航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度課程設(shè)計(jì)思考
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一、航空發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造與強(qiáng)度課程設(shè)計(jì)的作用
對(duì)于飛行器動(dòng)力工程的學(xué)生，航空發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造與強(qiáng)度的課程設(shè)計(jì)顯得尤為重要。課程設(shè)計(jì)的重要性主要體現(xiàn)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造和強(qiáng)度課程的特點(diǎn)。實(shí)踐性是航空發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造與強(qiáng)度課程最顯著的特點(diǎn)。本課程研究的是實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及其強(qiáng)度，從表面上看，內(nèi)容簡(jiǎn)單、易懂，理論性、系統(tǒng)性不強(qiáng)。但是要學(xué)生自己分析，則往往無(wú)從下手，特別是碰到實(shí)際的結(jié)構(gòu)分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更是束手無(wú)策。因此，通過(guò)課程設(shè)計(jì)這個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，完成航空發(fā)動(dòng)機(jī)某一結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，起到加深對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容的理解，實(shí)現(xiàn)理論向?qū)嵺`的轉(zhuǎn)化，鞏固理論知識(shí)的重要作用。航空發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造與強(qiáng)度課程的第二個(gè)重要特點(diǎn)是多學(xué)科綜合的特點(diǎn)。實(shí)際的航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)是一個(gè)容納多學(xué)科的、相互滲透的、具體的統(tǒng)一體，一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)具體結(jié)構(gòu)的誕生是多學(xué)科綜合的結(jié)果。即使一個(gè)簡(jiǎn)單的葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都涉及到氣體動(dòng)力學(xué)、傳熱學(xué)、彈性力學(xué)、疲勞與斷裂力學(xué)、有限元分析方法等等。因此本課程的教材涉及的內(nèi)容多，知識(shí)面廣，幾乎包括了所學(xué)過(guò)的所有課程?？傮w上看顯得內(nèi)容繁雜，沒(méi)有系統(tǒng)性和規(guī)律性。這給學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來(lái)了困難。而在完成課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，學(xué)生需要綜合運(yùn)用《航空發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造》、《航空發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)度計(jì)算》等專業(yè)課程以及《彈性力學(xué)》、《有限元分析方法》、《機(jī)械制圖》等專業(yè)基礎(chǔ)課程的知識(shí)，需要查閱國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、材料手冊(cè)等相關(guān)資料。因此，航空發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造與強(qiáng)度課程設(shè)計(jì)作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造與強(qiáng)度課程的后續(xù)教學(xué)環(huán)節(jié)，起到了提高學(xué)生綜合運(yùn)用相關(guān)專業(yè)課程的能力、加深對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造的與強(qiáng)度認(rèn)識(shí)和理解的重要作用。綜上所述可知，課程設(shè)計(jì)作為大學(xué)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的組成部分，是實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐相結(jié)合的重要環(huán)節(jié)。而航空發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造與強(qiáng)度課程設(shè)計(jì)，由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造與強(qiáng)度課程的實(shí)踐性和多學(xué)科性的特點(diǎn)，其課程設(shè)計(jì)對(duì)于提高學(xué)生的綜合運(yùn)用學(xué)科的能力以及加深對(duì)課程的認(rèn)識(shí)和理解尤為重要。
