李婭娜，謝素明，齊鯤鵬

（大連交通大學機車車輛工程學院 遼寧 大連 116028）

培養(yǎng)高素質(zhì)人才是各個高校教學改革的基本取向，是高校人才培養(yǎng)的核心任務。本科教育主要是培養(yǎng)應用型人才，應用型創(chuàng)新人才則屬于應用型人才中的特殊類型。為了應對新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革挑戰(zhàn)，支撐 “創(chuàng)新驅(qū)動” “新工科要求” “中國制造2025” 和 “中國教育現(xiàn)代化2035” 等一系列國家戰(zhàn)略[1-4]，必須對傳統(tǒng)的工程教育進行深化改革和創(chuàng)新，從培養(yǎng)應用型人才向培養(yǎng)應用型創(chuàng)新人才轉(zhuǎn)變，為國家培養(yǎng)更多知識儲備扎實、具有創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力和創(chuàng)新精神的 “應用型創(chuàng)新人才” 。

各高校對振動理論相關(guān)課程和實踐培訓進行了相關(guān)研究。2012年開始，同濟大學的郭榮等人對 “機械振動學” 課程進行了改革探索，采取理論講授、電算教學和綜合性實驗等多種教學模式，改變以試卷評價為主的單一形式，將綜合能力和人格養(yǎng)成作為評價內(nèi)容[5]。2016年海軍航空工程學院韓維等人對 “機械振動” 課程在課程內(nèi)容體系、教學方法、教學手段和實驗室建設等方面進行了較為完整的探索研究和實踐，尤其是在學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面，采用帶實際裝備背景的問題式教學方式，將學生論文選題中涉及振動和動力學研究方面的題目作為課堂教學、課后研究的延伸，以實現(xiàn)理論與實踐的完美結(jié)合[6]。2017年上海應用技術(shù)大學潘玉娜對 “機械振動基礎(chǔ)” 課程開設的必要性，探討了課程設置的基本思路。通過教學實踐，分析了存在的問題及今后教學需要修正的地方[7]。北京科技大學的郜志英等用數(shù)值仿真處理機械振動課程若干教學難點，使得抽象問題形象化，理論問題趣味化，促進學生對振動現(xiàn)象和規(guī)律的深入理解和應用，強化學生在工程實踐中分析問題和解決問題的能力[8]。2019年江蘇大學的王勇等人分析 “機械振動基礎(chǔ)” 課程教學中存在的問題，通過將現(xiàn)代教育理念及模式與教學相融合、密切結(jié)合理論教學與實際工程、將仿真軟件融入教學手段，培養(yǎng)學生分析與解決實際問題的能力，提高教學質(zhì)量[9]。沈陽航空航天大學潘五九等人，在 “中國制造2025” 戰(zhàn)略下對機械振動學進行教學研究，對課程的理論和實驗教學模式進行了改革，加強了學生的動手能力和創(chuàng)新能力。

為了大連交通大學車輛工程專業(yè)工程認證和一流專業(yè)的建設，需要對 “機車車輛振動基礎(chǔ)” 課程進行改革，讓學生能夠充分掌握理論知識，在滿足工程教育應用型人才培養(yǎng)的基礎(chǔ)上，提高學生的創(chuàng)新和實踐能力。

1 課程現(xiàn)狀

以學生為中心，從學生已有的知識經(jīng)驗、學生學習能力、學習風格和學生對這門課的期望度等方面進行分析，原有的教學理念、教學內(nèi)容和教學模式不再適用，問題在教學中逐漸浮現(xiàn)，具體表現(xiàn)在四個方面：

第一，基礎(chǔ)知識不扎實，缺少連貫性，存在原有知識與新知識相互脫節(jié)的問題。 “機車車輛振動基礎(chǔ)” 課程學習需要大量數(shù)學和力學方面的基礎(chǔ)知識，如果基礎(chǔ)理論知識掌握不扎實，不能融入新的課程中，就使得新舊知識嚴重脫節(jié)，如果不能用力學知識建立振動數(shù)學模型，就不能合理地使用高等數(shù)學和線性代數(shù)來求解振動規(guī)律，不具備解決復雜結(jié)構(gòu)的動力學問題的思維能力。

