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復合材料結構課程設計教學(xué)研究
復合材料的廣泛應用已成為解決無(wú)人機結構輕量化、高剛度設計的重要途徑。機翼的結構性能對無(wú)人機的飛行性能有極其重要的影響，為了提升無(wú)人機的飛行性能，下面是小編搜集整理的相關(guān)內容的論文，歡迎大家閱讀參考。
摘要:課程設計是高校強化實(shí)踐能力的重要教學(xué)環(huán)節，接近實(shí)際工程應用，在理工科教學(xué)中有著(zhù)不可替代的作用。復合材料的結構不同與單一材料，除具有各向異性外，還具可設計性，有這一特性決定了復合材料結構設計的復雜性和該課程教學(xué)的難度。本文以我�！稄秃喜牧辖Y構課程設計》課程為例，結合教學(xué)實(shí)踐歸納了該課程的基本教學(xué)內容和重點(diǎn)，此外還總結了教學(xué)經(jīng)驗、體會(huì )，提出了直接有效的改進(jìn)措施，為進(jìn)一步的教學(xué)改革與創(chuàng )新奠定基礎。
關(guān)鍵詞:復合材料結構;課程設計;重點(diǎn);基本內容
引言：
1.課程設計是高等學(xué)校實(shí)踐教學(xué)環(huán)節的重要組成部分，需學(xué)生具有堅實(shí)的基礎理論、廣泛的專(zhuān)業(yè)知識和基本實(shí)驗方法，才能進(jìn)行的強化實(shí)踐能力和綜合應用能力的教學(xué)環(huán)節。對培養學(xué)生獨立完成任務(wù)和初步形成科學(xué)研究的思維方法起著(zhù)重要的作用[1-2]。在新的教育形勢下，越來(lái)越注重培養應用型人才、培養一線(xiàn)工程師，因而本科生的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節顯得尤為重要。特別是課程設計環(huán)節，雖然教學(xué)用時(shí)少，但內容卻相當豐富，是與實(shí)際工程應用結合最緊密的過(guò)渡性課程，而這種設計類(lèi)的課程和教學(xué)在理工科教育中的地位更為突出。材料學(xué)科課程設計一般在2周左右，課程設計時(shí)間集中又短暫，因此要求設計針對性強。
2.設計內容一般包含工藝設計和設備設計兩大類(lèi)，而對于廠(chǎng)房、工藝布局等整體設計要求并不高。通常的設計任務(wù)是針對某一種材料生產(chǎn)過(guò)程的具體環(huán)節所需設備進(jìn)行計算，選型和設計。通過(guò)這樣的課程設計，使學(xué)生深入理解一種材料的制備或加工方法、流程以及材料在制備加工過(guò)程中發(fā)生的變化，提高他們方案論證、分析比較以及使用網(wǎng)絡(luò )檢索和計算機繪圖等多方面能力，達到課程設計的最初目的[3]。而復合材料結構課程設計與一般課程設計有很大的區別，課程設計的重點(diǎn)不是工藝和設備，而是材料的結構設計與計算。因為復合材料有著(zhù)與常規材料完全不同的材料概念，它本質(zhì)上是結構物[4]。因此復合材料的結構設計也應該有與常規材料結構設計不同的觀(guān)念，使之更符合復合材料的特點(diǎn)，這樣才有利于復合材料的應用與發(fā)展。
一、復合材料結構課程設計的教學(xué)流程與重點(diǎn)課程設計的教學(xué)流程圖
如圖1所示，其中重點(diǎn)環(huán)節是選題、指導與管理、考核。其中選題是整個(gè)設計任務(wù)能否完成并達到教學(xué)目的的關(guān)鍵;指導應講究技巧，管理是過(guò)程控制，二者完美結合是課程設計順利進(jìn)行的保障;考核是對設計文本和作品最終的檢驗，考核結果也是該課程成績(jì)的直接體現。
1.1選題
1.1.1課程設計的選題應與專(zhuān)業(yè)培養目標和課程教學(xué)要求相一致，并盡量與工程實(shí)際相結合，難易程度適中[5]。課題應具有一定的可設計性、靈活性、挑戰性和趣味性，內容難度要以中等水平的學(xué)生在規定時(shí)間內經(jīng)過(guò)努力能完成任務(wù)為依據。在多數課程設計中選題主要存在的問(wèn)題是設計題目雷同、枯燥、陳舊，與現實(shí)脫節。如果小組間設計題目相似或歷年來(lái)變化不大，那么在設計過(guò)程中很容易讓某些學(xué)生偷懶，將別人或以往的設計結果在數據上加以修改即可完成自己的設計，這樣便失去了該課程的意義;如果設計選題總是陳舊，不能與時(shí)俱進(jìn)，學(xué)生做起來(lái)又會(huì )覺(jué)得很枯燥，毫無(wú)興趣，也就不能激發(fā)出學(xué)生的興致的潛能;如果選題僅僅是符合了教學(xué)任務(wù)，卻與工程實(shí)際嚴重脫節，那么學(xué)生又會(huì )認為該設計并不實(shí)用，沒(méi)有任何意義，導致學(xué)生消極對待。
