航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與強度課程設(shè)計教學改革的探索和思考

摘要：分析了課程設(shè)計在航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與強度課程教學過程中的作用，從工科相似課程設(shè)計的研究進展出發(fā)，提出了航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與強度課程設(shè)計教學改革的措施。

關(guān)鍵詞：課程設(shè)計;航空發(fā)動機;教學改革

中圖分類號：G642.1 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2015）18-0079-02

“實踐才是工科專業(yè)的根本”已成為國際高等工程教育界的共識。課程設(shè)計是大學實踐教學的重要組成部分，它在對學生進行素質(zhì)教育，培養(yǎng)學生動手能力、創(chuàng)造能力等綜合能力方面具有極其重要的作用。航空宇航科學與技術(shù)是江蘇省高校優(yōu)勢學科建設(shè)項目，航空宇航推進理論與工程專業(yè)是該學科的二級學科，在該學科中，航空發(fā)動機構(gòu)造與強度是其重要的專業(yè)必修課程。航空發(fā)動機構(gòu)造與強度是一個容納多學科的、相互滲透的、具體的統(tǒng)一體，實踐性是本課程最顯著的特點。航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與強度課程設(shè)計安排在航空發(fā)動機構(gòu)造、航空發(fā)動機強度以及下廠實習的環(huán)節(jié)之后，是《航空發(fā)動機構(gòu)造與強度》課程的一個重要實踐教學環(huán)節(jié)，其目的是進一步鞏固加深發(fā)動機結(jié)構(gòu)知識及有關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)，培養(yǎng)學生綜合處理實際工程問題的能力。本文主要針對飛行器動力工程專業(yè)的航空發(fā)動機構(gòu)造與強度課程設(shè)計開展教學改革的探討與研究。

一、課程設(shè)計的目的和作用

工科相關(guān)的課程設(shè)計目的可以歸納為：通過完成指導老師給定的任務(wù)，使學生學會融會貫通、綜合運用相關(guān)課程知識的能力;培養(yǎng)學生解決工程實際問題的能力、獲取知識與信息的能力。對于工科學生而言，課程設(shè)計尤為重要，是實現(xiàn)理論與實踐相結(jié)合的重要環(huán)節(jié)。課程設(shè)計需要學生從實際出發(fā)，圍繞某一設(shè)計題目，運用所學的知識，通過資料收集、調(diào)查研究、方案方法比較、設(shè)計計算、繪圖等一系列的程序，將理論知識與工程實踐相結(jié)合而完成的專業(yè)實踐活動。學生完成課程設(shè)計與平時完成的習題作業(yè)有所不同，涉及的知識面廣，解決方法和最終結(jié)論沒有固定模式。由此可以看出，課程設(shè)計有以下幾方面重要的作用：首先，在完成指導老師給定的任務(wù)的過程中，實現(xiàn)了鞏固理論知識、加深對理論認識的作用。其次，通過學生自主地、綜合地運用所學知識，完成給定的任務(wù)，對于充分發(fā)揮學生的創(chuàng)作力，鍛煉學生分析和解決問題的能力起著重要的作用。最后，課程設(shè)計是學生在校期間聯(lián)接有關(guān)課程與畢業(yè)設(shè)計，為學生走向工作崗位奠基的實踐環(huán)節(jié)。

二、航空發(fā)動機構(gòu)造與強度課程設(shè)計的作用

對于飛行器動力工程的學生，航空發(fā)動機構(gòu)造與強度的課程設(shè)計顯得尤為重要。課程設(shè)計的重要性主要體現(xiàn)在航空發(fā)動機構(gòu)造和強度課程的特點。實踐性是航空發(fā)動機構(gòu)造與強度課程最顯著的特點[1]。本課程研究的是實際發(fā)動機的結(jié)構(gòu)及其強度，從表面上看，內(nèi)容簡單、易懂，理論性、系統(tǒng)性不強。但是要學生自己分析，則往往無從下手，特別是碰到實際的結(jié)構(gòu)分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計更是束手無策。因此，通過課程設(shè)計這個教學環(huán)節(jié)，完成航空發(fā)動機某一結(jié)構(gòu)的設(shè)計，起到加深對課堂教學內(nèi)容的理解，實現(xiàn)理論向?qū)嵺`的轉(zhuǎn)化，鞏固理論知識的重要作用。

