车辆工程专业《机械振动基础》课程教学实践研究

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　　摘要：针对江苏大学车辆工程专业《机械振动基础》课程具有学习内容多、学习课时少、学习难度较高等特点，学生在学习过程中存在学习积极性不高、学习效率低下、实际工程问题分析能力不足等问题，通过将现代教育理念及模式与教学相融合、密切结合理论教学与实际工程、将仿真软件融入教学等手段，增强学生的学习兴趣，培养学生分析与解决实际问题的能力，提高课程教学质量和效率，获得良好的教学效果。
　　关键词：车辆工程;机械振动基础;课程教学实践
　　中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2019）52-0176-02
　　 《机械振动基础》是江苏大学车辆工程专业本科生培养计划中的一门专业必修课程，是一门研究机械系统的运动学和动力学的课程。课程研究各类振动现象的基本规律，为解决实际机械振动问题提供理论基础。课程建立在高等数学、矩阵论、理论力学、信号分析与处理等课程的基础上，使学生掌握机械系统振动分析与控制的基本理论，能够解决车辆工程所涉及的振动问题[1]。它也是汽车理论、汽车噪声与振动控制、车辆动力学等专业课程的基础课程。
　　课程的具体目标为：（1）了解机械振动涉及的工程领域与车辆工程中的振动问题;（2）掌握机械振动的基本理论;（3）将实际机械振动问题抽象为动力学模型，并能运用所学理论知识分析和解决实际机械振动问题;（4）了解机械振动领域的新知识、新理论、新技术，并能够借助网络等媒体工具，查找相关资料和信息，具有继续学习和研究工程非线性振动与随机振动问题的潜能和素质。
　　一、课程教学中存在的问题
　　《机械振动基础》共设置32个学时，相较车辆工程专业其他必修课程，具有学习内容多、学时少、涉及知识面多、理论概念抽象、模型计算烦琐、学习难度较高等特点[2]。在学习过程中，学生对机械振动的基本概念及原理理解不够透彻，对动力学模型的建立及求解感到困难。由于实际工程经验较少，学生在处理实际机械振动问题时，难以建立合理的理论模型并进行研究，缺乏分析实际工程问题的能力。部分学生基础较为薄弱，老师需要在课堂上帮学生复习相关的数学及力学知识，加剧了课程学习的压力。由于课程理论推导过程较多，部分学生感到乏味枯燥，学习的自主性与积极性不高，学习效率低下。为使课程变得有趣生动，增强学生学习的自主积极性，培养学生解决实际问题与创新科研的能力，笔者结合自身讲课经历，探讨课程教学模式改革，提高教学质量与效率，达成教学目标。
　　二、提高课程教学效果的措施
　　1.将现代教育理念及模式与教学获得相融合。传统教学模式是结合课堂教学与课下讨论，结合板书与多媒体课件，模式比较固定单一，大多将教师作为课堂主体，学生参与不够，学习兴趣与自主积极性不高。为了充分调动学生学习的自主性，在教学中运用现代教育理念及模式，将传统的教學模式向以提高学生自主学习与创新能力的教学模式转变，密切关注学生感到困惑难懂的知识点，积极与学生互动，解答难题，提高学习兴趣。教师可采用启发式、讨论式、师生互换角色等综合教学模式，增强学生学习的主动性。例如，适时将翻转课堂这种比较现代的教学模式引入教学，教师提前布置下节课需要学习的内容，要求学生课外自主学习，在下节课中师生互换角色，教师负责提问，学生负责讲解，通过师生互动，进一步提高学生的学习效率。通过翻转课堂教学，学生的参与度更高，更能积极主动思考，解决问题、表达与沟通的能力也得到充分锻炼。
　　2.理论教学与实际工程密切结合。机械振动是一种广泛存在于实际工程与日常生活中的物理现象。利用机械振动可以设计制造振动筛选机等机械设备，但机械振动也会影响或损坏机械设备。在教学中，理论教学与实际工程密切结合，将复杂抽象的理论概念进行简化处理，学生更易接受并切实掌握这些概念。例如，在解释共振现象时，可以列举因共振而发生倒塌的塔科马海峡大桥来阐述共振的危害，进而引出减振概念，指引学生思考如何通过减振方法减小实际工程中产生的振动问题。在阐述单自由度、两自由度以及多自由度系统振动的区别时，可以用行驶中的汽车垂向振动问题作为比较的实例，根据研究特点和实际解决的问题，汽车可以相应地简化成这几类振动系统，进而说明分析这几类振动系统时所用方法的差异性。
　　课程教学过程中，穿插讲解机械振动分析与控制方法在汽车上的应用，与车辆工程专业紧密贴合，如汽车动力总成振动分析与悬置优化，汽车被动、半主动与主动悬架系统研究等，这样可以使学生将学到的机械振动知识运用到实际汽车振动问题中，掌握并运用学到的振动理论，提高学生分析与解决实际问题的能力，培养创新与科研能力。
　　3.将仿真软件融入教学。机械振动问题的研究思路一般是：将实际振动问题抽象为便于分析的动力学模型，列出振动系统的运动微分方程，选择合适的微分方程求解方法求解其动力学响应，得到系统位移、速度及加速度与时间的变化关系。这部分计算过程比较复杂、烦琐，学生会对教学内容感到乏味枯燥，学习效率不高。为此，在教学过程中，将ADAMS、ANSYS、MATLAB等仿真软件融入教学，将软件仿真与理论学习密切结合，学生运用仿真软件求解系统的动力学响应，将一些抽象的振动问题用图像表示并具体化，使学生更好地掌握相关知识[3]。下面列举两个简单的例子说明运用仿真软件处理振动问题的直观性与有效性。①车架模态分析。利用有限元仿真软件ANSYS分析车架的模态，建立车架的有限元模型，得到车架的弯曲与扭转模态图，通过仿真软件，给学生演示车架的前几阶模态，加深学生对模态、固有频率、阻尼比以及振型等概念的理解，进而研究发动机转速、发动机与驾驶室悬置、车架模态在汽车设计时的关系，提高学生在分析具体汽车振动问题的能力。②隔振原理。隔振包括积极隔振与消极隔振，其中积极隔振是降低设备振动对周围环境及基础的影响，同时减小设备自身的振动，其隔振效果可用力传递率来评价，用MATLAB画出力传递率图，研究力传递率与阻尼比及频率比的变化关系。通过仿真软件，学生可以清楚地看到系统各参数对力传递率的影响规律，加深理解隔振原理，有助于学生设计隔振系统。
　　三、结语
　　本文针对《机械振动基础》课程特点以及课程教学问题，提出将现代教育理念及模式与教学相融合、理论教学与实际工程密切结合、将仿真软件融入教学等手段，激发学生的学习兴趣，增强学生学习的积极性，获得良好的教学效果。
　　参考文献：
　　[1]郭荣，张敏，张立军，彭为.《机械振动学》的教学内容、模式及考评方式改革探索[J].佳木斯教育学院学报，2012，（09）：140-141.
　　[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]郜志英，尹忠俊，王文瑞.数值仿真处理机械振动课程若干教学难点[J].中国冶金教育，2017，（02）：8-11.
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