航空发动机结构与强度课程设计教学改革的探索和思考

摘要：分析了课程设计在航空发动机结构与强度课程教学过程中的作用，从工科相似课程设计的研究进展出发，提出了航空发动机结构与强度课程设计教学改革的措施。

关键词：课程设计;航空发动机;教学改革

中图分类号：G642.1     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2015）18-0079-02

“实践才是工科专业的根本”已成为国际高等工程教育界的共识。课程设计是大学实践教学的重要组成部分，它在对学生进行素质教育，培养学生动手能力、创造能力等综合能力方面具有极其重要的作用。航空宇航科学与技术是江苏省高校优势学科建设项目，航空宇航推进理论与工程专业是该学科的二级学科，在该学科中，航空发动机构造与强度是其重要的专业必修课程。航空发动机构造与强度是一个容纳多学科的、相互渗透的、具体的统一体，实践性是本课程最显著的特点。航空发动机结构与强度课程设计安排在航空发动机构造、航空发动机强度以及下厂实习的环节之后，是《航空发动机构造与强度》课程的一个重要实践教学环节，其目的是进一步巩固加深发动机结构知识及有关专业基础，培养学生综合处理实际工程问题的能力。本文主要针对飞行器动力工程专业的航空发动机构造与强度课程设计开展教学改革的探讨与研究。

一、课程设计的目的和作用

工科相关的课程设计目的可以归纳为：通过完成指导老师给定的任务，使学生学会融会贯通、综合运用相关课程知识的能力;培养学生解决工程实际问题的能力、获取知识与信息的能力。对于工科学生而言，课程设计尤为重要，是实现理论与实践相结合的重要环节。课程设计需要学生从实际出发，围绕某一设计题目，运用所学的知识，通过资料收集、调查研究、方案方法比较、设计计算、绘图等一系列的程序，将理论知识与工程实践相结合而完成的专业实践活动。学生完成课程设计与平时完成的习题作业有所不同，涉及的知识面广，解决方法和最终结论没有固定模式。由此可以看出，课程设计有以下几方面重要的作用：首先，在完成指导老师给定的任务的过程中，实现了巩固理论知识、加深对理论认识的作用。其次，通过学生自主地、综合地运用所学知识，完成给定的任务，对于充分发挥学生的创作力，锻炼学生分析和解决问题的能力起着重要的作用。最后，课程设计是学生在校期间联接有关课程与毕业设计，为学生走向工作岗位奠基的实践环节。

二、航空发动机构造与强度课程设计的作用

对于飞行器动力工程的学生，航空发动机构造与强度的课程设计显得尤为重要。课程设计的重要性主要体现在航空发动机构造和强度课程的特点。实践性是航空发动机构造与强度课程最显著的特点[1]。本课程研究的是实际发动机的结构及其强度，从表面上看，内容简单、易懂，理论性、系统性不强。但是要学生自己分析，则往往无从下手，特别是碰到实际的结构分析、结构设计更是束手无策。因此，通过课程设计这个教学环节，完成航空发动机某一结构的设计，起到加深对课堂教学内容的理解，实现理论向实践的转化，巩固理论知识的重要作用。

航空发动机构造与强度课程的第二个重要特点是多学科综合的特点。实际的航空发动机结构是一个容纳多学科的、相互渗透的、具体的统一体，一个发动机具体结构的诞生是多学科综合的结果。即使一个简单的叶片结构设计都涉及到气体动力学、传热学、弹性力学、疲劳与断裂力学、有限元分析方法等等。因此本课程的教材涉及的内容多，知识面广，几乎包括了所学过的所有课程。总体上看显得内容繁杂，没有系统性和规律性。这给学生的学习带来了困难。而在完成课程设计的过程中，学生需要综合运用《航空发动机构造》、《航空发动机强度计算》等专业课程以及《弹性力学》、《有限元分析方法》、《机械制图》等专业基础课程的知识，需要查阅国家标准、材料手册等相关资料。因此，航空发动机构造与强度课程设计作为航空发动机构造与强度课程的后续教学环节，起到了提高学生综合运用相关专业课程的能力、加深对航空发动机构造的与强度认识和理解的重要作用。

综上所述可知，课程设计作为大学实践教学环节的组成部分，是实现理论与实践相结合的重要环节。而航空发动机构造与强度课程设计，由于航空发动机构造与强度课程的实践性和多学科性的特点，其课程设计对于提高学生的综合运用学科的能力以及加深对课程的认识和理解尤为重要。

三、工科相关课程设计的研究进展

美国麻省理工学院提出了高等工科教育要“回归工程实践”的教育理念。在《中共中央国务院关于深化教育改革全面推进素质教育的决定》中，明确提出以培养学生的创新精神和实践能力为实施素质教育的重点。清华大学老教授容文盛[2]指出课程设计作为大学某一课程的综合性教学实践环节，它不仅仅是理论教学的辅助环节，而是全面培养学生必不可少的组成部分。因此，如何更好地开展课程设计实现培养高素质人才的目标成为各大高校教师积极探索和思考的问题。

