地方高等院校機械動力學(xué)課程教學(xué)改革初探

郭長文 徐睿

摘 要：機械動力學(xué)是我校研究生的基礎(chǔ)理論和實踐應(yīng)用緊密結(jié)合的一門學(xué)位課，為配合重慶機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，充分利用我校機械、車輛專業(yè)多年積累起的豐厚教學(xué)資源，將機械動力學(xué)教學(xué)內(nèi)容劃分為四個教學(xué)板塊，每個板塊由專業(yè)教師采用工程案例教學(xué)，同時注重仿真軟件在課堂上的應(yīng)用和實驗教學(xué)，為機械類研究生建立系統(tǒng)的專業(yè)知識體系，從而提高教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：機械動力學(xué) 研究生 教學(xué)改革 動力學(xué)建模方法 案例教學(xué)

中圖分類號：O3-4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）08（c）-0173-02

研究生的教育目的是培養(yǎng)研究生的自學(xué)能力、研究能力與創(chuàng)新能力。隨著研究生招生的擴大化，同時為順應(yīng)我國經(jīng)濟與科技發(fā)展的要求，研究生的培養(yǎng)方向已經(jīng)從面向科研和教學(xué)方向的精英教育逐漸轉(zhuǎn)為適應(yīng)地方工農(nóng)業(yè)發(fā)展需要的實用型教育[1]。

重慶是西部現(xiàn)代制造業(yè)基地，為加快轉(zhuǎn)型升級，推動技術(shù)進步，重慶兩江新區(qū)從2012年開始，將機器人產(chǎn)業(yè)作為重要發(fā)展戰(zhàn)略，并規(guī)劃出占地2平方公里，形成“1區(qū)5平臺”為一體的機器人產(chǎn)業(yè)園。機械、車輛工程、材料專業(yè)是我校的優(yōu)勢專業(yè)，為配合重慶機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，相關(guān)院系和專業(yè)在研究生教育方面做出了相應(yīng)的革新。

隨著機器人、車輛、航天器等機械系統(tǒng)的高性能、高精度的設(shè)計要求，對機械系統(tǒng)實時、精確、有效的運動預(yù)測和控制已成為目前的研究熱點，這也是機械動力學(xué)的研究難點。因此，機械動力學(xué)是機械類碩士研究生的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，需要在有限的課時內(nèi)講述機械系統(tǒng)動力學(xué)建模與分析等方面的基本理論與方法，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題與解決問題的能力，其教學(xué)效果的優(yōu)劣關(guān)乎學(xué)生能否構(gòu)建完善的現(xiàn)代設(shè)計知識體系，是否適應(yīng)我國制造業(yè)企業(yè)對提高產(chǎn)品質(zhì)量和進行創(chuàng)新設(shè)計的要求。

1 教學(xué)中存在的問題

目前，我校這門課程的教學(xué)存在以下問題：（1）研究生入學(xué)水平參差不齊，一些學(xué)生對材料力學(xué)、振動理論不熟悉甚至沒有接觸過，導(dǎo)致課程的基本概念難以深入。（2）課程內(nèi)容覆蓋面廣，與多門專業(yè)課有交集，知識體系龐大，學(xué)生無法對課程建立一個整體、系統(tǒng)的認(rèn)識。（3）課程內(nèi)容抽象，深奧晦澀，學(xué)生感覺枯燥難學(xué)，無學(xué)習(xí)興趣。采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式授課，學(xué)生通常只掌握了基本的動力學(xué)概念，很難達(dá)到確立完整、清晰的系統(tǒng)動力學(xué)觀點研究問題的培養(yǎng)目標(biāo)。為此，我校積極推進該課程的教學(xué)改革，強化課程內(nèi)容建設(shè)，主動引導(dǎo)學(xué)生建立完善的專業(yè)知識體系，提高學(xué)生分析、解決工程問題的能力。

