學(xué)術(shù)型“動(dòng)力機(jī)械強(qiáng)度與振動(dòng)”課程 教學(xué)改革與實(shí)踐

張建平 王明強(qiáng) 龔振

摘? ? 要：動(dòng)力機(jī)械及工程作為培養(yǎng)學(xué)術(shù)型機(jī)械人才的主要專業(yè)之一，為適應(yīng)社會(huì)發(fā)展和國家政策的要求，需要各高校加強(qiáng)對該專業(yè)課程的教學(xué)改革。文章結(jié)合上海電力學(xué)院自身的電力特色，基于動(dòng)力機(jī)械及工程專業(yè)，對“動(dòng)力機(jī)械強(qiáng)度與振動(dòng)”課程進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)模式方面的改革，同時(shí)優(yōu)化課程考核標(biāo)準(zhǔn)，使得課程更具有針對性與專業(yè)性，為高校動(dòng)力機(jī)械及工程專業(yè)課程教學(xué)質(zhì)量的提升提供思路和參考。

關(guān)鍵詞：動(dòng)力機(jī)械強(qiáng)度與振動(dòng);課程改革;專題教學(xué);產(chǎn)學(xué)研合作平臺(tái)

中圖分類號：G642.0? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? 文章編號：1002-4107（2019）03-0004-02

機(jī)械產(chǎn)業(yè)既是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，也是國家科技發(fā)展的重要基礎(chǔ)方向之一，“中國制造2025”計(jì)劃的提出標(biāo)志著機(jī)械類人才擔(dān)負(fù)著振興中國制造業(yè)的重任。動(dòng)力機(jī)械及工程作為高等院校培養(yǎng)學(xué)術(shù)型機(jī)械人才的主要專業(yè)之一，以國民生產(chǎn)過程中的各種動(dòng)力機(jī)械為研究對象，研究如何把燃料的化學(xué)能和流體動(dòng)能安全、高效、低污染地轉(zhuǎn)換成動(dòng)力的基本規(guī)律和過程，研究轉(zhuǎn)換過程中的系統(tǒng)和設(shè)備，以及與此相關(guān)的控制技術(shù)。它涉及能源、交通、電力、航空、農(nóng)業(yè)、環(huán)境等與國民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展及國防工業(yè)密切相關(guān)的領(lǐng)域。上海電力學(xué)院作為長三角地區(qū)唯一一所以“電力”命名、能源特色顯著的高校，始終堅(jiān)持“立足電力、立足應(yīng)用、立足一線”的辦學(xué)方針，在動(dòng)力機(jī)械及工程專業(yè)學(xué)術(shù)型人才的培養(yǎng)上著重偏向電力機(jī)械行業(yè)。

“動(dòng)力機(jī)械強(qiáng)度與振動(dòng)”作為上海電力學(xué)院動(dòng)力機(jī)械及工程專業(yè)學(xué)術(shù)型碩士研究生培養(yǎng)方案中的學(xué)位必修課程，主要講述動(dòng)力機(jī)械的力學(xué)基礎(chǔ)與振動(dòng)規(guī)律，機(jī)械的疲勞強(qiáng)度及其計(jì)算方法、可靠性及應(yīng)力分析等內(nèi)容，為上海電力學(xué)院培養(yǎng)高層次學(xué)術(shù)型專門人才打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，同時(shí)該課程也為該專業(yè)研究生后續(xù)系統(tǒng)地開展汽輪機(jī)、風(fēng)力機(jī)及其他動(dòng)力機(jī)械設(shè)備的力學(xué)行為分析等方向研究提供了基本思路與指導(dǎo)方法。

然而，現(xiàn)階段傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式已經(jīng)難以跟上時(shí)代節(jié)奏，純粹的書本上的面面俱到，泛而不精的理論教學(xué)不能適應(yīng)國家發(fā)展戰(zhàn)略新的需求，故以我國工業(yè)現(xiàn)狀以及未來能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢為背景，結(jié)合上海電力學(xué)院產(chǎn)學(xué)研平臺(tái)項(xiàng)目以及實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，從以下幾個(gè)方面介紹課程改革方案。

一、更新教學(xué)資源

上海電力學(xué)院“動(dòng)力機(jī)械強(qiáng)度與振動(dòng)”課程選用的課本是《動(dòng)力機(jī)械強(qiáng)度》，雖然基礎(chǔ)理論經(jīng)久不衰，但教材多年未更新，新興技術(shù)并未引進(jìn)教材，故單單使用這本教材遠(yuǎn)不能滿足學(xué)生對當(dāng)前科技迅速發(fā)展的知識需求。除此之外，課程還需要緊密結(jié)合國家發(fā)展戰(zhàn)略，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)緊密結(jié)合國家“十三五”規(guī)劃和“中國制造2025”等方針。所以，在多媒體教學(xué)演示過程中，我們以課本基本理論為基礎(chǔ)，引進(jìn)動(dòng)力機(jī)械強(qiáng)度與振動(dòng)分析方面的先進(jìn)技術(shù)，加以介紹。