1.1.2由于《復合材料結構設計》這門(mén)理論課程涉及的都是復雜的公式計算，確實(shí)枯燥無(wú)味，且復合材料是新學(xué)科，在我校尤其如此，還缺少詳細的全面的相關(guān)的課程設計指導材料和相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗，所以在指導復合材料結構課程設計實(shí)踐教學(xué)時(shí)，作為指導老師我還在不斷地探索中前行。雖然我自身沒(méi)有復合材料結構設計的工程經(jīng)驗，對復合材料在常用領(lǐng)域航空航空器上的應用理論基礎也不夠了解，但是化工專(zhuān)業(yè)出身的我對化工設備的應用與設計還是有一定了解的。所以在從事復合材料結構設計實(shí)踐教學(xué)之初，我的設計選題多與化工儲罐相關(guān)。這樣即與工程應用相關(guān)，又能保證適當的難易程度，并有大量化工儲罐類(lèi)設計指導材料作為依據;此外，化工類(lèi)儲罐又是復合材料專(zhuān)業(yè)學(xué)生接觸不多的設備，且看似簡(jiǎn)單的儲罐按容積大小和應用形式不同又分為立式、臥式、拼裝式、兩支座、三支座等不同形式，設計計算方法就有很大差別，這樣既能保證了選題的合理性和難易程度，又具有了一定的可設計性、靈活性、挑戰性和趣味性。
1.2指導與管理
雖然課程設計的教學(xué)形式相對于理論課程具有極大有靈活性，但并不是分配任務(wù)完成即可，過(guò)程中還不能缺少相應的指導和管理，目的是為了提高設計質(zhì)量，培養學(xué)生獨立工作能力，以發(fā)揮學(xué)生主動(dòng)性和創(chuàng )造性為出發(fā)點(diǎn)，重在點(diǎn)撥，幫助學(xué)生理清思路，之后采取集中輔導和個(gè)別答疑相結合的指導方式。在指導課程設計前指導老師應做好充分的準備工作，構思設計思路，擬定方案，并根據設計目標確定設計內容、步驟和重點(diǎn)、難點(diǎn)，然后在布置設計任務(wù)時(shí)，連同成果要求、參考資料等向學(xué)生介紹清楚。導論環(huán)節做得好壞直接影響后續的設計進(jìn)程順利與否。對于“玻璃鋼化工儲罐”課程設計而言，設計目的在于掌握玻璃鋼制化工儲罐的設計方法，重點(diǎn)是儲罐殼壁的結構設計，即復合材料的鋪層設計，難點(diǎn)在于力學(xué)分析和計算，為此，應在這些方面給予側重。盡管第一次接觸復合材料結構課程設計學(xué)生有很多茫然，但課程設計的過(guò)程還是要以發(fā)揮學(xué)生主動(dòng)性和潛力為主，而不應是老師一步步教著(zhù)做，照葫蘆畫(huà)瓢，做完了也沒(méi)有什么深刻的印象。這一課程上我個(gè)人很喜歡按照國外的教學(xué)方式，任務(wù)布置好了，由學(xué)生自己努力去完成，是一個(gè)很好的發(fā)掘潛力的過(guò)程。因此對課程設計的指導便是把共性問(wèn)題應進(jìn)行集中輔導，指出方向和思路，至于學(xué)生具體碰到的具體問(wèn)題再給予個(gè)別答疑。為保證在短期內每一位學(xué)生都能完成設計任務(wù)，課程設計的過(guò)程管理和時(shí)間節點(diǎn)的安排尤為重要。
1.3考核
考核是對課程設計的最終檢驗，也直接決定著(zhù)學(xué)生的成績(jì)。課程設計的評判不像考試試卷有標準答案，難以有著(zhù)統一的標準。由于是分小組合作完成，所以在評定時(shí)更是要考慮多方面因素，除了看設計圖紙和設計說(shuō)明書(shū)的完成質(zhì)量外，還應充分考慮到學(xué)生在設計過(guò)程中的真實(shí)表現及對課程的掌握程度，盡量做到公平。因此，在課程設計成績(jì)評定體系分為平時(shí)成績(jì)(30%)、設計文本(50%)和答辯(20%)三部分組成。平時(shí)成績(jì)主要從以下三個(gè)方面考核:出勤率、設計過(guò)程中的表現和每日進(jìn)度完成質(zhì)量。平時(shí)成績(jì)對督促懶惰學(xué)生的設計進(jìn)程有一定好處，同時(shí)也對是否表現認真且獨立完成有一定的公平性判據。設計文本成績(jì)從以下幾個(gè)方面考核:設計思路是否正確，設計步驟安排是否合理;造型、選材及工藝是否合理，結構計算是否準確;設計圖紙是否規范、設計說(shuō)明書(shū)書(shū)寫(xiě)是否詳細清晰等。納入答辯環(huán)節便于更客觀(guān)、公正反映學(xué)生的實(shí)際水平和掌握程度。