以项目设计为导向的机械类研究生课程实践教学模式探究

田晓洁 刘贵杰 谢迎春 冷鼎鑫 王泓晖

摘  要  自主学习和创新能力的培养一直是我国高等教育的重点，课程教学是其中重要环节之一。探讨在机械类研究生课程教学中存在的问题，提出以项目设计为导向的课程教学模式，并以振动分析与动态测试课程为例，进行具体的项目设计和教学实施，利用具体的项目设计为导向，与课程理论知识内容融会贯通。在实际教学中该教学形式取得良好的教学成果，能够激发学生学习创新的积极性和主动性，实现预期效果。

关键词  项目设计；实践；创新能力；教学模式；研究生

中图分类号：G643.2    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2023）04-0149-04

Research on Practical Teaching Mode of Me-chanical Graduate Course Guided by Project Design//TIAN Xiaojie， LIU Guijie， XIE Ying-chun， LENG Dingxin， WANG Honghui

Abstract  The cultivation of the independent learn-ing and innovation ability of graduate students has always been the focus of Chinas higher education. The curriculum teaching is the important aspect of

graduate cultivation. This paper discussed the exis-

ting problems in mechanical graduates curriculum teaching process and proposed a project-oriented teaching mode. Moreover， the proposed mode has been performed for the vibration analysis and dynamic testing course. The detailed projects are designed for this course， which is merged with the theory contents. Using the specific project design as the

guide， the curriculum theory content is well inte-grated with the practical projects. In the actual teaching process， the proposed teaching mode has achieved good teaching effects， and motivates the students enthusiasm and initiative of learning and innovation. It has achieved the expected effects.

Key words  project design; practice; innovation abi-

lity; teaching mode; graduates

Authors address  College of Engineering， Ocean University of China， Qingdao， Shandong， China， 266100

0  引言

創新能力和实践能力的培养是研究生教育事业的灵魂。以教师讲授和学生被动学习为主要特点的传统课堂教学模式已无法满足新时代对研究生科研素质和创新能力培养的要求。研究生教育重在培养创新人才、提高创新能力[1]。《关于改进和加强研究生课程建设的意见》提到，加快实现研究生课程高质量、高水平建设，重视课程学习在研究生培养中的重要的夯实基础的作用[1-2]。

我国学位和研究生教育制度的特质中很重要的一点就是课程学习。课程学习是保证我国研究生培养成果的必须环节，在研究生入学到毕业的各个阶段都具有夯实基础、综合提高和突破创新的作用。面对当前研究生的课程教学暴露出的种种问题，越来越多的教师针对研究生课程的特点进行各种教学方法的探索和实践[3-5]。

本文针对机械类研究生课程的特点，提出以项目设计为导向的教学改革探索，并以振动分析与动态测试课程为例进行具体实施。

1  当前研究生课程教学的特点

机械类研究生课程具有理论严谨、实践性和应用性强的特点，一般是本科知识的深度学习和拓展。研究生课程学习要求学生掌握扎实的数学和力学知识，为科研项目的开展和硕士论文工作奠定基础。但是，该类课程普遍具有理论晦涩难懂、公式冗长复杂、课本案例陈旧、无法与前沿知识相结合的问题，在讲授知识时，用被动式灌输的模式进行教学活动，会导致理论与实践环节无法有机融合。究其原因主要有以下三个方面。

1）研究生课程“本科化”，研究生教学与本科教学采用的授课方式相同，即传统课堂讲授与课下讨论并行，仍旧使用传统、单调的多媒体方式进行教学活动，不易提高学生的课堂积极性与参与度，缺乏对研究生自主学习、研究能力和创新思维的

培养。

2）实践环节课时较少，缺少训练学生综合设计能力、动手能力和解决复杂问题能力的培养。

3）课程考核以理论为主，采用试卷的形式，且分值较重。实践环节采用实验报告的方式，学生的动手能力难以真正量化。学生为了取得高分，很多都只重视理论知识的学习，常常忽视实践的重要性。研究生的培养体系不仅包含课程学习，还应该伴随着大量的科研项目的训练，以提高研究生的创新能力和科研素养。一般课程学习在前，科研项目训练在后。如何把课堂理论知识学习和科研项目的训练有机结合在一起，是研究生课程教学中需要考虑的一个重要问题。

