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摘要：“机械动力学”是我校机械类研究生课程体系中的专业通识课，各理工科类的学校在研究生培养中都十分重视该课程的教学工作。结合课程教学实践过程提出了相应的教学改革建设方法。强调以“机械动力学”课程为支撑，为机械类研究生建立完善的专业知识体系。强化学生对相关专业软件掌握和运用，结合工程实例培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，提升学生的创新能力，并通过建立习题库和教学网站进一步提高教学质量。
关键词：机械动力学；专业知识体系；教学改革
作者简介：王晓笋（1979-），男，安徽怀宁人，武汉大学动力与机械学院，副教授；石端伟（1963-），男，湖北天门人，武汉大学动力与机械学院，教授。（湖北 武汉 430072）
基金项目：本文系武汉大学研究生学科通开课建设项目（201007027)、武汉大学教学改革研究项目（20112018)的研究成果。
中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）32-0078-01
一、“机械动力学”课程教学改革的意义
随着机械设备朝着高速化、重载荷、高精度、轻量化方向的不断发展，采用传统的静态设计方法，只考虑静态载荷和静特性设计出的机械系统已经很难在性能上满足诸多苛刻的工况。采用静态设计、动态修正的准静态设计方法则需要耗费大量的时间和精力，提高了产品的开发周期和制造成本。例如，高速旋转机械可以用静态方法设计，制造出来以后通过动平衡减小振动，还要使运转速度避开共振的临界转速。但是随着转速的提高和柔性转子的出现，不仅在设计时要进行动态分析，而且在运行的过程中还要进行状态监测和故障诊断，并及时维护，排除故障，避免发生重大事故。[1]
“机械动力学”是研究机械系统动态特性的课程，掌握机械系统的动力学规律，可以在机械产品的设计、制造和使用的过程中避免对系统具有破坏性的振动，也可以利用有益的振动，从而使得机械系统具有最优化的动力学性能。从设计、制造到运行，动力学问题会伴随着机械系统的全生命周期，从而对机械类专业学生而言，“机械动力学”是一门非常重要的专业课程。因而“机械动力学”课程在机械类工科研究生的专业知识体系内的作用非常重要，其教学效果的优劣关乎学生能否构建完善的现代设计方法知识体系。
但“机械动力学”所涉及的基础理论知识非常宽泛，[3，4]其大量的理论来源于“理论力学”、“材料力学”、“结构力学”、“高等数学”、“线性代数”和“泛函分析”等基础课程，同时其所包含的知识点又与“机械设计”、“机械原理”和“现代制造方法”等专业课程具有交集。如此庞大的知识体系，对于听课者而言会一头雾水，似懂非懂。即使勉强听懂，但依然是知其然而不知其所以然。对“机械动力学”课程没有一个整体、系统的认识，就不能正确理解和掌握这门课的要点，更不能把这门课的知识转化为解决实际问题的能力。为此，我们积极推进“机械动力学”课程的改革，强化课程内容建设，主动引导学生建立完善的专业知识体系，提高学生分析、解决工程问题的能力。
二、教学改革的具体方法
1.注重与其他专业课程的衔接
机械动力学课程主要针对工科机械类和近机类专业的学生，显然，如果只是单独的针对《机械动力学》教材进行课堂教学会使得学生无法真正的将所学的知识融入其专业知识体系内，从而容易形成一个相对封闭的独立知识点，无法形成知识面。通过多年的教学实践，我们发现必须加强相关专业知识的串联。[6]现代设计方法中的动态设计等章节必须要求学生具有相关的动力学建模、分析能力，先进制造技术中也涉及诸多环节需要考虑动力学问题，为此，我们在课堂教学过程中均将上述专业课程和“机械动力学”课程教学内容的交汇部分予以重点阐述，让学生能够主动将其它的专业知识与“机械动力学”的知识点相互融合，使得学生能够更加系统的掌握“机械动力学”课程的知识，从而建立起一个完善的专业知识体系。
2.注重与工程实际相结合
