隨機振動研究生課程建設的探索與實踐

周凌+王仲剛+陳進+等

摘要：課程建設是提高高等教育和人才培養(yǎng)質量的重要舉措。針對隨機振動課程特點和教學現(xiàn)狀，立足研究生創(chuàng)新意識和實踐能力的培養(yǎng)，結合重慶市研究生教育優(yōu)質課程建設的探索與實踐，從整合教學資源、完善教學條件、創(chuàng)新教學方法和改革考核方式等方面，系統(tǒng)闡述和全面總結了隨機振動研究生課程建設的具體思路和實際做法。

關鍵詞：隨機振動；研究生教育；課程建設

中圖分類號：G643文獻標志碼：A文章編號：10052909（2015）06005503隨機振動是土木工程專業(yè)研究生的一門專業(yè)必修課程，教學目的是使研究生理解隨機振動理論與工程應用背景，學習典型隨機過程的分布及其特性，掌握時域相關函數(shù)、頻域功率譜密度和響應譜分析方法及其在工程中的應用，掌握線性系統(tǒng)頻域隨機振動分析的基本理論和方法，熟悉非線性系統(tǒng)隨機振動的特性和分析計算方法，了解結構動力可靠性分析的概念和方法。

由于隨機振動課程涉及的概念和理論多，易忽視實際工程的應用。課程理論體系深厚，要求研究生具備概率論、隨機過程和結構振動等基礎知識。課程實驗過程控制復雜，設備操作難度大，對相關測試技術能力要求高。課程注重培養(yǎng)研究生從事科研和解決工程問題的能力，而常規(guī)考試或課程小論文等考核方式難以反映教學效果。因此，在長期的教學過程中存在不少弊端：教材教輔陳舊，算例缺乏新意；教師講授講解多，與研究生互動少；理論知識灌輸多，實驗實踐環(huán)節(jié)少；課程考核方式單一，應考現(xiàn)象明顯。這些現(xiàn)象嚴重制約了研究生創(chuàng)新意識和實踐能力的培養(yǎng)。

因此，筆者所在團隊以重慶市研究生教育優(yōu)質課程建設為契機，從整合教學資源、完善教學條件、創(chuàng)新教學方法和改革考核方式等方面對隨機振動研究生課程進行了探索和實踐，以推進研究生教育教學的深化改革。

一、整合教學資源

教學資源是一切可利用于教育教學的物質條件、自然條件、社會條件以及媒體條件等，充分利用和優(yōu)化配置教學資源對課程教學和實施起著重要作用[1]。針對隨機振動研究生課程的教學特點和重難點，結合多年教學實踐和美國斯坦福大學的課程學習經歷，整合優(yōu)化國內外優(yōu)秀的教學資源，以更好地發(fā)揮各種教學資源的優(yōu)點，提高課程教學的效果。

（一）優(yōu)化教材教輔

教材是教學之本，是聯(lián)系師生教與學的紐帶，是課程建設的重要內容。隨機振動研究生課程教學主要使用《隨機振動理論及其應用》（余載道主編，同濟大學出版社），該教材對隨機振動的基本概念、理論和公式有比較詳盡的描述和推導，但算例和實驗較少，研究生在學習中易局限于各種公式的推導演化，缺乏對隨機振動理論在工程應用中的認識和理解。因此，通過梳理隨機振動相關的各種教參教輔，增設《隨機振動實驗技術》（戴詩亮主編，清華大學出版社）為補充教材，《隨機振動理論及應用新進展》（李杰主編，同濟大學出版社）為輔助教材，補充單一教材在實驗測試和工程應用方面的不足，有助于研究生掌握隨機振動的基本知識和分析方法，提升其運用所學知識解決實際工程中隨機振動問題的能力，使隨機振動研究生課程教學內容由抽象復雜變得形象具體。