第二，學習興趣不高，不喜歡主動學習和思考。信息化時代，教學內(nèi)容更新速度很快，傳統(tǒng)的教學方法和手段很難適應新時代學生的需求，如果不能提高學生的學習興趣，就不能發(fā)揮學生的主觀能動性，更不能培養(yǎng)學生的自主學習能力和創(chuàng)新性思維能力。

第三，理論學習多，實踐應用少。原有課程具有教學內(nèi)容多、課時少、概念復雜、難度較高等特點，偏重理論學習，缺少相應的物理實驗，更沒有相應的虛擬實驗平臺，滿足線上教學的條件。不能很好地培養(yǎng)學生的觀察能力、創(chuàng)造能力和實踐能力。

第四，學習知識多，思政教育少。理工科類專業(yè)課程不同于人文社科專業(yè)課程，課程教學中如何把思政落到實處比較難，如果不能根據(jù)專業(yè)特點、課程性質(zhì)提煉思政元素，就不能把振動專業(yè)課知識的科學價值精髓傳遞給學生，讓學生理解科學理論價值與中國軌道車輛發(fā)展的時代意義，更不能培養(yǎng)具有科學素養(yǎng)、責任感的高級工程技術(shù)人才。

2 改革措施

2.1 基于思維導圖的課程內(nèi)容的三維重構(gòu)

在掌握大量數(shù)學和力學基礎(chǔ)知識的基礎(chǔ)上，用各種振動方法理論思想，借助傳統(tǒng)力學公式建立各種系統(tǒng)振動數(shù)學模型，并根據(jù)高等數(shù)學和線性代數(shù)進行求解分析，從縱向（簡單到復雜振動系統(tǒng)）、橫向（單一自由度振動形式）和垂向（各種求解方法）三個維度，用思維導圖串聯(lián)新舊知識，了解和掌握知識層面的信息，建立各種自由度振動系統(tǒng)的數(shù)學模型。

2.2 基于混合教學模式的多種形式教學方法和教學手段的再造

充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)，豐富并創(chuàng)新課程形式，采用課堂+線上+線下+實踐相結(jié)合的多種形式教學方法。伴隨移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)及云計算等技術(shù)快速發(fā)展，除傳統(tǒng)教學手段（課堂講授、多媒體案例分析、分組討論）等，開發(fā)移動學習平臺、移動終端的學習通和手機公眾號學習。

2.3 基于虛/實結(jié)合實驗課程的二維開發(fā)

在線下物理實驗項目單一和缺乏線上虛擬振動系統(tǒng)軟件的情況下，一方面積極開發(fā)多種物理實驗項目，另一方面指導學生使用flash，C++、Matlabd等軟件及語言團隊合作開發(fā)各種振動仿真模型，并在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目的支持下，自主開發(fā)線上虛擬實驗系統(tǒng)，把課程中涉及的各主要章節(jié)的理論知識和虛擬實驗平臺相結(jié)合，在實驗條件缺乏的情況下，完成網(wǎng)上實驗訓練。

2.4 基于案例設計的三階段思政教育提煉

基于案例設計，分階段進行思政教育，課程前期，通過文獻綜述查閱古今中外振動有利有弊的案例，引導學生思考振動對環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的重要性；課程當中，融入最新工程案例講解和分析，引導學生思考如何設計出平穩(wěn)、安全的軌道車輛，樹立歷史責任感；課程后期，通過物理實驗和虛擬實驗訓練等創(chuàng)新能力培養(yǎng)，為學生進行振動案例設計、研發(fā)和軟件開發(fā)的職業(yè)規(guī)劃方面奠定基礎(chǔ)。

3 改革效果

3.1 學而有用

學生按照課程模塊學習，從三個維度出發(fā)，從簡單到復雜，建立單自由度振動、兩自由度振動、多自由度振動和到彈性體振動，并把各種求解方法（牛頓第二定律、虛功原理、哈密爾頓原理、第二類拉格朗日方程及能力法等）串聯(lián)起來，建立了各個模塊的思維導圖，有理論為主的思維導圖，有公式為主的思維導圖，同時把冰冷的數(shù)學公式用不同顏色、不同形狀的動圖表現(xiàn)出來，形象生動地完成了新舊知識的銜接，使學生了解數(shù)學、力學和振動課程學習都是有用的。