二、工科相關(guān)課程設(shè)計(jì)的研究進(jìn)展
美國(guó)麻省理工學(xué)院提出了高等工科教育要“回歸工程實(shí)踐”的教育理念。在《中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于深化教育改革全面推進(jìn)素質(zhì)教育的決定》中，明確提出以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力為實(shí)施素質(zhì)教育的重點(diǎn)。清華大學(xué)老教授容文盛指出課程設(shè)計(jì)作為大學(xué)某一課程的綜合性教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)，它不僅僅是理論教學(xué)的輔助環(huán)節(jié)，而是全面培養(yǎng)學(xué)生必不可少的組成部分。因此，如何更好地開(kāi)展課程設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)高素質(zhì)人才的目標(biāo)成為各大高校教師積極探索和思考的問(wèn)題。西南交通大學(xué)的魯漢清教授提出要發(fā)揮課程設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和能力，在課程設(shè)計(jì)中要注意處理好以下幾個(gè)關(guān)系：
（1）人文素質(zhì)和工程素質(zhì)的關(guān)系。工程素質(zhì)是工科學(xué)生課程設(shè)計(jì)培養(yǎng)的主要目標(biāo)，魯教授提出工程素質(zhì)是與人文素質(zhì)不可分割的，借助課程設(shè)計(jì)，樹(shù)立起學(xué)生老實(shí)做人、嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的思想，為工程素質(zhì)的培養(yǎng)打下良好的基礎(chǔ)。
（2）知識(shí)、能力與素質(zhì)教育的關(guān)系。魯教授提出在課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中可以通過(guò)以下兩個(gè)途徑促進(jìn)學(xué)生的知識(shí)、能力與素質(zhì)教育的協(xié)調(diào)發(fā)展：第一，設(shè)計(jì)題目的設(shè)置向產(chǎn)品設(shè)計(jì)的方向靠攏，讓學(xué)生接受真實(shí)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的完整過(guò)程的訓(xùn)練和熏陶。第二，計(jì)算機(jī)模擬和實(shí)物講解相結(jié)合，計(jì)算機(jī)模擬的最大優(yōu)點(diǎn)是可以進(jìn)行設(shè)計(jì)結(jié)果的快速仿真分析，實(shí)物講解可以直觀地提供設(shè)計(jì)結(jié)果。課程設(shè)計(jì)可以充分利用這兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，從中培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手（計(jì)算機(jī)操作與實(shí)物組裝）能力。東南大學(xué)開(kāi)設(shè)的“數(shù)字系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)”作為東南大學(xué)開(kāi)放式、因材施教培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的成功范例其教學(xué)方式非常值得借鑒。首先通過(guò)具體案例講授相關(guān)知識(shí)、設(shè)計(jì)方法和項(xiàng)目實(shí)施管理的要求。隨后選題，要求學(xué)生自主構(gòu)思設(shè)計(jì)項(xiàng)目，激發(fā)學(xué)生的自主創(chuàng)新意識(shí)，教師通過(guò)2周的時(shí)間與學(xué)生交流確定課題項(xiàng)目。在項(xiàng)目的實(shí)施階段，老師通過(guò)多種形式答疑。在項(xiàng)目完成后，學(xué)生撰寫(xiě)項(xiàng)目設(shè)計(jì)總結(jié)包，針對(duì)課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目實(shí)踐過(guò)程中如選題背景意義、項(xiàng)目設(shè)計(jì)規(guī)劃、核心問(wèn)題分析、解決思路、理論計(jì)算仿真、得失分析展望等主要問(wèn)題對(duì)課題進(jìn)行總結(jié)。最終進(jìn)行驗(yàn)收答辯。整個(gè)過(guò)程，授課、研究、討論、設(shè)計(jì)和實(shí)踐緊密結(jié)合。除此以外，課程設(shè)計(jì)的綜合化和規(guī)范化也值得指導(dǎo)老師的注意。課程設(shè)計(jì)的目的是對(duì)學(xué)生進(jìn)行階段性知識(shí)從理論向?qū)嶋H應(yīng)用進(jìn)行訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)理論聯(lián)系實(shí)際、向?qū)嵺`能力轉(zhuǎn)化的初步訓(xùn)練，因此課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容應(yīng)具有一定的綜合性。同時(shí)為了保證課程設(shè)計(jì)的教學(xué)效果，應(yīng)當(dāng)明確課程設(shè)計(jì)具體任務(wù)，制定明確的課程設(shè)計(jì)教學(xué)大綱。課程設(shè)計(jì)題目及內(nèi)容的深度、廣度和難易度要適當(dāng)，注重理論聯(lián)系實(shí)際。