2 課程改革具體措施

（1）重新編排教學(xué)內(nèi)容。

根據(jù)我校研究生的入學(xué)水平，按照機械動力學(xué)教學(xué)大綱的基本要求，配合我校機器人專業(yè)的相關(guān)研究內(nèi)容，重新編排教學(xué)內(nèi)容[2]，形成四個教學(xué)板塊[3]。（如表1所示）

從表1可以看出，新編排的機械系統(tǒng)動力學(xué)教學(xué)內(nèi)容從理論分析進而到實驗研究，從零部件動力學(xué)到系統(tǒng)動力學(xué)，從線性系統(tǒng)跨越到非線性系統(tǒng)，形成系統(tǒng)、完整的體系。

（2）注重與其他課程的銜接。

在教學(xué)中，每一個板塊都由一位專門從事該方向研究的教師主講，并加強相關(guān)專業(yè)課程知識的串聯(lián)。例如：在力學(xué)原理模塊，可以將理論力學(xué)、材料力學(xué)、機械振動基礎(chǔ)等課程知識串聯(lián)，形成如圖1所示的基礎(chǔ)理論體系。模塊間相互融合又相互獨立，能夠完成課程的基本要求，使得學(xué)生更加系統(tǒng)的掌握“機械動力學(xué)”課程的知識，從而建立起一個相對完善的知識體系[4]。

（3）教學(xué)案例化。

第一板塊的教學(xué)，傾向于理論教學(xué)，而其后的三個板塊則側(cè)重案例化教學(xué)。在每個板塊中引入該版塊任課教師在科研領(lǐng)域取得的成果，從如何選取研究的切入點到分析問題的關(guān)鍵點，再到結(jié)果的正確性與應(yīng)用性上，通過與學(xué)生互動探討一一解決，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，提高學(xué)習(xí)動力，獲得良好的教學(xué)效果。

（4）注重實驗教學(xué)。

為加深學(xué)生對相關(guān)知識點的理解，相應(yīng)的實驗必不可少。例如：講解車輛動力學(xué)時，任課教師可將授課地點直接搬至我校的汽車博物館，結(jié)合設(shè)備實物，詳細(xì)講解車輛動力學(xué)的起源、現(xiàn)象及解決策略。任課教師可以有針對性的設(shè)置某些問題，通過相應(yīng)的實驗演示及有效數(shù)據(jù)的采集來解決，使學(xué)生掌握儀器的使用方法和數(shù)據(jù)采集及分析。

（5）課堂教學(xué)引入仿真軟件。

在機械系統(tǒng)動力學(xué)教學(xué)過程中，涉及大量的工程問題，如果都采用展現(xiàn)實物并實驗的方式，實施起來困難重重。在沒條件觀看實物或?qū)嶒灥那闆r下，教師可以通過動力學(xué)仿真軟件建好動力學(xué)仿真模型，在課堂上演示并仿真結(jié)果，加深學(xué)生對知識的理解[5]。

3 結(jié)論

結(jié)合我校實際情況，對機械動力學(xué)的教學(xué)實施以上五種改進措施。通過一個完整的教學(xué)過程發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對本門課程的整體把握明顯優(yōu)于往屆學(xué)生，但鑒于該課程學(xué)時數(shù)的限制，很多嘗試淺嘗輒止，還未發(fā)揮效果。解決好教學(xué)內(nèi)容和學(xué)時少的矛盾、理論教學(xué)和實踐教學(xué)的矛盾，是該門課程改革的關(guān)鍵。

參考文獻(xiàn)

[1] 李國明，鄭學(xué)寶，何志巍，等.論研究生教育中的課程體系改革[J].數(shù)理醫(yī)藥學(xué)雜志，2009，22（4）：448-450.

[2] 張策.機械動力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2000.

[3] 陳兵，王文瑞，郜志英.機械動力學(xué)課程教學(xué)改革[J].中國冶金教育，2011（4）：16-18.

[4] 劉延柱，潘振寬，戈新生.多體系統(tǒng)動力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2014.

[5] 趙武云，劉艷妍，吳建民，等.ADAMS基礎(chǔ)與應(yīng)用實例教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2012.