3.2 學而有趣

伴隨著5G時代的來臨以及越來越廣泛普及及應用的移動智能終端設備及微信等應用軟件的發(fā)展，教學方法和教學手段不斷更新，每次上課都要進行課程設計，激發(fā)學生的學習興趣。課堂講授（課堂）：針對課程重點內(nèi)容知識，老師進行集中授課，讓同學們在最短的時間內(nèi)掌握主要的知識內(nèi)容，老師是主體，加強學生的學習能力；教學案例（線下）：授課教師利用科研團隊強大的工程項目背景，開發(fā)了二十多種適合振動理論研究的案例，比如城軌、動車、高鐵及懸掛設備等結(jié)構(gòu)的振動，通過案例分析，一方面激發(fā)學生的學習興趣，另一方面讓學生了解我國軌道車輛安全運行存在的隱患，加強改善車輛運行平穩(wěn)性和安全性的歷史責任感；分組討論與參與互動（線下+線上）：在學習通和手機移動公眾號發(fā)布互動問題，每組4―6人以小組討論形式完成，進行老師評價、小組評價和組內(nèi)成員互評，老師從旁協(xié)助，學生為主體，培養(yǎng)學生獨立思考的能力；移動終端學習（學習通和手機公眾號）（線上）：逐步搭建了網(wǎng)上學習通平臺，包括PPT文檔，文獻查閱、作業(yè)習題、問題討論等，同時開發(fā)了手機移動端公眾號，通過微信平臺功能，學生除了可以查看上課的學習資料外，還可以與老師進行互動交流。

3.3 學而有變

根據(jù)工程認證和一流專業(yè)建設需求購買8個振動實驗臺，在原有實驗項目基礎(chǔ)上，開發(fā)多種與實際工程案例相結(jié)合的振動實驗項目，比如簡支梁和車體一階垂彎物理實驗與仿真模擬的對比。學生在基礎(chǔ)理論學習的同時進行相關(guān)的實驗操作，培養(yǎng)了學生的團隊合作能力，學會了數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)整理及報告撰寫的能力。同時針對疫情變化，在老師指導下，經(jīng)過幾屆學生的共同努力，開發(fā)了虛擬振動實驗平臺，包括單自由度各種形式的振動曲線模擬、多自由無阻尼振動模擬、簡支梁不同支撐條件的計算模態(tài)與仿真模態(tài)對比，復雜結(jié)構(gòu)振動模態(tài)計算等。學生通過公眾號了解實驗安排和觀看實驗操作視頻，并通過平臺找到虛擬實驗平臺的連接接口，根據(jù)興趣完成多個振動系統(tǒng)的實驗。該虛擬實驗系統(tǒng)獲得大學生創(chuàng)新大賽優(yōu)秀獎項并申請了軟件登記。使學生認識本課程學習可以有多種變化形式：理論基礎(chǔ)+物理實驗+虛擬實驗。

3.4 學而有思

進行學情分析，了解學生性格特點，培養(yǎng)學習興趣，充分調(diào)動學生的主動性，在授課當中進行創(chuàng)新意識的培養(yǎng)，讓學生在討論問題的過程中，逐步把學到的基本知識和理論轉(zhuǎn)變?yōu)閭€人的想象力和創(chuàng)造力，培養(yǎng)學生參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽，申請軟件專利等實踐能力。通過思政教育，把最新的科研成果帶入課堂，開闊了視野，促進了學生的健康成長。使學生思考未來的學習和職業(yè)規(guī)劃：有的學生在畢業(yè)設計中繼續(xù)選擇振動方面的研究并發(fā)表論文；有的學生堅定考研決心，進一步進行軌道車輛結(jié)構(gòu)振動研究；有的發(fā)展個人編程興趣愛好，選擇軟件工程師工作。

4 結(jié)語

本文針對 “機車車輛振動基礎(chǔ)” 課程特點及課程中存在的問題，從思維導圖、混合教學、實驗創(chuàng)新和思政教育四個方面，進行課程創(chuàng)新改革，激發(fā)了學生的學習興趣，提升了學生的創(chuàng)新和實踐能力，獲得了良好的教學效果。