答辯中，學(xué)生通過(guò)與指導教師面對面交流，可以加深對設計的理解，對知識點(diǎn)上的盲點(diǎn)與誤區有更好的反饋和彌補，并且答辯可以鍛煉學(xué)生表達與應變能力;指導老師也可以通過(guò)答辯清楚了解學(xué)生對設計思路和方法的掌握情況，并且通過(guò)對學(xué)生的反饋信息加以整理，在以后的教學(xué)實(shí)踐中加以強化�？己私Y果分為優(yōu)秀、良好、中等、及格和不及格五等，對優(yōu)秀的設計者和設計作品，予以表?yè)P鼓勵，以調動(dòng)學(xué)生進(jìn)行課程設計的積極性，對不認真完成設計或未達目標要求者要求其進(jìn)行整改或限期重做。
二、復合材料結構課程設計文本的基本內容
以“**立方玻璃鋼臥式鹽酸儲罐為例”，設計的任務(wù)是確定產(chǎn)品的結構，技術(shù)、經(jīng)濟指標和主要零部件，并編制必要的技術(shù)文件。故完整的設計文本應包括以下內容:封面設計任務(wù)書(shū)目錄前言(主要介紹設計的目的及復合材料儲罐的應用及優(yōu)勢特點(diǎn)等)選型設計(依據設計標準選定儲罐的基本造型、封頭、支座等，并確定筒體直徑、長(cháng)度、伸壁長(cháng)、跨距、封頭高度、支座寬度和包角等相應的數值)性能設計(依據使用條件和各材料的性能選定材料，并明確該材料的性能參數，如克重、模量、體積含量、許用值等)結構設計(重點(diǎn)是載荷分析和計算，包括軸向應力、剪應力，環(huán)向應力等，從而確定筒體及封頭的壁厚和鋪層數，注意邊設計邊校核)工藝設計(根據以上設計的內容選擇成型工藝方法，并完成具體的生產(chǎn)工藝流程等)零部件設計(主要指確定各種接管如人孔、進(jìn)料口、排氣口、液位計、出料口、排污口、壓力計、液封等的數量及尺寸等)安裝設計(確定各接口的安裝位置及儲罐整體的安裝等)制品檢驗(制品的檢測方法)附圖(本課程設計只要求繪制總裝配圖，其中要把構成產(chǎn)品的全部各種零件，部件，標準件，配套件等表示出來(lái)，同時(shí)將局部放大的鋪層設計圖表示出來(lái)。
3復合材料結構課程設計的教學(xué)體會(huì )與改進(jìn)措施
經(jīng)過(guò)兩年來(lái)對該門(mén)課程的教學(xué)實(shí)踐，總結以下幾點(diǎn)體會(huì )，以此為進(jìn)一步的教學(xué)改革與創(chuàng )新奠定基礎。
(1)學(xué)生起初對課程設計雖然不夠了解，但了解后十分感興趣，說(shuō)明相對于枯燥的理論授課，學(xué)生更喜歡這種形式靈活的、能夠充分發(fā)揮個(gè)人能力的教學(xué)方式，因此，對于該類(lèi)實(shí)踐課程應加大重視，并投入精力去研究和改革。
(2)課程設計的最大優(yōu)點(diǎn)是能夠在短時(shí)間內自主學(xué)習到更多的知識，但設計過(guò)程中發(fā)現學(xué)生對文獻資料的檢索收集能力不強，融會(huì )貫通運用知識的能力也較弱，以后教學(xué)中應就此點(diǎn)進(jìn)行強化。并且，在布置任務(wù)初期，應利用一定時(shí)間教授學(xué)生如何有效進(jìn)行文獻檢索和收集。
(3)設計過(guò)程中，團隊合作不僅能夠保證在有限的時(shí)間內較好地完成設計任務(wù)，而且還能夠充分鍛煉學(xué)生的團隊合作意識，但仍有個(gè)別學(xué)生獨立性差，不愛(ài)動(dòng)腦思考，對團隊成員的依賴(lài)性過(guò)大，有待于進(jìn)一步有效控制。具體可通過(guò)考勤、檢查設計草稿、及加大考核力度等措施進(jìn)行過(guò)程控制。
(4)課程設計對指導老師是極大的挑戰，需要豐富的教學(xué)經(jīng)驗和實(shí)踐經(jīng)驗，故“雙師型”教師更為合適。指導課程設計的過(guò)程中還應不斷思考，研究有效的教學(xué)方法和提升學(xué)生設計能力的途徑。與企業(yè)進(jìn)行友好的溝通與合作是一個(gè)直接有效的途徑(如邀請企業(yè)技術(shù)人員進(jìn)入課堂參加指導)。
(5)現有的課程設計形式雖然使學(xué)生在設計方面有了基礎的鍛煉，但已遠遠滿(mǎn)足不了現代工業(yè)發(fā)展的需要，如能配合復合材料結構專(zhuān)用設計軟件的使用，不僅能提高學(xué)生的興趣和設計效率，進(jìn)而適當擴充設計內容，而且更能與專(zhuān)業(yè)設計人員的工作接軌，對培養應用型的大學(xué)生尤為重要。
參考文獻
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