1、 “双一流”建设时期机械振动学教学改革初探 侯劲汝 赵利军 王雪莲 沈建军 张晓波 长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室 摘 要： 针对目前长安大学工程机械学院所开设的机械振动学课程在教学过程中所存在的问题, 基于机械振动学课程独有的特点, 按照国家“双一流”建设任务的方向, 面向我院工程机械专业学生培养需求, 提出以学生为中心的多模式教学与多元化考核相结合的教学改革与探索。实践证明, 教学改革有利于学生对课程内容的掌握, 增强了理论教学与实践的联系, 对提升学生的综合能力、科研能力、科学精神、创业意识和创造能力有极大的推动和帮助作用。关键词： 机械振动学; 工程机械; 实践仿真; 作者
2、简介：侯劲汝 (1982-) , 女, 长安大学工程机械学院, 讲师, 博士, 主要研究领域为工程机械作业质量控制。收稿日期：2017-05-12基金：国家 863 计划项目资助 (批准号 2001AA422012) Preliminary Study on the Teaching Reform of “Mechanical Vibration“ in the Period of “Double First-rate“ ConstructionHOU Jing-ru ZHAO Li-jun WANG Xue-lian SHEN Jian-jun ZHANG Xiao-bo Key Labor
3、atory for Highway Construction Technology and Equipment of Ministry of Education, Changan University; Abstract： According to the problems in teaching “Mechanical Vibration“ courses which is offered to Changan University mechanical engineering college, based on the “Mechanical Vibration“ curriculum u
4、nique characteristics, in accordance with the national “Double First-rate“ construction tasks according to direction, the traditional teaching method has been unable to meet the present situation of the development of modern higher education, for mechanical engineering students demand, put forward t
5、he teaching reform and exploration of teaching and examination of student centered combination. Practice has proved that the teaching reform is helpful for students to master the contents of the curriculum, strengthen the contact of theory and practice teaching, greatly promote and help to improve s
6、tudents comprehensive quality, international vision, scientific spirit and pioneering consciousness and creative ability.Keyword： “Mechanical Vibration“; construction machinery; practice simulation; Received： 2017-05-12一、前言长安大学工程机械学院主要从事工程机械领域的设计、制造和智能化控制、高速公路机械化施工、养护与管理等方面的高级专业技术人才的培养和科学研究工作。机械振动学是
7、我院一门重要的专业课, 作为未来工程机械及各类设备的设计者、使用者或是管理者, 学好这门课无论是对大学四年专业素养的形成还是对日后继续科研工作做知识储备都具有重大的意义。基于机械振动学课程独有的特点, 按照国家“双一流”建设任务的方向, 针对传统教学方法已不能适应现代高等教育发展等问题, 面向我院工程机械专业学生的培养需求, 提出以学生为中心的多模式教学与多元化考核相结合的教学改革与探索, 坚持育人为本、德育为先、能力为重, 强化学生的素质教育, 不断提高教师的教学水平与学生的能力。二、机械振动学教学内容、模式及考评方式现状与背景分析1. 教学内容方面。一直以来机械振动学就是一门教师认为难教,
