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關(guān)于船體振動學課程實踐教學改革的探討論文
論文摘要：在卓越工程師計劃的背景下，實踐教學環(huán)節(jié)顯得尤為重要。根據(jù)“船體振動學”課程的特點，注重工程實踐素質(zhì)的培養(yǎng)，優(yōu)化教學內(nèi)容，并從加強師生互動、學生的動手能力、學校與企業(yè)相結(jié)合等方面對教學方法和教學手段進行改革，提出的相應(yīng)改革措施都有助于調(diào)動學生的積極性，增強學生的動手能力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識，有利于學生綜合素質(zhì)的提高。
論文關(guān)鍵詞：實踐教學；船體振動；教學內(nèi)容；教學方法
教育部聯(lián)合多個部門啟動了“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”，目的是培養(yǎng)、造就一批創(chuàng)新能力強，適應(yīng)經(jīng)濟、社會發(fā)展需要的各類工程技術(shù)人才，提升我國工程教育的國際競爭力。目前已列入中國高等教育中長期發(fā)展規(guī)劃。按照“卓越工程師培養(yǎng)計劃”的基本要求，應(yīng)著重加強培養(yǎng)大學生工程實踐創(chuàng)新能力及加快實踐教學環(huán)節(jié)的改革。
實踐是工程教育培養(yǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，我國現(xiàn)行的工程類專業(yè)人才培養(yǎng)模式“科學化”的趨勢越來越凸現(xiàn)，重理論、輕實踐，重課堂、輕課外，重灌輸、輕自學，忽略了工程的系統(tǒng)性及其實踐特征，不利于現(xiàn)代工程人才的培養(yǎng)。當前大部分的畢業(yè)生不能迅速適應(yīng)工作環(huán)境，無法將書本上的知識與實際工作有機結(jié)合，缺乏解決問題的能力。因此，必須加強工科本科生的實踐教學環(huán)節(jié)。
“船體振動學”課程作為一門重要的船舶與海洋工程的專業(yè)課。由于課程設(shè)置的內(nèi)容廣泛、難度較大，本科生學習過程中覺得較為抽象復雜，并且該門課程在各院校開展的時間不長，教學經(jīng)驗和教學參考資料缺乏。目前在教學方面存在很多弊端，特別是在實踐教學方面力度不夠大，仍然是重理論、輕實驗的教學模式，這就不能全面啟發(fā)學生的思維，忽視了學生在學習上的積極性，不能激勵學生的創(chuàng)新精神。因此，必須對“船體振動學”的實踐教學進行改革。
一、“船體振動學”課程的特點
早在十九世紀后期，船體振動問題就開始引起人們的注意。近年來，隨著航運事業(yè)的發(fā)展，主機功率和轉(zhuǎn)速的提高，船舶噸位加大，肥大船型的出現(xiàn)，船體振動問題日益突出。由于造船技術(shù)的進步，船體結(jié)構(gòu)減輕，相應(yīng)地結(jié)構(gòu)剛度也減小，這更易激起較大的船體振動。近二十年來，在我國亦有不少海洋和江河船舶發(fā)生過較嚴重的振動問題。船體振動問題日益引起造船部門的關(guān)注和國內(nèi)外眾多學者和專家的興趣。因此，船體振動學將成為現(xiàn)代船舶專業(yè)大學生不可或缺的專業(yè)知識，“船體振動學”課程與其他課程相比，具有理論難、工程實踐性強等特點。
1.工程實踐性強
“船體振動學”課程的目的是讓學生掌握船體振動的基本理論，船體振動的原因、船體振動的測試與振動衡準、船體防振與減振措施�！按w振動學”課程的開設(shè)建立在學生能較好地掌握“船體結(jié)構(gòu)”、“船體結(jié)構(gòu)強度”、“船舶結(jié)構(gòu)力學”等基礎(chǔ)課程的基礎(chǔ)上，指導學生進入應(yīng)用階段，課程具有很強的工程實踐性。
2.課程教學內(nèi)容多，難度大
