學術型“動力機械強度與振動”課程 教學改革與實踐

張建平 王明強 龔振

摘? ? 要：動力機械及工程作為培養學術型機械人才的主要專業之一，為適應社會發展和國家政策的要求，需要各高校加強對該專業課程的教學改革。文章結合上海電力學院自身的電力特色，基于動力機械及工程專業，對“動力機械強度與振動”課程進行教學內容與教學模式方面的改革，同時優化課程考核標準，使得課程更具有針對性與專業性，為高校動力機械及工程專業課程教學質量的提升提供思路和參考。

關鍵詞：動力機械強度與振動;課程改革;專題教學;產學研合作平臺

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

機械產業既是國民經濟的基礎產業，也是國家科技發展的重要基礎方向之一，“中國制造2025”計劃的提出標志著機械類人才擔負著振興中國制造業的重任。動力機械及工程作為高等院校培養學術型機械人才的主要專業之一，以國民生產過程中的各種動力機械為研究對象，研究如何把燃料的化學能和流體動能安全、高效、低污染地轉換成動力的基本規律和過程，研究轉換過程中的系統和設備，以及與此相關的控制技術。它涉及能源、交通、電力、航空、農業、環境等與國民經濟、社會發展及國防工業密切相關的領域。上海電力學院作為長三角地區唯一一所以“電力”命名、能源特色顯著的高校，始終堅持“立足電力、立足應用、立足一線”的辦學方針，在動力機械及工程專業學術型人才的培養上著重偏向電力機械行業。

“動力機械強度與振動”作為上海電力學院動力機械及工程專業學術型碩士研究生培養方案中的學位必修課程，主要講述動力機械的力學基礎與振動規律，機械的疲勞強度及其計算方法、可靠性及應力分析等內容，為上海電力學院培養高層次學術型專門人才打下堅實的理論基礎，同時該課程也為該專業研究生后續系統地開展汽輪機、風力機及其他動力機械設備的力學行為分析等方向研究提供了基本思路與指導方法。

然而，現階段傳統的教學內容和教學模式已經難以跟上時代節奏，純粹的書本上的面面俱到，泛而不精的理論教學不能適應國家發展戰略新的需求，故以我國工業現狀以及未來能源產業的發展趨勢為背景，結合上海電力學院產學研平臺項目以及實驗平臺，從以下幾個方面介紹課程改革方案。

一、更新教學資源

上海電力學院“動力機械強度與振動”課程選用的課本是《動力機械強度》，雖然基礎理論經久不衰，但教材多年未更新，新興技術并未引進教材，故單單使用這本教材遠不能滿足學生對當前科技迅速發展的知識需求。除此之外，課程還需要緊密結合國家發展戰略，教學內容應緊密結合國家“十三五”規劃和“中國制造2025”等方針。所以，在多媒體教學演示過程中，我們以課本基本理論為基礎，引進動力機械強度與振動分析方面的先進技術，加以介紹。

同時，由于本課程關于物體運動形式和振動分析的講授都需要借助模型或運動裝置， 采用傳統的實物模型或掛圖不但費時費力，而且與現代化教學手段不相適應[1]，也不方便學生理解。因此，為豐富課堂教學內容，提高教學效果，本課程設置專門動畫庫，為學生講解課堂內容。例如，講解海上漂浮式風力機時，采用GIF動畫介紹海洋環境下三種不同浮式基礎平臺的漂浮式風力機的運動形式。GIF動畫生動形象地展示了不同平臺風機的運動形式以及它們之間的差異，使得學生更加容易理解知識的同時，也提升了學生的學習興趣。

二、增加專題教學模式

根據上海電力學院實際情況，參考學生的科研方向，本課程采用專題教學的模式，有利于學生對相關專題有更深刻的見解，同時可以提高學生對自身相關課題知識的求知欲，激發他們的創新思辨能力。以下分別介紹專題教學中的兩個專題。

（一）風力機專題

以風力機專題為例，首先，對風力機整機及葉片的振動規律及形式進行理論介紹，利用書本中振動的相關知識引導學生推導復雜海風工況下的振動方程;其次，借助于上海電力學院風洞實驗室，進行模擬實驗，激發學生們對于該板塊學習的興趣;再次，利用ANSYS軟件，對于風力機葉片進行實體建模和網格剖分，并加載荷對其振動進行分析，生成在不同海風工況下的位移、應力云圖，分析風力機葉片的響應規律，可以使學生們形象直觀地看到葉片振動規律;最后，結合理論分析，再對實驗及軟件模擬進行問題的討論、匯報與總結。

