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復(fù)合材料結(jié)構(gòu)課程設(shè)計教學(xué)研究
復(fù)合材料的廣泛應(yīng)用已成為解決無人機結(jié)構(gòu)輕量化、高剛度設(shè)計的重要途徑。機翼的結(jié)構(gòu)性能對無人機的飛行性能有極其重要的影響，為了提升無人機的飛行性能，下面是小編搜集整理的相關(guān)內(nèi)容的論文，歡迎大家閱讀參考。
摘要:課程設(shè)計是高校強化實踐能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，接近實際工程應(yīng)用，在理工科教學(xué)中有著不可替代的作用。復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)不同與單一材料，除具有各向異性外，還具可設(shè)計性，有這一特性決定了復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計的復(fù)雜性和該課程教學(xué)的難度。本文以我�！稄�(fù)合材料結(jié)構(gòu)課程設(shè)計》課程為例，結(jié)合教學(xué)實踐歸納了該課程的基本教學(xué)內(nèi)容和重點，此外還總結(jié)了教學(xué)經(jīng)驗、體會，提出了直接有效的改進措施，為進一步的教學(xué)改革與創(chuàng)新奠定基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞:復(fù)合材料結(jié)構(gòu);課程設(shè)計;重點;基本內(nèi)容
引言：
1.課程設(shè)計是高等學(xué)校實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的重要組成部分，需學(xué)生具有堅實的基礎(chǔ)理論、廣泛的專業(yè)知識和基本實驗方法，才能進行的強化實踐能力和綜合應(yīng)用能力的教學(xué)環(huán)節(jié)。對培養(yǎng)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重要的作用[1-2]。在新的教育形勢下，越來越注重培養(yǎng)應(yīng)用型人才、培養(yǎng)一線工程師，因而本科生的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)顯得尤為重要。特別是課程設(shè)計環(huán)節(jié)，雖然教學(xué)用時少，但內(nèi)容卻相當(dāng)豐富，是與實際工程應(yīng)用結(jié)合最緊密的過渡性課程，而這種設(shè)計類的課程和教學(xué)在理工科教育中的地位更為突出。材料學(xué)科課程設(shè)計一般在2周左右，課程設(shè)計時間集中又短暫，因此要求設(shè)計針對性強。
2.設(shè)計內(nèi)容一般包含工藝設(shè)計和設(shè)備設(shè)計兩大類，而對于廠房、工藝布局等整體設(shè)計要求并不高。通常的設(shè)計任務(wù)是針對某一種材料生產(chǎn)過程的具體環(huán)節(jié)所需設(shè)備進行計算，選型和設(shè)計。通過這樣的課程設(shè)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(shè)計的最初目的[3]。而復(fù)合材料結(jié)構(gòu)課程設(shè)計與一般課程設(shè)計有很大的區(qū)別，課程設(shè)計的重點不是工藝和設(shè)備，而是材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算。因為復(fù)合材料有著與常規(guī)材料完全不同的材料概念，它本質(zhì)上是結(jié)構(gòu)物[4]。因此復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計也應(yīng)該有與常規(guī)材料結(jié)構(gòu)設(shè)計不同的觀念，使之更符合復(fù)合材料的特點，這樣才有利于復(fù)合材料的應(yīng)用與發(fā)展。
一、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)課程設(shè)計的教學(xué)流程與重點課程設(shè)計的教學(xué)流程圖
如圖1所示，其中重點環(huán)節(jié)是選題、指導(dǎo)與管理、考核。其中選題是整個設(shè)計任務(wù)能否完成并達到教學(xué)目的的關(guān)鍵;指導(dǎo)應(yīng)講究技巧，管理是過程控制，二者完美結(jié)合是課程設(shè)計順利進行的保障;考核是對設(shè)計文本和作品最終的檢驗，考核結(jié)果也是該課程成績的直接體現(xiàn)。
1.1選題
1.1.1課程設(shè)計的選題應(yīng)與專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和課程教學(xué)要求相一致，并盡量與工程實際相結(jié)合，難易程度適中[5]。課題應(yīng)具有一定的可設(shè)計性、靈活性、挑戰(zhàn)性和趣味性，內(nèi)容難度要以中等水平的學(xué)生在規(guī)定時間內(nèi)經(jīng)過努力能完成任務(wù)為依據(jù)。在多數(shù)課程設(shè)計中選題主要存在的問題是設(shè)計題目雷同、枯燥、陳舊，與現(xiàn)實脫節(jié)。如果小組間設(shè)計題目相似或歷年來變化不大，那么在設(shè)計過程中很容易讓某些學(xué)生偷懶，將別人或以往的設(shè)計結(jié)果在數(shù)據(jù)上加以修改即可完成自己的設(shè)計，這樣便失去了該課程的意義;如果設(shè)計選題總是陳舊，不能與時俱進，學(xué)生做起來又會覺得很枯燥，毫無興趣，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)，卻與工程實際嚴(yán)重脫節(jié)，那么學(xué)生又會認(rèn)為該設(shè)計并不實用，沒有任何意義，導(dǎo)致學(xué)生消極對待。