高等建筑教育2015年第24卷第6期

周凌，等隨機振動研究生課程建設的探索與實踐

（二）編撰中英文互動教案

根據(jù)在美國斯坦福大學訪問學習期間，對Random Vibration、Structure Eynamics和Introduction to Sensing Networks for Civil and Environmental Engineering等課程的學習感受，學習借鑒國外研究生教育理念和教學方法，針對雙語課程教學的要求和特點，以《Random Vibrations： Analysis of Structural and Mechanical Systems》（Elsevier Butterworth-Heineman出版社）為藍本，編撰中英文對照互動教案，適時開展中英文雙語教學，激發(fā)研究生的求知欲望，調動研究生的思維活動，提高研究生利用英語進行專業(yè)文獻檢索和學術交流的能力，拓展研究生的專業(yè)視野，并緊跟最新前沿動態(tài)[2]。

（三）建設課程資源共享平臺

課程資源網(wǎng)絡平臺有利于拓展教學空間和開展研究型教學，對提高教學質量具有重要意義。以學院土木工程學科網(wǎng)站和互聯(lián)網(wǎng)為依托，建設教學資源和實驗數(shù)據(jù)對外開放平臺，可為全市多所高?；蚨鄠€學位點設置的同類課程提供資源共享，在開展網(wǎng)絡課堂、網(wǎng)絡答疑和網(wǎng)絡輔導的同時，提供多媒體課件、中英文教材與教輔、中英文對照互動教案、專題研討文獻資料、課程實驗指導書、實驗數(shù)據(jù)、分析范例程序等資源，方便院內外師生隨時瀏覽、下載、學習和交流。

二、完善教學條件

教學條件是保障教學任務順利實施的一切硬件和軟件設施，根據(jù)隨機振動研究生課程中實驗教學的需要，利用學院和學科辦學條件建設的契機，對課程教學條件進行了補充完善，著重培養(yǎng)研究生的實驗測試和分析能力。

（一）更新補充實驗設備

學院是軍隊院校2110工程一期、二期教學條件重點建設院校，土木工程學科是軍隊2110工程重點建設學科和總后勤部530工程重點建設學科，也是重慶市“十二五”重點建設學科，通過持續(xù)不斷地全面建設，學科教學條件得到顯著改善，實驗室技術水平顯著提高。課程實驗所依托的建筑結構試驗中心為我院重點實驗室，擁有各類實驗設備746余臺（套），大型精密儀器100多臺套，包括建筑結構實驗系統(tǒng)、PLU-500 kN電液伺服結構試驗系統(tǒng)等大型儀器設備，根據(jù)研究生課程教學和學位論文研究的需要，受助于軍隊和地方重點學科條件建設，補充更新了振動測試實驗教學系統(tǒng)、各類數(shù)據(jù)采集與振動測試系統(tǒng)、高速攝像機、各類傳感器等，為課程實驗教學創(chuàng)造了良好的條件，滿足了課程基本實驗和研究生自主創(chuàng)新實驗的需求。

（二）構建動力實驗平臺

由于隨機振動研究生課程涉及結構隨機振動理論、測試和分析，該領域的理論難度大，測試方式靈活，可擴展性強，研究生學習易停留在知識理解層面，缺乏操作和應用能力鍛煉的平臺。構建足尺懸臂鋼梁和輸電塔動力相似縮尺模型動力實驗平臺，一方面將信號源、作動器、率放器、傳感器、數(shù)采儀等單一的振動測試儀器設備進行聯(lián)動，以發(fā)揮實驗儀器設備的倍增效益；另一方面使研究生熟悉常見振動測試儀器設備的操作，能根據(jù)自主設計性實驗任務進行設備選型和匹配，掌握振動數(shù)據(jù)的分析、判斷和評價。

三、創(chuàng)新教學方法

教學方法是師生為了實現(xiàn)共同的教學目標，在教學過程中運用的方式與手段的總稱，對完成教學任務和實現(xiàn)教學目標具有重要意義[3]，因此，必須高度重視教學方法的創(chuàng)新，使之適應課程發(fā)展要求和研究生的思維特點，取得最佳的教學效果。

（一）研討式教學

傳統(tǒng)教學模式以教師為中心，采用“填鴨式”“滿堂灌”的教學套路，與研究生間互動較少甚至“零”互動，忽視了研究生的主體認知作用，不利于發(fā)揮研究生的主觀能動性，不利于研究生創(chuàng)新思維和學習興趣的培養(yǎng)，如何變“要我學”為“我要學”，是傳統(tǒng)教學方法面臨的重要難題。通過在教學過程中精心設計，增設2個研究專題“結構風振響應分析”和“非平穩(wěn)多點地震動模擬”，將研究生帶入一個預設的實際問題場景中，引導研究生帶著問題去學習和思考，把單純的課堂知識傳授轉變?yōu)榻處熍c研究生之間的互動探討，培養(yǎng)研究生的主動意識和創(chuàng)新意識，使研究生的學習積極性得到明顯提升。

