內(nèi)燃機設(shè)計課程教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法改革方案研究

劉宇+寇志海+牛玲+陳雷+馬洪安+曾文

摘要：本文指出內(nèi)燃機設(shè)計課在教材選擇及教學(xué)過程中存在的諸多問題，提出需在教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法兩方面進行深入改革，給出包括教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化與調(diào)整以及如何改進教學(xué)方法的若干具體建議。

關(guān)鍵詞：內(nèi)燃機設(shè)計；教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)方法；優(yōu)化與調(diào)整

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）52-0081-02

自1908年我國自制的第一臺內(nèi)燃機誕生以來，我國內(nèi)燃機已建立起比較完整的工業(yè)體系。但由于在高端技術(shù)上的差距，我國內(nèi)燃機工業(yè)仍缺乏國際競爭力[1]。內(nèi)燃機工業(yè)要加快突破技術(shù)瓶頸、提高品質(zhì)、提升國際競爭力，其首要任務(wù)是內(nèi)燃機專業(yè)人才的培養(yǎng)。我國各高等院校相關(guān)專業(yè)的畢業(yè)生是內(nèi)燃機專業(yè)人才的主要來源[2]。

對于高校發(fā)動機專業(yè)學(xué)生來說，“內(nèi)燃機原理”、“內(nèi)燃機構(gòu)造”和“內(nèi)燃機設(shè)計”是其主干專業(yè)課[3-5]。作為三門主干專業(yè)課之一，內(nèi)燃機設(shè)計是在熟練掌握內(nèi)燃機原理，以及充分認識內(nèi)燃機構(gòu)造之后，對內(nèi)燃機專業(yè)學(xué)生提出的更高要求。內(nèi)燃機設(shè)計代表了內(nèi)燃機行業(yè)發(fā)展的創(chuàng)新，內(nèi)燃機設(shè)計課程授課內(nèi)容和方式也應(yīng)緊扣時代發(fā)展要求，不斷革新[6]。

一、內(nèi)燃機設(shè)計課程教材的選擇及其存在的問題概述

內(nèi)燃機設(shè)計教材的選擇十分重要。目前，國內(nèi)內(nèi)燃機設(shè)計教材以機械工業(yè)出版社出版、袁兆成主編的《內(nèi)燃機設(shè)計》較為有名[7]。該教材結(jié)合了各種現(xiàn)代設(shè)計方法和應(yīng)用以及作者長期從事內(nèi)燃機設(shè)計研究的實際工作體會和經(jīng)驗，十分適用于內(nèi)燃機專業(yè)方向的本科生教學(xué)。但同時，該教材也存在著內(nèi)容偏多、難度較大等問題。另外，隨著國際國內(nèi)排放法規(guī)（歐標(biāo)和國標(biāo)）的日益嚴苛，為進一步降低污染物，內(nèi)燃機技術(shù)也在不斷更新，而教材內(nèi)容往往相對滯后。因此，為確保在相對有限的學(xué)時內(nèi)保質(zhì)保量完成授課內(nèi)容，同時保證授課內(nèi)容與時俱進，仍需在教材內(nèi)容選取及教學(xué)方法等方面做深入探討。

二、教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法改革實施措施

1.教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化和調(diào)整。內(nèi)燃機設(shè)計、內(nèi)燃機構(gòu)造與內(nèi)燃機原理存在知識點重復(fù)的現(xiàn)象。需對教學(xué)內(nèi)容進行優(yōu)化和調(diào)整，對重復(fù)內(nèi)容進行總結(jié)，解決內(nèi)燃機設(shè)計課內(nèi)容偏多、學(xué)時有限等問題。

近年來，隨著汽車工業(yè)飛速發(fā)展，內(nèi)燃機技術(shù)不斷更新，許多新結(jié)構(gòu)、新材料、新的加工制造方法得到了應(yīng)用。而教材對內(nèi)燃機新的設(shè)計理論和方法介紹較少。因此，對教學(xué)內(nèi)容進行優(yōu)化和調(diào)整時，可將新資料有選擇、適量地加入到教學(xué)內(nèi)容中。

發(fā)動機的設(shè)計離不開仿真軟件的應(yīng)用。為了節(jié)約成本、縮短設(shè)計周期，工程師往往先通過軟件對發(fā)動機零部件及工作過程進行仿真計算，從而獲得最佳性能參數(shù)。在教學(xué)內(nèi)容中適量引入設(shè)計軟件，能夠使學(xué)生更直觀了解發(fā)動機設(shè)計流程，起到事半功倍的作用。

