研究生《噪声与振动控制技术》课程教学模式改革

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　　摘要：针对南昌航空大学飞行器工程学院研究生课程《噪声与振动控制技术》课堂教学效率不高、内容抽象、学生学习积极性有待提高等问题，通过新教材编写、制定与工程实际发展相结合的教学内容、实践与期终结合的课程考核方式等一系列措施，对该课程的教学内容、教学手段和考核方式进行改革和创新。通过教学实践，研究生对该课程的学习兴趣明显提升，教学改革取得良好效果。
　　关键词：研究生；《噪声与振动控制技术》；教学模式改革
　　中图分类号：G642.0 文献标志码：B 文章编号：1674-9324（2019）29-0148-02
　　一、前言
　　《噪声与振动控制技术》课程是南昌航空大学飞行器工程学院研究生的一门重要的专业必修课，它综合了机械振动基础、声学基础、信号分析和现代控制理论等多门学科知识[1，2]，并且与航空领域中的实际工程问题有紧密联系，为解决飞机整机和航空发动机振动问题提供基本的理论基础。
　　二、目前研究生《噪声与振动控制技术》课程教学存在的问题
　　尽管我院《噪声与振动控制技术》课程有32学时的理论教学，但是该课程对学生本科期间的先修课程要求较高，特别是涉及机械振动理论、微分方程建模和求解、频谱分析等[3]。但是近年来学院录取的研究生中，三本学生和其他專业调剂生占了很大比例，调剂生中有不少学生在本科阶段并未学习过机械振动或者声学相关课程，而大部分三本学生为了考研，忽略了与考研无关的专业课程学习，造成学习本课程所需求的相关知识薄弱。同时学生水平参差不齐，导致在教学过程中出现两个问题：（1）基础薄弱的研究生在学习《噪声与振动控制》的过程中，缺乏基础知识，感到该课程非常枯燥抽象，尤其在学习噪声主动控制和平板结构的振动控制时，需要预先掌握连续系统振动、自适应控制、音频声学等内容，导致他们对学习这门课程产生迷茫和畏难情绪，不知“身处何处”，并逐渐失去了学习的兴趣。（2）部分基础较好的研究生反映，很多基础性内容在本科阶段已经学过，不需要再教，而这直接导致了相当一部分学生的到课率下降。
　　三、研究生《噪声与振动控制》课程教学模式改革措施
　　针对笔者在对研究生《噪声与振动控制》课程授课中的问题，我们提出对传统的教学模式进行变革，提高这门课程的教学效率和学生的学习积极主动性，进一步培养他们的科研创新能力。主要教学改革措施包括以下几个方面。
　　1.完成新教材编写出版。在多年教学积累的基础上，笔者以自己在2013年Springer出版社出版的专著《Control of noise and structural vibration：A MATLAB-based approach》为基础[4]，自编《基于MATLAB的噪声与振动控制》作为教材，该教材分为噪声主动控制、结构振动主动控制、压电式传感器设计、反馈控制器设计四大部分，强调通过MATLAB软件编程实现噪声与振动分析和控制。该自编教材以概念、原理性噪声振动知识为导向，强调分析和解决实际的噪声与振动问题，并有针对性地选择具体方法以培养学生的科学精神和创新欲望。并在附录中推荐了简明且合理的英文参考书籍、期刊和网站，考虑到授课学生的专业英语水平参差不齐，我们在教材中增加了有关噪声与振动控制相关专业名词的中英文对照说明，以便学生查阅相关英文文献。同时在教材编写中，我们突出该课程的航空特色，针对飞行器结构在随机激励下的结构振动问题进行专门阐述，为授课学生进一步从事该领域的研究工作提供坚实的基础。
