课程教学改革与实践

席晓燕 唐山学院机电工程系

基金项目：唐山学院教育科学研究基金项目（130216）。

摘要：本文在分析了机械动力学课程特点的基础上，基于核心建模理论从教学目标、教学内容、教学方法等方面对机械动力学课程教学模式进行改革与实践。同时在机械动力学课程中开展了研究型教学实践。

关键词：机械动力学；建模；研究型教学

Abstract：According to the characteristics of mechanical dynamics，teaching reform and practice of mechanical dynamics has been carried out

from such aspects as teaching goal，teaching content and teaching method.The paper put forward a research teaching model.

Key Words：mechanical dynamics；modeling；research teaching

一、机械动力学课程特点及改革意义

机械动力学课程是研究机械在运行过程中的受力情况以及在这些力作用下的运动状态的一门学科，通过以往的教学总结，学生们普遍认为机械动力学课程内容多、难度大、理论深，学习过程中存在畏难情绪，最主要的一个原因是机械动力学有很多理论需要学习，学习起来枯燥、单调，直观性不强，学习动力小，学生们很难将所学的内容应用到工程实际中去，如何在有限的时间内让学生更有效率的学习机械动力学这门课程，就需要在教学目标、教学内容、教学手段上对课程进行改革，探索新的机械动力学教学模式[1]。

二、基于核心建模理论的机械动力学课程教学内容改革我们在研究机械动力学问题时，一般要经历三个步骤，第一步是建立研究对象的数学模型；第二步是选取适当的理论分析方法进行分析，最后是进行数值分析和实验研究。因此如何正确建立系统的数学模型是研究机械动力学问题首当其冲的一个主要内容，而数学模型建立的正确与否直接决定了后续研究工作的有效性[2]。而如何让学生有效的掌握机械动力学核心建模理论，用于本课程后续的课程大作业、毕业论文，以及在工程实际中得到应用，将有限的课堂学习时间拓展到无限的课堂之外，弥补课时少的困扰，就需要在教学方法、教学内容上进行改革。

（一）教学内容重组

作为一门专业基础限选课，通过机械动力学课程的学习使学生掌握与本学科密切相关的基础理论和基础知识，为学生独立吸收新知识和适应新情况打下基础，本着“必须、够用”，对教学内容进行了删减及调整。基于核心建模理论将机械动力学教学内容进行重组和优化后共分为四个模块，第一，拉格朗日方程及应用；第二，单自由度系统的振动；第三，两自由度及多自由度的振动；第四，工程实际应用实例；第五，实践环节。

（二）与专业核心课程有效衔接

单纯针对机械动力学教材进行课堂教学会使学生无法真正将所学知识融入到专业知识体系中，从而形成封闭的独立知识点，因此必须加强相关专业知识的串联，与专业核心课程有效衔接。机械动力学课程开设在机械设计制造及其自动化专业本科学生大三第二学期，此时学生已经掌握了本专业的大部分核心专业课程，“机械原理”中的机构的运动特性、机械动力学的基本原理等章节、“现代设计方法”中的动态设计等章节要求学生了解相关的动力学建模、分析，先进制造技术中也涉及诸多环节需要考虑动力学问题，因此，我们在课堂教学过程中将上述专业核心课程和机械动力学课程的交汇部分重点阐述，让学生能够主动将其它专业知识与机械动力学的知识点相互融合，更加系统的掌握机械动力学课程的知识，从而建立起一个完善的专业知识体系。

（三）教学内容与仿真软件相结合

针对机械动力学课程的教学内容，所涉及的软件数目众多，如MATLAB、Maple、ADAMS 以及Ansys。对于课程所涉及的不同知识点，让学生使用工程软件予以实现，并和理论结果进行对比，可以加深学生对知识点的领悟。在有限的时间内，要求学生掌握众多的软件不太现实，将ADAMS 软件作为主要软件要求学生掌握，而涉及到其它的软件要求学生初步了解即可。

三、基于核心建模理论的机械动力学课程教学方法改革

研究型教学作为一种教学理念，融学习与研究为一体的教学体系，通过教学与研究、实践的结合，引导学生创造性地运用知识和经验，自主的发现问题、研究问题和解决问题，在研讨中积累知识、培养能力和锻炼思维，同时养成科学研究的精神和科学态度。机械动力学课程是一门综合性强，理论性强、应用广泛，与工程实际结合紧密的学科，它是大学阶段的终端课程，因此为开展研究型教学提供了充分条件。