2.教學(xué)方法的改進。（1）C語言編程在曲柄連桿受力分析中的應(yīng)用。以往教學(xué)發(fā)現(xiàn)，學(xué)生通常死記硬背計算公式，對知識點把握不牢。可將C語言編程融入教學(xué)中。通過布置大作業(yè)，讓學(xué)生用C語言編程計算氣體力、合成力、側(cè)向力、連桿力、切向力、徑向力、單缸轉(zhuǎn)矩和翻倒力矩等，并進一步繪制單缸發(fā)動機性能試驗示功圖，能夠加深學(xué)生對理論公式的理解。（2）將拆裝實習(xí)環(huán)節(jié)融入內(nèi)燃機平衡教學(xué)之中。內(nèi)燃機的平衡是內(nèi)燃機設(shè)計的重要內(nèi)容。與旋轉(zhuǎn)慣性力相比，往復(fù)慣性力平衡問題更為復(fù)雜，需要采用適當(dāng)?shù)钠胶鈾C構(gòu)。而學(xué)生在理解平衡機構(gòu)時，表現(xiàn)得非常迷茫。針對這一問題，可在教學(xué)中加入內(nèi)燃機拆裝環(huán)節(jié)，讓學(xué)生在實驗室中指出內(nèi)燃機所采取的平衡措施（包括平衡重和平衡軸等），能夠加深學(xué)生對平衡軸結(jié)構(gòu)以及分析平衡原理的理解。（3）ANSYS等仿真軟件在分析曲軸系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動中的應(yīng)用。發(fā)動機曲軸系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動分析一直是教學(xué)中的重點和難點。目前，學(xué)生僅限于理解扭轉(zhuǎn)振動的定義、現(xiàn)象、振動發(fā)生的原因。而由于難度較大，學(xué)生普遍放棄了扭轉(zhuǎn)振動計算這部分內(nèi)容，出現(xiàn)了教學(xué)中的死角。針對這一問題，可采用數(shù)值仿真軟件輔助完成教學(xué)任務(wù)。通過Ansys workbench和Adams軟件對曲軸軸系在不同轉(zhuǎn)速工況下進行強迫扭轉(zhuǎn)振動仿真分析，來提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

三、結(jié)束語

本文提出對內(nèi)燃機設(shè)計教學(xué)重點和難點進行優(yōu)化與調(diào)整，并通過調(diào)研先進發(fā)動機設(shè)計理論和設(shè)計方法，有選擇、適量地加入到教學(xué)內(nèi)容中，使內(nèi)燃機設(shè)計教學(xué)內(nèi)容能夠與時俱進。同時提出采用仿真計算軟件輔助完成教學(xué)任務(wù)構(gòu)想，使復(fù)雜抽象的問題變得更直觀更具體。為適應(yīng)高等院校內(nèi)燃機專業(yè)人才培養(yǎng)要求，為社會提供合格的內(nèi)燃機專業(yè)人才，“內(nèi)燃機設(shè)計”課程需要在以上教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法兩方面做系統(tǒng)深入改革。

參考文獻：

[1]蓋景川.內(nèi)燃機行業(yè)發(fā)展及展望[J].山東工業(yè)技術(shù)，2014，（09）：154-154.

[2]林在犁.我國內(nèi)燃機專業(yè)人才培養(yǎng)模式探索[J].內(nèi)燃機，2015，（3）：7-11.

[3]丁德全，馮建璋，王世震，等.內(nèi)燃機專業(yè)的改革與建設(shè)[J].承德石油高等專科學(xué)校學(xué)報，1997，（3）：21-22

[4]丁曉映，陸小明，劉長壽.內(nèi)燃機課程教學(xué)改革的實踐與建議[J].集美大學(xué)學(xué)報，2008，9（4）：89-92

[5]王曉云，羅丹.內(nèi)燃機課程教學(xué)的改革探索[J].中國電力教育，2008，（24）：45-46

[6]劉炳霞，蘇石川，于子冬，等.內(nèi)燃機設(shè)計課程教學(xué)改革的探索與實踐[J].價值工程，2014，（3）：204-205

[7]袁兆成.內(nèi)燃機設(shè)計[M].第2版.北京：機械工業(yè)出版社，2015.