)上是為了能運(yùn)用它們來分析解決實(shí)際振動問題這一根本性目標(biāo)。為了突出解決實(shí)際問題能力的考察，同時兼顧基本知識點(diǎn)的考核，我們在命題中摒棄了以往完全按知識點(diǎn)來考核的方式，而代之以實(shí)際振動問題的分析（而非純計算題），可以說是一種與實(shí)例教學(xué)對應(yīng)的實(shí)例型考核。例如，針對各類機(jī)械裝備中存在的典型振動超標(biāo)問題，如何利用所學(xué)振動知識來加以認(rèn)識和解決，這就是我們常用的一類分析題，顯然，這是用于考察隔振器或吸振器的設(shè)計的，這不僅有具體的應(yīng)用背景和意義，同時也與課程教學(xué)過程中的實(shí)例直接對應(yīng)起來，學(xué)生們不會感到無從下手，根據(jù)各人的理解和認(rèn)識深淺，總有話可說。此外，我們在設(shè)計這些分析題的評分標(biāo)準(zhǔn)時，仍然遵循了教學(xué)要求中規(guī)定的那些知識點(diǎn)考核要求，按照學(xué)生是否掌握這些知識點(diǎn)（即某個分析步驟是否完成）來給出相應(yīng)的分值，事實(shí)上，這些分析題的解答過程中本身也就包含了這些重要的知識點(diǎn)，因?yàn)橹挥羞@些知識點(diǎn)都齊備了才能實(shí)現(xiàn)這一分析題的完整解決。當(dāng)然，由于部分知識點(diǎn)如基本概念之類的，很難在分析題中加以考核，因此我們也有意識地留出了10—15分的填空或選擇題來覆蓋它們。

總之，“機(jī)械振動”是機(jī)械專業(yè)一門重要的力學(xué)課程，如何使學(xué)生能夠擺脫學(xué)習(xí)的枯燥性，關(guān)鍵在于以合理的方式把振動知識傳授給他們。我們所提出的以科學(xué)的知識表達(dá)方法來統(tǒng)一全課程的教學(xué)內(nèi)容、面向功能的實(shí)例教學(xué)方法以及與實(shí)例教學(xué)相呼應(yīng)的實(shí)例型考核，在教學(xué)實(shí)施過程中已經(jīng)收到了成效。當(dāng)然，我們也清醒地意識到，目前這些措施還不夠成熟，還有諸多需要完善的地方，這些在我們今后的教學(xué)中將不斷加以改進(jìn)和提高。

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