適應(yīng)新工科建設(shè)的機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)課程教改思考

成建聯(lián)

摘要：機(jī)械動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)是機(jī)械類(lèi)研究生一門(mén)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(duì)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(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)課程中存在的問(wèn)題，提出對(duì)應(yīng)的教改思路，通過(guò)課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)實(shí)踐，使學(xué)生分析解決問(wèn)題的能力大大提高。

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

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

2017年2月底，教育部發(fā)文提出，各高校推進(jìn)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(qiáng)調(diào)工程教育教學(xué)改革要適應(yīng)未來(lái)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，培養(yǎng)有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、動(dòng)態(tài)適應(yīng)能力的交叉復(fù)合型人才。

機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)作為工程類(lèi)專(zhuān)業(yè)研究生的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，主要講授在機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模與分析等方面的基本理論與方法。新技術(shù)時(shí)代面臨大量全新、未知的新問(wèn)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(wèn)題。此課程作為長(zhǎng)安大學(xué)研究生的專(zhuān)業(yè)學(xué)位課，面臨課時(shí)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(shí)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(guò)多種途徑手段，培養(yǎng)學(xué)生形成完善的知識(shí)體系，提高學(xué)生分析、解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)出滿足未來(lái)需求的交叉復(fù)合型工程科技人才。

一、機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)在教學(xué)上存在的問(wèn)題

隨著國(guó)家高新科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對(duì)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(gè)重要因素，也是新工科建設(shè)和發(fā)展必須提高的問(wèn)題。目前，機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)課程存在的問(wèn)題有：內(nèi)容多、雜、抽象，學(xué)生難以系統(tǒng)掌握知識(shí)體系，理解難度大。學(xué)生學(xué)習(xí)主觀能動(dòng)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(jī)械振動(dòng)理論、理論力學(xué)和機(jī)械原理內(nèi)容相重疊，欠缺新的機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)知識(shí)補(bǔ)充等。

自2008年以來(lái)，項(xiàng)目主持人一直從事機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析與控制的研究生課程教學(xué)工作。這門(mén)課程對(duì)于機(jī)械類(lèi)的研究生來(lái)說(shuō)，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(guò)近幾年的教學(xué)改革，在人才培養(yǎng)模式及內(nèi)容上進(jìn)行了一些革新，但改進(jìn)的力度還需加強(qiáng)。因此該課程迫切需要引入新的知識(shí)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(shí)踐

授課教師應(yīng)針機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)課程特點(diǎn)，在內(nèi)容組織、環(huán)節(jié)安排、方法改進(jìn)、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(shí)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(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)》課程的教改中，注重引導(dǎo)學(xué)生思考、并了解國(guó)際學(xué)術(shù)前沿動(dòng)態(tài)的理念；增強(qiáng)案例式課程教學(xué)模式，讓學(xué)生在實(shí)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(dòng)其主觀能動(dòng)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(xiě)的方式提高知識(shí)的綜合運(yùn)用能力和創(chuàng)新科研能力。使學(xué)生能獨(dú)立完成動(dòng)力學(xué)建模，并且進(jìn)行較深入的仿真分析，達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。

1.注重建立機(jī)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(shí)際的機(jī)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(jiǎn)單結(jié)構(gòu)為主要研究對(duì)象，基于理論力學(xué)基礎(chǔ)，引入“機(jī)械動(dòng)力學(xué)”以機(jī)械系統(tǒng)為研究對(duì)象，研究力與運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。通過(guò)大量實(shí)例，讓學(xué)生體會(huì)建立力學(xué)模型。掌握建模的一般規(guī)律，提高理論知識(shí)用于解決實(shí)際問(wèn)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(yùn)動(dòng)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(huì)貫通的能力。

3.計(jì)算結(jié)果對(duì)實(shí)際問(wèn)題的應(yīng)用指導(dǎo)作用。機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析結(jié)果是用來(lái)改進(jìn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和能力提升。針對(duì)求解結(jié)果，培養(yǎng)學(xué)生分析能力，增強(qiáng)結(jié)果對(duì)實(shí)際問(wèn)題的指導(dǎo)作用。利用學(xué)校實(shí)驗(yàn)室樣機(jī)、裝置，讓學(xué)生更直觀地了解機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、使用以及對(duì)動(dòng)態(tài)性能的要求。

