專業(yè)型動(dòng)力機(jī)械強(qiáng)度與振動(dòng)課程教學(xué)模式的創(chuàng)新與實(shí)踐

◆張建平 李 斌 白云飛 王 帥

專業(yè)型動(dòng)力機(jī)械強(qiáng)度與振動(dòng)課程教學(xué)模式的創(chuàng)新與實(shí)踐

◆張建平 李 斌 白云飛 王 帥

隨著全日制專業(yè)型碩士研究生規(guī)模的不斷壯大，培養(yǎng)模式中存在的問(wèn)題也日益突出。為健全專業(yè)型碩士研究生培養(yǎng)機(jī)制，以動(dòng)力機(jī)械強(qiáng)度與振動(dòng)課程教學(xué)為例進(jìn)行探討，通過(guò)明確課程定位、引入科研實(shí)踐案例以及提供產(chǎn)學(xué)研合作平臺(tái)等手段，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新應(yīng)用能力。

動(dòng)力機(jī)械強(qiáng)度與振動(dòng)；專業(yè)型碩士研究生；課程教學(xué)；科研實(shí)踐案例；產(chǎn)學(xué)研合作平臺(tái)

“動(dòng)力機(jī)械強(qiáng)度與振動(dòng)”是上海電力學(xué)院 （下文簡(jiǎn)稱“我?！?動(dòng)力工程專業(yè)學(xué)位碩士研究生培養(yǎng)方案中的專業(yè)學(xué)位課程，不但涵蓋了本科階段的相關(guān)力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，而且側(cè)重于以動(dòng)力機(jī)械作為對(duì)象，介紹動(dòng)力機(jī)械振動(dòng)基本理論和模式、疲勞壽命預(yù)測(cè)、可靠性設(shè)計(jì)和有限元分析等內(nèi)容，為培養(yǎng)本學(xué)科研究生掌握動(dòng)力機(jī)械及工程方面的專業(yè)知識(shí)、培養(yǎng)從事動(dòng)力機(jī)械及工程設(shè)計(jì)、教學(xué)和科研的高級(jí)專業(yè)技術(shù)人才提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。目前在上海交通大學(xué)、上海理工大學(xué)、天津大學(xué)、西安交通大學(xué)、大連理工大學(xué)等高校已對(duì)研究生開(kāi)設(shè)了相關(guān)的課程，并結(jié)合了自己學(xué)校的特色。

隨著我國(guó)教育事業(yè)的快速發(fā)展，研究生的教育結(jié)構(gòu)也出現(xiàn)了顯著的變化，專業(yè)型碩士的比例不斷增加，使得研究生教育傳統(tǒng)模式的缺點(diǎn)越來(lái)越突出，如教學(xué)模式單一，難以引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，以至于極大地禁錮了學(xué)生的思維。其次，對(duì)于專業(yè)碩士的培養(yǎng)，往往是通過(guò)學(xué)術(shù)碩士培養(yǎng)模式的簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)移，理論講授偏多。此外，社會(huì)導(dǎo)師的引入和使用上的不足也直接導(dǎo)致了理論知識(shí)與實(shí)際的脫節(jié)，使得學(xué)生實(shí)踐能力不足，難以滿足社會(huì)的要求。

“產(chǎn)學(xué)研”聯(lián)合培養(yǎng)模式是以科研項(xiàng)目作為紐帶，以科研基地作為依托，多方合作、聯(lián)合科研、動(dòng)態(tài)管理的培養(yǎng)機(jī)制。不僅能使研究生通過(guò)產(chǎn)學(xué)研合作項(xiàng)目積極參與企業(yè)的技術(shù)改造以及引進(jìn)技術(shù)的消化吸收，將積累的知識(shí)和技術(shù)以科研與工程實(shí)例的方式融入課堂教學(xué)中，大大豐富和優(yōu)化了教學(xué)內(nèi)容。而且，在產(chǎn)學(xué)研合作項(xiàng)目的實(shí)施過(guò)程中，能充分調(diào)動(dòng)和激發(fā)研究生參與科學(xué)研究的積極性和創(chuàng)造性，極大地提高了他們的書(shū)本理論知識(shí)應(yīng)用能力，提升了創(chuàng)新能力以及服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展能力，在應(yīng)用型人才培養(yǎng)方面做出了自己的貢獻(xiàn)。