机械动力学是一门源于生产和生活实际的课程，脱离实际的一味讲授理论知识效果并不好，“机械动力学”课程的教学过程中应该理论实践相结合。为此，我们通过多年的建设，搜集了大量有关动力学方面的工程实际问题。结合有阻尼单自由度系统振动理论介绍了台北101大厦如何通过阻尼吸振，结合连续系统振动理论介绍了美国Tacoma大桥为何在微风情况下倒塌。此外还介绍冬季为何覆冰的导线会出现舞动、铁路工人如何通过敲击铁轨检查轨道是否有裂痕。同时，也通过具体的数学建模、动力学方程的推导和仿真分析的练习，让学生有能力针对具体问题灵活运用所学知识解决工程实际问题。如洗衣机通过阻尼隔振的减振、车辆通过悬挂系统的减振、机床在加工过程中动力学特性分析等。[2]对于相對比较复杂的工程问题，还可以以专题项目的形式布置给学生课后完成，将学生分成几个小组，每个小组可以采用不同的方法解决实际问题。由此进一步学生分析问题和解决问题的能力。
3.教学内容与主流软件相结合
针对机械动力学课程的教学内容，所涉及的软件数目众多，[5]如MATLAB软件内含多种函数，可用于数值仿真计算。Maple软件具有极强的符号建模功能，可用于动力学方程式的推导。Adams软件在多刚体系统的建模仿真方面功能强大，可用于多刚体系统的建模仿真分析。Ansys则可用于考虑结构弹性变形的连续系统动力学特性的计算。例如单自由度系统和多自由度系统的教学环节所涉及的离散系统的响应的计算、固有频率和主振型的计算可以通过MATLAB语言编程计算。多刚体系统的动力学方程的推导则可以在学习第二类拉格朗日方程的基础上，让学生通过Maple符号推理语言建立多自由度系统的动力学方程。相应的结果则又可以通过Adams软件、Ansys软件建模仿真予以对比分析。对于课程所涉及的不同知识点，让学生使用工程软件予以实现，并和理论结果进行对比，可以加深学生对知识点的领悟。
4.建立完善的习题库
通过课后习题的练习是帮助学生消化和吸收课堂知识的有效方法，也能够作为期末考试的而考试则是教学过程的最后一个环节，通过考试能够获取学生对于所学习知识的掌握程度和综合运用能力。为此我们有针对性的建立了系题库和试题库。从而便于学生课后练习和期末考试。建立习题库时，充分的查阅了国内外的文章和书籍，将习题分为三个部分，一部分习题用于巩固一些概念性的知识点，主要是一些选择题和填空题；第二部分习题则锻炼学生分析和解决实际问题的综合能力，是一些设计和分析类的题目，使得学生学会“提出问题、分析问题、解决问题”的方法。第三部分习题则为上机习题，注重于培养学生通过计算机语言建模仿真分析的能力。教材与课件上均有相应的程序供学生使用参考，以便于掌握相关软件。
5.机械动力学课程网站建设
机械动力学课程网站为学生学习课程提供了一个交互式的数字化平台。通过网站可以获得教学大纲、电子课件、参考书、教案、教学录像、软件下载等信息和资料。网站还为学生提供了在线答疑功能，学生在学习过程中遇到的问题可以与老师直接交流，参与网上讨论，另外可以为校外学习振动力学的学员提供学习平台。课程网站如图1所示。
三、教学改革成果
通过对“机械动力学”课程的教学改革，首先有效地提高了教学质量，课堂教学不再是简单枯燥的理论灌输，而是穿插了丰富的工程应用实例，每一个关键的知识点都能够映射到对应的具体工程问题，有利于培养学生独立思考的能力、分析解决问题的能力，有利于激发创新精神，从而让学生知道“学以致用”。其次是提升了学生的专业技能，通过对各种专业软件的应用，学生的计算机操作水平和计算机应用能力都得到了提高，不仅可以解决本课程的一些问题，也为自觉主动地运用计算机技术解决其他课程上遇到的问题打下基础，提高了学生结合本领域内科学和工程问题的能力。再者是帮助学生建立了更加完整的专业知识体系，强调机械系统的设计、制造、运行与“机械动力学”课程的紧密联系，能够使学生将所学的动力学知识更加主动地应用到机械产品的全生命周期中，从而使设计的产品性能更加优化，同时也使学生的专业知识进一步融合，有利于其形成更加完整的知识体系。
参考文献：
[1]石端伟,刘照,王晓笋,等.机械动力学[M].北京:中国电力出版社,2006.
[2]韩清凯,于涛,孙伟.机械振动系统的现代动态设计与分析[M].北京:科学出版社,2010.
[3]王彪.《机械振动》课程教学改革实践[J].华东冶金学院学报(社会科学版),2000,2(2):86-87.
[4]李永池.冲击动力学课程体系建设和教学内容改革[J].教育与现代化,1990,(2):63-65.