該課程首先講授單自由度系統(tǒng)、多自由度系統(tǒng)和彈性體振動的基本理論及其計算方法，這些屬于專業(yè)基礎(chǔ)范疇。在此基礎(chǔ)上，講解船體結(jié)構(gòu)振動特性和計算、船體振動的原因、船體振動測試與振動衡準、船體防振與減振措施，屬于專業(yè)課內(nèi)容。該門課程既有理論深度，又有工程應(yīng)用實例，內(nèi)容廣泛，涉及的相關(guān)知識多。它不僅涉及到材料力學、結(jié)構(gòu)力學、船體結(jié)構(gòu)、船體結(jié)構(gòu)強度等知識，還將針對船舶局部及整體結(jié)構(gòu)拓展學生對于結(jié)構(gòu)動力學方面的學習，對于本科生而言，“船體振動學”課程不容易學好；對于教師來說，“船體振動學”是一門教學難度較大的課程。
3.課程學時少
對于船舶與海洋工程專業(yè)的學生，掌握船體振動的基本理論以及如何進行隔振減振是非常必要的。但教學學時較少，一般在32學時左右。目前該課程存在著教學內(nèi)容多而難，但教學時間少的矛盾，這樣導致教師只好選擇性的講述部分內(nèi)容，這必定影響到學生的學習效果，很難達到培養(yǎng)現(xiàn)代卓越工程師類型人才的目的。
二、優(yōu)化教學內(nèi)容，注重工程實踐素質(zhì)的培養(yǎng)
“船體振動學”作為一門重要的專業(yè)課程，其改革與建設(shè)必須符合卓越工程師計劃的專業(yè)培養(yǎng)目標，即社會應(yīng)用型人才。精心選擇優(yōu)化教學內(nèi)容，合理安排教學課時，疏通及理順與已學基礎(chǔ)、專業(yè)課程的關(guān)系。
1.課堂教學內(nèi)容的改革
在有限的32學時內(nèi)，“船體振動學”課程需講授的主要內(nèi)容有：單自由度系統(tǒng)的振動、多自由度系統(tǒng)的振動、具有分布參數(shù)系統(tǒng)的振動、船體總振動、船舶局部振動、船舶振動原因、防振和減振方法。前三個部分是振動的基本原理，公式相當多，推導過程比較復雜，具有一定的難度，而且比較抽象。但這幾部分之間又是有一定聯(lián)系的，將單自由度的基本原理進行推廣，另外兩部分學習起來也就比較容易。因此，可以將前三章的內(nèi)容連貫起來講，縮減講授內(nèi)容，只對問題點進行講解，要求學生課后自學并在實驗課上對自學內(nèi)容進行驗證。這樣不但節(jié)省了理論學時，還可以培養(yǎng)學生的自學能力，增加學生學習的成就感，提高學習的自主性和積極性。后面的幾部分是專門針對船舶與海洋結(jié)構(gòu)物的振動進行講授，并增加相關(guān)船舶的噪聲及其控制的內(nèi)容。在新技術(shù)、新成果上，每章后面增加新技術(shù)或?qū)嶋H應(yīng)用案例，在上課時穿插一些實際的工程項目，拓展學生的思維和知識面。
2.工程實例分析
船體振動與工程實際密切相關(guān)。為了培養(yǎng)學生對振動學的興趣，我們在緒論中介紹振動在船舶、土木、交通、建筑、機械、航空航天、地震等中的應(yīng)用，以一系列的工程實例來激發(fā)學生對振動學的興趣。在講授振動的基本概念、基本原理和基本方法的過程中，應(yīng)善于結(jié)合工程實例來分析、強化學生的工程概念。
教學與科研相結(jié)合，將相關(guān)的科研實踐引入到船體振動的課堂上，引起學生學習的興趣。工程實例除了來源于自己的科研實踐之外，還應(yīng)時時刻刻關(guān)注國內(nèi)國際發(fā)生的重大事故，注重積累關(guān)于船體振動引起事故的分析等。盡量了解與振動相關(guān)的其他學科的知識，而且是多多益善。多讀一些本學科的經(jīng)典著作，注重積累，增加內(nèi)涵，不斷提高教師自身的知識儲備。
3.學生自主型實驗教學
專業(yè)實驗課主要培養(yǎng)學生專業(yè)基本技能，將理論知識應(yīng)用到實際操作中，培養(yǎng)學生的動手能力和主動思考解決工程問題的能力。在教學內(nèi)容的設(shè)計上，既要注意與課程教學體系的改革內(nèi)容相對應(yīng)，又要考慮實驗課教學內(nèi)容的相對獨立性。