三、航空發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造與強(qiáng)度課程設(shè)計(jì)教改思考
首先，教改重點(diǎn)之一改革設(shè)計(jì)內(nèi)容，注重學(xué)生素質(zhì)培養(yǎng)。現(xiàn)有的兩種課程設(shè)計(jì)內(nèi)容各有弊端，以部件為對(duì)象開(kāi)展課程設(shè)計(jì)不足之一在于：工作量較大，學(xué)生難以保質(zhì)保量完成，導(dǎo)致最終敷衍了事；以零件為對(duì)象開(kāi)展課程設(shè)計(jì)不足之一在于：課程任務(wù)量較小，任務(wù)相似，而且不利于學(xué)生加深對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造的整體認(rèn)識(shí)和綜合知識(shí)運(yùn)用能力的提高。這兩種設(shè)計(jì)內(nèi)容共同的不足之處在于學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)造性的空間較小，不利于學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。擬采用分組的形式按部件給定課程設(shè)計(jì)任務(wù)。以航空發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子部件設(shè)計(jì)為目標(biāo)，高、低壓氣機(jī)及高、低壓渦輪組件進(jìn)行分組設(shè)計(jì)，按照小組的形式進(jìn)行課程設(shè)計(jì)。對(duì)于給定的部件，要求分工明確，即任務(wù)分析、資料查閱、設(shè)計(jì)、分析、繪圖、答辯、設(shè)計(jì)資料整理等工作由項(xiàng)目小組長(zhǎng)指定或抽簽確定，保證每個(gè)同學(xué)在項(xiàng)目的工作過(guò)程中從事不同的工作。其次，改革設(shè)計(jì)手段，加強(qiáng)計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，計(jì)算機(jī)CAD/CAM/CAE等工程設(shè)計(jì)軟件以及ANSYS、ABAQUS等有限元分析軟件已經(jīng)成為航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)人員不可或缺的設(shè)計(jì)工具，Excel、MATLAB和origin等數(shù)據(jù)處理和圖表繪制軟件也成為工程時(shí)必須掌握的工具軟件。在課程設(shè)計(jì)中鼓勵(lì)學(xué)生運(yùn)用各種工程軟件，使設(shè)計(jì)過(guò)程從二維的紙面躍入三維的空間，使學(xué)生更加深入理解設(shè)計(jì)的內(nèi)涵，增強(qiáng)學(xué)生的設(shè)計(jì)想象力，有利于克服學(xué)生空間想象力不足和缺乏工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的不足，對(duì)于提高學(xué)生積極性，加深學(xué)生對(duì)實(shí)體結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)具有重要的作用。此外，在課程設(shè)計(jì)中提供計(jì)算機(jī)應(yīng)用的實(shí)踐機(jī)會(huì)，使學(xué)生的計(jì)算機(jī)知識(shí)與專業(yè)知識(shí)相結(jié)合，有利于提高學(xué)生的綜合能力。第三個(gè)研究的重點(diǎn)在于編寫(xiě)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)。對(duì)于大多數(shù)的本科學(xué)生而言，初次面對(duì)工程性、實(shí)踐性較強(qiáng)的課程設(shè)計(jì)的題目，往往無(wú)從下手，因此制定課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)對(duì)于學(xué)生盡快進(jìn)入設(shè)計(jì)狀態(tài)，提高課程設(shè)計(jì)教學(xué)效果具有很大的作用。同時(shí)在指導(dǎo)書(shū)中明確課程設(shè)計(jì)的總結(jié)報(bào)告格式與要求、課程設(shè)計(jì)評(píng)定方式，同學(xué)們可以根據(jù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)明確課程設(shè)計(jì)的目的和要求，以提高課程設(shè)計(jì)的規(guī)范性。
作者：徐穎 單位：南京航空航天大學(xué)