同時(shí)，由于本課程關(guān)于物體運(yùn)動(dòng)形式和振動(dòng)分析的講授都需要借助模型或運(yùn)動(dòng)裝置， 采用傳統(tǒng)的實(shí)物模型或掛圖不但費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且與現(xiàn)代化教學(xué)手段不相適應(yīng)[1]，也不方便學(xué)生理解。因此，為豐富課堂教學(xué)內(nèi)容，提高教學(xué)效果，本課程設(shè)置專門動(dòng)畫庫，為學(xué)生講解課堂內(nèi)容。例如，講解海上漂浮式風(fēng)力機(jī)時(shí)，采用GIF動(dòng)畫介紹海洋環(huán)境下三種不同浮式基礎(chǔ)平臺(tái)的漂浮式風(fēng)力機(jī)的運(yùn)動(dòng)形式。GIF動(dòng)畫生動(dòng)形象地展示了不同平臺(tái)風(fēng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)形式以及它們之間的差異，使得學(xué)生更加容易理解知識的同時(shí)，也提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

二、增加專題教學(xué)模式

根據(jù)上海電力學(xué)院實(shí)際情況，參考學(xué)生的科研方向，本課程采用專題教學(xué)的模式，有利于學(xué)生對相關(guān)專題有更深刻的見解，同時(shí)可以提高學(xué)生對自身相關(guān)課題知識的求知欲，激發(fā)他們的創(chuàng)新思辨能力。以下分別介紹專題教學(xué)中的兩個(gè)專題。

（一）風(fēng)力機(jī)專題

以風(fēng)力機(jī)專題為例，首先，對風(fēng)力機(jī)整機(jī)及葉片的振動(dòng)規(guī)律及形式進(jìn)行理論介紹，利用書本中振動(dòng)的相關(guān)知識引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)復(fù)雜海風(fēng)工況下的振動(dòng)方程;其次，借助于上海電力學(xué)院風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生們對于該板塊學(xué)習(xí)的興趣;再次，利用ANSYS軟件，對于風(fēng)力機(jī)葉片進(jìn)行實(shí)體建模和網(wǎng)格剖分，并加載荷對其振動(dòng)進(jìn)行分析，生成在不同海風(fēng)工況下的位移、應(yīng)力云圖，分析風(fēng)力機(jī)葉片的響應(yīng)規(guī)律，可以使學(xué)生們形象直觀地看到葉片振動(dòng)規(guī)律;最后，結(jié)合理論分析，再對實(shí)驗(yàn)及軟件模擬進(jìn)行問題的討論、匯報(bào)與總結(jié)。

學(xué)生通過ANSYS Workbench軟件分析，可以得到葉片十階模態(tài)頻率和各階葉片揮舞振型。通過軟件操作向?qū)W生講解葉片振動(dòng)知識，比單純解釋公式更能激發(fā)學(xué)生興趣，也更容易講解葉片振型形式，同時(shí)促進(jìn)了學(xué)生學(xué)習(xí)軟件程序的熱情，可謂一舉多得。

（二）PM2.5除塵技術(shù)專題

近年來，隨著霧霾污染程度的加重以及人們環(huán)保意識的不斷提升，PM2.5受到越來越多的關(guān)注。我國電廠以燃煤方式為主，煙氣排放量巨大，若不對預(yù)排放的煙氣進(jìn)行處理，直接將其排放到空氣中，會(huì)對生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。因此，針對燃煤電廠，采用PM2.5除塵技術(shù)對減少PM2.5顆粒排放至關(guān)重要。同時(shí)上海電力學(xué)院強(qiáng)調(diào)電力特色，學(xué)生工作大多面向電廠，該專題的設(shè)置不僅擴(kuò)展了他們的知識面，也使得他們更全面地了解電廠大型設(shè)備，對未來的工作招聘也有極大的幫助。

在該專題教學(xué)過程中，通過Fluent軟件分析除塵器內(nèi)部氣相流場與顆粒運(yùn)動(dòng)規(guī)律，有助于學(xué)生了解除塵器內(nèi)部的工作原理以及流場運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律;同時(shí)，借助上海電力學(xué)院實(shí)驗(yàn)室配備的靜電除塵設(shè)備，可以讓學(xué)生們近距離、可視地了解靜電除塵器除塵原理以及內(nèi)部部件工作及機(jī)理。軟件學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)操作結(jié)合的方式，不僅提升了學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣，也極大地鍛煉了他們的實(shí)踐操作能力。