航空發(fā)動機構(gòu)造與強度課程的第二個重要特點是多學科綜合的特點。實際的航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)是一個容納多學科的、相互滲透的、具體的統(tǒng)一體，一個發(fā)動機具體結(jié)構(gòu)的誕生是多學科綜合的結(jié)果。即使一個簡單的葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計都涉及到氣體動力學、傳熱學、彈性力學、疲勞與斷裂力學、有限元分析方法等等。因此本課程的教材涉及的內(nèi)容多，知識面廣，幾乎包括了所學過的所有課程?？傮w上看顯得內(nèi)容繁雜，沒有系統(tǒng)性和規(guī)律性。這給學生的學習帶來了困難。而在完成課程設(shè)計的過程中，學生需要綜合運用《航空發(fā)動機構(gòu)造》、《航空發(fā)動機強度計算》等專業(yè)課程以及《彈性力學》、《有限元分析方法》、《機械制圖》等專業(yè)基礎(chǔ)課程的知識，需要查閱國家標準、材料手冊等相關(guān)資料。因此，航空發(fā)動機構(gòu)造與強度課程設(shè)計作為航空發(fā)動機構(gòu)造與強度課程的后續(xù)教學環(huán)節(jié)，起到了提高學生綜合運用相關(guān)專業(yè)課程的能力、加深對航空發(fā)動機構(gòu)造的與強度認識和理解的重要作用。

綜上所述可知，課程設(shè)計作為大學實踐教學環(huán)節(jié)的組成部分，是實現(xiàn)理論與實踐相結(jié)合的重要環(huán)節(jié)。而航空發(fā)動機構(gòu)造與強度課程設(shè)計，由于航空發(fā)動機構(gòu)造與強度課程的實踐性和多學科性的特點，其課程設(shè)計對于提高學生的綜合運用學科的能力以及加深對課程的認識和理解尤為重要。

三、工科相關(guān)課程設(shè)計的研究進展

美國麻省理工學院提出了高等工科教育要“回歸工程實踐”的教育理念。在《中共中央國務(wù)院關(guān)于深化教育改革全面推進素質(zhì)教育的決定》中，明確提出以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力為實施素質(zhì)教育的重點。清華大學老教授容文盛[2]指出課程設(shè)計作為大學某一課程的綜合性教學實踐環(huán)節(jié)，它不僅僅是理論教學的輔助環(huán)節(jié)，而是全面培養(yǎng)學生必不可少的組成部分。因此，如何更好地開展課程設(shè)計實現(xiàn)培養(yǎng)高素質(zhì)人才的目標成為各大高校教師積極探索和思考的問題。

西南交通大學的魯漢清[3]教授提出要發(fā)揮課程設(shè)計的優(yōu)勢提高學生的綜合素質(zhì)和能力，在課程設(shè)計中要注意處理好以下幾個關(guān)系：（1）人文素質(zhì)和工程素質(zhì)的關(guān)系。工程素質(zhì)是工科學生課程設(shè)計培養(yǎng)的主要目標，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，樹立起學生老實做人、嚴謹治學的思想，為工程素質(zhì)的培養(yǎng)打下良好的基礎(chǔ)。（2）知識、能力與素質(zhì)教育的關(guān)系。魯教授提出在課程設(shè)計的過程中可以通過以下兩個途徑促進學生的知識、能力與素質(zhì)教育的協(xié)調(diào)發(fā)展：第一，設(shè)計題目的設(shè)置向產(chǎn)品設(shè)計的方向靠攏，讓學生接受真實產(chǎn)品設(shè)計的完整過程的訓練和熏陶。第二，計算機模擬和實物講解相結(jié)合，計算機模擬的最大優(yōu)點是可以進行設(shè)計結(jié)果的快速仿真分析，實物講解可以直觀地提供設(shè)計結(jié)果。課程設(shè)計可以充分利用這兩種方法的優(yōu)點，從中培養(yǎng)學生動手（計算機操作與實物組裝）能力。東南大學開設(shè)的“數(shù)字系統(tǒng)課程設(shè)計”[4]作為東南大學開放式、因材施教培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維的成功范例其教學方式非常值得借鑒。首先通過具體案例講授相關(guān)知識、設(shè)計方法和項目實施管理的要求。隨后選題，要求學生自主構(gòu)思設(shè)計項目，激發(fā)學生的自主創(chuàng)新意識，教師通過2周的時間與學生交流確定課題項目。在項目的實施階段，老師通過多種形式答疑。在項目完成后，學生撰寫項目設(shè)計總結(jié)包，針對課程設(shè)計項目實踐過程中如選題背景意義、項目設(shè)計規(guī)劃、核心問題分析、解決思路、理論計算仿真、得失分析展望等主要問題對課題進行總結(jié)。最終進行驗收答辯。整個過程，授課、研究、討論、設(shè)計和實踐緊密結(jié)合。endprint