以振动分析与动态测试课程为例，这是一门面向机械类专业普遍开设的专业基础课程，其中综合了很多科目，包括机械振动基础、信号分析与处理、试验测量等，是一门既注重理论、又抓紧实践的课程。该门课程涉及的数理知识非常广泛，课程内容相对比较抽象，经常会让学生在学习过程中陷入复杂数学公式的推导中，让学生认为知识抽象、无趣、难以理解与掌握，尤其当学生学习到多自由度系统实模态与复模态分析、传递函数、模态参数等内容时，学生大都会对这部分內容感到困惑和迷茫，有些学生甚至会丧失学习这门课程的信心和兴趣，无法提高学习效率。这些学生在本科学习的过程中没接触过振动相关课程或者与其有关的实验条件有限，对振动测量传感器、数据采集等仪器设备非常陌生，导致学生很难做到理论知识与工程实践相互融合。同时，该门课程在后期研究生的科研项目训练中十分重要，在结构性能评价、结构动态设计、故障诊断、状态监测等研究方向都有应用。

2  教学模式改革

在我国研究生自主学习以及创新能力提高的过程中，课程教学是重要环节之一。因此，对于研究生所开设的课程进行授课方式的改革以及创新是势在必行的。目前，比较常用的教学模式，如以学生为中心、翻转课堂、启发式教学、项目驱动式、案例教学法、基于CDIO（Conceive、Design、Imple-

ment、Operate，即构思、设计、实现、运行）理念等教学模式现已在本科教学过程当中得到广泛应用[6-8]。

以学生为学习的主体是这些教学模式最主要的特点，强调学生学习的过程，提倡启发式、体验式、案例式等教学模式，以此激发学生对于学习的积极性和主动性，引导学生自主地运用所学的知识发现、分析和解决问题，提高学生的创新能力以及解决实际问题的能力。

机械专业类研究生的课堂教学需要由传统的以传授知识为主的教学模式向以培养学生自主学习、自主创新为主的研究型教学模式转变。打破传统意义上的课堂教学模式，将课堂理论教学和项目设计相融合，以项目设计为主、理论学习为辅，通过项目需要学习理论知识。同时，教师在课程教学过程中要密切关注研究生的科研方向，在授课过程中穿插感兴趣的研究话题和工程案例，适当地增加课堂学习过程中的互动环节，调动学生对课堂学习的积极性。进一步结合专业课程的特点，选择以项目设计为导向，对课程要求和教学大纲进行全面的优化和升级，并对考核方式进行改革。

2.1  提出项目并分析任务

项目设计为教学实践的大方向，在以其为导向进行的教学实践中，项目设计是否合理直接影响能否实现预定的教学目标。为了培养学生的兴趣，所设计的项目虽有一定的难度，但是不能过于复杂，否则学生容易丧失信心，而且项目必须有一定的价值。项目的最终实现目标要与课程内容相吻合，学生完成项目后能看到具体的效果。因此，方便、易实现、通用的项目是选择的重点。

2.2  根据提出的项目优化课程教学内容

要求所设计的项目任务能够覆盖课程教学的基本内容。将课程内容分解为项目、模块和知识点三个层面，提倡自顶向下的启发式的教学模式，如图1所示。将项目任务设计为多个模块，每个模块与课程教学体系相对应，各个模块内容遵循从易到难、由浅入深、循序渐进的过程，贯穿整个学期的教学。同时，课程的教学内容要与项目模块相对应，在课堂教学过程中始终贯穿于项目各个模块。在课程开始时，将项目进行发布，学生自由组队，然后将项目的问题分解。在课堂教学过程中，以所提出的问题为切入点展开理论知识详细讲解。

2.3  穿插科研案例，拓展科研思维

考虑到研一的研究生还没正式进入科研训练，科研思维还在不断成熟，对于项目的设计和问题的提出还比较陌生，因此，成熟科研案例的引入至关重要。在授课过程中，任课教师或者教学团队可根据自己的科研项目和科研经历，提取出适合相关课程的案例，应用于课程教学中。

通过案例进行示范教学活动具有更加生动、直观的优势，能够将具体的知识点融于具体案例中，让学生深入领会和掌握知识点的应用情况，并实现了科研案例反哺教学。因此，提出在教学过程中穿插案例教学，在课程学习过程中辅以合适的案例对理论知识和工程应用进行具体讲解，以拓宽学生的科研思路，并将相关知识应用在学生的项目设计和实施过程中。

