摘 要：以提升學(xué)生對(duì)振動(dòng)理論的理解及創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)為目標(biāo)，結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+教育”技術(shù)，建設(shè)有趣易用的智慧化教學(xué)資源——含網(wǎng)頁程序及微信小程序的互動(dòng)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，解決傳統(tǒng)課堂缺乏對(duì)振動(dòng)現(xiàn)象的全面展示、學(xué)生難以開展振動(dòng)現(xiàn)象的自主探索等問題。進(jìn)一步結(jié)合工程實(shí)踐及課程思政的有機(jī)融入，提出學(xué)生深度參與的課堂教學(xué)模式——深度融合課程思政及工程實(shí)踐的“問-思-辨-行”教學(xué)模式，以充分發(fā)揮理論與實(shí)踐的相互促進(jìn)作用，促進(jìn)對(duì)學(xué)生處理振動(dòng)問題及實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。針對(duì)飛行器振動(dòng)理論及應(yīng)用課程的教學(xué)實(shí)踐結(jié)果表明，課堂師生互動(dòng)、生生互動(dòng)氛圍活躍，學(xué)生各項(xiàng)考核成績均穩(wěn)步提升，尤其是考核學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的綜合性作業(yè)成績顯著提升。

關(guān)鍵詞：互聯(lián)網(wǎng)+教育；智慧化教學(xué)；互動(dòng)虛擬實(shí)驗(yàn)；“問-思-辨-行”教學(xué)模式；振動(dòng)理論

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-000X（2024）23-0023-04

Abstract： In order to improve students' understanding of Vibration Theory and cultivation of innovation practice， this study developed an interesting and easy-to-use intelligent teaching resource named interactive virtual experiment platform containing Web program and Wechat applet using the "Internet + Education" technology. Several problems in the traditional classroom teaching， which include the lack of comprehensive display of vibration phenomena and the difficulty for students to explore vibration phenomena independently， etc. can be solved. Further， combining with the organic integration of engineering practice and curriculum ideological and political education， the classroom teaching mode named "question-thinking-discrimination-action"， which deeply integrates the curriculum ideological and political education and engineering practice， is proposed. It can play a catalytic role for interaction between theory and practice， and it also promotes the cultivation of students' ability to deal with vibration problems and practice innovation. According to the teaching practice of Aircraft Vibration Theory and Application course， the classroom interaction between teachers and students and interaction between students and students is active， and the students' various assessment scores are steadily improved， especially the scores of the comprehensive homework for inspecting students' practical innovation ability are significantly improved.

Keywords： Internet + Education; intelligent teaching; interactive virtual experiment; "question-thinking-discrimination-action" teaching mode; Vibration Theory

2017年，教育部高等教育司正式發(fā)布《關(guān)于開展新工科研究與實(shí)踐的通知》[1]，對(duì)工程教育改革的新理念、新結(jié)構(gòu)、新模式、新質(zhì)量和新體系提出了全面的改革要求?？紤]到力學(xué)理論在解決高新科技領(lǐng)域發(fā)展中的突出問題時(shí)往往起著關(guān)鍵性作用[2]，力學(xué)課程應(yīng)該被視為新工科的通識(shí)課程，以適應(yīng)新經(jīng)濟(jì)對(duì)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的需要[3]。振動(dòng)理論是力學(xué)領(lǐng)域的重要課程，在航空、航天、航海、機(jī)械和土木等工程領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用，且隨著我國向制造強(qiáng)國邁進(jìn)，對(duì)各類結(jié)構(gòu)設(shè)備的功能性能要求越來越高，裝備構(gòu)型越來越復(fù)雜、載荷環(huán)境越來越惡劣、出勤率越來越高，隨之出現(xiàn)的振動(dòng)問題越來越多[4]，振動(dòng)相關(guān)問題已嚴(yán)重影響裝備服役過程中的出勤率[5]。但目前本科教育的大類培養(yǎng)使得相關(guān)工科專業(yè)振動(dòng)理論課程課時(shí)較少，傳統(tǒng)課堂將大量的教學(xué)時(shí)間用于理論推導(dǎo)，缺乏對(duì)振動(dòng)現(xiàn)象的互動(dòng)展示與振動(dòng)應(yīng)用的深度融入，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)振動(dòng)理論理解困難，直接影響對(duì)學(xué)生處理振動(dòng)問題能力的培養(yǎng)。

