本科“机械动力学”课程教学改革的探讨

江小辉+汪中厚+孙首群+钱炜

摘要：“机械动力学”是我校机械类本科专业基础课，为了顺应德国ASIIN评估专业的需求，同时培养具有欧洲工程师资质的学生，亟需从该课程的传统教学中开展改革。本文就教学及考核环节中的各项内容结合实践教学存在的问题展开讨论，通过探索提高学生参与性课堂与实践结合的教学方式，以及多方式考核体系，逐步转变学生由被动学习到主动追求知识的局面，使得学生能够积累更多实际应用课题视野与经验，为毕业工作或深造更快适应项目及课题要求奠定扎实的基础。

关键词：机械动力学;教学改革;本科

中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2016）07-0083-02

一、本科“机械动力学”课程教学改革的重要性

随着国家科技创新的重要性愈加凸显，尤其是解决一批重大科技难题及提高相关支撑产业核心竞争力的战略需求，如何加强大学本科教学基础课程的改革就显得更加紧迫。而对于机械类产业中存在的涉及动力学的问题，比如涡轮发动机、汽车、大飞机等领域所牵涉的结构、动态特性等优化控制，亟需提升本科生对于“机械动力学”课程的理论学习。机械动力学是机械类学生的一门重要的专业基础课，目前很多高校都在硕士研究生培养中将其列为开始课程，然而，随着一部分本科生毕业后直接进入企业工作，面临的项目开发中亟需动力学知识，另一部分学生在研究生学习阶段没有一定动力学的基础，导致课题的研究中缺乏解决动力学问题的理论背景。因此，“机械动力学”课程作为培养工程师的基础课，应该在本科阶段就开始并被重视。在本学院申报及通过的德国ASIIN评估过程中，发现对于评估要求中课程开设就包括了对于本科“机械动力学”的要求，进一步验证了该课程对于培养卓越工程师，乃至世界其他地区国家认可工程师的必要性和重要性。作为培养学生适应今后从事科研工作的基本能力。本课程主要讲授机械振动的基本理论、建模方法与分析计算方法。旨在培养学生分析、解决一般机械系统和工程结构振动的能力。通过本课程的学习，要求学生掌握机械振动的基本理论，并能应用基本理论分析和解决工程振动问题。

二、教学改革具体举措

1.课程内容针对化。机械动力学是机械原理的主要组成部分。它研究机械在运转过程中的受力、机械中各构件的质量与机械运动之间的相互关系，是现代机械设计的理论基础。研究机械运转过程中能量的平衡和分配关系。主要研究的是：在已知外力作用下，求解具有确定惯性参量的机械系统的真实运动规律;分析机械运动过程中各构件之间的相互作用力;研究回转构件和机构平衡的理论和方法;机械振动的分析;以及机构的分析和综合等。由于本科生选课时往往是不分具体专业，因此选课的学生专业包括机械设计制造及其自动化、车辆工程等，但是机械动力学在横向依照研究对象的不同，形成了多个分支领域，如机构动力学、机械传动动力学、转子动力学、机器人动力学、机床动力学和车辆动力学等。但这些分支所运用的基础理论都是一致的，如表1中所示，所以本课程改革中，课程内容较为具体和针对一些相同的基础理论。

经过对于学生的课堂学习效果及课后研讨发现，在初始的教学内容中发现学生对于主要知识点缺少习题的讲解及理论应用背景的了解，并安排案例专题在理论知识讲解完成后，并仅安排三个学时。因此在后期的改革中增加及穿插习题讲解及工程应用案例的介绍等环节，具体如下页表2所示，获得了较好的效果，增加了两个学时，穿插在主要关键知识点之后。

2.教学方式灵活化。本课程以课堂讲授为主。在课堂教学中，充分结合大型工程应用软件（Pro/E、Matlab/Simulink）对振动理论与工程问题进行仿真与分析，帮助学生掌握机械振动基本理论、建模方法和分析计算方法。然而为了加强和巩固学生对于专业知识的运用，并激发学生的积极性，非常有必要让学生自己动手实践，比如根据教材案例对机械振动系统数字仿真、使用Admas等软件分析一般机构运动的动力学分析，并结合课堂讨论和讲解部分案例。

3.专题案例具体化。通常作为机械动力学课程教学中会包括一定的应用专题介绍，主要目的是拓展学生的视野，加深学生对于基础理论的应用了解。常见的专题如典型传动机构的动力学分析：凸轮传动系统、齿轮传动系统、高速皮带传动系统、起重机起升机构等;典型振动机械的动力学分析：双电机自同步振动给料机、立式振动磨机、振动压路机等。对于不同专业的学生教学内容进行适当的调整，以让学生掌握本专业的案例应用。

4.考核形式多样化。通常期终考核可以采用闭卷和开卷两种形式，而最终的成绩评定采用考试与平时成绩相结合的办法，考试成绩占70%，平时作业成绩占30%。在本课程的考核方式制定过程中，课程改革小组欲发挥学生的主观能动性，做了细致的调查，包括学生对于最终考核方式的期许、题型的选择、平时考勤的方式以及作业成绩的评定等。多样化的考核方式对于目前考试的教改来说是重点，因为如何激发学生的学习热情、如何引导和考核学生的学习成果并作为后续课程教改的基础是尤为关键的。

考虑到本课程中涉及到大量的公式计算，如单自由度、多自由度振动振型的计算等内容，大三学生的学习压力也较大，故本课程采取了开卷考试的方式，制定了计算题、分析题等题型，共设定6～7道题，采用难度逐渐递进的题目形式。区分学生的学习成绩，从最终的试卷成绩来看，学习优秀的同学卷面答题情况较好，学习成绩稍差的同学也能够在及格线以上，加上平时作业成绩的比例，最终整体成绩也符合一定的正态分布。充分说明前期的教学方式和考核方式制定在一定程度上引导学生较好地掌握了本课程的教学重点和难点。

随着“中国智能制造2025”以及上海构建科创中心的规划，其中关于机械领域的比重占据了很大的比例，因此，如何完善当代大学本科生在机械专业课程的学习显得日益重要。本课程能够为增强机械结构、制造的优化设计等方面提供指导，也为实现最终相关领域的科技创新提供基础理论知识的铺垫。相信在不断的探索和改革中，通过本科“机械动力学”课程的改革，能够为揭示同类型课程教改的新思路和新方法提供参考和基石，也为当代大学本科教育提供宝贵的依据。

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