田曉潔 劉貴杰 謝迎春 冷鼎鑫 王泓暉

摘 ?要 ?自主學習和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)一直是我國高等教育的重點，課程教學是其中重要環(huán)節(jié)之一。探討在機械類研究生課程教學中存在的問題，提出以項目設計為導向的課程教學模式，并以振動分析與動態(tài)測試課程為例，進行具體的項目設計和教學實施，利用具體的項目設計為導向，與課程理論知識內(nèi)容融會貫通。在實際教學中該教學形式取得良好的教學成果，能夠激發(fā)學生學習創(chuàng)新的積極性和主動性，實現(xiàn)預期效果。

關鍵詞 ?項目設計；實踐；創(chuàng)新能力；教學模式；研究生

中圖分類號：G643.2 ? ?文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2023）04-0149-04

Research on Practical Teaching Mode of Me-chanical Graduate Course Guided by Project Design//TIAN Xiaojie， LIU Guijie， XIE Ying-chun， LENG Dingxin， WANG Honghui

Abstract ?The cultivation of the independent learn-ing and innovation ability of graduate students has always been the focus of Chinas higher education. The curriculum teaching is the important aspect of

graduate cultivation. This paper discussed the exis-

ting problems in mechanical graduates curriculum teaching process and proposed a project-oriented teaching mode. Moreover， the proposed mode has been performed for the vibration analysis and dynamic testing course. The detailed projects are designed for this course， which is merged with the theory contents. Using the specific project design as the

guide， the curriculum theory content is well inte-grated with the practical projects. In the actual teaching process， the proposed teaching mode has achieved good teaching effects， and motivates the students enthusiasm and initiative of learning and innovation. It has achieved the expected effects.

Key words ?project design; practice; innovation abi-

lity; teaching mode; graduates

Authors address ?College of Engineering， Ocean University of China， Qingdao， Shandong， China， 266100

0 ?引言

創(chuàng)新能力和實踐能力的培養(yǎng)是研究生教育事業(yè)的靈魂。以教師講授和學生被動學習為主要特點的傳統(tǒng)課堂教學模式已無法滿足新時代對研究生科研素質(zhì)和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的要求。研究生教育重在培養(yǎng)創(chuàng)新人才、提高創(chuàng)新能力[1]?！蛾P于改進和加強研究生課程建設的意見》提到，加快實現(xiàn)研究生課程高質(zhì)量、高水平建設，重視課程學習在研究生培養(yǎng)中的重要的夯實基礎的作用[1-2]。

我國學位和研究生教育制度的特質(zhì)中很重要的一點就是課程學習。課程學習是保證我國研究生培養(yǎng)成果的必須環(huán)節(jié)，在研究生入學到畢業(yè)的各個階段都具有夯實基礎、綜合提高和突破創(chuàng)新的作用。面對當前研究生的課程教學暴露出的種種問題，越來越多的教師針對研究生課程的特點進行各種教學方法的探索和實踐[3-5]。

本文針對機械類研究生課程的特點，提出以項目設計為導向的教學改革探索，并以振動分析與動態(tài)測試課程為例進行具體實施。

1 ?當前研究生課程教學的特點

機械類研究生課程具有理論嚴謹、實踐性和應用性強的特點，一般是本科知識的深度學習和拓展。研究生課程學習要求學生掌握扎實的數(shù)學和力學知識，為科研項目的開展和碩士論文工作奠定基礎。但是，該類課程普遍具有理論晦澀難懂、公式冗長復雜、課本案例陳舊、無法與前沿知識相結合的問題，在講授知識時，用被動式灌輸?shù)哪Ｊ竭M行教學活動，會導致理論與實踐環(huán)節(jié)無法有機融合。究其原因主要有以下三個方面。

1）研究生課程“本科化”，研究生教學與本科教學采用的授課方式相同，即傳統(tǒng)課堂講授與課下討論并行，仍舊使用傳統(tǒng)、單調(diào)的多媒體方式進行教學活動，不易提高學生的課堂積極性與參與度，缺乏對研究生自主學習、研究能力和創(chuàng)新思維的