　　2.主题式的教学方法。针对我院授课研究生学术水平参差不齐、其他专业调剂生较多的特点，改革了传统的“教师讲，学生听”的本科式授课模式，强调对研究生自主学习能力、文献资料查阅能力、科研创新能力的培养，根据该课程特点，采用主题式教学方法，把主要讲授内容分为“噪声与振动背景知识”、“多自由度系统隔振”、“控制器设计”、“振动主动控制”和“噪声主动控制”五个主题，根据主题内容安排不同的授课方式，例如对于第一个主题“噪声与振动背景知识”，让基础较好的研究生准备课件，把本科期间学习的振动与声学噪声给其他同学进行讲授，同时针对航空领域中存在的振动噪声问题，让学生根据自己的兴趣进行分组选题，查阅文献，搜集资料，制成幻灯片，进行交流讨论。从而促进学生系统查阅文献的能力、文字编辑能力和语言表达能力，加深学生对相关噪声与振动知识的理解和把握。
　　对于第二个主题“多自由度系统隔振”，强调通过MATLAB软件进行编程和仿真计算，同时结合航空领域专业特色，给定直升机桨叶隔振等题目，要求学生能够自行建立振动模型，独立编程计算。由于研究生基础不同，所以提炼振动模型时会有不同的简化手段，所得仿真结果也千差万别，在对这些练习进行讲评时，分析实际工程问题简化对振动模型精确性的影响、所用隔振手段的工程应用可行性等，加强研究生解决实际问题的能力。
　　对于第三个主题“控制器设计”，以反馈控制为主线，讲授模态控制和直接速度反馈控制这两种噪声与振动领域内代表性控制算法。要求学生能够在MATLB/SIMULINK环境下实现这两种算法，通过仿真计算，分析控制系统性能，这样避免了控制器设计中复杂的数学公式推导，同时为授课研究生进一步学习和设计控制系统打下基础。
　　而对于“振动主动控制”和“噪声主动控制”这两个主题，以讲授航空航天领域的工程应用实例为主，并逐年融入本教学队伍的最新科研成果的内容以及国内外振动领域的热点问题，如飞行器压电智能结构、自适应隔振、舱室内噪声控制、抗干扰主动控制技术、智能旋翼等，从而激发同学们对该课程的兴趣和思考。同时布置具有较强的专业性的课程大作业，通过分组方式由4—5名学生共同完成，这样不但促进了研究生团队的合作意识与能力，也激发了学生的学习积极性。
　　3.制定灵活的考核方式。为鼓励研究生在平时课堂中的积极表现，促进其科研能力的培养，将该课程的考核成绩制定为平时成绩（50%）、大作业成绩（50%）两部分，取消了期末考试。在平时考核中，根据研究生参与课堂活动的表现，包括提交的作业和案例分析报告、在课堂上所做的案例分析演示、参与互动讨论等表现，综合小组评分与教师评分给出成绩。在大作业考核中，不但考核大作业内容，还考核其格式，要求大作业以期刊论文的格式撰写，包括题目、中英文摘要、前言、主要内容、结论和参考文献。通过大作业，使研究生基本掌握了科技论文的撰写方式，同时通过查阅参考文献，了解噪声与振动控制技术的最新进展，为学生在研究生阶段的进一步科研工作打下坚实基础。
　　四、结论
　　针对《噪声与振动控制技术》课程在研究生教学中存在的问题，通过多年的教学实践并结合我院研究生特点及专业背景，对该课程的教学模式进行改革，实际教学表明，学生学习的积极性与自主性得到加强，同时学生了解了噪声与振动控制技术最新的发展现状及其在航空领域的应用。通过大作业撰写，锻炼了学生文献查阅、期刊论文撰写、基于MATLAB的仿真计算等科研能力，取得了较好的教学效果。
　　参考文献：
　　[1]段新豪，刘伟祥，曲鹏哲，等.研究生“机械振动及其应用”课程的教学实践与改革[J].北华航天工业学院学报，2017，27（6）：26-28.
　　[2]韩维，柳文林.《机械振动》课程建设的探索与实践[J].教育教学论坛，2016，（41）：59-60.
　　[3]路纯红，白鸿柏.提高《机械振动》课程教学效果的几点思考[J].教育教学论坛，2012，（26）：15-17.
　　[4]Mao Q，Pietrzko S.Control of noise and structural Vibration：A MATLAB-based approach[M].Springer，2013.
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