“船體振動學”課程的工程應(yīng)用性較強，因此實驗應(yīng)該是課程的重要組成部分。為此，我們應(yīng)在學習理論知識的基礎(chǔ)上，開展以學生自主進行的、探索性的振動實驗教學活動。例如：單自由度系統(tǒng)的固有頻率測量、有阻尼自由振動、直梁的強迫振動、船模的總體振動等。實踐教學環(huán)節(jié)重點培養(yǎng)學生的自學能力、分析問題和解決問題的能力。
4.軟件仿真實驗教學
軟件仿真實驗能夠?qū)旧铣橄蟮臄?shù)學公式及概念直觀的呈現(xiàn)出來，目前江蘇科技大學船舶與海洋工程學院擁有齊全的大型通用有限元軟件如ANSYS/LS-DYNA、ABAQUS、MSC.NASTRAN等，能夠模擬各種簡單和復雜的工程實際情況。比如對于船體結(jié)構(gòu)的振動，可以建立一部分艙段結(jié)構(gòu)，通過有限元計算可以得到結(jié)構(gòu)的總體和局部振動，得到結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，即應(yīng)力和位移等，并可以以動畫的方式呈現(xiàn)出來，將抽象的公式轉(zhuǎn)化為生動的錄像片。對于船體振動相關(guān)的理論知識，用數(shù)值仿真的方法不但與理論有相互呼應(yīng)的效果，而且還可以作為課堂教學的一部分，使問題淺顯易懂，加深學生對理論知識的理解和消化，開拓了學生的視野和知識面。
三、教學方法及教學手段的實踐改革
1.加強師生互動
“船體振動學”課程是一門理論和實踐并重的課程。為了激發(fā)學生的學習興趣，調(diào)動學生學習的積極性和主動性，在教學過程中可采用提問式、討論式、師生角色互換等教學方法，誘導、鼓勵學生進行思考和討論，加強教師與學生的互動，這樣可拉近教師和學生之間的距離。不僅讓學生掌握了知識，還促使學生養(yǎng)成了自學的習慣。
對于重要的知識點，需要通過習題的方式讓學生加深對知識點的理解，安排適當?shù)臅r間給學生進行講解，并與學生進行討論，學生從被動接受到主動思考，習題課可有效提高學生對理論知識的理解，激發(fā)了學生的學習興趣；對于重點章節(jié)，要求學生對本章節(jié)中的重點部分進行總結(jié)歸納，制作PPT向其他同學講授，并將此項內(nèi)容作為考核的一部分，學生要做到比較順暢地講解，提取所學內(nèi)容的重點部分，必須課上認真聽講，課后認真復習回顧，這無形之中調(diào)動了學生聽課的積極性。而且，既可以幫助學生加深對知識點的記憶，又鍛煉了學生的語言表達和歸納總結(jié)的能力。學生講解完之后，教師將針對學生的講解內(nèi)容進行點評，針對學生講解的不足之處，對一些問題進行重新解釋和補充。形成師生互動的課堂教學氣氛。
2.加強學生的動手能力
對于“船舶振動學”課程中的實驗教學，要加強學生動手能力的訓練。對于一些驗證性的實驗（如單自由度體系的固有頻率等），學生可以按課本上的理論結(jié)合試驗的內(nèi)容進行分析計算，然后用實驗的結(jié)果以及數(shù)值仿真的結(jié)果驗證理論分析的結(jié)果，這樣既可以讓學生把課堂中所學的知識在實驗室消化和吸收，又培養(yǎng)了學生的動手能力。在實驗過程當中一旦發(fā)現(xiàn)了這些問題，教師應(yīng)該給予及時的引導，通過師生共同討論的形式引導學生自己總結(jié)出正確的結(jié)論，并組織學生在課后一起討論實驗過程中出現(xiàn)的問題，總結(jié)實驗的成功經(jīng)驗及失敗教訓，通過這樣的方式可以有效地培養(yǎng)學生的主觀能動性，另外，也可提高學生的學習積極性。
對于一些自主型實驗，2、3個學生為一組，讓學生自己設(shè)計整個過程，引導學生制作實驗試件、查閱資料、觀察和發(fā)現(xiàn)問題，鼓勵學生嘗試自主解決問題，開闊學生的思路，培養(yǎng)學生的動手、創(chuàng)新能力；鼓勵學生在實驗的過程中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題；鼓勵學生自己分析查找實驗失敗的原因，從失敗中吸取教訓，不斷總結(jié)提高。使學生自己動手，人人操作，獨立完成實驗任務(wù)。引導學生記錄研究過程以及正確運用相關(guān)規(guī)范或標準進行實驗數(shù)據(jù)處理和分析，并在實驗的過程中得出一些有意義的結(jié)論，指導學生進行討論和交流，并撰寫科技論文或申報相關(guān)的專利。這樣，學生不但可以找到自信，同時學生的能力也能得到全面的提高。