以项目设计为主的研究生课程教学模式让学生不仅能够掌握理论方法，还能拓展课上所学知识，完成课题项目，并将所学的理论知识能够应用于后续的科研训练中。

3  教学模式具体实施过程

以振动分析与动态测试课程为例，采用基于项目设计的教学模式对该课程进行改革。该课程综合了多种科目的专业知识，包括高等数学、工程力学、矩阵理论、信号分析、计算机技术等学科的相关知识，与实际的工程问题有着密切的联系。该课程不仅要求学生全面掌握振动分析和动态测试的基本理论知识，更重要的是引导学生学会理论联系实际的要领，从而能够解决科研项目训练中碰到的实际问题。

笔者在教学过程中，结合科研项目和实验室现有条件，设计了三个操作性较强的项目用于课程教学，分别是“桁架式结构动态测试”“电机性能动态测试”和“车架结构动态测试”。为了便于学生开展项目，为每个项目团队配备相关测试设备，包括激振器、传感器、采集仪等，并提供一定额度的经费支持。

在课程开始的时候，将设计项目发给学生，学生自由组队选择项目。项目下发之初，不给学生布置具体的任务，学生需要先了解被测对象的特点和工作环境特点，然后根据课程内容对项目进行设计。将该课程分为多自由度系统理论知识、时间历程测量、测试数据处理方法、模态参数频域识别、模态参数时域识别五大模块。每个模块结合项目的内容进行主题式教学。根据主题内容以及学生的掌握情况安排不同的授课方式。对于主题一和主题二，有的研究生可能在本科阶段学习过相关的知识。鉴于此，让基础比较好的学生准备课件，讲解本科所学的知识，然后教师根据课堂学生掌握情况对难点内容进行重点讲解。对于主题三、四、五，研究生本科阶段接触较少的知识内容，以教师讲课为主，研究生通过自主学习、文献资料查阅等进行加强学习。

所设计的项目根据课程内容分为五个教学单元，涵盖课程的具体讲授内容，具体的项目与课程对应模块如表1所示。

第一单元为多自由度系统理论知识模块学习，要求学生以所研究的对象进行建模和振动分析，通过简化了解单自由度系统和多自由度系统的区别，并结合现有的有限元分析软件对研究对象进行模态分析，加深模態的概念和理解。第二单元为时间历程测量模块学习，要求学生利用所学知识搭建研究对象的测试系统，同时，结合实验室现有的激振器、传感器、采集仪等设备，搭建完整的测试系统，在此阶段，可以进行简单的力锤实验测试固有频率，将测试结果与第一阶段的有限元仿真结果进行对比，以验证所搭建系统的可行性。第三单元为测试数据后处理模块学习，在此阶段，可以进一步拓展所搭建系统测试的物理量，根据获得的激励和响应的时域信号，实际测得其激励、响应时间历程，学生可以运用所学的基础理论知识，通过一定方法获得机构的非参数模型，即频响函数或脉冲响应函数，理解采样定理、频率泄露、窗函数等概念。第四单元为参数频域识别模块，通过查阅资料了解常用的频域识别方法，并尝试采用最小二乘法、差分法等方法对所测数据进行模态参数频域识别。第五单元为参数时域识别模块，通过查阅资料了解常用的时域识别方法，采用随机减量技术、ITD方法、最小二乘复指数法等对所测数据进行模态参数时域识别。

该课程的考核方式由阶段学习过程和最终能力考核两部分组成。过程考核以每个模块为单元，主要考查学生在每个阶段项目的完成度以及对相关理论知识的掌握情况；最终考核由项目答辩和现场试验组成，以项目最终完成度考查学生的掌握情况。为保证考核结果客观性和公正性，采取邀请专家教师（2～3位）打分和学生互评的评价模式。

实施这样的教学模式能够让研究生体会在真实的工作环境下带着任务去学习理论课程，让学生围绕所设计的项目，进行深入的需求调查研究、网络信息收集、文献综合查阅、独立自主思考、思维自主发散、方案合作拟定、小组讨论答辩、团队合作学习等各种实践与创造活动，从而更好地培养研究生自主学习和创新实践的能力。

4  结束语

本文针对机械类相关专业研究生的课程教学，以振动分析与动态测试课程为例，详细阐述了以项目设计为导向的教学模式的实施和应用。

课堂教学实践表明，这种教学模式不仅能够提高研究生课堂的教学质量，激发研究生学习的自主性和积极性，而且有益于培养多层次、多元化的应用研究型人才。

5  参考文献

[1] 教育部关于改进和加强研究生课程建设的意见[J].中华

人民共和国国务院公报，2015（9）：71-74.

[2] 国务院学位委员会 教育部关于印发《专业学位研究生教

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25）[2020-11-11].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A22/

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[3] 胡永辉，闫勇，钱相臣，等.基于案例引导和项目驱动

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