（一）教学形式多样化

首先，虽然多媒体课件已十分普及，但是在机械动力学课程教授过程中板书是必不可少的。在讲授拉格朗日方程以及单自由度系统振动求固有频率、振型时，涉及到一些公式的推导，必须要全神贯注，用课件讲课，学生的注意力集中在眼睛，而分散了大脑思考时间，此部分的教学效果会受影响；其次，在讲授工程实际应用实例时，课件又必不可少了，例如教师通过图片、视频结合连续系统振动理论介绍了美国Tacoma 大桥为何在微风情况下倒塌，洗衣机通过阻尼隔振的减振，机床在加工过程中的振动等现象，让学生有更好的视觉效果下有助于感性的了解课程；第三，必要的实物展示，由于学校教学资源的有限，有些实验无法在实验室完成，教师可以找到价格低廉或生活中随处可见的物品作为替代品，直接在课堂上向大家演示。

（二）改革考核方法

考核形式多样化注重学习过程考察和学生能力评价，考核形式多样化可以有效促进学生创新能力的培养，在考核方式上，采用教考分离的模式，将考核的重点放在学生对理论知识的理解、掌握和灵活运用能力上，单纯的试卷考试过于片面，不能真实检验学生对课程内容的掌握水平；简单统一的大作业形式不能避免抄袭现象，挫伤了部分学生的积极性。因此，在教学过程当中不断摸索出以下三种方式对学生的成绩进行考核。

 1.课程作业考核

在讲授核心建模理论拉格朗日方程等基本知识、基本理论时，由授课教师从工程实际中选取模型，让学生通过拉格朗日方程的推导得到研究对象的数学模型，要求学生课后完成，根据学生的学习情况、知识结构可以选择手工推导或者利用数学软件工具推导，以加深学生对核心建模理论拉格朗日方程的掌握程度，这一考核形式不可或缺。

2.大作业专题考核

由于本课程授课形式采用合班课，每个班级的学生自主结组分成4-5 组，由授课老师根据工程实际或科研课题给出4-5 个大作业专题，这样将两个或三个班级的学生分成小组，以小组为单位展开讨论，通过与授课老师讨论确定研究方向，通过这一环节的考核，教师在指导学生进行研究性教学的过程中，根据学生的知识背景、学习情况、兴趣爱好引导学生选取有工程实际应用价值的题目，在有限的课程学习中将系统简化，初步研究其动力学规律，写出课程设计小论文。

3.分组汇报

结合需要考核的大作业，在课程结束前1-2 讲课，组织一次大作业汇报会，每组选派一名代表发言5-7 分钟，要求将自己小组的大作业工作原理、建模过程、仿真结果及分析优化结果制作成图文并茂的PPT，给大家讲解清楚，同时接受授课教师和同学们的质疑。

四、实践成果

机械动力学课程改革已经进行了几轮教学的实践，效果显著，也取得了一些成果[3-7]。部分学生的大作业直接作为学术论文得到了发表，另外5 名学生在选修了机械动力学课程后，对此领域研究产生了兴趣，经指导老师同意后并自主将当时课程大作业题目进一步深化、细化，作为自己本科的学位论文题目，并都参加了相关市级科学研究项目，顺利完成学位论文后，共发表论文5 篇，均为核心期刊。今后，在进一步地教学实践中，机械动力学的课程改革随着条件的逐渐完善，还将近一步地探索和深入。

参考文献：

[1]王晓笋，石端伟，刘照，张志强.“机械动力学”课程教学改革的若干思考[J].中国电力教育，2011（32）：78-96.

[2]杨志安.基于学位论文建模方法的机电系统动力学研究性教学实践[J].唐山学院学报，2011 25（4）：87-90.

[3]席晓燕.基于ADAMS 的含间隙酒瓶装箱机构优化设计[J].包装工程，2013 34（1）：69-74.

[4]席晓燕.基于Pro/E 和ADAMS 的倾翻车机构的仿真与优化[J].煤矿机械，2013 34（4）：80-81.

[5]席晓燕.基于ADAMS 的含间隙柔性酒瓶装箱机构的优化设计与动力学仿真[J].机械科学与技术，2013 32（8）：1195-1199.

[6]席晓燕.矿用内燃机配气凸轮机构仿真与动力学分析[J].煤矿机械，2013 34（5）：73-75.

[7]席晓燕.矿用叉车转向机构的优化与动力学分析[J].煤矿机械，2013 34（7）：78-79.

作者简介：

席晓燕，女，1979年出生，河北蔚县人，副教授，硕士，主要从事机械动力学教学与科研工作。