隨著教育信息化行動(dòng)計(jì)劃的穩(wěn)步推進(jìn)[6-9]，虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的廣泛應(yīng)用[10-13]給振動(dòng)理論類課程的建設(shè)帶來了新的啟示。近些年來，國內(nèi)各大高校相繼開發(fā)了多種振動(dòng)力學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)，如振動(dòng)基本參數(shù)測量的教學(xué)實(shí)驗(yàn)[14]、振動(dòng)力學(xué)教學(xué)中基本內(nèi)容演示實(shí)驗(yàn)[15]、振動(dòng)力學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室[16]、轉(zhuǎn)子振動(dòng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)[17]和工程振動(dòng)測試技術(shù)課程的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室[18]。可以看到，上述振動(dòng)虛擬實(shí)驗(yàn)大都是針對(duì)專門的振動(dòng)實(shí)驗(yàn)課程開發(fā)的，極大緩解了振動(dòng)實(shí)驗(yàn)儀器不足的情況。

本研究就是在上述研究基礎(chǔ)之上，結(jié)合近些年來互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，建設(shè)了面向振動(dòng)理論課程的智慧化教學(xué)資源——含網(wǎng)頁程序及微信小程序的互動(dòng)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，以提升振動(dòng)理論課程的趣味性、增強(qiáng)振動(dòng)理論課程的互動(dòng)性，促進(jìn)學(xué)生對(duì)振動(dòng)理論的理解與應(yīng)用，并進(jìn)一步結(jié)合工程實(shí)踐及課程思政的有機(jī)融入，采用《禮記·中庸》中的學(xué)習(xí)理念，提出了學(xué)生深度參與的課堂教學(xué)模式——深度融合課程思政及工程實(shí)踐的“問-思-辨-行”教學(xué)模式，以促進(jìn)對(duì)學(xué)生處理振動(dòng)問題及實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

一 智慧化教學(xué)理念與方法

（一） 課程建設(shè)理念

結(jié)合振動(dòng)理論課程課堂教學(xué)目前存在的問題，即課堂缺乏對(duì)振動(dòng)現(xiàn)象的全面展示、學(xué)生難以開展振動(dòng)現(xiàn)象的自主探索、沒能發(fā)揮理論-實(shí)踐的相互促進(jìn)作用和欠缺振動(dòng)前沿問題的探索與創(chuàng)新，“如何將振動(dòng)理論、振動(dòng)現(xiàn)象、工程實(shí)踐進(jìn)行緊密耦合，并提升學(xué)生的課堂參與度、培養(yǎng)學(xué)生的高階能力”是解決這些問題的關(guān)鍵。本課程智慧化教學(xué)理念就是，利用“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的技術(shù)優(yōu)勢，通過智慧化教學(xué)資源——互動(dòng)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)與實(shí)踐，以及深度融合課程思政的“問-思-辨-行”教學(xué)模式的提出與實(shí)施，讓學(xué)生樂于參與、深度參與課程教學(xué)，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的高階能力，其總體框架如圖1所示。

（二） 智慧化互動(dòng)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)