8、 学生认为难学的课程。难教与难学的根本原因主要有以下几点: (1) 课程内容多, 课时少, 概念复杂, 理论抽象, 难度较高, 基础理论部分抽象、难懂, 但多年来仅安排 30 学时。 (2) 运算多、教与学的效率低。任课教师往往要花费三分之一的学时来帮助学生复习数学、力学的知识。学生的注意力被复杂难懂的数学运算所分散, 缺乏对理论体系及重点、难点的把握。 (3) 应用所学知识分析、解决工程实际问题的能力不够, 学生学习兴趣不高, 教学效率低、效果差。2. 缺失的实验实践环节。课堂教学是机械振动学教学的主要方式, 但是学习这门课的目的不仅仅是要求学生掌握基本的振动理论, 关键的任务是要学生具有解
9、决实际工程振动问题的能力, 实现理论与实践相结合。遗憾的是在近年来的教学改革中, 虽然学校始终坚持不断改革和完善实践教学体系, 但实践教学目标任务并未很好的完成。3. 落伍的考试制度与成绩评定方式。目前该课程采用的是课后作业和卷面考试为主的考核机制。学生在闭卷考试时一味死记硬背, 不求甚解, 虽然卷面成绩很高, 但实际对知识点的融会贯通不足, 单一的考核模式对学生应用能力、动手能力和创造能力的培养益处不大。三、教学改革的思路和措施1. 多模式教学方法的探索。机械振动学课程教学内容由原来的单一的基础理论教学扩展为课堂教学、实践教学、仿真建模、工程应用四部分。 (1) 课堂理论教学方面, 精心组织
10、教学内容, 讲授过程采用讨论式、互动式、启发式相结合的方法, 引导学生掌握“化未知为已知”的分析问题和解决问题的方法。在对各种振动系统进行讲授时, 要注重总结物理模型的简化、振动微分方程的建立过程和方法, 详细讲解并分析求解结果的振动特性以及求解结果在实际生产中的运用, 而对数学模型的求解过程只讲求解思路和求解过程中的注意事项即可。 (2) 重视实践教学, 增加实践课时, 采取课堂演示和学生动手实验两种方式。课堂演示实验可以做多个实验, 基本覆盖课程的所有内容;学生动手实验选取 12 个典型实验。将“教、学、做”融为一体, 通过验证性、设计性、综合性、真实体验性等具体实训形式, 培养学生的职业
11、专门技能和综合应用能力。 (3) 计算机软件仿真分析课程编制基于 Matlab、MSC.ADAMS 和 ANSYS 三款软件的机械振动学数值计算教学课件及程序, 由简单的单自由度模型过渡到复杂的多自由度模型, 使学生将振动理论学习与物理建模、数学建模、数值计算以及实际应用结合起来。(4) 工程应用案例分析要求结合工程机械中的典型案例, 讲授如何进行力学模型简化, 建立模型, 并在模型的基础上进行理论推导、仿真计算以及数据分析对比, 最终得出结果。例如以振动压路机为对象, 将压路机简化为多体物理模型, 并对其进行力学分析, 建立多自由度振动系统的振动微分方程, 在 Matlab中利用龙格库塔法计
12、算;求出系统的各阶固有频率和模态振型;等等。2. 多元化考核方式及成绩评定。“双一流”建设中明确指出, 未来要着力培养具有历史使命感和社会责任心, 富有创新精神和实践能力的各类创新型、应用型、复合型优秀人才, 因此在对学生的考核方式和考核指标上也应该体现这一目标。“多元化考核”是要改变以试卷评价为主的单一形式, 着力培养“基础实、口径宽、能力强、素质高, 德、智、体、美全面发展, 富有创新精神和实践能力”的高级专门人才。四、教学改革效果结合教学改革内容, 按照考核标准中的要求, 安排建筑机械专业方向 2012 级学生分组完成课程作业。在设计中要求采用三维软件进行建模, 利用 ANSYS 或AD
13、AMS 软件进行有限元分析和多体动力学仿真, 根据所学知识列出模型的矩阵方程, 并尽量采用 Matlab 软件求解。紧接着在毕业设计过程中明显反映出, 完成课程作业的建机专业方向的学生, 拿到毕业设计题目后进入状态的速度要快于其他同学, 发现问题和解决问题的能力也大有提高, 增强了学生完成实际设计的信心, 帮助他们毕业后尽快适应新的工作岗位。五、对教师提出新的要求新的教学模式将教学过程延伸到课外, 能够充分发挥学生的主观能动性, 并全方面地调动学生的参与热情, 同时也对任课教师的工程背景和科研水平提出了更高的要求, 任课教师需要注意以下几方面。1.教师要主动参与实际工程项目, 积累解决实际工程
14、问题的经验, 做到在教学过程中真正讲深、讲透实际工程案例。2.教师必须扎实掌握本课程的理论知识, 吃透本专业其他课程体系的相关内容, 讲课时能做到自如地从基础理论向工程实际案例的展开, 又能从实际中准确的回归理论。3.教师要营造和谐互动的课堂, 引导学生思考与创造, 同时对教学内容安排的深度和广度能自如把握, 切不可偏离本课程的理论太远而使学生无法领会重点。六、教学改革总结通过不断的探索与努力, 目前机械振动学面向“双一流”建设的教学改革已取得了初步的效果。实践证明, 多模式教学方法和多元化考核能通过验证性、设计性、综合性、项目开发性、真实体验性等具体实训形式培养学生的职业技能和综合应用能力。多模式教学和多元化考核能多方位、多层次地引导学生分析和解决问题。加强实践教学管理, 提高实验、实习实训和毕业设计等实践环节的质量, 对提升学生的综合素质、国际视野、科学精神和创造力有极大的推动和帮助作用。参考文献1王洪才.“双一流”建设的重心在学科J.重庆高教研究, 2016, 4 (1) :7-11. 2王彪.机械振动课程教学改革实践J.华东冶金学院学报:社会科学版, 2000, 2 (2) :86-87.
