多自由度机械系统受迫振动理论混合式教学设计：机械工程学院陈恩伟与陆益民的创新教学实践

“自由机械系统的多动物

强制振动理论”

混合教学设计

Chen Enwei，机械工程学院，Lu Yimin

1号

课程介绍和教学设计的总体想法

1。课程建设发展历史

“机械动力学基础知识”是一门本科一般选修课程。它于2008年开业，已教授了十五年。内容每年都会更新和优化。教学方法范围从原始的传统黑板写作到多媒体和黑板写作的结合。 ，开发到当前的MOOC在线教学以及在线和离线混合教学。培训计划和课程教学课程大纲已经进行了几次修订，目的是针对科学和工程学的原始本科生到整个学校现任本科生的对象。该课程内容减少了专业理论知识，并更加关注实用性，大众科学和娱乐。最初的时间为32小时，但在2013年降至24小时和2016年的16小时。

在过去的十五年中，课程小组不断进行教学改革，教科书，平台和团队。该课程组已从一个人成长为多个人。这些课程已获得学校级课程意识形态和政治教学改革示范项目（2019年）和省级质量工程项目（2020年）；该课程组在2011年汇编和出版的“第十一五年计划”国家级别的规划教科书“机械动力学基础知识”已被许多国内大学选择。该课程于2018年被批准为学校级MOOC项目。我们使用专业团队录制教学视频并建立了自己的MOOC。依靠Anhui省在线课程学习中心（E-Study）连续七个MOOC和SPOC。它还试图通过智能教学平台和诸如YU教室和腾讯课堂等智能教学平台和软件进行混合教学改革。这是学校进行混合小学教学的最早课程之一。

目前，教学团队越来越强，教学资源建设成果很丰富，教学组织形式与时代保持同步，各种教学方法已经很好地整合了，他们可以巧妙地将它们有机地结合在一起，以从他们的优势中学习和弱点，在促进机械课程的教学改革中发挥了一定的作用。影响。课程发展和变化如图1所示。

图1课程建设开发

2。课程的基本信息：课程性质，课程时间表，课程特征等。

“机械动力学的基础知识”课程是Hefei Technology机械工程学院的机械工程本科生的一般课程。教学时间分为16个在线和16个离线课程，总计32小时。本课程主要讨论机械振动的基本理论，建模方法和分析计算方法，旨在培养学生分析和解决一般机械系统和工程结构的振动的能力，同时培养学生从自然中发现的能力现象，社会生活和工程应用。以及理解动态行为的能力。该课程采用了在线和离线教学方法的混合动力，为学生独立学习，动态学习和个性化学习的特征提供了全面发挥，并将学习结果反馈给教师。教师根据学习结果离线提供有针对性的解释，这可能是有效的。使用课堂教学时间来提高学习效率。

本课程的主要特征是：

（1）本课程旨在为大学生提供有关动态，含糊的相关概念以及缺乏基本思想和对策来解决实际问题的弱基本知识，这与相关行业中雇主的紧急需求相去甚远。学生从动态的角度看待科学和工程问题，这是高度针对性的。

图2分析实际问题案例

（2）将理论和实践的内容结合在一起。本课程的教学不仅介绍了机械工程，力学和振动学科的相关理论知识，而且还介绍了工程学实践，以在现实生活中教授动态案例，提高学生对学习和丰富学生的理论知识的兴趣。

图3调音质量阻尼器的应用程序案例

与课程相关的实验如图4所示：

（a）实验概述

（b）被动振动隔离测试

（c）动态振动阻尼测试

图4与课程有关的实验

（3）本课程采用特殊的演讲表格，每门课程都会普及并介绍了动态的主要方向，完全吸收了国内外机械动态领域的最新研究结果，并使用了最新的数据和数据 - 看起来，新颖且及时。

3。在混合教学改革中要解决的关键问题

如何有机地结合在线学习和离线教学，以使两者相互补充，最大化在线教学和离线教学的优势，并弥补彼此的缺点，并实现1+1的效果大于2。示意图如图所示。在图5中

图5在线和离线混合教学

4。课程教学改革的概念

传统教学的单个黑板写作和ppt的教学模型将教师的当然知识的单向输出更改为单向输出，所有学生都会定期和固定时间接受相同的知识，以遵循每个学生的个性化，自主，自主，自主，灵活，以及教师和学生之间的反馈。有针对性的学习方法，以最大程度地提高学习效率和教学效率。