智慧化互動(dòng)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)的目的是解決“課堂缺乏對(duì)振動(dòng)現(xiàn)象的全面展示、學(xué)生難以開展振動(dòng)現(xiàn)象的自主探索”等教學(xué)資源不足的問題，與目前普遍建設(shè)的面向振動(dòng)實(shí)驗(yàn)課程的測試類虛擬實(shí)驗(yàn)有所不同，智慧化互動(dòng)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)針對(duì)振動(dòng)理論課程的重點(diǎn)難點(diǎn)內(nèi)容，將其振動(dòng)理論對(duì)應(yīng)的振動(dòng)現(xiàn)象用互動(dòng)虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)建設(shè)出來，讓學(xué)生可以結(jié)合振動(dòng)理論進(jìn)行振動(dòng)現(xiàn)象的自主探索與分析，以提升學(xué)生對(duì)振動(dòng)理論的深入理解。

考慮到網(wǎng)頁程序的便利性及微信的普及性，同時(shí)采用基于瀏覽器的網(wǎng)頁程序及基于微信小程序的移動(dòng)端程序來實(shí)現(xiàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)與建設(shè)[19]。網(wǎng)頁程序可運(yùn)行于任何具有網(wǎng)絡(luò)訪問功能的電腦上，主要用于教師課堂講解展示；微信小程序可運(yùn)行于任何一臺(tái)安裝了微信的移動(dòng)設(shè)備上，主要用于學(xué)生課堂互動(dòng)、課前預(yù)習(xí)探索、課后復(fù)習(xí)拓展；互動(dòng)虛擬實(shí)驗(yàn)核心程序部署在云端服務(wù)器上，降低程序運(yùn)行對(duì)客戶端設(shè)備性能的要求，提升了師生使用體驗(yàn)。平臺(tái)從最初建設(shè)的少量典型知識(shí)點(diǎn)[19]擴(kuò)展到涵蓋了振動(dòng)理論課程中的單自由度系統(tǒng)、多自由度系統(tǒng)及振動(dòng)控制等章節(jié)的23個(gè)重、難知識(shí)點(diǎn)。以“吸振現(xiàn)象”知識(shí)點(diǎn)為例，其網(wǎng)頁版及微信小程序版互動(dòng)虛擬實(shí)驗(yàn)界面分別如圖2、圖3所示。通過調(diào)節(jié)參數(shù)并運(yùn)行，動(dòng)畫展示區(qū)實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前參數(shù)設(shè)置下振動(dòng)現(xiàn)象對(duì)應(yīng)的動(dòng)畫，曲線展示區(qū)則顯示實(shí)時(shí)響應(yīng)曲線。

（三） 深度融合課程思政及工程實(shí)踐的“問-思-辨-行”教學(xué)模式

1 “問-思-辨-行”教學(xué)模式

參照《禮記·中庸》中“審問之，慎思之，明辨之，篤行之”的學(xué)習(xí)理念，即有針對(duì)性地提問，周全地思考，形成清晰的判斷力，用學(xué)習(xí)得來的知識(shí)指導(dǎo)實(shí)踐。對(duì)課程重點(diǎn)難點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重構(gòu)，結(jié)合互動(dòng)虛擬實(shí)驗(yàn)，將振動(dòng)理論講解與工程實(shí)踐充分融合，構(gòu)建了相應(yīng)的教學(xué)模式與過程，如圖4所示。在發(fā)揮學(xué)生主體作用，讓學(xué)生全方面、多層次深度參與課堂的每一個(gè)環(huán)節(jié)的同時(shí)，提升了對(duì)學(xué)生“發(fā)現(xiàn)問題-分析問題-解決問題-實(shí)踐創(chuàng)新”等能力的培養(yǎng)?！皢枴?，通過工程引例或演示實(shí)驗(yàn)，結(jié)合學(xué)生課前查閱資料、課堂匯報(bào)，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題；“思”，利用互動(dòng)虛擬實(shí)驗(yàn)，學(xué)生自主開展振動(dòng)現(xiàn)象的探索與分析，并進(jìn)行總結(jié)匯報(bào)；“辨”，通過振動(dòng)理論的推導(dǎo)與分析，并結(jié)合學(xué)生自主編寫相關(guān)程序及雨課堂練習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生解決問題；“行”，豐富工程前沿實(shí)例，擴(kuò)充源于最新科研課題的綜合性作業(yè)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力，結(jié)合綜合考核標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)、能力、價(jià)值目標(biāo)的全面考核。