因此，為健全專業(yè)碩士剛性考核的培養(yǎng)機(jī)制，全方位培養(yǎng)符合社會(huì)需求的優(yōu)秀專業(yè)型研究生，提高課程教學(xué)質(zhì)量，首先通過(guò)結(jié)合培養(yǎng)目標(biāo)，明確課程定位，其次通過(guò)結(jié)合專題研究提升學(xué)生創(chuàng)新能力，最后借鑒歐美發(fā)達(dá)國(guó)家所普遍采用的“產(chǎn)學(xué)研”人才培養(yǎng)方法對(duì)“動(dòng)力機(jī)械強(qiáng)度與振動(dòng)”課程教學(xué)模式的轉(zhuǎn)型進(jìn)行探討。

一、結(jié)合培養(yǎng)目的，明確課程定位

結(jié)合學(xué)校突出的電力背景，動(dòng)力工程專業(yè)學(xué)位點(diǎn)主要面向動(dòng)力工程領(lǐng)域技術(shù)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用、技術(shù)攻關(guān)與改造、新技術(shù)的推廣應(yīng)用，緊密?chē)@電力清潔生產(chǎn)與能源高效利用、電力環(huán)境保護(hù)與污染物控制、發(fā)電設(shè)備故障診斷與可靠性分析等專業(yè)方向，培養(yǎng)基礎(chǔ)扎實(shí)、素質(zhì)全面、工程實(shí)踐能力強(qiáng)，并具有一定創(chuàng)新能力的應(yīng)用型、復(fù)合型高層次高級(jí)工程技術(shù)人才和工程管理人才。

“動(dòng)力機(jī)械強(qiáng)度與振動(dòng)”作為動(dòng)力工程專業(yè)型碩士的一門(mén)專業(yè)學(xué)位課，是該專業(yè)工程技術(shù)人員基本知識(shí)的重要組成部分，是連接基礎(chǔ)課和專業(yè)研究?jī)?nèi)容的橋梁。為迎合動(dòng)力工程專業(yè)碩士培養(yǎng)目的并結(jié)合校電力特色，本課程在介紹汽輪機(jī)、鍋爐、風(fēng)力機(jī)葉片等方面知識(shí)的基礎(chǔ)上，著重講解具有電力背景科研實(shí)踐案例，為研究生今后的科研打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

二、專題研究，提升專業(yè)碩士創(chuàng)新應(yīng)用能力

枯燥的理論知識(shí)不僅難以讓學(xué)生接受，而且模糊抽象的知識(shí)體系更是讓學(xué)生難以掌握，以至于大部分學(xué)生對(duì)課堂教學(xué)失去興趣，無(wú)法將所學(xué)到的知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際研究中。因此，一方面基于專業(yè)型研究生創(chuàng)新能力薄弱，理論與實(shí)踐脫節(jié)的問(wèn)題，另一方面為提高研究生對(duì)知識(shí)的消化和運(yùn)用能力，對(duì)“動(dòng)力機(jī)械強(qiáng)度與振動(dòng)”教學(xué)模式進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)專題案例教學(xué)，引入工程實(shí)踐中的案例，采用現(xiàn)代多媒體教學(xué)模式，形象具體地展示科研案例的處理過(guò)程，可以讓學(xué)生通過(guò)有趣的案例情境來(lái)系統(tǒng)地分析、歸納、思考，從而消化和鞏固理論知識(shí)。