[5]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.
[6]崔志琴,景银萍.《机械振动学》课程教学改革初探[J].中北大学学报(社会科学版),2005,(4):86-87.
（责任编辑：麻剑飞）
关键词：机械动力学；专业知识体系；教学改革
作者简介：王晓笋（1979-），男，安徽怀宁人，武汉大学动力与机械学院，副教授；石端伟（1963-），男，湖北天门人，武汉大学动力与机械学院，教授。（湖北 武汉 430072）
基金项目：本文系武汉大学研究生学科通开课建设项目（201007027)、武汉大学教学改革研究项目（20112018)的研究成果。
中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）32-0078-01
一、“机械动力学”课程教学改革的意义
随着机械设备朝着高速化、重载荷、高精度、轻量化方向的不断发展，采用传统的静态设计方法，只考虑静态载荷和静特性设计出的机械系统已经很难在性能上满足诸多苛刻的工况。采用静态设计、动态修正的准静态设计方法则需要耗费大量的时间和精力，提高了产品的开发周期和制造成本。例如，高速旋转机械可以用静态方法设计，制造出来以后通过动平衡减小振动，还要使运转速度避开共振的临界转速。但是随着转速的提高和柔性转子的出现，不仅在设计时要进行动态分析，而且在运行的过程中还要进行状态监测和故障诊断，并及时维护，排除故障，避免发生重大事故。[1]
“机械动力学”是研究机械系统动态特性的课程，掌握机械系统的动力学规律，可以在机械产品的设计、制造和使用的过程中避免对系统具有破坏性的振动，也可以利用有益的振动，从而使得机械系统具有最优化的动力学性能。从设计、制造到运行，动力学问题会伴随着机械系统的全生命周期，从而对机械类专业学生而言，“机械动力学”是一门非常重要的专业课程。因而“机械动力学”课程在机械类工科研究生的专业知识体系内的作用非常重要，其教学效果的优劣关乎学生能否构建完善的现代设计方法知识体系。
但“机械动力学”所涉及的基础理论知识非常宽泛，[3，4]其大量的理论来源于“理论力学”、“材料力学”、“结构力学”、“高等数学”、“线性代数”和“泛函分析”等基础课程，同时其所包含的知识点又与“机械设计”、“机械原理”和“现代制造方法”等专业课程具有交集。如此庞大的知识体系，对于听课者而言会一头雾水，似懂非懂。即使勉强听懂，但依然是知其然而不知其所以然。对“机械动力学”课程没有一个整体、系统的认识，就不能正确理解和掌握这门课的要点，更不能把这门课的知识转化为解决实际问题的能力。为此，我们积极推进“机械动力学”课程的改革，强化课程内容建设，主动引导学生建立完善的专业知识体系，提高学生分析、解决工程问题的能力。
二、教学改革的具体方法
1.注重与其他专业课程的衔接
机械动力学课程主要针对工科机械类和近机类专业的学生，显然，如果只是单独的针对《机械动力学》教材进行课堂教学会使得学生无法真正的将所学的知识融入其专业知识体系内，从而容易形成一个相对封闭的独立知识点，无法形成知识面。通过多年的教学实践，我们发现必须加强相关专业知识的串联。[6]现代设计方法中的动态设计等章节必须要求学生具有相关的动力学建模、分析能力，先进制造技术中也涉及诸多环节需要考虑动力学问题，为此，我们在课堂教学过程中均将上述专业课程和“机械动力学”课程教学内容的交汇部分予以重点阐述，让学生能够主动将其它的专业知识与“机械动力学”的知识点相互融合，使得学生能够更加系统的掌握“机械动力学”课程的知识，从而建立起一个完善的专业知识体系。
2.注重与工程实际相结合
机械动力学是一门源于生产和生活实际的课程，脱离实际的一味讲授理论知识效果并不好，“机械动力学”课程的教学过程中应该理论实践相结合。为此，我们通过多年的建设，搜集了大量有关动力学方面的工程实际问题。结合有阻尼单自由度系统振动理论介绍了台北101大厦如何通过阻尼吸振，结合连续系统振动理论介绍了美国Tacoma大桥为何在微风情况下倒塌。此外还介绍冬季为何覆冰的导线会出现舞动、铁路工人如何通过敲击铁轨检查轨道是否有裂痕。同时，也通过具体的数学建模、动力学方程的推导和仿真分析的练习，让学生有能力针对具体问题灵活运用所学知识解决工程实际问题。如洗衣机通过阻尼隔振的减振、车辆通过悬挂系统的减振、机床在加工过程中动力学特性分析等。[2]对于相對比较复杂的工程问题，还可以以专题项目的形式布置给学生课后完成，将学生分成几个小组，每个小组可以采用不同的方法解决实际问题。由此进一步学生分析问题和解决问题的能力。