除此以外，課程設(shè)計的綜合化和規(guī)范化也值得指導老師的注意。課程設(shè)計的目的是對學生進行階段性知識從理論向?qū)嶋H應用進行訓練，實現(xiàn)理論聯(lián)系實際、向?qū)嵺`能力轉(zhuǎn)化的初步訓練，因此課程設(shè)計的內(nèi)容應具有一定的綜合性。同時為了保證課程設(shè)計的教學效果，應當明確課程設(shè)計具體任務(wù)，制定明確的課程設(shè)計教學大綱。課程設(shè)計題目及內(nèi)容的深度、廣度和難易度要適當，注重理論聯(lián)系實際。

四、航空發(fā)動機構(gòu)造與強度課程設(shè)計教改思考

首先，教改重點之一改革設(shè)計內(nèi)容，注重學生素質(zhì)培養(yǎng)?，F(xiàn)有的兩種課程設(shè)計內(nèi)容各有弊端，以部件為對象開展課程設(shè)計不足之一在于：工作量較大，學生難以保質(zhì)保量完成，導致最終敷衍了事;以零件為對象開展課程設(shè)計不足之一在于：課程任務(wù)量較小，任務(wù)相似，而且不利于學生加深對航空發(fā)動機構(gòu)造的整體認識和綜合知識運用能力的提高。這兩種設(shè)計內(nèi)容共同的不足之處在于學生發(fā)揮創(chuàng)造性的空間較小，不利于學生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。擬采用分組的形式按部件給定課程設(shè)計任務(wù)。以航空發(fā)動機的轉(zhuǎn)子部件設(shè)計為目標，高、低壓氣機及高、低壓渦輪組件進行分組設(shè)計，按照小組的形式進行課程設(shè)計。對于給定的部件，要求分工明確，即任務(wù)分析、資料查閱、設(shè)計、分析、繪圖、答辯、設(shè)計資料整理等工作由項目小組長指定或抽簽確定，保證每個同學在項目的工作過程中從事不同的工作。

其次，改革設(shè)計手段，加強計算機技術(shù)的應用。隨著計算機科學技術(shù)的迅猛發(fā)展，計算機CAD/CAM/CAE等工程設(shè)計軟件以及ANSYS、ABAQUS等有限元分析軟件已經(jīng)成為航空發(fā)動機設(shè)計人員不可或缺的設(shè)計工具，Excel、MATLAB和origin等數(shù)據(jù)處理和圖表繪制軟件也成為工程時必須掌握的工具軟件。在課程設(shè)計中鼓勵學生運用各種工程軟件，使設(shè)計過程從二維的紙面躍入三維的空間，使學生更加深入理解設(shè)計的內(nèi)涵，增強學生的設(shè)計想象力，有利于克服學生空間想象力不足和缺乏工程實踐經(jīng)驗的不足，對于提高學生積極性，加深學生對實體結(jié)構(gòu)的認識具有重要的作用。此外，在課程設(shè)計中提供計算機應用的實踐機會，使學生的計算機知識與專業(yè)知識相結(jié)合，有利于提高學生的綜合能力。

第三個研究的重點在于編寫課程設(shè)計指導書。對于大多數(shù)的本科學生而言，初次面對工程性、實踐性較強的課程設(shè)計的題目，往往無從下手，因此制定課程設(shè)計指導書對于學生盡快進入設(shè)計狀態(tài)，提高課程設(shè)計教學效果具有很大的作用。同時在指導書中明確課程設(shè)計的總結(jié)報告格式與要求、課程設(shè)計評定方式，同學們可以根據(jù)課程設(shè)計指導書明確課程設(shè)計的目的和要求，以提高課程設(shè)計的規(guī)范性。

參考文獻：

[1]徐穎.《發(fā)動機強度計算》教學方法的探討[J].高教論壇，2009，（8）：79-80

[2]容文盛，陸家欽.貫徹理論聯(lián)系實際的原則加強實踐教學[J].教育研究通訊（現(xiàn)：清華大學教育研究期刊），1984，（4）：50-54.

[3]魯漢清.從課程設(shè)計談學生綜合素質(zhì)與能力的培養(yǎng)[J].西南交通大學學報：社會科學版，2001，（2）：92-94.

[4]黃惠春，胡仁杰.“數(shù)字系統(tǒng)課程設(shè)計”精品課程建設(shè)[J].實驗室研究與探索，2011，（30）：143-145.endprint