為此，結(jié)合“動(dòng)力機(jī)械強(qiáng)度與振動(dòng)”課程特點(diǎn)和學(xué)校辦學(xué)特點(diǎn)，引入真空熒光顯示器 （Vacuum Fluorescent Display,VFD)壽命可靠度研究和風(fēng)力機(jī)葉片流固耦合振動(dòng)特性研究?jī)蓚€(gè)科研實(shí)踐案例，將課程所涉及的動(dòng)力機(jī)械設(shè)備可靠性檢驗(yàn)和設(shè)計(jì)、力學(xué)性能以及振動(dòng)特性等原理生動(dòng)地展現(xiàn)出來(lái)，并以小組協(xié)作，分組討論和展示的方式引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考，提高學(xué)生對(duì)知識(shí)的轉(zhuǎn)換能力以及解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

1.VFD壽命可靠性研究

可靠性問(wèn)題最初在航空技術(shù)領(lǐng)域和電子技術(shù)領(lǐng)域提出，后逐步發(fā)展到機(jī)械領(lǐng)域，它的理論基礎(chǔ)是概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)。可靠性研究目的在于提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高經(jīng)濟(jì)效益以及產(chǎn)品的技術(shù)水平和科學(xué)研究水平。衡量可靠性的標(biāo)準(zhǔn)有概率指標(biāo)和壽命指標(biāo)。本課程通過(guò)引入VFD壽命可靠性研究的案例，介紹和分析了數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法應(yīng)用于實(shí)際問(wèn)題的途徑，使學(xué)生易于接受和理解研究機(jī)械設(shè)備可靠性的理論方法并培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際應(yīng)用能力。

平板顯示已經(jīng)成為未來(lái)電視的主流是大勢(shì)所趨，其中，VFD是一種自發(fā)光的從真空電子管發(fā)展而來(lái)的平板顯示器件，具有高亮度、高對(duì)比度、顯示清晰、可靠性高以及壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。隨著VFD的普及，對(duì)其安全可靠性的研究愈發(fā)重要。圖1展示的是通過(guò)數(shù)理統(tǒng)計(jì)中的威布爾函數(shù)和極大似然法對(duì)VFD偽失效時(shí)間進(jìn)行概率統(tǒng)計(jì)的結(jié)果，以及基于置信區(qū)間方法對(duì)偽失效時(shí)間統(tǒng)計(jì)的可靠度檢驗(yàn)。這一案例向?qū)W生充分展示了經(jīng)典理論知識(shí)與實(shí)際問(wèn)題的結(jié)合方式，圖文并茂的多媒體教學(xué)方式，給枯燥的理論知識(shí)注入了新的活力，這無(wú)疑能極大地引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)他們的創(chuàng)新能力。

圖1 威布爾分布下VFD的可靠度曲線

2.風(fēng)力機(jī)葉片流固耦合振動(dòng)特性研究

振動(dòng)往往對(duì)動(dòng)力機(jī)械設(shè)備的危害較大，如破壞結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的正常工作條件、影響設(shè)備精度以及引起結(jié)構(gòu)噪聲等。尤其是當(dāng)引起共振時(shí)，其后果就更為嚴(yán)重。因此，在動(dòng)力機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)中將設(shè)備的振動(dòng)性能作為一個(gè)設(shè)計(jì)目標(biāo)具有十分重要的意義。

隨著新能源發(fā)電的不斷發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電已成為目前全球增長(zhǎng)最快速，最具發(fā)展前景的發(fā)電方式之一。風(fēng)力機(jī)組大型化尤其是海上大型機(jī)組一直是技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，但海上復(fù)雜的環(huán)境使得海上風(fēng)力機(jī)葉片力學(xué)性能和振動(dòng)特性的研究非常困難。在課堂上，通過(guò)煩瑣的數(shù)學(xué)方程的推導(dǎo)以及矩陣的換算進(jìn)行講解通常收效甚微，讓本該活躍的課堂失去了自身的魅力，也逐漸抹殺了學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)的興趣。相反，通過(guò)實(shí)踐案例的方式，結(jié)合相關(guān)仿真分析軟件，將抽象的數(shù)學(xué)模型可視化，以更加接近實(shí)際情況的模型來(lái)研究和分析問(wèn)題能極大地激發(fā)學(xué)生的熱情，引導(dǎo)學(xué)生深入思考，獲得更好的教學(xué)效果。通過(guò)圖2可知，采用ANSYS Workbench仿真分析軟件將復(fù)雜的結(jié)構(gòu)域與流體域方程轉(zhuǎn)化為實(shí)體三維模型，更能直觀地理解風(fēng)力機(jī)葉片所受流固耦合的情況，其與枯燥的文字描述相比更加油說(shuō)服力，更能為學(xué)生所接受。