通過實驗，一方面可以有效的幫助學生發(fā)揮他們豐富的想象力和創(chuàng)造力，另一方面可以培養(yǎng)學生對于抽象化問題的思維想象能力以及自主的分析問題和解決問題的能力。[3]在實驗操作的過程中可以有效的培養(yǎng)學生的團隊合作意識和獨立自主的精神。
3.傳統(tǒng)教學模式與多媒體教學相結(jié)合
多媒體教學改變了傳統(tǒng)的教學方式，其中融入多種教學軟件，聲、圖、文并茂，重點、難點彩色標識，激發(fā)了學生的學習興趣，減少了教師板書的時間，因此可以有更多時間詳細的講解重點和難點內(nèi)容。對于比較枯燥、抽象、難以理解的內(nèi)容，可以借助多媒體教學，例如在講單自由度系統(tǒng)阻尼振動時，可以運用多媒體動畫模擬該過程，使整個振動過程形象化。
本課程實踐性強，內(nèi)容上靈活。因此，可以采用多媒體現(xiàn)代化教學手段，改善教學效果。多媒體教學可以從文字、圖像、聲音等方面對學生的聽覺和視覺產(chǎn)生多樣化的刺激和誘導，能夠生動形象的描述所要闡述的知識點，從而調(diào)動學生的學習積極性，使課堂教學生動活潑。
但需要指出的是，雖然多媒體教學有效的改善了教學效果，但也不能完全依賴于多媒體。應(yīng)采用傳統(tǒng)教師的主導與多媒體輔助手段相結(jié)合的方式，比如單自由度系統(tǒng)固有頻率以及振動模態(tài)公式的推導采用黑板板書的教學方式相較于多媒體而言學生更容易掌握相關(guān)知識，這樣可以更好地調(diào)動學生的積極性，使教學效果明顯提高。
4.學校與企業(yè)合作，促進實踐教學改革
目前，本專業(yè)的學生是在大二、大四固定的時間進入造船廠進行認知實習和生產(chǎn)實習。學�？梢苑e極與企業(yè)交流，把企業(yè)生產(chǎn)過程中遇到的問題（如輪機基座的振動問題等）帶入課堂中，秉承互惠互利的合作原則，為實踐性教學打開一定的通道。我們可以把教學地點安排在企業(yè)，在理論學習的同時，請企業(yè)內(nèi)的優(yōu)秀人才集中時間對學生進行課程的培訓，并使得學生參與到企業(yè)生產(chǎn)活動中去，這樣，學生既加深了對理論知識的理解，又可以使學生提前了解以后的工作狀況；同時，學院也可以選派一些教師為企業(yè)進行技術(shù)服務(wù)和專業(yè)技能培訓，比如對企業(yè)進行一些專業(yè)軟件知識的培訓等。
5.課外科技活動
將課外科技活動、電子制作大賽以及本科生創(chuàng)新計劃等納入到教學活動中來，課內(nèi)外學習相互結(jié)合，課堂教學與實踐教學相融合，使學生視野開闊、能力增強。如可以開展一些特殊船型設(shè)計大賽、環(huán)保船設(shè)計、船體減振設(shè)計大賽等，學生們在教師的指導下，進行了理論的提升，可發(fā)表一些相關(guān)的論文，還可以使創(chuàng)新轉(zhuǎn)化為專利。這樣，學生在課外科技活動中，實踐能力得到了加強，創(chuàng)新能力也得到了明顯提高。
四、結(jié)語
在卓越工程師計劃背景下，“船體振動學”課程是一門知識面廣、學習難度大的專業(yè)必修課，具有實踐性強，教學內(nèi)容多等特點。結(jié)合課程目前的現(xiàn)狀和存在的問題，以加強學生的綜合分析能力和實踐創(chuàng)新能力為目的，對“船體振動學”課程在理論和教學實踐過程中的教學進行初步探討，這些都可有效的調(diào)動學生的學習興趣和學習的積極性，提高教學質(zhì)量，取得良好的教學成效。實踐教學環(huán)節(jié)的設(shè)計，不但能夠加深學生對理論知識的理解，還可以培養(yǎng)學生的實際操作技能，鍛煉學生分析和解決問題的能力，提高學生的綜合素質(zhì)。
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