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

新工科建設(shè)對(duì)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(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)屬于力學(xué)與機(jī)械工程的交叉學(xué)科，是基礎(chǔ)理論與實(shí)踐應(yīng)用緊密結(jié)合的研究生專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程。此課程內(nèi)容上與相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識(shí)串聯(lián)；教學(xué)模式上注重動(dòng)力學(xué)建模上專(zhuān)業(yè)知識(shí)的融入，并對(duì)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題進(jìn)行重點(diǎn)闡述。讓學(xué)生將各專(zhuān)業(yè)知識(shí)相互融合，并應(yīng)用到課題實(shí)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(jì)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(shí)點(diǎn)的難度和重要性，采取漸進(jìn)式和突出重點(diǎn)的方法進(jìn)行講授。教師和學(xué)生共同組成小組參與研究實(shí)際工程項(xiàng)目中的子課題，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，形成良好的研究型課堂教學(xué)氛圍。

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

（三）學(xué)科前言理論為引導(dǎo)，帶動(dòng)專(zhuān)業(yè)知識(shí)內(nèi)容與方法上的創(chuàng)新

1.注重學(xué)科前言知識(shí)的引導(dǎo)作用。研究生是未來(lái)科研的生力軍，求知欲、自學(xué)能力和自主意識(shí)較強(qiáng)，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(zhuān)業(yè)背景以及未來(lái)可能的科研方向，在講解中比較形象直觀地介紹機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)在工程機(jī)械專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)、研究熱點(diǎn)和典型的工程應(yīng)用問(wèn)題；同時(shí)利用我校在工程機(jī)械領(lǐng)域有關(guān)的動(dòng)力學(xué)研究的最新成果，講述機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模原理和工程應(yīng)用成果，并介紹目前國(guó)內(nèi)外著名的研究機(jī)構(gòu)和知名學(xué)者。在每一章節(jié)中，穿插進(jìn)相關(guān)的最新研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)，同時(shí)也指出目前尚存爭(zhēng)議的問(wèn)題和最新研究動(dòng)態(tài)，如考慮幾何非線性、不確定性多自由度機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模、控制與數(shù)值求解技術(shù)等。

2.理論知識(shí)與分析軟件的結(jié)合。為了使研究生能夠理解機(jī)械動(dòng)力學(xué)分析的作用，在畢業(yè)后能夠迅速地適應(yīng)實(shí)際工作，通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)工廠進(jìn)行調(diào)研，在機(jī)械動(dòng)力學(xué)課程之外，添加了相關(guān)的計(jì)算機(jī)動(dòng)力學(xué)分析軟件課程。在學(xué)習(xí)過(guò)程中，通過(guò)實(shí)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(duì)所學(xué)機(jī)械動(dòng)力學(xué)知識(shí)的理解與應(yīng)用更加深入。

3.實(shí)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(diǎn)購(gòu)買(mǎi)儀器設(shè)備對(duì)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行改進(jìn)建設(shè)，根據(jù)課程進(jìn)展，對(duì)研究生使用和掌握相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)以及有效數(shù)據(jù)采集和分析方法進(jìn)行培訓(xùn)，使研究生掌握先進(jìn)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(shí)際的工作需求，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)與實(shí)踐的結(jié)合。以大作業(yè)方式考核學(xué)生，讓其進(jìn)工廠調(diào)研，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，找出重點(diǎn)。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(shí)際問(wèn)題的能力。這也更符合新工科建設(shè)和發(fā)展對(duì)復(fù)合型人才培養(yǎng)的需要。

三、結(jié)束語(yǔ)

機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)課程是一個(gè)不斷發(fā)展和動(dòng)態(tài)變化的過(guò)程，為了適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需要，對(duì)課程內(nèi)容要不斷進(jìn)行更新，以滿足研究發(fā)展的需要。在課程教學(xué)過(guò)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(guò)《機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)》課程的教學(xué)過(guò)程，針對(duì)學(xué)生存在的問(wèn)題，做到有的放矢，幫助學(xué)生加深對(duì)知識(shí)的理解和掌握，培養(yǎng)其嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的態(tài)度，通過(guò)多種考核方式來(lái)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(duì)具體的工程機(jī)械動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，能獨(dú)立完成動(dòng)力學(xué)建模與分析，有效實(shí)現(xiàn)了教學(xué)目標(biāo)要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]新工科研究與實(shí)踐項(xiàng)目指南[S].教育部高教司，2017.

[2]陳花玲，仇國(guó)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.