圖2 外流場(chǎng)及內(nèi)流場(chǎng)三維模型

三、提供產(chǎn)學(xué)研合作平臺(tái)，培養(yǎng)研究生實(shí)踐能力

實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。為提高研究生的創(chuàng)新能力以及迎合社會(huì)企業(yè)對(duì)專業(yè)型碩士的要求，提供產(chǎn)學(xué)研合作項(xiàng)目，將擁有豐富教學(xué)資源的高等院校、以生產(chǎn)實(shí)踐為主的企業(yè)以及有豐厚研究經(jīng)驗(yàn)的科研單元有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，提供以“生產(chǎn)—建設(shè)—服務(wù)”為第一線的實(shí)踐，集合各方優(yōu)勢(shì)提高研究生的創(chuàng)新應(yīng)用能力。此外，通過(guò)產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目的合作，還能加快企業(yè)核心技術(shù)的創(chuàng)新和學(xué)校資源的積累與建設(shè)。

產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目聯(lián)合培養(yǎng)的成果在學(xué)校動(dòng)力機(jī)械及工程專業(yè)已取得了較好的效果。結(jié)合學(xué)校教學(xué)背景和本專業(yè)特點(diǎn)，已擁有多個(gè)社會(huì)企業(yè)提供的實(shí)踐平臺(tái)。自本專業(yè)引入產(chǎn)學(xué)研合作項(xiàng)目以來(lái)，已經(jīng)順利畢業(yè)了碩士研究生50余名，獲得用人單位的認(rèn)可，部分已成為所在單位的技術(shù)活教學(xué)骨干，期間已發(fā)表多篇高水平SCI文章，獲得多項(xiàng)國(guó)家授權(quán)專利。一方面提高了研究生實(shí)踐和創(chuàng)新能力，另一方面極大地推動(dòng)了動(dòng)力機(jī)械及工程專業(yè)的發(fā)展。此外，與多家企業(yè)完成了多項(xiàng)合作項(xiàng)目，極大地推動(dòng)了企業(yè)核心技術(shù)的研發(fā)進(jìn)度，為企業(yè)帶來(lái)了經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

由此可見(jiàn)，通過(guò)產(chǎn)學(xué)研合作平臺(tái)的建設(shè)，形成了企業(yè)、高等院校和科研機(jī)構(gòu)聯(lián)系的紐帶，不僅一定程度上完善了我校研究生尤其是專業(yè)型研究生的培養(yǎng)機(jī)制，以用人企業(yè)要求培養(yǎng)了許多實(shí)用型優(yōu)秀人才，大幅度降低企業(yè)對(duì)“新人”再次培訓(xùn)花費(fèi)的資源，而且，可實(shí)現(xiàn)參與者的多方獲利，推動(dòng)研究生教育事業(yè)的發(fā)展。

四、結(jié)語(yǔ)

專業(yè)型碩士人才的培養(yǎng)方案應(yīng)以社會(huì)需求為導(dǎo)向，通過(guò)制度創(chuàng)新、教學(xué)模式創(chuàng)新，達(dá)到提高專業(yè)型研究生培養(yǎng)質(zhì)量的目的，為專業(yè)型碩士研究生創(chuàng)新教育營(yíng)造一個(gè)激發(fā)式的環(huán)境和立體的支撐。通過(guò)教學(xué)實(shí)踐，得出以下幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)：