培養(yǎng)。

2）實踐環(huán)節(jié)課時較少，缺少訓練學生綜合設計能力、動手能力和解決復雜問題能力的培養(yǎng)。

3）課程考核以理論為主，采用試卷的形式，且分值較重。實踐環(huán)節(jié)采用實驗報告的方式，學生的動手能力難以真正量化。學生為了取得高分，很多都只重視理論知識的學習，常常忽視實踐的重要性。研究生的培養(yǎng)體系不僅包含課程學習，還應該伴隨著大量的科研項目的訓練，以提高研究生的創(chuàng)新能力和科研素養(yǎng)。一般課程學習在前，科研項目訓練在后。如何把課堂理論知識學習和科研項目的訓練有機結合在一起，是研究生課程教學中需要考慮的一個重要問題。

以振動分析與動態(tài)測試課程為例，這是一門面向機械類專業(yè)普遍開設的專業(yè)基礎課程，其中綜合了很多科目，包括機械振動基礎、信號分析與處理、試驗測量等，是一門既注重理論、又抓緊實踐的課程。該門課程涉及的數(shù)理知識非常廣泛，課程內(nèi)容相對比較抽象，經(jīng)常會讓學生在學習過程中陷入復雜數(shù)學公式的推導中，讓學生認為知識抽象、無趣、難以理解與掌握，尤其當學生學習到多自由度系統(tǒng)實模態(tài)與復模態(tài)分析、傳遞函數(shù)、模態(tài)參數(shù)等內(nèi)容時，學生大都會對這部分內(nèi)容感到困惑和迷茫，有些學生甚至會喪失學習這門課程的信心和興趣，無法提高學習效率。這些學生在本科學習的過程中沒接觸過振動相關課程或者與其有關的實驗條件有限，對振動測量傳感器、數(shù)據(jù)采集等儀器設備非常陌生，導致學生很難做到理論知識與工程實踐相互融合。同時，該門課程在后期研究生的科研項目訓練中十分重要，在結構性能評價、結構動態(tài)設計、故障診斷、狀態(tài)監(jiān)測等研究方向都有應用。

2 ?教學模式改革

在我國研究生自主學習以及創(chuàng)新能力提高的過程中，課程教學是重要環(huán)節(jié)之一。因此，對于研究生所開設的課程進行授課方式的改革以及創(chuàng)新是勢在必行的。目前，比較常用的教學模式，如以學生為中心、翻轉(zhuǎn)課堂、啟發(fā)式教學、項目驅(qū)動式、案例教學法、基于CDIO（Conceive、Design、Imple-

ment、Operate，即構思、設計、實現(xiàn)、運行）理念等教學模式現(xiàn)已在本科教學過程當中得到廣泛應用[6-8]。

以學生為學習的主體是這些教學模式最主要的特點，強調(diào)學生學習的過程，提倡啟發(fā)式、體驗式、案例式等教學模式，以此激發(fā)學生對于學習的積極性和主動性，引導學生自主地運用所學的知識發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題，提高學生的創(chuàng)新能力以及解決實際問題的能力。

機械專業(yè)類研究生的課堂教學需要由傳統(tǒng)的以傳授知識為主的教學模式向以培養(yǎng)學生自主學習、自主創(chuàng)新為主的研究型教學模式轉(zhuǎn)變。打破傳統(tǒng)意義上的課堂教學模式，將課堂理論教學和項目設計相融合，以項目設計為主、理論學習為輔，通過項目需要學習理論知識。同時，教師在課程教學過程中要密切關注研究生的科研方向，在授課過程中穿插感興趣的研究話題和工程案例，適當?shù)卦黾诱n堂學習過程中的互動環(huán)節(jié)，調(diào)動學生對課堂學習的積極性。進一步結合專業(yè)課程的特點，選擇以項目設計為導向，對課程要求和教學大綱進行全面的優(yōu)化和升級，并對考核方式進行改革。