2 課程思政的深度融入

課程思政的深度融合是指課程思政內(nèi)容遍布于“問-思-辨-行”教學(xué)過程中的多個(gè)環(huán)節(jié)，如圖5所示，具體體現(xiàn)包括：科學(xué)思維，整個(gè)“問-思-辨-行”的教學(xué)過程即是科學(xué)研究過程，在教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維；文化自信，適時(shí)引入我國優(yōu)秀傳統(tǒng)文化，包括古文中與振動(dòng)相關(guān)的論述、古建筑優(yōu)秀的抗震設(shè)計(jì)等；大國工匠，工程案例中典型實(shí)例、大國重器所體現(xiàn)的工匠精神；科技報(bào)國，重大工程研制中科學(xué)家、工程師在處理振動(dòng)問題時(shí)，不畏艱難、勇攀高峰的愛國情懷和創(chuàng)新意識(shí)；哲學(xué)原理，振動(dòng)理論所蘊(yùn)含的普遍哲學(xué)原理。

二 教學(xué)實(shí)踐

課堂實(shí)踐是檢驗(yàn)任何教學(xué)改革方法最有效的途徑，本節(jié)結(jié)合西北工業(yè)大學(xué)開設(shè)的飛行器振動(dòng)理論及應(yīng)用這門專業(yè)課，開展了該教學(xué)模式的課堂實(shí)踐。以課程中的“隔振”知識(shí)點(diǎn)為例，說明本研究“問-思-辨-行”教學(xué)模式的實(shí)施流程，如圖6所示。首先是“問”，通過中國木構(gòu)古建筑抗震性能佳的實(shí)驗(yàn)視頻，激發(fā)學(xué)生興趣，引導(dǎo)學(xué)生提出問題；其次是“思”，結(jié)合虛擬實(shí)驗(yàn)給出隔振概念并解釋木構(gòu)古建筑抗震性能佳的原因，讓學(xué)生利用虛擬實(shí)驗(yàn)自主開展隔振現(xiàn)象探索，得到定性結(jié)論；再次是“辨”，利用已學(xué)知識(shí)進(jìn)行原理推導(dǎo)，得到隔振原理，并證明探索得到的定性結(jié)論，再利用雨課堂練習(xí)，鞏固知識(shí)；最后是“行”，講述隔振的工程應(yīng)用，使學(xué)生學(xué)以致用，并布置綜合性作業(yè)，鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新能力。另外，木構(gòu)古建筑抗震體現(xiàn)了文化自信，虛擬實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)探索精神，原理推導(dǎo)融入了事物具有兩面性的哲學(xué)道理，而航空航天的工程應(yīng)用融入了大國工匠精神、航空?qǐng)?bào)國情懷。

在課程的考評(píng)與反饋方面，學(xué)生最終的成績包含平時(shí)成績和期末成績，在平時(shí)考核中，除了課堂練習(xí)、課后作業(yè)，還包含了占比50%的綜合性作業(yè)，以培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，例如，汽車怠速抖動(dòng)的力學(xué)原因、飛行器簡化建模、飛機(jī)滑跑響應(yīng)分析和發(fā)動(dòng)機(jī)管路減振。以“發(fā)動(dòng)機(jī)管路減振”綜合性作業(yè)的考核指標(biāo)為例，通過對(duì)吸振原理的理解、吸振器的創(chuàng)新設(shè)計(jì)、吸振器的安裝及論述的邏輯性和全面性的考核，涵蓋了對(duì)知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)及價(jià)值塑造的考核。