學生通過ANSYS Workbench軟件分析，可以得到葉片十階模態頻率和各階葉片揮舞振型。通過軟件操作向學生講解葉片振動知識，比單純解釋公式更能激發學生興趣，也更容易講解葉片振型形式，同時促進了學生學習軟件程序的熱情，可謂一舉多得。

（二）PM2.5除塵技術專題

近年來，隨著霧霾污染程度的加重以及人們環保意識的不斷提升，PM2.5受到越來越多的關注。我國電廠以燃煤方式為主，煙氣排放量巨大，若不對預排放的煙氣進行處理，直接將其排放到空氣中，會對生態環境造成嚴重污染。因此，針對燃煤電廠，采用PM2.5除塵技術對減少PM2.5顆粒排放至關重要。同時上海電力學院強調電力特色，學生工作大多面向電廠，該專題的設置不僅擴展了他們的知識面，也使得他們更全面地了解電廠大型設備，對未來的工作招聘也有極大的幫助。

在該專題教學過程中，通過Fluent軟件分析除塵器內部氣相流場與顆粒運動規律，有助于學生了解除塵器內部的工作原理以及流場運動變化規律;同時，借助上海電力學院實驗室配備的靜電除塵設備，可以讓學生們近距離、可視地了解靜電除塵器除塵原理以及內部部件工作及機理。軟件學習和實驗操作結合的方式，不僅提升了學生們的學習興趣，也極大地鍛煉了他們的實踐操作能力。

三、提供產學研合作平臺

學術型碩士研究生雖然在理論知識方面比較充足，但在實踐與應用能力方面較為欠缺。由于學術型碩士具備學位證和學歷證雙證，社會對其認可度相對較高。但大部分學術型碩士生空有理論，嚴重缺乏實踐經驗，又沒有相關工作經驗，這在求職過程中往往成為致命的弱點，為企業所詬病[2]。為解決上述問題，上海電力學院結合自身辦學特色以及本專業的特點，長期堅持與電力企業合作的“產學研”教育模式，與國家五大發電集團、中廣核集團公司等聯合培養人才。目前，上海電力學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“上海市研究生聯合培養基地”，五個研究生聯合培養單位。

四、優化考核方式，公平公正

本課程為上海電力學院動力機械及工程專業的學位必修課程，課程成績對于學生們來講是不可或缺的，同時，公平公正地綜合評價學生的學習過程及結果也是相當重要的。所以，對于該課程的考核，不能僅靠一張試卷來決定最后的成績，本課程成績評定參照期末卷面成績結合上課環節，采用綜合測評的方式對學生學習成績進行評定。期末卷面成績占綜合評分的50%，其中，卷面70%考核學生對于課程基礎知識的掌握情況，包括理論基礎及公式推導過程，30%考核案例分析，由于學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。個人專題案例匯報占總評的30%，同時，對于專題案例，需要生成自己的綜述性文章，剩余20%則根據學生課堂表現以及在實驗環節過程中的科研能力進行綜合評定。經實踐證明，該考核方式相比于以往的考試考核更具彈性，也更能反映學生真實的學習情況。

五、結語

基于當今社會需求和國家政策，高校應加強對學術型機械人才的培養。針對動力機械及工程專業，結合上海電力學院電力特色，本文分別從更新教學資源、增加專題教學模式、提供產學研合作平臺以及優化考核方式這四個方面，介紹了“動力機械強度與振動”課程教學改革與實踐，得出以下幾點經驗。

1.課程應緊跟國家發展戰略，介紹國家重點研發技術，及時做出更新，并建立動畫庫，完善教學資源，方便課堂教學。

2.參考學生的科研方向，結合學校實驗條件，采用專題教學的模式，經實踐證明，這種方法有利于激發學生的求知欲和創新思辨能力。

3.結合產學研項目，利用碩士生培養基地鍛煉學生實踐操作能力。

4.采用綜合測評的方式對學生進行考核，加入專題匯報和實驗環節評定能更加真實地反映學生的綜合水平。

參考文獻：

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

[2]王釗.學術型和專業型碩士不同培養模式的探究[J].太原?城市職業技術學院學報，2015，（5）.