适应新工科建设的机械系统动力学课程教改思考

成建联

摘要：机械动力学系统是机械类研究生一门重要的学位课，用以提高学生建模和分析系统的能力。文章针对新工科建设以培养创新型人才为目标，基于学生在学习机械系统动力学课程中存在的问题，提出对应的教改思路，通过课堂教学和实验实践，使学生分析解决问题的能力大大提高。

关键词：新工科建设；机械系統动力学；创新型人才；研究生教育

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）32-0158-02

2017年2月底，教育部发文提出，各高校推进新工科的建设与发展，深化工程教育改革。[1]新工科建设强调工程教育教学改革要适应未来产业发展，培养有创新创业、动态适应能力的交叉复合型人才。

机械系统动力学作为工程类专业研究生的一门专业基础课，主要讲授在机械系统动力学建模与分析等方面的基本理论与方法。新技术时代面临大量全新、未知的新问题，因此培养出符合“新工科”要求的高素质创新型人才，成为教育改革上急需解决的问题。此课程作为长安大学研究生的专业学位课，面临课时数少、内容多等难题。欲提高它的教学质量，必须转变传统教学方法，建立知识传授、能力培养与素质提高三位一体全面发展的教育理念，通过多种途径手段，培养学生形成完善的知识体系，提高学生分析、解决问题的能力，培养出满足未来需求的交叉复合型工程科技人才。

一、机械系统动力学在教学上存在的问题

随着国家高新科技产业的发展，对创新人才需求旺盛。研究生的培养是影响创新能力一个重要因素，也是新工科建设和发展必须提高的问题。目前，机械系统动力学课程存在的问题有：内容多、杂、抽象，学生难以系统掌握知识体系，理解难度大。学生学习主观能动性差，使教学效果大打折扣；研究生入学水平参差不齐，课程难以深入；课程部分内容与机械振动理论、理论力学和机械原理内容相重叠，欠缺新的机械系统动力学知识补充等。

自2008年以来，项目主持人一直从事机械系统动力学分析与控制的研究生课程教学工作。这门课程对于机械类的研究生来说，是培养和提高研究生科研能力很好的学习途径。经过近几年的教学改革，在人才培养模式及内容上进行了一些革新，但改进的力度还需加强。因此该课程迫切需要引入新的知识体系，采取新的教学模式和考核方式。

二、基于新工科建设的课程改革实践

授课教师应针机械系统动力学课程特点，在内容组织、环节安排、方法改进、效果考核等方面下工夫，解决好教学中的各种矛盾，使学生高效掌握所学知识和技能是搞好课程改革的关键。

（一）创新能力培养为核心，提高建模和分析能力

创新能力培养是研究生教育的本质所在，也是新工科提出的建设核心。[2]在《机械系统动力学》课程的教改中，注重引导学生思考、并了解国际学术前沿动态的理念；增强案例式课程教学模式，让学生在实际案例中学习理解和掌握复杂的数学推导，调动其主观能动性，培养严谨的科学态度；以学术论文撰写的方式提高知识的综合运用能力和创新科研能力。使学生能独立完成动力学建模，并且进行较深入的仿真分析，达到教学目标。

1.注重建立机械系统力学模型能力的培养。在教学中，注重引导学生如何将实际的机械物理模型抽象成力学模型尤为重要。为培养学生建模能力，在授课中，老师以简单结构为主要研究对象，基于理论力学基础，引入“机械动力学”以机械系统为研究对象，研究力与运动的规律。通过大量实例，让学生体会建立力学模型。掌握建模的一般规律，提高理论知识用于解决实际问题的能力。

2.提高学生数学分析和解算能力。根据力学模型，尽可能让学生采用不同的方法建立系统的运动微分方程并求解。将高等数学、数值分析、理论力学等课程的内容融入到学习当中，提高学生自主思考、融会贯通的能力。

3.计算结果对实际问题的应用指导作用。机械系统动力学分析结果是用来改进系统的设计和能力提升。针对求解结果，培养学生分析能力，增强结果对实际问题的指导作用。利用学校实验室样机、装置，让学生更直观地了解机械系统的设计、使用以及对动态性能的要求。