3.教学内容与主流软件相结合
针对机械动力学课程的教学内容，所涉及的软件数目众多，[5]如MATLAB软件内含多种函数，可用于数值仿真计算。Maple软件具有极强的符号建模功能，可用于动力学方程式的推导。Adams软件在多刚体系统的建模仿真方面功能强大，可用于多刚体系统的建模仿真分析。Ansys则可用于考虑结构弹性变形的连续系统动力学特性的计算。例如单自由度系统和多自由度系统的教学环节所涉及的离散系统的响应的计算、固有频率和主振型的计算可以通过MATLAB语言编程计算。多刚体系统的动力学方程的推导则可以在学习第二类拉格朗日方程的基础上，让学生通过Maple符号推理语言建立多自由度系统的动力学方程。相应的结果则又可以通过Adams软件、Ansys软件建模仿真予以对比分析。对于课程所涉及的不同知识点，让学生使用工程软件予以实现，并和理论结果进行对比，可以加深学生对知识点的领悟。
4.建立完善的习题库
通过课后习题的练习是帮助学生消化和吸收课堂知识的有效方法，也能够作为期末考试的而考试则是教学过程的最后一个环节，通过考试能够获取学生对于所学习知识的掌握程度和综合运用能力。为此我们有针对性的建立了系题库和试题库。从而便于学生课后练习和期末考试。建立习题库时，充分的查阅了国内外的文章和书籍，将习题分为三个部分，一部分习题用于巩固一些概念性的知识点，主要是一些选择题和填空题；第二部分习题则锻炼学生分析和解决实际问题的综合能力，是一些设计和分析类的题目，使得学生学会“提出问题、分析问题、解决问题”的方法。第三部分习题则为上机习题，注重于培养学生通过计算机语言建模仿真分析的能力。教材与课件上均有相应的程序供学生使用参考，以便于掌握相关软件。
5.机械动力学课程网站建设
机械动力学课程网站为学生学习课程提供了一个交互式的数字化平台。通过网站可以获得教学大纲、电子课件、参考书、教案、教学录像、软件下载等信息和资料。网站还为学生提供了在线答疑功能，学生在学习过程中遇到的问题可以与老师直接交流，参与网上讨论，另外可以为校外学习振动力学的学员提供学习平台。课程网站如图1所示。
三、教学改革成果
通过对“机械动力学”课程的教学改革，首先有效地提高了教学质量，课堂教学不再是简单枯燥的理论灌输，而是穿插了丰富的工程应用实例，每一个关键的知识点都能够映射到对应的具体工程问题，有利于培养学生独立思考的能力、分析解决问题的能力，有利于激发创新精神，从而让学生知道“学以致用”。其次是提升了学生的专业技能，通过对各种专业软件的应用，学生的计算机操作水平和计算机应用能力都得到了提高，不仅可以解决本课程的一些问题，也为自觉主动地运用计算机技术解决其他课程上遇到的问题打下基础，提高了学生结合本领域内科学和工程问题的能力。再者是帮助学生建立了更加完整的专业知识体系，强调机械系统的设计、制造、运行与“机械动力学”课程的紧密联系，能够使学生将所学的动力学知识更加主动地应用到机械产品的全生命周期中，从而使设计的产品性能更加优化，同时也使学生的专业知识进一步融合，有利于其形成更加完整的知识体系。
参考文献：
[1]石端伟,刘照,王晓笋,等.机械动力学[M].北京:中国电力出版社,2006.
[2]韩清凯,于涛,孙伟.机械振动系统的现代动态设计与分析[M].北京:科学出版社,2010.
[3]王彪.《机械振动》课程教学改革实践[J].华东冶金学院学报(社会科学版),2000,2(2):86-87.
[4]李永池.冲击动力学课程体系建设和教学内容改革[J].教育与现代化,1990,(2):63-65.
[5]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.
[6]崔志琴,景银萍.《机械振动学》课程教学改革初探[J].中北大学学报(社会科学版),2005,(4):86-87.
（责任编辑：麻剑飞）