能源類專業動力機械強度學課程內容的改革與實踐

李微++陳薦++何建軍++張志剛+李聰+李傳常

摘要：《動力機械強度學》課程是能源類專業的主干專業學位課程之一，存在課程教材內容相對落后，教學模式以“滿堂灌”的純理論講述為主，難以充分激發學生興趣等突出問題。基于此，本文在緊扣高校自身特點以及能動學院背景的基礎上優化整合具有能源特色的《動力機械強度學》課程內容，建立系統的《動力機械強度學》課程教學內容，旨在培養學生綜合運用理論知識分析以及解決實際工程問題的方法與能力，提高高校本科生創新能力與科研能力。

關鍵詞：動力機械強度學；教學內容；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）37-0110-02

長沙理工大學的《動力機械強度學》課程是一門既面向本科生的專業限選課程又面向研究生的專業基礎課，其課程定位是“工程性”、“應用性”以及“科研性”。現有的《動力機械強度學》教材內容往往公式推導繁多，名詞概念比較晦澀難懂，實例較少，教學內容與工程實際以及前沿學科發展脫節，學生通過課程學習很難將理論基礎知識應用到工程問題上，學習目標不明確[1-5]。由于動力機械強度學是機械專業、力學專業與能源專業的結合，同時也是一門實用性和應用性很強的課程，該課程有很強的院校專業背景，因此，建設具有能源特色理論與工程實際緊密結合的動力機械強度課程對于能源類人才的培養、提高人才競爭力具有很重要的意義。

一、立足高校背景，構建具有能源特色的動力機械強度學課程教學內容

目前，長沙理工大學能動學院的動力機械強度學課程選用的教材是《現代機械強度理論》，它包含三大模塊，分別是動力機械強度的基本分析方法，如實際模型的簡化分析方法，動、靜態應力的來源分析等；疲勞強度校核與壽命分析以及疲勞設計。該教材內容主要著重于力學公式推導，教材中長篇文字說明和公式使得學生學習產生畏難的心理，激發不起學習興趣，繼而導致學生主觀上厭惡這門課程。

基于此，擬自編教材，結合我院電力背景，在教學內容上結合工程實際，著重講述鍋爐、汽輪機、風力機葉片方面的在服役壽命以及影響動力機械運行的狀態及其使用壽命的因素，旨在將強度學基礎理論應用于工程實際中的計算與分析中，讓學生有針對性地進行學習。此外，考慮到我校在交通和土木上具有較強的工程應用背景，在教學內容上也可將強度理論知識與土木、橋梁以及汽車等工程實例結合起來，進行案例式教學。同時，在整個教學過程中，穿插航空領域中疲勞失效導致的飛機空難的視頻，讓學生更加直觀和系統地對這門課程有所了解。通過案例式教學以及相關視頻的播放，發現90%以上的同學對于這門課程有了很多的期待和興趣。因此，教學中結合高校自身的特點，選擇性教學，在教學內容上弱化力學方面的基礎理論知識，簡化公式推導；重點突出強度準則、屈服準則、以及斷裂理論在工程實際中的應用，特別是疲勞斷裂理論在能源動力系統中的工程問題和科研攻關項目的應用，其教學效率會大大提高。

二、采用有限元軟件動畫演示，直觀講解理論知識，建立素材庫，完善教學內容

動力機械強度學的知識專業性和理論性強，公式遞推過程較為煩瑣，傳統的課程板書教學方式，學生只能一味地被動接受，照抄式地進行學習，不能激發學生學習興趣，課題組自行編制多媒體教學教案，知識點講述層層嵌套，集聲音、動畫效果、圖片等于一體，可大大提高學生對知識的興趣，增強教學的生動性。同時，動力機械強度課程中許多疲勞斷裂規律以及力學分析等知識點，本身是空洞而又抽象的。通過對數學模型以及文字概念進行簡單的描述，難以建立學生的感性認知。通過有限元軟件，對需要分析的模型進行建模，并加載荷進行求解，建立動畫播放視頻以及相應素材庫，可以直觀生動地向學生展示知識點以及變化情況，完善教學內容，緩解因諸如實驗室設備缺乏此類不足所帶來的問題，且教育成本大幅降低。

三、緊跟學科前沿發展，將知識點緊密結合科研項目的研究成果，實現理論教學與實際工程和科研項目結合的教學內容改革

目前，大部分高校還是普遍沿襲了上世紀90年代甚至80年代所采用的教材。雖然幾十年來基本理論的內容并沒有大幅度的變化，但是動力機械學科的研究成果已經廣泛運用于各個領域。在經典理論知識傳授的過程中，牢牢抓住學科的前沿方向，將知識點與科研項目的研究成果緊密結合，開展拓展式學習，讓學生將所學知識更好地糅合和貫通，激發學生學習動力機械強度學的潛力和興趣，幫助學生更好地掌握理論知識。

動力機械運行過程中，既涉及主要結構部件及其相應材料的應力分析計算，又與實際工作環境下的應力分析與計算有關，還涉及影響動力機械運行的狀態及其使用壽命的安全因素。因此通過案例分析，使得各章節之間的聯系更加緊密，知識層次上更具邏輯，知識網絡更加完善。比如，在講解動力機械壽命預測及其可靠性計算方法的時候，結合電力背景，講述以超超臨界鍋爐運行條件下的熱管為研究對象，對其進行壽命預測的專題報告，對最小二乘法和正態分布進行實際演示計算。在教學實踐過程中，設計燃氣輪機軸承與機械強度可靠性、風力機葉片、鍋爐受壓元件與疲勞強度等專題案例。以開展專題案例的教學形式，可以淋漓盡致地展現所學內容的最新研究進展，緊靠科學發展前沿，從而使學生所學的專業知識與國際、實際應用接軌。

四、結語

多年的教學實踐表明，結合我校自身的特點，優化教學內容，在教學內容上弱化力學方面的基礎理論知識，簡化公式推導；重點突出理論在工程實際中的應用；采用有限元軟件模擬動力機械零構件受力情況，建立動畫演示，豐富課程的素材庫；緊跟學科前沿發展，將知識點緊密結合科研項目的研究成果，開展拓展式教學，才能激發學生學習動力機械強度學的潛力和興趣，幫助學生更好地掌握理論知識。

參考文獻：

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