2.1 ?提出項目并分析任務

項目設計為教學實踐的大方向，在以其為導向進行的教學實踐中，項目設計是否合理直接影響能否實現(xiàn)預定的教學目標。為了培養(yǎng)學生的興趣，所設計的項目雖有一定的難度，但是不能過于復雜，否則學生容易喪失信心，而且項目必須有一定的價值。項目的最終實現(xiàn)目標要與課程內(nèi)容相吻合，學生完成項目后能看到具體的效果。因此，方便、易實現(xiàn)、通用的項目是選擇的重點。

2.2 ?根據(jù)提出的項目優(yōu)化課程教學內(nèi)容

要求所設計的項目任務能夠覆蓋課程教學的基本內(nèi)容。將課程內(nèi)容分解為項目、模塊和知識點三個層面，提倡自頂向下的啟發(fā)式的教學模式，如圖1所示。將項目任務設計為多個模塊，每個模塊與課程教學體系相對應，各個模塊內(nèi)容遵循從易到難、由淺入深、循序漸進的過程，貫穿整個學期的教學。同時，課程的教學內(nèi)容要與項目模塊相對應，在課堂教學過程中始終貫穿于項目各個模塊。在課程開始時，將項目進行發(fā)布，學生自由組隊，然后將項目的問題分解。在課堂教學過程中，以所提出的問題為切入點展開理論知識詳細講解。

2.3 ?穿插科研案例，拓展科研思維

考慮到研一的研究生還沒正式進入科研訓練，科研思維還在不斷成熟，對于項目的設計和問題的提出還比較陌生，因此，成熟科研案例的引入至關重要。在授課過程中，任課教師或者教學團隊可根據(jù)自己的科研項目和科研經(jīng)歷，提取出適合相關課程的案例，應用于課程教學中。

通過案例進行示范教學活動具有更加生動、直觀的優(yōu)勢，能夠?qū)⒕唧w的知識點融于具體案例中，讓學生深入領會和掌握知識點的應用情況，并實現(xiàn)了科研案例反哺教學。因此，提出在教學過程中穿插案例教學，在課程學習過程中輔以合適的案例對理論知識和工程應用進行具體講解，以拓寬學生的科研思路，并將相關知識應用在學生的項目設計和實施過程中。

以項目設計為主的研究生課程教學模式讓學生不僅能夠掌握理論方法，還能拓展課上所學知識，完成課題項目，并將所學的理論知識能夠應用于后續(xù)的科研訓練中。

3 ?教學模式具體實施過程

以振動分析與動態(tài)測試課程為例，采用基于項目設計的教學模式對該課程進行改革。該課程綜合了多種科目的專業(yè)知識，包括高等數(shù)學、工程力學、矩陣理論、信號分析、計算機技術等學科的相關知識，與實際的工程問題有著密切的聯(lián)系。該課程不僅要求學生全面掌握振動分析和動態(tài)測試的基本理論知識，更重要的是引導學生學會理論聯(lián)系實際的要領，從而能夠解決科研項目訓練中碰到的實際問題。

筆者在教學過程中，結合科研項目和實驗室現(xiàn)有條件，設計了三個操作性較強的項目用于課程教學，分別是“桁架式結構動態(tài)測試”“電機性能動態(tài)測試”和“車架結構動態(tài)測試”。為了便于學生開展項目，為每個項目團隊配備相關測試設備，包括激振器、傳感器、采集儀等，并提供一定額度的經(jīng)費支持。

