关于“船体振动学”课程实践教学改革的探讨

Catsayer

　　关于“船体振动学”课程实践教学改革的探讨
　　论文摘要：在卓越工程师计划的背景下，实践教学环节显得尤为重要。根据“船体振动学”课程的特点，注重工程实践素质的培养，优化教学内容，并从加强师生互动、学生的动手能力、学校与企业相结合等方面对教学方法和教学手段进行改革，提出的相应改革措施都有助于调动学生的积极性，增强学生的动手能力，培养学生的创新意识，有利于学生综合素质的提高。
　　论文关键词：实践教学;船体振动;教学内容;教学方法
　　教育部联合多个部门启动了“卓越工程师教育培养计划”，目的是培养、造就一批创新能力强，适应经济、社会发展需要的各类工程技术人才，提升我国工程教育的国际竞争力。目前已列入中国高等教育中长期发展规划。按照“卓越工程师培养计划”的基本要求，应着重加强培养大学生工程实践创新能力及加快实践教学环节的改革。
　　实践是工程教育培养的关键环节，我国现行的工程类专业人才培养模式“科学化”的趋势越来越凸现，重理论、轻实践，重课堂、轻课外，重灌输、轻自学，忽略了工程的系统性及其实践特征，不利于现代工程人才的培养。当前大部分的毕业生不能迅速适应工作环境，无法将书本上的知识与实际工作有机结合，缺乏解决问题的能力。因此，必须加强工科本科生的实践教学环节。
　　“船体振动学”课程作为一门重要的船舶与海洋工程的专业课。由于课程设置的内容广泛、难度较大，本科生学习过程中觉得较为抽象复杂，并且该门课程在各院校开展的时间不长，教学经验和教学参考资料缺乏。目前在教学方面存在很多弊端，特别是在实践教学方面力度不够大，仍然是重理论、轻实验的教学模式，这就不能全面启发学生的思维，忽视了学生在学习上的积极性，不能激励学生的创新精神。因此，必须对“船体振动学”的实践教学进行改革。
　　一、“船体振动学”课程的特点
　　早在十九世纪后期，船体振动问题就开始引起人们的注意。近年来，随着航运事业的发展，主机功率和转速的提高，船舶吨位加大，肥大船型的出现，船体振动问题日益突出。由于造船技术的进步，船体结构减轻，相应地结构刚度也减小，这更易激起较大的船体振动。近二十年来，在我国亦有不少海洋和江河船舶发生过较严重的振动问题。船体振动问题日益引起造船部门的关注和国内外众多学者和专家的兴趣。因此，船体振动学将成为现代船舶专业大学生不可或缺的专业知识，“船体振动学”课程与其他课程相比，具有理论难、工程实践性强等特点。
　　1.工程实践性强
　　“船体振动学”课程的目的是让学生掌握船体振动的基本理论，船体振动的原因、船体振动的测试与振动衡准、船体防振与减振措施。“船体振动学”课程的开设建立在学生能较好地掌握“船体结构”、“船体结构强度”、“船舶结构力学”等基础课程的基础上，指导学生进入应用阶段，课程具有很强的工程实践性。
　　2.课程教学内容多，难度大
　　该课程首先讲授单自由度系统、多自由度系统和弹性体振动的基本理论及其计算方法，这些属于专业基础范畴。在此基础上，讲解船体结构振动特性和计算、船体振动的原因、船体振动测试与振动衡准、船体防振与减振措施，属于专业课内容。该门课程既有理论深度，又有工程应用实例，内容广泛，涉及的相关知识多。它不仅涉及到材料力学、结构力学、船体结构、船体结构强度等知识，还将针对船舶局部及整体结构拓展学生对于结构动力学方面的学习，对于本科生而言，“船体振动学”课程不容易学好;对于教师来说，“船体振动学”是一门教学难度较大的课程。
　　3.课程学时少
　　对于船舶与海洋工程专业的学生，掌握船体振动的基本理论以及如何进行隔振减振是非常必要的。但教学学时较少，一般在32学时左右。目前该课程存在着教学内容多而难，但教学时间少的矛盾，这样导致教师只好选择性的讲述部分内容，这必定影响到学生的学习效果，很难达到培养现代卓越工程师类型人才的目的。
　　二、优化教学内容，注重工程实践素质的培养
　　“船体振动学”作为一门重要的专业课程，其改革与建设必须符合卓越工程师计划的专业培养目标，即社会应用型人才。精心选择优化教学内容，合理安排教学课时，疏通及理顺与已学基础、专业课程的关系。
　　1.课堂教学内容的改革