通過智慧化互動(dòng)虛擬實(shí)驗(yàn)的使用，并結(jié)合“問-思-辨-行”教學(xué)模式，課堂氛圍得到了極大的改善，顯著提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與主觀能動(dòng)性，80%以上的學(xué)生認(rèn)為智慧化互動(dòng)虛擬實(shí)驗(yàn)對(duì)自身幫助很大且希望在其他課程也引入智慧化互動(dòng)虛擬實(shí)驗(yàn)，較改革之前，學(xué)生對(duì)課程的滿意度從50%左右提升到了近90%、各項(xiàng)考核成績均穩(wěn)步提升，尤其是在加大綜合性作業(yè)數(shù)量及難度的情況下，綜合性作業(yè)平均成績從70分左右提升到了90分左右。

三 結(jié)束語

本研究針對(duì)振動(dòng)理論課程課堂教學(xué)存在的“課堂缺乏對(duì)振動(dòng)現(xiàn)象的全面展示、學(xué)生難以開展振動(dòng)現(xiàn)象的自主探索、沒能發(fā)揮理論-實(shí)踐的相互促進(jìn)作用、欠缺振動(dòng)前沿問題的探索與創(chuàng)新”等問題，結(jié)合國家教育信息化發(fā)展規(guī)劃，并充分考慮新工科對(duì)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的需求，利用網(wǎng)頁程序及微信小程序開發(fā)了智慧化互動(dòng)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。進(jìn)一步參照《禮記·中庸》中“審問之，慎思之，明辨之，篤行之”的學(xué)習(xí)理念，結(jié)合智慧化互動(dòng)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，將振動(dòng)理論講解與工程實(shí)踐充分融合，構(gòu)建了“問-思-辨-行”教學(xué)模式，在課堂教學(xué)中充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，讓學(xué)生全方面、多層次深度參與課堂的每一個(gè)環(huán)節(jié)，提升了對(duì)學(xué)生“發(fā)現(xiàn)問題-分析問題-解決問題-實(shí)踐創(chuàng)新”等能力的培養(yǎng)。針對(duì)飛行器振動(dòng)理論及應(yīng)用課程的教學(xué)實(shí)踐結(jié)果表明，課堂氛圍得到了極大的改善，顯著提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與主觀能動(dòng)性，增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)振動(dòng)理論的理解及解決振動(dòng)問題的能力，提升了學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)及家國情懷，學(xué)生各項(xiàng)考核成績均穩(wěn)步提升，尤其是考核學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的綜合性作業(yè)成績顯著提高，課程也被評(píng)選為陜西省本科線下一流課程。這種部署于互聯(lián)網(wǎng)云端的智慧化互動(dòng)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及提出的“問-思-辨-行”教學(xué)模式，極大滿足了學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，突出了“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念，也容易實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源共享，對(duì)其他相關(guān)理論課程的課堂教學(xué)也具有一定的借鑒意義。

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基金項(xiàng)目：中國交通教育研究會(huì)交通教育科學(xué)研究課題“新工科背景下‘雙驅(qū)動(dòng)、三融合’教學(xué)模式研究與實(shí)踐”（JT2022YB363）；陜西省高等教育學(xué)會(huì)高等教育科學(xué)研究項(xiàng)目“‘互聯(lián)網(wǎng)+互動(dòng)虛擬實(shí)驗(yàn)’在振動(dòng)理論類課程線上線下混合式教學(xué)”（XGH21043）；西北工業(yè)大學(xué)教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目“‘互聯(lián)網(wǎng)+互動(dòng)虛擬實(shí)驗(yàn)’在力學(xué)理論類課程教學(xué)中的探索與實(shí)踐”（2023JGZ01）；西北工業(yè)大學(xué)教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目“國防特色領(lǐng)域結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)教材體系建設(shè)的研究與實(shí)踐”（2024JGWZ01）

第一作者簡介：王樂（1984-），男，漢族，陜西西安人，博士，副教授，碩士研究生導(dǎo)師。研究方向?yàn)轱w行器結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)。