1.在建立課程教學(xué)體系時(shí)，巧妙地結(jié)合高校教學(xué)特色，能最大限度地利用高校現(xiàn)有的教學(xué)資源，有效地推動(dòng)課程的建設(shè)。此外，明確課程定位并結(jié)合本專業(yè)培養(yǎng)目的，使得專業(yè)型碩士研究生的專業(yè)性更強(qiáng)。

2.結(jié)合課程內(nèi)容，通過(guò)引入與實(shí)際技術(shù)問(wèn)題息息相關(guān)的科研實(shí)踐案例，不僅能使學(xué)生更容易接受課堂上所講授的理論知識(shí)，而且通過(guò)與實(shí)踐的聯(lián)系，極大地提高了他們的實(shí)際應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。

3.為迎合社會(huì)對(duì)實(shí)用型人才的需求，基于高等院校、科研機(jī)構(gòu)以及社會(huì)企業(yè)的綜合平臺(tái)，提供與專業(yè)相關(guān)的產(chǎn)學(xué)研合作平臺(tái)，豐富學(xué)生的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在實(shí)踐過(guò)程中能根據(jù)需要選擇性地補(bǔ)充和加強(qiáng)自身的知識(shí)體系和結(jié)構(gòu)，與社會(huì)需求相結(jié)合。

[1]聞曉波，冉旭華,朱戰(zhàn)波,等.基于產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合的獸醫(yī)專業(yè)碩士人才培養(yǎng)模式研究[J].畜牧與飼料科學(xué),2015,36,(5)：98-100.

[2]張建平,韓熠,徐達(dá)成,等.動(dòng)力機(jī)械強(qiáng)度與振動(dòng)課程教學(xué)模式的研究和實(shí)踐[J].新課程研究,2014,(8)：106-109.

[3]王明武.動(dòng)力機(jī)械強(qiáng)度[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社,1990.

[4]岳學(xué)軍,燕英偉,全東平,等.產(chǎn)學(xué)研模式下提高專業(yè)碩士研究生創(chuàng)新能力的研究[J].湖南科技學(xué)院學(xué)報(bào),2014,35,(5).

（編輯：郝 嬋）

本文系國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“磁場(chǎng)環(huán)境下靜電除塵器中PM2.5捕集的多場(chǎng)耦合機(jī)理與PIV實(shí)驗(yàn)研究”(編號(hào)：11572187)、上海市教育委員會(huì)科研創(chuàng)新項(xiàng)目“磁場(chǎng)和擴(kuò)散荷電對(duì)ESP中PM2.5捕集效率影響的機(jī)理研究”(編號(hào)：14ZZ154)、上海電力學(xué)院2015年度研究生課程建設(shè)項(xiàng)目“動(dòng)力機(jī)械強(qiáng)度與振動(dòng)”(編號(hào)：YKJ-2015004)的研究成果。

張建平，男，博士后，上海電力學(xué)院能源與機(jī)械工程學(xué)院教授。研究方向：新能源裝置中關(guān)鍵部件的力學(xué)行為分析、儲(chǔ)能技術(shù)、電磁除塵技術(shù)、機(jī)電產(chǎn)品壽命預(yù)測(cè)與可靠性分析、復(fù)合材料性能預(yù)測(cè)與優(yōu)化設(shè)計(jì)；李斌，男，上海電力學(xué)院能源與機(jī)械工程學(xué)院碩士研究生。研究方向：新能源復(fù)合材料性能預(yù)測(cè)與優(yōu)化設(shè)計(jì)；白云飛，男，上海電力學(xué)院能源與機(jī)械工程學(xué)院碩士研究生。研究方向：電磁除塵技術(shù)；王帥，男，上海電力學(xué)院能源與機(jī)械工程學(xué)院碩士研究生。研究方向：電磁除塵技術(shù)。

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A

1671-0568（2015）35-0057-03