　　在有限的32学时内，“船体振动学”课程需讲授的主要内容有：单自由度系统的振动、多自由度系统的振动、具有分布参数系统的振动、船体总振动、船舶局部振动、船舶振动原因、防振和减振方法。前三个部分是振动的基本原理，公式相当多，推导过程比较复杂，具有一定的难度，而且比较抽象。但这几部分之间又是有一定联系的，将单自由度的基本原理进行推广，另外两部分学习起来也就比较容易。因此，可以将前三章的内容连贯起来讲，缩减讲授内容，只对问题点进行讲解，要求学生课后自学并在实验课上对自学内容进行验证。这样不但节省了理论学时，还可以培养学生的自学能力，增加学生学习的成就感，提高学习的自主性和积极性。后面的几部分是专门针对船舶与海洋结构物的振动进行讲授，并增加相关船舶的噪声及其控制的内容。在新技术、新成果上，每章后面增加新技术或实际应用案例，在上课时穿插一些实际的工程项目，拓展学生的思维和知识面。
　　2.工程实例分析
　　船体振动与工程实际密切相关。为了培养学生对振动学的兴趣，我们在绪论中介绍振动在船舶、土木、交通、建筑、机械、航空航天、地震等中的应用，以一系列的工程实例来激发学生对振动学的兴趣。在讲授振动的基本概念、基本原理和基本方法的过程中，应善于结合工程实例来分析、强化学生的工程概念。
　　教学与科研相结合，将相关的科研实践引入到船体振动的课堂上，引起学生学习的兴趣。工程实例除了来源于自己的科研实践之外，还应时时刻刻关注国内国际发生的重大事故，注重积累关于船体振动引起事故的分析等。尽量了解与振动相关的其他学科的知识，而且是多多益善。多读一些本学科的经典著作，注重积累，增加内涵，不断提高教师自身的知识储备。
　　3.学生自主型实验教学
　　专业实验课主要培养学生专业基本技能，将理论知识应用到实际操作中，培养学生的动手能力和主动思考解决工程问题的能力。在教学内容的设计上，既要注意与课程教学体系的改革内容相对应，又要考虑实验课教学内容的相对独立性。
　　“船体振动学”课程的工程应用性较强，因此实验应该是课程的重要组成部分。为此，我们应在学习理论知识的基础上，开展以学生自主进行的、探索性的振动实验教学活动。例如：单自由度系统的固有频率测量、有阻尼自由振动、直梁的强迫振动、船模的总体振动等。实践教学环节重点培养学生的自学能力、分析问题和解决问题的能力。
　　4.软件仿真实验教学
　　软件仿真实验能够将书本上抽象的数学公式及概念直观的呈现出来，目前江苏科技大学船舶与海洋工程学院拥有齐全的大型通用有限元软件如ANSYS/LS-DYNA、ABAQUS、MSC.NASTRAN等，能够模拟各种简单和复杂的工程实际情况。比如对于船体结构的振动，可以建立一部分舱段结构，通过有限元计算可以得到结构的总体和局部振动，得到结构的响应，即应力和位移等，并可以以动画的方式呈现出来，将抽象的公式转化为生动的录像片。对于船体振动相关的理论知识，用数值仿真的方法不但与理论有相互呼应的效果，而且还可以作为课堂教学的一部分，使问题浅显易懂，加深学生对理论知识的理解和消化，开拓了学生的视野和知识面。 三、教学方法及教学手段的实践改革
　　1.加强师生互动
　　“船体振动学”课程是一门理论和实践并重的课程。为了激发学生的学习兴趣，调动学生学习的积极性和主动性，在教学过程中可采用提问式、讨论式、师生角色互换等教学方法，诱导、鼓励学生进行思考和讨论，加强教师与学生的互动，这样可拉近教师和学生之间的距离。不仅让学生掌握了知识，还促使学生养成了自学的习惯。
　　对于重要的知识点，需要通过习题的方式让学生加深对知识点的理解，安排适当的时间给学生进行讲解，并与学生进行讨论，学生从被动接受到主动思考，习题课可有效提高学生对理论知识的理解，激发了学生的学习兴趣;对于重点章节，要求学生对本章节中的重点部分进行总结归纳，制作PPT向其他同学讲授，并将此项内容作为考核的一部分，学生要做到比较顺畅地讲解，提取所学内容的重点部分，必须课上认真听讲，课后认真复习回顾，这无形之中调动了学生听课的积极性。而且，既可以帮助学生加深对知识点的记忆，又锻炼了学生的语言表达和归纳总结的能力。学生讲解完之后，教师将针对学生的讲解内容进行点评，针对学生讲解的不足之处，对一些问题进行重新解释和补充。形成师生互动的课堂教学气氛。
　　2.加强学生的动手能力
