航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與強度課程設(shè)計思考
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一、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(xué)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。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(xué)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(xué)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(xué)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(xué)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(xué)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(xué)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(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，知識面廣，幾乎包括了所學(xué)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(xué)生的學(xué)習(xí)帶來了困難。而在完成課程設(shè)計的過程中，學(xué)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(xué)》、《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(biāo)準(zhǔn)、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(xué)環(huán)節(jié)，起到了提高學(xué)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(xué)實踐教學(xué)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(xué)科性的特點，其課程設(shè)計對于提高學(xué)生的綜合運用學(xué)科的能力以及加深對課程的認識和理解尤為重要。
二、工科相關(guān)課程設(shè)計的研究進展
美國麻省理工學(xué)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(xué)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(xué)老教授容文盛指出課程設(shè)計作為大學(xué)某一課程的綜合性教學(xué)實踐環(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，如何更好地開展課程設(shè)計實現(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)計的優(yōu)勢提高學(xué)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(xué)生課程設(shè)計培養(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，樹立起學(xué)生老實做人、嚴(yán)謹治學(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、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(xué)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(xué)生接受真實產(chǎn)品設(shè)計的完整過程的訓(xùn)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(xué)生動手（計算機操作與實物組裝）能力。東南大學(xué)開設(shè)的“數(shù)字系統(tǒng)課程設(shè)計”作為東南大學(xué)開放式、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(xué)生自主構(gòu)思設(shè)計項目，激發(fā)學(xué)生的自主創(chuàng)新意識，教師通過2周的時間與學(xué)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(xué)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。除此以外，課程設(shè)計的綜合化和規(guī)范化也值得指導(dǎo)老師的注意。課程設(shè)計的目的是對學(xué)生進行階段性知識從理論向?qū)嶋H應(yīng)用進行訓(xùn)練，實現(xiàn)理論聯(lián)系實際、向?qū)嵺`能力轉(zhuǎn)化的初步訓(xùn)練，因此課程設(shè)計的內(nèi)容應(yīng)具有一定的綜合性。同時為了保證課程設(shè)計的教學(xué)效果，應(yīng)當(dāng)明確課程設(shè)計具體任務(wù)，制定明確的課程設(shè)計教學(xué)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(dāng)，注重理論聯(lián)系實際。
三、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(xué)生素質(zhì)培養(yǎng)。現(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(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(xué)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(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)計任務(wù)。以航空發(fā)動機的轉(zhuǎn)子部件設(shè)計為目標(biāo)，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(xué)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(yīng)用。隨著計算機科學(xué)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(xué)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(xué)生更加深入理解設(shè)計的內(nèi)涵，增強學(xué)生的設(shè)計想象力，有利于克服學(xué)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(xué)生積極性，加深學(xué)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(yīng)用的實踐機會，使學(xué)生的計算機知識與專業(yè)知識相結(jié)合，有利于提高學(xué)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(dǎo)書。對于大多數(shù)的本科學(xué)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(dǎo)書對于學(xué)生盡快進入設(shè)計狀態(tài)，提高課程設(shè)計教學(xué)效果具有很大的作用。同時在指導(dǎo)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(xué)們可以根據(jù)課程設(shè)計指導(dǎo)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。
作者：徐穎 單位：南京航空航天大學(xué)
