学术型“动力机械强度与振动”课程 教学改革与实践

张建平 王明强 龚振

摘    要：动力机械及工程作为培养学术型机械人才的主要专业之一，为适应社会发展和国家政策的要求，需要各高校加强对该专业课程的教学改革。文章结合上海电力学院自身的电力特色，基于动力机械及工程专业，对“动力机械强度与振动”课程进行教学内容与教学模式方面的改革，同时优化课程考核标准，使得课程更具有针对性与专业性，为高校动力机械及工程专业课程教学质量的提升提供思路和参考。

关键词：动力机械强度与振动;课程改革;专题教学;产学研合作平台

中图分类号：G642.0          文献标识码：A          文章编号：1002-4107（2019）03-0004-02

机械产业既是国民经济的基础产业，也是国家科技发展的重要基础方向之一，“中国制造2025”计划的提出标志着机械类人才担负着振兴中国制造业的重任。动力机械及工程作为高等院校培养学术型机械人才的主要专业之一，以国民生产过程中的各种动力机械为研究对象，研究如何把燃料的化学能和流体动能安全、高效、低污染地转换成动力的基本规律和过程，研究转换过程中的系统和设备，以及与此相关的控制技术。它涉及能源、交通、电力、航空、农业、环境等与国民经济、社会发展及国防工业密切相关的领域。上海电力学院作为长三角地区唯一一所以“电力”命名、能源特色显著的高校，始终坚持“立足电力、立足应用、立足一线”的办学方针，在动力机械及工程专业学术型人才的培养上着重偏向电力机械行业。

“动力机械强度与振动”作为上海电力学院动力机械及工程专业学术型硕士研究生培养方案中的学位必修课程，主要讲述动力机械的力学基础与振动规律，机械的疲劳强度及其计算方法、可靠性及应力分析等内容，为上海电力学院培养高层次学术型专门人才打下坚实的理论基础，同时该课程也为该专业研究生后续系统地开展汽轮机、风力机及其他动力机械设备的力学行为分析等方向研究提供了基本思路与指导方法。

然而，现阶段传统的教学内容和教学模式已经难以跟上时代节奏，纯粹的书本上的面面俱到，泛而不精的理论教学不能适应国家发展战略新的需求，故以我国工业现状以及未来能源产业的发展趋势为背景，结合上海电力学院产学研平台项目以及实验平台，从以下几个方面介绍课程改革方案。

一、更新教学资源

上海电力学院“动力机械强度与振动”课程选用的课本是《动力机械强度》，虽然基础理论经久不衰，但教材多年未更新，新兴技术并未引进教材，故单单使用这本教材远不能满足学生对当前科技迅速发展的知识需求。除此之外，课程还需要紧密结合国家发展战略，教学内容应紧密结合国家“十三五”规划和“中国制造2025”等方针。所以，在多媒体教学演示过程中，我们以课本基本理论为基础，引进动力机械强度与振动分析方面的先进技术，加以介绍。

同时，由于本课程关于物体运动形式和振动分析的讲授都需要借助模型或运动装置， 采用传统的实物模型或挂图不但费时费力，而且与现代化教学手段不相适应[1]，也不方便学生理解。因此，为丰富课堂教学内容，提高教学效果，本课程设置专门动画库，为学生讲解课堂内容。例如，讲解海上漂浮式风力机时，采用GIF动画介绍海洋环境下三种不同浮式基础平台的漂浮式风力机的运动形式。GIF动画生动形象地展示了不同平台风机的运动形式以及它们之间的差异，使得学生更加容易理解知识的同时，也提升了学生的学习兴趣。

二、增加专题教学模式

根据上海电力学院实际情况，参考学生的科研方向，本课程采用专题教学的模式，有利于学生对相关专题有更深刻的见解，同时可以提高学生对自身相关课题知识的求知欲，激发他们的创新思辨能力。以下分别介绍专题教学中的两个专题。

（一）风力机专题

以风力机专题为例，首先，对风力机整机及叶片的振动规律及形式进行理论介绍，利用书本中振动的相关知识引导学生推导复杂海风工况下的振动方程;其次，借助于上海电力学院风洞实验室，进行模拟实验，激发学生们对于该板块学习的兴趣;再次，利用ANSYS软件，对于风力机叶片进行实体建模和网格剖分，并加载荷对其振动进行分析，生成在不同海风工况下的位移、应力云图，分析风力机叶片的响应规律，可以使学生们形象直观地看到叶片振动规律;最后，结合理论分析，再对实验及软件模拟进行问题的讨论、汇报与总结。