　　对于“船舶振动学”课程中的实验教学，要加强学生动手能力的训练。对于一些验证性的实验(如单自由度体系的固有频率等)，学生可以按课本上的理论结合试验的内容进行分析计算，然后用实验的结果以及数值仿真的结果验证理论分析的结果，这样既可以让学生把课堂中所学的知识在实验室消化和吸收，又培养了学生的动手能力。在实验过程当中一旦发现了这些问题，教师应该给予及时的引导，通过师生共同讨论的形式引导学生自己总结出正确的结论，并组织学生在课后一起讨论实验过程中出现的问题，总结实验的成功经验及失败教训，通过这样的方式可以有效地培养学生的主观能动性，另外，也可提高学生的学习积极性。
　　对于一些自主型实验，2、3个学生为一组，让学生自己设计整个过程，引导学生制作实验试件、查阅资料、观察和发现问题，鼓励学生尝试自主解决问题，开阔学生的思路，培养学生的动手、创新能力;鼓励学生在实验的过程中发现问题、解决问题;鼓励学生自己分析查找实验失败的原因，从失败中吸取教训，不断总结提高。使学生自己动手，人人操作，独立完成实验任务。引导学生记录研究过程以及正确运用相关规范或标准进行实验数据处理和分析，并在实验的过程中得出一些有意义的结论，指导学生进行讨论和交流，并撰写科技论文或申报相关的专利。这样，学生不但可以找到自信，同时学生的能力也能得到全面的提高。
　　通过实验，一方面可以有效的帮助学生发挥他们丰富的想象力和创造力，另一方面可以培养学生对于抽象化问题的思维想象能力以及自主的分析问题和解决问题的能力。[3]在实验操作的过程中可以有效的培养学生的团队合作意识和独立自主的精神。
　　3.传统教学模式与多媒体教学相结合
　　多媒体教学改变了传统的教学方式，其中融入多种教学软件，声、图、文并茂，重点、难点彩色标识，激发了学生的学习兴趣，减少了教师板书的时间，因此可以有更多时间详细的讲解重点和难点内容。对于比较枯燥、抽象、难以理解的内容，可以借助多媒体教学，例如在讲单自由度系统阻尼振动时，可以运用多媒体动画模拟该过程，使整个振动过程形象化。
　　本课程实践性强，内容上灵活。因此，可以采用多媒体现代化教学手段，改善教学效果。多媒体教学可以从文字、图像、声音等方面对学生的听觉和视觉产生多样化的刺激和诱导，能够生动形象的描述所要阐述的知识点，从而调动学生的学习积极性，使课堂教学生动活泼。
　　但需要指出的是，虽然多媒体教学有效的改善了教学效果，但也不能完全依赖于多媒体。应采用传统教师的主导与多媒体辅助手段相结合的方式，比如单自由度系统固有频率以及振动模态公式的推导采用黑板板书的教学方式相较于多媒体而言学生更容易掌握相关知识，这样可以更好地调动学生的积极性，使教学效果明显提高。
　　4.学校与企业合作，促进实践教学改革
　　目前，本专业的学生是在大二、大四固定的时间进入造船厂进行认知实习和生产实习。学校可以积极与企业交流，把企业生产过程中遇到的问题(如轮机基座的振动问题等)带入课堂中，秉承互惠互利的合作原则，为实践性教学打开一定的通道。我们可以把教学地点安排在企业，在理论学习的同时，请企业内的优秀人才集中时间对学生进行课程的培训，并使得学生参与到企业生产活动中去，这样，学生既加深了对理论知识的理解，又可以使学生提前了解以后的工作状况;同时，学院也可以选派一些教师为企业进行技术服务和专业技能培训，比如对企业进行一些专业软件知识的培训等。
　　5.课外科技活动
　　将课外科技活动、电子制作大赛以及本科生创新计划等纳入到教学活动中来，课内外学习相互结合，课堂教学与实践教学相融合，使学生视野开阔、能力增强。如可以开展一些特殊船型设计大赛、环保船设计、船体减振设计大赛等，学生们在教师的指导下，进行了理论的提升，可发表一些相关的论文，还可以使创新转化为专利。这样，学生在课外科技活动中，实践能力得到了加强，创新能力也得到了明显提高。
　　四、结语
　　在卓越工程师计划背景下，“船体振动学”课程是一门知识面广、学习难度大的专业必修课，具有实践性强，教学内容多等特点。结合课程目前的现状和存在的问题，以加强学生的综合分析能力和实践创新能力为目的，对“船体振动学”课程在理论和教学实践过程中的教学进行初步探讨，这些都可有效的调动学生的学习兴趣和学习的积极性，提高教学质量，取得良好的教学成效。实践教学环节的设计，不但能够加深学生对理论知识的理解，还可以培养学生的实际操作技能，锻炼学生分析和解决问题的能力，提高学生的综合素质。
　　转自：http://blog.sina.com.cn/s/blog_15bcc4c4f0102wdvl.html