在課程開始的時候，將設計項目發(fā)給學生，學生自由組隊選擇項目。項目下發(fā)之初，不給學生布置具體的任務，學生需要先了解被測對象的特點和工作環(huán)境特點，然后根據(jù)課程內(nèi)容對項目進行設計。將該課程分為多自由度系統(tǒng)理論知識、時間歷程測量、測試數(shù)據(jù)處理方法、模態(tài)參數(shù)頻域識別、模態(tài)參數(shù)時域識別五大模塊。每個模塊結合項目的內(nèi)容進行主題式教學。根據(jù)主題內(nèi)容以及學生的掌握情況安排不同的授課方式。對于主題一和主題二，有的研究生可能在本科階段學習過相關的知識。鑒于此，讓基礎比較好的學生準備課件，講解本科所學的知識，然后教師根據(jù)課堂學生掌握情況對難點內(nèi)容進行重點講解。對于主題三、四、五，研究生本科階段接觸較少的知識內(nèi)容，以教師講課為主，研究生通過自主學習、文獻資料查閱等進行加強學習。

所設計的項目根據(jù)課程內(nèi)容分為五個教學單元，涵蓋課程的具體講授內(nèi)容，具體的項目與課程對應模塊如表1所示。

第一單元為多自由度系統(tǒng)理論知識模塊學習，要求學生以所研究的對象進行建模和振動分析，通過簡化了解單自由度系統(tǒng)和多自由度系統(tǒng)的區(qū)別，并結合現(xiàn)有的有限元分析軟件對研究對象進行模態(tài)分析，加深模態(tài)的概念和理解。第二單元為時間歷程測量模塊學習，要求學生利用所學知識搭建研究對象的測試系統(tǒng)，同時，結合實驗室現(xiàn)有的激振器、傳感器、采集儀等設備，搭建完整的測試系統(tǒng)，在此階段，可以進行簡單的力錘實驗測試固有頻率，將測試結果與第一階段的有限元仿真結果進行對比，以驗證所搭建系統(tǒng)的可行性。第三單元為測試數(shù)據(jù)后處理模塊學習，在此階段，可以進一步拓展所搭建系統(tǒng)測試的物理量，根據(jù)獲得的激勵和響應的時域信號，實際測得其激勵、響應時間歷程，學生可以運用所學的基礎理論知識，通過一定方法獲得機構的非參數(shù)模型，即頻響函數(shù)或脈沖響應函數(shù)，理解采樣定理、頻率泄露、窗函數(shù)等概念。第四單元為參數(shù)頻域識別模塊，通過查閱資料了解常用的頻域識別方法，并嘗試采用最小二乘法、差分法等方法對所測數(shù)據(jù)進行模態(tài)參數(shù)頻域識別。第五單元為參數(shù)時域識別模塊，通過查閱資料了解常用的時域識別方法，采用隨機減量技術、ITD方法、最小二乘復指數(shù)法等對所測數(shù)據(jù)進行模態(tài)參數(shù)時域識別。

該課程的考核方式由階段學習過程和最終能力考核兩部分組成。過程考核以每個模塊為單元，主要考查學生在每個階段項目的完成度以及對相關理論知識的掌握情況；最終考核由項目答辯和現(xiàn)場試驗組成，以項目最終完成度考查學生的掌握情況。為保證考核結果客觀性和公正性，采取邀請專家教師（2～3位）打分和學生互評的評價模式。

實施這樣的教學模式能夠讓研究生體會在真實的工作環(huán)境下帶著任務去學習理論課程，讓學生圍繞所設計的項目，進行深入的需求調(diào)查研究、網(wǎng)絡信息收集、文獻綜合查閱、獨立自主思考、思維自主發(fā)散、方案合作擬定、小組討論答辯、團隊合作學習等各種實踐與創(chuàng)造活動，從而更好地培養(yǎng)研究生自主學習和創(chuàng)新實踐的能力。

4 ?結束語

本文針對機械類相關專業(yè)研究生的課程教學，以振動分析與動態(tài)測試課程為例，詳細闡述了以項目設計為導向的教學模式的實施和應用。

課堂教學實踐表明，這種教學模式不僅能夠提高研究生課堂的教學質(zhì)量，激發(fā)研究生學習的自主性和積極性，而且有益于培養(yǎng)多層次、多元化的應用研究型人才。

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