《船舶振动》课程教改实践

摘要：针对本科阶段开设《船舶振动》课程存在的问题，从优化教学内容和教学方法两方面开展《船舶振动》课程的教学改革与实践。目的是使《船舶振动》的课程教学更有效率，让学生深入了解船舶振动概念，掌握运用基础学科知识解决工程振动问题的方法，形成主动学习和思考的习惯。

关键词：《船舶振动》；振动力学；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）06-0107-02

一、《船舶振动》课程的现状分析

《船舶振动》是为船舶与海洋工程专业高年级学生开设的专业选修课，主要讲授振动力学和船舶振动的相关知识以及工程应用。教学目的是让学生提早了解船舶振动问题，掌握船舶振动的基本概念，锻炼工程应用技能。

《船舶振动》是一门非常专业的课程，要达到好的教学效果不但需要教师有好的教学方法，还需要学生良好的数学、力学以及船舶专业相关的知识基础。目前本科阶段开设《船舶振动》这门课程普遍存在以下几个问题[1]：（1）知识点多且难，而本科阶段课时安排普遍较少，该课程包括单自由度、多自由度和连续体振动系统的基础知识以及船舶振动及减振等专业知识。（2）工程实践性强、学科基础要求高，《船舶振动》课程要求学生能较好地掌握“高等数学”、“线性代数”等基础学科知识和“船体结构”、“船舶结构力学”和“船体结构强度”等专业基础课程，目的是解决船舶振动的实际工程问题。（3）教材内容抽象枯燥，难以激起学生的自学兴趣。学生普遍认为教材文字生硬难懂，公式推导麻烦。

尽管面对以上这些困难，作为教师，应该围绕教学目标，明确教学任务，通过教改实践实现高效的教学活动。教学的目的最主要的是为了让学生学到知识，学生是学习的主体，教师教学时应该注意以学生为中心，想方设法让学生理解和掌握知识，培养学生的主观能动性，才能更有效的提高学生的学习积极性，学生才能主动学习，以达到最有效的教学目的。[2]

二、教学改革与实践

针对《船舶振动》课程的特性和存在的教学问题，根据我校开设的《船舶振动》课程情况，围绕教学的目标，从教学内容和教学方法优化上进行教改实践。

1.教学内容的优化。目前，国内开设《船舶振动》课程的高校设定的教学课时均为32课时，但是教学内容普遍包括从振动学基础知识系统到船舶振动的工程应用，这给任课教师带来很大的教学压力，如何利用有限的授课时间达到有效的教学目的是关键点。

对于《船舶振动》这类应用型很强的专业课，在做授课计划时，应该侧重基础知识深入讲解和与工程应用结合这两点上。对于线性振动系统，主要矛盾就是建立和求解振动微分方程，应该重点讲解。在授课计划上，应该安排较多的课时引导学生进入振动体系，掌握振动的基本概念和振动微分方程的物理意义，深入讲解如何运用力学和数学知识建立振动方程以及求解，引导学生建立基础知识与实际应用的关系。这种关系包括力学、数学知识与振动系统的关系以及振动概念与实际物体具体表现的关系。

不同自由度振动系统的知识点是相通的，授课时应该以点带面，举一反三。如对于线性结构振动系统，以单自由度的振动方程类比延伸到连续体振动，同理推导自由振动、强迫振动、阻尼振动的通用概念。这样一方面可以缩减授课时间，另一方面可以使学生系统地理解振动问题。教应该把相关知识点串联起来讲授，同时引导学生归纳总结，发挥学生系统学习的主观能动性，可以起到事半功倍的效果。

2.教学方法的优化。针对《船舶振动》课程基础学科要求深厚、概念陌生抽象等特点，任课教师在教学过程中应该巧妙运用多媒体方法形象化知识点，选取典型案例搭建基础知识与实际工程的桥梁，通过实验课程加强知识点的理解。

（1）运用多媒体教学。《船舶振动》涉及的基础学科多、内容抽象、模型与实际例子有一定的差距，所以在教学中，不能照本宣科地讲述教材理论知识与公式推导，必须将理论化、模型化的抽象概念具体化和工程化，运用形象、生动的教学方法，将教学内容通俗、具体地传递给学生，促进学生对知识的吸收和运用。[3]