三、提供產(chǎn)學(xué)研合作平臺(tái)

學(xué)術(shù)型碩士研究生雖然在理論知識方面比較充足，但在實(shí)踐與應(yīng)用能力方面較為欠缺。由于學(xué)術(shù)型碩士具備學(xué)位證和學(xué)歷證雙證，社會(huì)對其認(rèn)可度相對較高。但大部分學(xué)術(shù)型碩士生空有理論，嚴(yán)重缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，又沒有相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，這在求職過程中往往成為致命的弱點(diǎn)，為企業(yè)所詬病[2]。為解決上述問題，上海電力學(xué)院結(jié)合自身辦學(xué)特色以及本專業(yè)的特點(diǎn)，長期堅(jiān)持與電力企業(yè)合作的“產(chǎn)學(xué)研”教育模式，與國家五大發(fā)電集團(tuán)、中廣核集團(tuán)公司等聯(lián)合培養(yǎng)人才。目前，上海電力學(xué)院已與上海市電力公司、上海電力股份有限公司分別建立了兩個(gè)“上海市研究生聯(lián)合培養(yǎng)基地”，五個(gè)研究生聯(lián)合培養(yǎng)單位。

四、優(yōu)化考核方式，公平公正

本課程為上海電力學(xué)院動(dòng)力機(jī)械及工程專業(yè)的學(xué)位必修課程，課程成績對于學(xué)生們來講是不可或缺的，同時(shí)，公平公正地綜合評價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)過程及結(jié)果也是相當(dāng)重要的。所以，對于該課程的考核，不能僅靠一張?jiān)嚲韥頉Q定最后的成績，本課程成績評定參照期末卷面成績結(jié)合上課環(huán)節(jié)，采用綜合測評的方式對學(xué)生學(xué)習(xí)成績進(jìn)行評定。期末卷面成績占綜合評分的50%，其中，卷面70%考核學(xué)生對于課程基礎(chǔ)知識的掌握情況，包括理論基礎(chǔ)及公式推導(dǎo)過程，30%考核案例分析，由于學(xué)生們研究方向的不同，案例分析采用選做題的方式，需要具體闡述分析。個(gè)人專題案例匯報(bào)占總評的30%，同時(shí)，對于專題案例，需要生成自己的綜述性文章，剩余20%則根據(jù)學(xué)生課堂表現(xiàn)以及在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)過程中的科研能力進(jìn)行綜合評定。經(jīng)實(shí)踐證明，該考核方式相比于以往的考試考核更具彈性，也更能反映學(xué)生真實(shí)的學(xué)習(xí)情況。

五、結(jié)語

基于當(dāng)今社會(huì)需求和國家政策，高校應(yīng)加強(qiáng)對學(xué)術(shù)型機(jī)械人才的培養(yǎng)。針對動(dòng)力機(jī)械及工程專業(yè)，結(jié)合上海電力學(xué)院電力特色，本文分別從更新教學(xué)資源、增加專題教學(xué)模式、提供產(chǎn)學(xué)研合作平臺(tái)以及優(yōu)化考核方式這四個(gè)方面，介紹了“動(dòng)力機(jī)械強(qiáng)度與振動(dòng)”課程教學(xué)改革與實(shí)踐，得出以下幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)。

1.課程應(yīng)緊跟國家發(fā)展戰(zhàn)略，介紹國家重點(diǎn)研發(fā)技術(shù)，及時(shí)做出更新，并建立動(dòng)畫庫，完善教學(xué)資源，方便課堂教學(xué)。

2.參考學(xué)生的科研方向，結(jié)合學(xué)校實(shí)驗(yàn)條件，采用專題教學(xué)的模式，經(jīng)實(shí)踐證明，這種方法有利于激發(fā)學(xué)生的求知欲和創(chuàng)新思辨能力。

3.結(jié)合產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目，利用碩士生培養(yǎng)基地鍛煉學(xué)生實(shí)踐操作能力。

4.采用綜合測評的方式對學(xué)生進(jìn)行考核，加入專題匯報(bào)和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)評定能更加真實(shí)地反映學(xué)生的綜合水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]高成慧，張海燕.機(jī)械類課程多媒體教學(xué)公共模型庫與動(dòng)? 畫庫的研制[J].機(jī)械管理開發(fā)，2008，（4）.

[2]王釗.學(xué)術(shù)型和專業(yè)型碩士不同培養(yǎng)模式的探究[J].太原?城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2015，（5）.