5。总体设计思想，教学模型等

本课程的在线教学课程是在E-HUI在线课程学习中心建造的，并进行小课。教学课被几个学生分为几个小组。在网上脱颖而出之前，老师将提前分配在线学习的内容和目标，并完成设计的作业。根据学生的家庭作业反馈的结果，讲师专注于解释离线课程中的一些困难。采用互动教学模型，讨论小组讨论问题，与知识相撞，刺激灵感的火花，并组成一个团队来解决当然知识的问题。如图6所示，上面的内容在视觉上显示。

图6总体教学思想

第2号

研究状况分析

对学习状况的分析反映了“以学生为中心”的教育和教学概念，为教学和学习目标奠定了坚实的基础，如图7所示：

1。分析学生的身心特征并分析学生的兴趣

整个学校的公开课程中的学生都来自不同的专业和成绩，他们的知识背景和能力并不在同一水平上。因此，很难使用相同的方法在课堂上进行教学，以便所有学生都能取得更好的学习成果。此外，每个学生都有不同的学习兴趣和特征，因此，鼓励和放松学生独立学习，并可以根据自己的情况来决定课程学习所花费的方法和时间。

分析学生现有的认知基础和经验，并具有学习本章的知识，能力，方法等。并适当调整教学困难和教学方法。

对于本章“多双系统中的强迫振动”的内容，学生需要具有与振动有关的基本概念，以及多双自由振动等。但是，参加这门课程的学生来自不同的专业，有些学生不熟悉振动的基本概念以及自由自由度的自由振动的知识。因此，当离线教学与家庭作业的反馈相结合时，可以采取多种生活案例。进行生动的理论解释，提高学生对学习的兴趣，并以一种简单易懂的方式建立多个自由度和自由振动的基本概念。

2。分析学生的个体差异，并根据学生的学习能力和学习方式采用灵活而灵活的教学策略。

因为这是一个小班级教学，所以教师可以拥有更大的精力来进行个性化的教学，并根据个人学生的特征提供针对性的解释。此外，我们使用小组方法来匹配小组成员中学习能力高和低学习能力的不同学生，并使用团队来推动学习能力较低的学生。还可以适当考虑对学生学业成绩的评估以进行全面评估。

3。分析本章中教学的可能困难和问题，并考虑如何帮助学生克服困难和障碍

（1）建立用于多度自由度系统的强制振动动态方程。应帮助学生考虑从系统力量平衡的角度来建立动态方程，但是与单度自由系统的振动相比，自由系统的振动需要求解多个相互依存的普通微分方程。变量中方程系统之间存在耦合，然后需要使用线性转换方法来消除此耦合然后求解它。

（2）多种系统强制振动的固有频率的概念。学生通常会对某些肤浅现象感到困惑，无法深刻理解系统的固有频率。帮助学生根据固有频率的概念来识别系统的固有频率表达，并从动态方程式开始。

图7教育和教学概念

第3号

教学内容简介

本课程主要谈论机械振动的基本理论，建模方法和分析计算方法。该课程分为六章，即引入机械系统动力学的介绍。振动的基本知识；单双系统振动；多双系统振动；振动控制技术及其应用；转子动态平衡。

本课程将机械振动描述为主线。它首先介绍了机械系统动力学发展的历史，并描述了动态的研究内容和研究方法；然后介绍了振动的一些基本定义，以及机械系统动力学模型，等效质量以及等效的刚度和等效阻尼的相关概念；然后，开始引入单个自由系统的振动模型，引入了两种自由系统的振动，并将多度自由系统的振动扩展到了多维的振动自由体系和模态分析。基本方法；然后介绍振动控制和一些振动阻尼技术的原理和方法。最后，引入了转子动态平衡的原理和方法。

第4号

教学目标

1。与学校的定位和专业人才要求结合的知识目标

在学生学习本课程的内容之后，他们将基本上了解学习“机械动力学基础知识”的重要性。能够掌握建立单一和多度强制系统的动态方程的方法。掌握单一和多度强制系统的概念，特征和分析方法。需要了解振动分析和模态分析的基本概念，一般方法和过程，并掌握建立和求解多度自由系统模型的方法。掌握减少振动的原理及其分类，并了解其特定的应用程序示例。了解转子动态平衡的原理和方法。

