成建聯(lián)

摘要：機械動力學(xué)系統(tǒng)是機械類研究生一門重要的學(xué)位課，用以提高學(xué)生建模和分析系統(tǒng)的能力。文章針對新工科建設(shè)以培養(yǎng)創(chuàng)新型人才為目標(biāo)，基于學(xué)生在學(xué)習(xí)機械系統(tǒng)動力學(xué)課程中存在的問題，提出對應(yīng)的教改思路，通過課堂教學(xué)和實驗實踐，使學(xué)生分析解決問題的能力大大提高。

關(guān)鍵詞：新工科建設(shè)；機械系統(tǒng)動力學(xué)；創(chuàng)新型人才；研究生教育

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）32-0158-02

2017年2月底，教育部發(fā)文提出，各高校推進新工科的建設(shè)與發(fā)展，深化工程教育改革。[1]新工科建設(shè)強調(diào)工程教育教學(xué)改革要適應(yīng)未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展，培養(yǎng)有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、動態(tài)適應(yīng)能力的交叉復(fù)合型人才。

機械系統(tǒng)動力學(xué)作為工程類專業(yè)研究生的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，主要講授在機械系統(tǒng)動力學(xué)建模與分析等方面的基本理論與方法。新技術(shù)時代面臨大量全新、未知的新問題，因此培養(yǎng)出符合“新工科”要求的高素質(zhì)創(chuàng)新型人才，成為教育改革上急需解決的問題。此課程作為長安大學(xué)研究生的專業(yè)學(xué)位課，面臨課時數(shù)少、內(nèi)容多等難題。欲提高它的教學(xué)質(zhì)量，必須轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)教學(xué)方法，建立知識傳授、能力培養(yǎng)與素質(zhì)提高三位一體全面發(fā)展的教育理念，通過多種途徑手段，培養(yǎng)學(xué)生形成完善的知識體系，提高學(xué)生分析、解決問題的能力，培養(yǎng)出滿足未來需求的交叉復(fù)合型工程科技人才。

一、機械系統(tǒng)動力學(xué)在教學(xué)上存在的問題

隨著國家高新科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對創(chuàng)新人才需求旺盛。研究生的培養(yǎng)是影響創(chuàng)新能力一個重要因素，也是新工科建設(shè)和發(fā)展必須提高的問題。目前，機械系統(tǒng)動力學(xué)課程存在的問題有：內(nèi)容多、雜、抽象，學(xué)生難以系統(tǒng)掌握知識體系，理解難度大。學(xué)生學(xué)習(xí)主觀能動性差，使教學(xué)效果大打折扣；研究生入學(xué)水平參差不齊，課程難以深入；課程部分內(nèi)容與機械振動理論、理論力學(xué)和機械原理內(nèi)容相重疊，欠缺新的機械系統(tǒng)動力學(xué)知識補充等。

自2008年以來，項目主持人一直從事機械系統(tǒng)動力學(xué)分析與控制的研究生課程教學(xué)工作。這門課程對于機械類的研究生來說，是培養(yǎng)和提高研究生科研能力很好的學(xué)習(xí)途徑。經(jīng)過近幾年的教學(xué)改革，在人才培養(yǎng)模式及內(nèi)容上進行了一些革新，但改進的力度還需加強。因此該課程迫切需要引入新的知識體系，采取新的教學(xué)模式和考核方式。

二、基于新工科建設(shè)的課程改革實踐

授課教師應(yīng)針機械系統(tǒng)動力學(xué)課程特點，在內(nèi)容組織、環(huán)節(jié)安排、方法改進、效果考核等方面下工夫，解決好教學(xué)中的各種矛盾，使學(xué)生高效掌握所學(xué)知識和技能是搞好課程改革的關(guān)鍵。