教师除了口头讲授和板书，更多可以借助PPT课件、视频/动画演示、有限元模拟等方式把知识点呈现给学生。可以在PPT课件中演示动态的GIF图来讲解什么是振动的概念；采用MATLAB仿真软件动态模拟来讲解振动速度、位移、加速度关系；采用有限元模拟软件ANSYS/ABAQUS输出的图片和动画来讲解梁系结构振动和船舶总体振动。鼓励学生在课余时间学习ANSYS/ABAQUS等有限元软件对课本例题中简单结构的振动问题进行仿真模拟，通过图形化的直观输出效果加强振动模态概念的理解，让书中枯燥的文字及数字的表现形式鲜活起来[4]。

（2）案例教学法的应用。在课堂教学中，适当讲解相关的工程案例可以引导学生思考两者之间的关系，搭建它们之间的桥梁。在讲解连续体横向振动时，可以引入乐器振动发声和电线在阵风作用下颤抖的生活现象，学生通过熟识的直观现象能更加深刻地理解横向振动的相关知识点。在讲解船体总体振动的时候，通过船舶中拱/中垂现象以及疲劳强度分析的例子讲解振型概念和船体振动对于结构的影响。在讲解振动的应用时，通过海底管道、海洋平台等海洋结构物在洋流作用下振动的案例分析，加深学生对实际工程应用的理解。在讲解船体固有频率的估算时，选取具体的实船参数，结合不同规范指南给出的参考方法及标准，进行工程计算的模拟。在讲授减振降噪的知识点时，引入国际海事组织IMO的新规对噪声和振动的要求，结合机舱振动案例进行分析，引导学生查阅工程文献解决实际问题。

在工程案例分析中，学生通过思考和讨论，能更好地掌握抽象的原理和概念，初步掌握运用所学知识解决船舶振动的工程问题的能力。[5]

（3）实验结合加强理解。《船舶振动》属于工程应用型的专业课程，实验课程是必不可少的重要组成部分。我校利用“船舶结构实验室”的条件，结合目前的振动实验设备，在理论教学中添加相关的实验课程。

结合我校实验室条件，实验设置主要以教材案例的验证实验为主，结合学生的自主实验进行教学。验证实验包括“振动系统锤击固有频率的测定”、“单自由度系统衰减振动锤击固有频率及阻尼比测量”等。通过验证实验，一方面可以加深学生对已学理论知识的理解，另一方面引导学生动手操作实验，了解通过实验测试验证理论的方法。学生自主设计实验根据学生分组讨论、教师指导的形式进行，如“力锤单点激励简支梁模态测量”、“随机激励法简支梁模态测试”等实验，通过实验原理和方法以及数据记录和处理等的设计，学生能深刻地掌握《船舶振动》知识和应用实验方法解决问题的能力，充分发挥了学生的主观能动性，有效培养了创新意识。

调查表明学生普遍认为振动的实验课程很有必要，对于学习《船舶振动》该门课程有很大的帮助。在学习相关理论知识后进行振动实验，有助于加深对抽象概念的理解，锻炼实验动手能力，掌握实验验证理论的方法，培养团队创新的能力，激发主动学习和分析的主观能动性。

三、结语

通过以上的教改实践，学生普遍表示虽然《船舶振动》课程很难，但是通过教师教学之后基本能掌握振动的基本概念，学会了理论结合工程应用的技能，锻炼了主动学习、讨论、分析的主观能动性。笔者从《船舶振动》的教学中尝试、总结和改进，以提高自身的教学能力和该课程的教学效率，同时也希望这些方法有益于担任相似课程的教师。

参考文献：

[1]张婧，施兴华.“船体振动学”课程实践教学改革的探讨[J].中国电力教育，2012，（22）：108-109.

[2]严谨，张娟.船舶与海洋工程专业“三能”应用型人才培养探索[J].船海工程，2014，43（1）：18-20.

[3]毛灵涛，等.形象化教学方法在振动力学课程中的应用研究[J].河北农业大学学报（农林教育版），2014，16（6）：76-79.

[4]蔡国平.振动力学课程教学改革的几点思考[J].教育教学论坛，2010，（35）：221-222.

[5]郑拯宇.振动力学教学中案例教学法的应用探索[J].科技信息，2013，（12）：1.