2。关注课程的意识形态和政治原则

现象与本质之间的关系可用于使学生在本课程中加强他们对知识的掌握。例如，仅对于理解其基本内容的频率和模型建立仅需要强制性系统和多度强制系统。无论实际系统的外部形式如何变化，都可以根据其定义来建立模型。如图8所示，显示了本课程的一些意识形态和政治要素。

为了培养学生从自然现象，社会生活和工程应用中发现和理解动态知识，我们必须善于通过现象看到事物的基本定律，并将其用作将其整合到我们的教学中的意识形态和政治点。

图8机械动力学课程的意识形态和政治要素

3。注意“一级性别”（高阶，创新和具有挑战性）

在学生掌握了基本概念之后，他们可以适当地增加问题的难度，并培训学生通过各种模型系统和生活中特定结构的表面现象建模和分析多个自由度强迫系统的振动系统。掌握振动控制的原理和方法，利用学到的知识来解释生活中的某些振动现象并进行科学应用，例如减少家用电器和土木工程结构中的振动和噪音。

第5号

课程资源

1。课程资源

该课程组具有自编译的课堂资源，图9是支持和参考教科书。领先的教科书：“机械动力学基础知识”（Liu Zhengshi等，高等教育出版社），辅助教科书：机械动力学历史（张CE，高等教育出版社）；机械系统动力学（Yang Yiyong等，Tsinghua University Press）；机械振动第五版（由Rao撰写，由Li Xinye等人翻译，Tsinghua University Press）。

图9支持和参考教科书

如图10所示，研究团队编写了完整的教学课程PPT，讲义和课程计划以及课堂测试问题和课后练习，如图10所示。

图10课堂测试和毕后锻炼示例

2。在线资源

本课程录制了25个教学视频，涵盖了大多数知识点。 2019年记录了该课程并批准该课程的MOOC建设项目，并将继续建立在2020年申请并批准该课程的在线和离线混合课程项目。目前，本课程的MOOC已在公共平台和其他姊妹大学上得到推广，并受到了广泛的称赞。图11是本课程的MOOC资源的屏幕截图（a-总缩略图； b-代理屏幕快照）。

（a）在线资源的总缩略图

（b）一些MOOC的屏幕截图

图11机械部基本动力学课程的MOOC资源

3。电子文学，等。

为了完全动员学生的课堂热情，收集了许多与课程相关的电子文件，包括历史记录，实验视频等，例如，塔科马桥的事件于1940年11月7日被“炸毁”虽然8级风不强，但它“吹”了塔科马海峡桥梁，费用为1.5亿美元；还有“深圳SEG广场建筑物的振动是由我国桅杆的风引起的涡流共振引起的，以及建筑物和桅杆动态特征的变化。这一事件也引起了一系列问题，例如”桅杆有什么用途？课程内容，课堂内容丰富且易于理解，使学生对相关信息的屏幕截图产生了浓厚的兴趣。

图12本课程的一些电子文献材料

第六号

明智的教学支持

1。E-LEARN MOOC平台

我们采用Anhui在线课程学习中心电子研究中提供的MOOC平台，请参见图13，并采用适合小型教学的SPOC（小型私人在线课程）模型。经过早期的一年多的仔细准备后，我们根据各种知识点的模式在课程的每个章节中拍摄了微型课程视频，并且前几个时期的运作良好。

图13 Anhui省在线课程学习中心（E-Study）MOOC平台

2。设置锻炼库

我们还为每章建立了一个锻炼库和精心设计的练习，请参见图14。练习库包括多种类型的问题，例如单一选择，多选择判断，简短答案，计算等，以及合理的难度分布和全面测试学生的学习情况。学生可以在线安排他们的学习并独立完成相关练习，这可以有效地巩固和总结课程学习。问题库以多级目录进行管理，并且还可以添加，删除，修改，预览和导出问题库信息，并可以在将来不断改进。

教师可以通过平台数据和练习的反馈充分理解学生的学习，请参见图15。该系统提供了准确，详细的统计分析数据，这些数据可以计算知识点和问题类型，反映评估和指导功能，并可以计算困难和问题库中每种问题类型的测试问题级别。强调和补充教师可以将其用作学生学习弱点的基础。

在在线教学中，银行功能起着重要的作用，因为这是学生巩固学习和提高能力的必要功能的好方法。同时，它可以帮助教师掌握学生的学习状况。有了问题库，教师不再需要花费时间来制作和纠正测试论文，从而减轻了教师的负担并改善了工作成果。

图14锻炼库

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