（一）創(chuàng)新能力培養(yǎng)為核心，提高建模和分析能力

創(chuàng)新能力培養(yǎng)是研究生教育的本質(zhì)所在，也是新工科提出的建設(shè)核心。[2]在《機械系統(tǒng)動力學(xué)》課程的教改中，注重引導(dǎo)學(xué)生思考、并了解國際學(xué)術(shù)前沿動態(tài)的理念；增強案例式課程教學(xué)模式，讓學(xué)生在實際案例中學(xué)習(xí)理解和掌握復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，調(diào)動其主觀能動性，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度；以學(xué)術(shù)論文撰寫的方式提高知識的綜合運用能力和創(chuàng)新科研能力。使學(xué)生能獨立完成動力學(xué)建模，并且進行較深入的仿真分析，達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。

1.注重建立機械系統(tǒng)力學(xué)模型能力的培養(yǎng)。在教學(xué)中，注重引導(dǎo)學(xué)生如何將實際的機械物理模型抽象成力學(xué)模型尤為重要。為培養(yǎng)學(xué)生建模能力，在授課中，老師以簡單結(jié)構(gòu)為主要研究對象，基于理論力學(xué)基礎(chǔ)，引入“機械動力學(xué)”以機械系統(tǒng)為研究對象，研究力與運動的規(guī)律。通過大量實例，讓學(xué)生體會建立力學(xué)模型。掌握建模的一般規(guī)律，提高理論知識用于解決實際問題的能力。

2.提高學(xué)生數(shù)學(xué)分析和解算能力。根據(jù)力學(xué)模型，盡可能讓學(xué)生采用不同的方法建立系統(tǒng)的運動微分方程并求解。將高等數(shù)學(xué)、數(shù)值分析、理論力學(xué)等課程的內(nèi)容融入到學(xué)習(xí)當(dāng)中，提高學(xué)生自主思考、融會貫通的能力。

3.計算結(jié)果對實際問題的應(yīng)用指導(dǎo)作用。機械系統(tǒng)動力學(xué)分析結(jié)果是用來改進系統(tǒng)的設(shè)計和能力提升。針對求解結(jié)果，培養(yǎng)學(xué)生分析能力，增強結(jié)果對實際問題的指導(dǎo)作用。利用學(xué)校實驗室樣機、裝置，讓學(xué)生更直觀地了解機械系統(tǒng)的設(shè)計、使用以及對動態(tài)性能的要求。

（二）科研能力培養(yǎng)為目標(biāo)，增強教學(xué)內(nèi)容和方法的靈活性

新工科建設(shè)對人才的要求很重要的一條就是綜合的科研能力的提升。

1.教學(xué)內(nèi)容的融合性。機械系統(tǒng)動力學(xué)屬于力學(xué)與機械工程的交叉學(xué)科，是基礎(chǔ)理論與實踐應(yīng)用緊密結(jié)合的研究生專業(yè)基礎(chǔ)課程。此課程內(nèi)容上與相關(guān)專業(yè)知識串聯(lián)；教學(xué)模式上注重動力學(xué)建模上專業(yè)知識的融入，并對動力學(xué)問題進行重點闡述。讓學(xué)生將各專業(yè)知識相互融合，并應(yīng)用到課題實踐中。

2.教學(xué)方法的靈活性。在教學(xué)方法上采取課堂講授與學(xué)生分組討論相結(jié)合、教案與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)相結(jié)合、理論計算與軟件分析相結(jié)合。授課教師將不同的章節(jié)按照知識點的難度和重要性，采取漸進式和突出重點的方法進行講授。教師和學(xué)生共同組成小組參與研究實際工程項目中的子課題，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，形成良好的研究型課堂教學(xué)氛圍。

3.實踐上注重與實際工程的融合。機械動力學(xué)是一門源于生產(chǎn)生活實際的課程，教學(xué)過程中應(yīng)該理論實踐相結(jié)合。教師結(jié)合課程講授的內(nèi)容搜集很多實際工程問題，大量引入教師在科研領(lǐng)域取得的成果，采用互動式教學(xué)，促進學(xué)生的創(chuàng)新思維培養(yǎng)；較復(fù)雜的工程問題，采用專題項目的形式讓學(xué)生課后分組采用不同的方法解決實際問題，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