（二）工程案例教學

隨機振動理論在結構振動響應分析、結構損傷識別和結構健康監(jiān)測等領域有較強的應用，利用承擔的全軍后勤科研重點項目“重要軍事結構安全性監(jiān)測研究”、重慶市自然科學基金項目“基于雙線性時頻分布的塔-線結構損傷識別方法”，重慶市基礎與前沿研究項目“基于時頻信號項的高壓輸電塔損傷識別方法研究”、國家電網(wǎng)公司科技項目“特高壓輸電塔狀態(tài)監(jiān)測關鍵技術研究”和重慶市軌道交通總公司科技項目“軌道交通I號線大-石路爆破施工安全監(jiān)測”等10多項相關科研課題和20多項工程檢測，以及開展的大縮尺比高聳結構大氣邊界層風洞實驗和輸電塔模型損傷識別測試研究，將其凝練為“教學案例”進行理論與實踐相結合的教學，提升了研究生對課程學以致用的整體認知能力。

（三）開放性實驗教學

依托學院建筑結構實驗中心的實驗室條件，開設常見振動測試儀器使用和DHVTC系統(tǒng)隨機振動實驗2個基礎性實驗，設置隨機激勵下懸臂鋼梁和輸電塔動力相似縮尺模型模態(tài)參數(shù)測試的2個自主設計性實驗，并通過網(wǎng)絡共享平臺提供課程實驗數(shù)據(jù)、分析程序范例和實驗指導書等資源，啟發(fā)引導研究生自主完成實驗測試和分析，激發(fā)研究生運用理論知識分析和解決實際問題的熱情，喚起研究生主動探索研究的學習興趣，提升研究生課程學習的積極性。

四、改革考核方式

考核方式的改革是隨機振動研究生課程建設的難點，以往單一的試題考試或提交課程小論文等“為考而考”的方式，不利于考核研究生對基本概念和知識點的理解，更不利于考核研究生靈活運用知識解決實際問題的能力。因此，課程考核改革為三種方式：一是課堂專題報告考核，評判研究生對基本概念和知識點的理解深度，通過師生間的互相研討，啟發(fā)研究生的創(chuàng)新思維；二是自主設計性實驗考核，通過實驗操作情況和實驗報告數(shù)據(jù)分析，考核研究生對單自由度和多自由度系統(tǒng)隨機振動理論的靈活運用，以及運用相關儀器設備進行試驗測試的能力；三是案例考核，提供實際工程測試信號和大型試驗數(shù)據(jù)，促進研究生思索解決工程問題的技術途徑，考核研究生利用所學知識來分析解決實際工程問題的能力。這些考核方式，有效地激發(fā)了研究生的學習熱情，促進了研究生自主學習的積極性，深化了研究生的理論功底和實踐能力。

參考文獻：

[1] 劉新陽.近年我國高校數(shù)字化教學資源建設與應用研究分析[J].電化教育研究，2012 （3）：29-33.

[2] 王秀村，李軍.研究生市場營銷課程雙語教學的實證研究[J].學位與研究生教育，2010（5）：56-60.

[3] 熊竟如.現(xiàn)代信息技術條件下教學方法研究[J].科技信息，2008 （18）：48-49.

Postgraduate course construction of random vibration

ZHOU Ling， WANG Zhonggang， CHEN Jin， LI Yingtao， CHEN Huiguo

（Department of Civil Engineering， Logistical Engineering University， Chongqing 401311， P. R. China）

Abstract： Course construction is an important measure of improving higher education and personnel training. According to characteristics and current situation of random vibration， based on training of innovation consciousness and practice ability， combining with exploration and practice of high quality postgraduate course construction， the specific thought and practice of course construction were summarized comprehensively from aspects of integrating teaching resource， improving teaching condition， innovating teaching method and reforming assessment method.

Keywords： random vibration； postgraduate education； course construction