西南交通大学的鲁汉清[3]教授提出要发挥课程设计的优势提高学生的综合素质和能力，在课程设计中要注意处理好以下几个关系：（1）人文素质和工程素质的关系。工程素质是工科学生课程设计培养的主要目标，鲁教授提出工程素质是与人文素质不可分割的，借助课程设计，树立起学生老实做人、严谨治学的思想，为工程素质的培养打下良好的基础。（2）知识、能力与素质教育的关系。鲁教授提出在课程设计的过程中可以通过以下两个途径促进学生的知识、能力与素质教育的协调发展：第一，设计题目的设置向产品设计的方向靠拢，让学生接受真实产品设计的完整过程的训练和熏陶。第二，计算机模拟和实物讲解相结合，计算机模拟的最大优点是可以进行设计结果的快速仿真分析，实物讲解可以直观地提供设计结果。课程设计可以充分利用这两种方法的优点，从中培养学生动手（计算机操作与实物组装）能力。东南大学开设的“数字系统课程设计”[4]作为东南大学开放式、因材施教培养学生创新思维的成功范例其教学方式非常值得借鉴。首先通过具体案例讲授相关知识、设计方法和项目实施管理的要求。随后选题，要求学生自主构思设计项目，激发学生的自主创新意识，教师通过2周的时间与学生交流确定课题项目。在项目的实施阶段，老师通过多种形式答疑。在项目完成后，学生撰写项目设计总结包，针对课程设计项目实践过程中如选题背景意义、项目设计规划、核心问题分析、解决思路、理论计算仿真、得失分析展望等主要问题对课题进行总结。最终进行验收答辩。整个过程，授课、研究、讨论、设计和实践紧密结合。endprint

除此以外，课程设计的综合化和规范化也值得指导老师的注意。课程设计的目的是对学生进行阶段性知识从理论向实际应用进行训练，实现理论联系实际、向实践能力转化的初步训练，因此课程设计的内容应具有一定的综合性。同时为了保证课程设计的教学效果，应当明确课程设计具体任务，制定明确的课程设计教学大纲。课程设计题目及内容的深度、广度和难易度要适当，注重理论联系实际。

四、航空发动机构造与强度课程设计教改思考

首先，教改重点之一改革设计内容，注重学生素质培养。现有的两种课程设计内容各有弊端，以部件为对象开展课程设计不足之一在于：工作量较大，学生难以保质保量完成，导致最终敷衍了事;以零件为对象开展课程设计不足之一在于：课程任务量较小，任务相似，而且不利于学生加深对航空发动机构造的整体认识和综合知识运用能力的提高。这两种设计内容共同的不足之处在于学生发挥创造性的空间较小，不利于学生综合素质的培养。拟采用分组的形式按部件给定课程设计任务。以航空发动机的转子部件设计为目标，高、低压气机及高、低压涡轮组件进行分组设计，按照小组的形式进行课程设计。对于给定的部件，要求分工明确，即任务分析、资料查阅、设计、分析、绘图、答辩、设计资料整理等工作由项目小组长指定或抽签确定，保证每个同学在项目的工作过程中从事不同的工作。

其次，改革设计手段，加强计算机技术的应用。随着计算机科学技术的迅猛发展，计算机CAD/CAM/CAE等工程设计软件以及ANSYS、ABAQUS等有限元分析软件已经成为航空发动机设计人员不可或缺的设计工具，Excel、MATLAB和origin等数据处理和图表绘制软件也成为工程时必须掌握的工具软件。在课程设计中鼓励学生运用各种工程软件，使设计过程从二维的纸面跃入三维的空间，使学生更加深入理解设计的内涵，增强学生的设计想象力，有利于克服学生空间想象力不足和缺乏工程实践经验的不足，对于提高学生积极性，加深学生对实体结构的认识具有重要的作用。此外，在课程设计中提供计算机应用的实践机会，使学生的计算机知识与专业知识相结合，有利于提高学生的综合能力。

第三个研究的重点在于编写课程设计指导书。对于大多数的本科学生而言，初次面对工程性、实践性较强的课程设计的题目，往往无从下手，因此制定课程设计指导书对于学生尽快进入设计状态，提高课程设计教学效果具有很大的作用。同时在指导书中明确课程设计的总结报告格式与要求、课程设计评定方式，同学们可以根据课程设计指导书明确课程设计的目的和要求，以提高课程设计的规范性。

参考文献：

[1]徐颖.《发动机强度计算》教学方法的探讨[J].高教论坛，2009，（8）：79-80

[2]容文盛，陆家钦.贯彻理论联系实际的原则加强实践教学[J].教育研究通讯（现：清华大学教育研究期刊），1984，（4）：50-54.

[3]鲁汉清.从课程设计谈学生综合素质与能力的培养[J].西南交通大学学报：社会科学版，2001，（2）：92-94.

[4]黄惠春，胡仁杰.“数字系统课程设计”精品课程建设[J].实验室研究与探索，2011，（30）：143-145.endprint