（三）學(xué)科前言理論為引導(dǎo)，帶動專業(yè)知識內(nèi)容與方法上的創(chuàng)新

1.注重學(xué)科前言知識的引導(dǎo)作用。研究生是未來科研的生力軍，求知欲、自學(xué)能力和自主意識較強，善于接受新思想、新方法，希望教師講授最新的研究成果。教師結(jié)合學(xué)生的專業(yè)背景以及未來可能的科研方向，在講解中比較形象直觀地介紹機械系統(tǒng)動力學(xué)在工程機械專業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢、研究熱點和典型的工程應(yīng)用問題；同時利用我校在工程機械領(lǐng)域有關(guān)的動力學(xué)研究的最新成果，講述機械系統(tǒng)動力學(xué)建模原理和工程應(yīng)用成果，并介紹目前國內(nèi)外著名的研究機構(gòu)和知名學(xué)者。在每一章節(jié)中，穿插進相關(guān)的最新研究熱點和難點，同時也指出目前尚存爭議的問題和最新研究動態(tài)，如考慮幾何非線性、不確定性多自由度機械系統(tǒng)動力學(xué)建模、控制與數(shù)值求解技術(shù)等。

2.理論知識與分析軟件的結(jié)合。為了使研究生能夠理解機械動力學(xué)分析的作用，在畢業(yè)后能夠迅速地適應(yīng)實際工作，通過對國內(nèi)工廠進行調(diào)研，在機械動力學(xué)課程之外，添加了相關(guān)的計算機動力學(xué)分析軟件課程。在學(xué)習(xí)過程中，通過實際的三維建模，以及相應(yīng)的分析結(jié)果云圖，向?qū)W生闡釋零件的固有頻率以及相應(yīng)的模態(tài)振型，使其對所學(xué)機械動力學(xué)知識的理解與應(yīng)用更加深入。

3.實踐教學(xué)與課堂教學(xué)的結(jié)合。教師根據(jù)本課程的特點購買儀器設(shè)備對相應(yīng)的實驗室進行改進建設(shè)，根據(jù)課程進展，對研究生使用和掌握相應(yīng)的實驗以及有效數(shù)據(jù)采集和分析方法進行培訓(xùn)，使研究生掌握先進的數(shù)據(jù)采集和分析儀器的使用方法。

研究生的學(xué)習(xí)更偏向于實際的工作需求，強調(diào)學(xué)習(xí)與實踐的結(jié)合。以大作業(yè)方式考核學(xué)生，讓其進工廠調(diào)研，發(fā)現(xiàn)問題，找出重點。并根據(jù)調(diào)查結(jié)果查找相關(guān)資料，尋求解決方法，提高學(xué)生分析解決實際問題的能力。這也更符合新工科建設(shè)和發(fā)展對復(fù)合型人才培養(yǎng)的需要。

三、結(jié)束語

機械系統(tǒng)動力學(xué)課程是一個不斷發(fā)展和動態(tài)變化的過程，為了適應(yīng)社會發(fā)展的需要，對課程內(nèi)容要不斷進行更新，以滿足研究發(fā)展的需要。在課程教學(xué)過程中如何培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，是教學(xué)改革發(fā)展的重心所在。教師通過《機械系統(tǒng)動力學(xué)》課程的教學(xué)過程，針對學(xué)生存在的問題，做到有的放矢，幫助學(xué)生加深對知識的理解和掌握，培養(yǎng)其嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的態(tài)度，通過多種考核方式來鍛煉學(xué)生的學(xué)術(shù)素養(yǎng)和綜合科研創(chuàng)新能力。課后調(diào)查表明，大部分研究生可以針對具體的工程機械動力學(xué)問題，能獨立完成動力學(xué)建模與分析，有效實現(xiàn)了教學(xué)目標(biāo)要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]新工科研究與實踐項目指南[S].教育部高教司，2017.

[2]陳花玲，仇國芳，王俐，王琳.改革研究生課程體系培養(yǎng)研究生創(chuàng)新能力[J].學(xué)位與研究生教育，2005，（6）：26-29.