（二）科研能力培养为目标，增强教学内容和方法的灵活性

新工科建设对人才的要求很重要的一条就是综合的科研能力的提升。

1.教学内容的融合性。机械系统动力学属于力学与机械工程的交叉学科，是基础理论与实践应用紧密结合的研究生专业基础课程。此课程内容上与相关专业知识串联；教学模式上注重动力学建模上专业知识的融入，并对动力学问题进行重点阐述。让学生将各专业知识相互融合，并应用到课题实践中。

2.教学方法的灵活性。在教学方法上采取课堂讲授与学生分组讨论相结合、教案与网络教学相结合、理论计算与软件分析相结合。授课教师将不同的章节按照知识点的难度和重要性，采取渐进式和突出重点的方法进行讲授。教师和学生共同组成小组参与研究实际工程项目中的子课题，发挥学生的主观能动性，形成良好的研究型课堂教学氛围。

3.实践上注重与实际工程的融合。机械动力学是一门源于生产生活实际的课程，教学过程中应该理论实践相结合。教师结合课程讲授的内容搜集很多实际工程问题，大量引入教师在科研领域取得的成果，采用互动式教学，促进学生的创新思维培养；较复杂的工程问题，采用专题项目的形式让学生课后分组采用不同的方法解决实际问题，提高学生分析问题和解决问题的能力。

（三）学科前言理论为引导，带动专业知识内容与方法上的创新

1.注重学科前言知识的引导作用。研究生是未来科研的生力军，求知欲、自学能力和自主意识较强，善于接受新思想、新方法，希望教师讲授最新的研究成果。教师结合学生的专业背景以及未来可能的科研方向，在讲解中比较形象直观地介绍机械系统动力学在工程机械专业领域的发展趋势、研究热点和典型的工程应用问题；同时利用我校在工程机械领域有关的动力学研究的最新成果，讲述机械系统动力学建模原理和工程应用成果，并介绍目前国内外著名的研究机构和知名学者。在每一章节中，穿插进相关的最新研究热点和难点，同时也指出目前尚存争议的问题和最新研究动态，如考虑几何非线性、不确定性多自由度机械系统动力学建模、控制与数值求解技术等。

2.理论知识与分析软件的结合。为了使研究生能够理解机械动力学分析的作用，在毕业后能够迅速地适应实际工作，通过对国内工厂进行调研，在机械动力学课程之外，添加了相关的计算机动力学分析软件课程。在学习过程中，通过实际的三维建模，以及相应的分析结果云图，向学生阐释零件的固有频率以及相应的模态振型，使其对所学机械动力学知识的理解与应用更加深入。

3.实践教学与课堂教学的结合。教师根据本课程的特点购买仪器设备对相应的实验室进行改进建设，根据课程进展，对研究生使用和掌握相应的实验以及有效数据采集和分析方法进行培训，使研究生掌握先进的数据采集和分析仪器的使用方法。

研究生的学习更偏向于实际的工作需求，强调学习与实践的结合。以大作业方式考核学生，让其进工厂调研，发现问题，找出重点。并根据调查结果查找相关资料，寻求解决方法，提高学生分析解决实际问题的能力。这也更符合新工科建设和发展对复合型人才培养的需要。

三、结束语

机械系统动力学课程是一个不断发展和动态变化的过程，为了适应社会发展的需要，对课程内容要不断进行更新，以满足研究发展的需要。在课程教学过程中如何培养学生的创新能力，是教学改革发展的重心所在。教师通过《机械系统动力学》课程的教学过程，针对学生存在的问题，做到有的放矢，帮助学生加深对知识的理解和掌握，培养其严谨科学的态度，通过多种考核方式来锻炼学生的学术素养和综合科研创新能力。课后调查表明，大部分研究生可以针对具体的工程机械动力学问题，能独立完成动力学建模与分析，有效实现了教学目标要求。

参考文献：

[1]新工科研究与实践项目指南[S].教育部高教司，2017.

[2]陈花玲，仇国芳，王俐，王琳.改革研究生课程体系培养研究生创新能力[J].学位与研究生教育，2005，（6）：26-29.