学生通过ANSYS Workbench软件分析，可以得到叶片十阶模态频率和各阶叶片挥舞振型。通过软件操作向学生讲解叶片振动知识，比单纯解释公式更能激发学生兴趣，也更容易讲解叶片振型形式，同时促进了学生学习软件程序的热情，可谓一举多得。

（二）PM2.5除塵技术专题

近年来，随着雾霾污染程度的加重以及人们环保意识的不断提升，PM2.5受到越来越多的关注。我国电厂以燃煤方式为主，烟气排放量巨大，若不对预排放的烟气进行处理，直接将其排放到空气中，会对生态环境造成严重污染。因此，针对燃煤电厂，采用PM2.5除尘技术对减少PM2.5颗粒排放至关重要。同时上海电力学院强调电力特色，学生工作大多面向电厂，该专题的设置不仅扩展了他们的知识面，也使得他们更全面地了解电厂大型设备，对未来的工作招聘也有极大的帮助。

在该专题教学过程中，通过Fluent软件分析除尘器内部气相流场与颗粒运动规律，有助于学生了解除尘器内部的工作原理以及流场运动变化规律;同时，借助上海电力学院实验室配备的静电除尘设备，可以让学生们近距离、可视地了解静电除尘器除尘原理以及内部部件工作及机理。软件学习和实验操作结合的方式，不仅提升了学生们的学习兴趣，也极大地锻炼了他们的实践操作能力。

三、提供产学研合作平台

学术型硕士研究生虽然在理论知识方面比较充足，但在实践与应用能力方面较为欠缺。由于学术型硕士具备学位证和学历证双证，社会对其认可度相对较高。但大部分学术型硕士生空有理论，严重缺乏实践经验，又没有相关工作经验，这在求职过程中往往成为致命的弱点，为企业所诟病[2]。为解决上述问题，上海电力学院结合自身办学特色以及本专业的特点，长期坚持与电力企业合作的“产学研”教育模式，与国家五大发电集团、中广核集团公司等联合培养人才。目前，上海电力学院已与上海市电力公司、上海电力股份有限公司分别建立了两个“上海市研究生联合培养基地”，五个研究生联合培养单位。

四、优化考核方式，公平公正

本课程为上海电力学院动力机械及工程专业的学位必修课程，课程成绩对于学生们来讲是不可或缺的，同时，公平公正地综合评价学生的学习过程及结果也是相当重要的。所以，对于该课程的考核，不能仅靠一张试卷来决定最后的成绩，本课程成绩评定参照期末卷面成绩结合上课环节，采用综合测评的方式对学生学习成绩进行评定。期末卷面成绩占综合评分的50%，其中，卷面70%考核学生对于课程基础知识的掌握情况，包括理论基础及公式推导过程，30%考核案例分析，由于学生们研究方向的不同，案例分析采用选做题的方式，需要具体阐述分析。个人专题案例汇报占总评的30%，同时，对于专题案例，需要生成自己的综述性文章，剩余20%则根据学生课堂表现以及在实验环节过程中的科研能力进行综合评定。经实践证明，该考核方式相比于以往的考试考核更具弹性，也更能反映学生真实的学习情况。

五、结语

基于当今社会需求和国家政策，高校应加强对学术型机械人才的培养。针对动力机械及工程专业，结合上海电力学院电力特色，本文分别从更新教学资源、增加专题教学模式、提供产学研合作平台以及优化考核方式这四个方面，介绍了“动力机械强度与振动”课程教学改革与实践，得出以下几点经验。

1.课程应紧跟国家发展战略，介绍国家重点研发技术，及时做出更新，并建立动画库，完善教学资源，方便课堂教学。

2.参考学生的科研方向，结合学校实验条件，采用专题教学的模式，经实践证明，这种方法有利于激发学生的求知欲和创新思辨能力。

3.结合产学研项目，利用硕士生培养基地锻炼学生实践操作能力。

4.采用綜合测评的方式对学生进行考核，加入专题汇报和实验环节评定能更加真实地反映学生的综合水平。

参考文献：

[1]高成慧，张海燕.机械类课程多媒体教学公共模型库与动  画库的研制[J].机械管理开发，2008，（4）.

[2]王钊.学术型和专业型硕士不同培养模式的探究[J].太原 城市职业技术学院学报，2015，（5）.