1.1.2由于《復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計》這門理論課程涉及的都是復(fù)雜的公式計算，確實枯燥無味，且復(fù)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(shè)計指導(dǎo)材料和相關(guān)實踐經(jīng)驗，所以在指導(dǎo)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)課程設(shè)計實踐教學(xué)時，作為指導(dǎo)老師我還在不斷地探索中前行。雖然我自身沒有復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計的工程經(jīng)驗，對復(fù)合材料在常用領(lǐng)域航空航空器上的應(yīng)用理論基礎(chǔ)也不夠了解，但是化工專業(yè)出身的我對化工設(shè)備的應(yīng)用與設(shè)計還是有一定了解的。所以在從事復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計實踐教學(xué)之初，我的設(shè)計選題多與化工儲罐相關(guān)。這樣即與工程應(yīng)用相關(guān)，又能保證適當(dāng)?shù)碾y易程度，并有大量化工儲罐類設(shè)計指導(dǎo)材料作為依據(jù);此外，化工類儲罐又是復(fù)合材料專業(yè)學(xué)生接觸不多的設(shè)備，且看似簡單的儲罐按容積大小和應(yīng)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(shè)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(shè)計性、靈活性、挑戰(zhàn)性和趣味性。
1.2指導(dǎo)與管理
雖然課程設(shè)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，過程中還不能缺少相應(yīng)的指導(dǎo)和管理，目的是為了提高設(shè)計質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生獨立工作能力，以發(fā)揮學(xué)生主動性和創(chuàng)造性為出發(fā)點，重在點撥，幫助學(xué)生理清思路，之后采取集中輔導(dǎo)和個別答疑相結(jié)合的指導(dǎo)方式。在指導(dǎo)課程設(shè)計前指導(dǎo)老師應(yīng)做好充分的準(zhǔn)備工作，構(gòu)思設(shè)計思路，擬定方案，并根據(jù)設(shè)計目標(biāo)確定設(shè)計內(nèi)容、步驟和重點、難點，然后在布置設(shè)計任務(wù)時，連同成果要求、參考資料等向?qū)W生介紹清楚。導(dǎo)論環(huán)節(jié)做得好壞直接影響后續(xù)的設(shè)計進程順利與否。對于“玻璃鋼化工儲罐”課程設(shè)計而言，設(shè)計目的在于掌握玻璃鋼制化工儲罐的設(shè)計方法，重點是儲罐殼壁的結(jié)構(gòu)設(shè)計，即復(fù)合材料的鋪層設(shè)計，難點在于力學(xué)分析和計算，為此，應(yīng)在這些方面給予側(cè)重。盡管第一次接觸復(fù)合材料結(jié)構(gòu)課程設(shè)計學(xué)生有很多茫然，但課程設(shè)計的過程還是要以發(fā)揮學(xué)生主動性和潛力為主，而不應(yīng)是老師一步步教著做，照葫蘆畫瓢，做完了也沒有什么深刻的印象。這一課程上我個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，是一個很好的發(fā)掘潛力的過程。因此對課程設(shè)計的指導(dǎo)便是把共性問題應(yīng)進行集中輔導(dǎo)，指出方向和思路，至于學(xué)生具體碰到的具體問題再給予個別答疑。為保證在短期內(nèi)每一位學(xué)生都能完成設(shè)計任務(wù)，課程設(shè)計的過程管理和時間節(jié)點的安排尤為重要。
1.3考核
考核是對課程設(shè)計的最終檢驗，也直接決定著學(xué)生的成績。課程設(shè)計的評判不像考試試卷有標(biāo)準(zhǔn)答案，難以有著統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。由于是分小組合作完成，所以在評定時更是要考慮多方面因素，除了看設(shè)計圖紙和設(shè)計說明書的完成質(zhì)量外，還應(yīng)充分考慮到學(xué)生在設(shè)計過程中的真實表現(xiàn)及對課程的掌握程度，盡量做到公平。因此，在課程設(shè)計成績評定體系分為平時成績(30%)、設(shè)計文本(50%)和答辯(20%)三部分組成。平時成績主要從以下三個方面考核:出勤率、設(shè)計過程中的表現(xiàn)和每日進度完成質(zhì)量。平時成績對督促懶惰學(xué)生的設(shè)計進程有一定好處，同時也對是否表現(xiàn)認(rèn)真且獨立完成有一定的公平性判據(jù)。設(shè)計文本成績從以下幾個方面考核:設(shè)計思路是否正確，設(shè)計步驟安排是否合理;造型、選材及工藝是否合理，結(jié)構(gòu)計算是否準(zhǔn)確;設(shè)計圖紙是否規(guī)范、設(shè)計說明書書寫是否詳細清晰等。納入答辯環(huán)節(jié)便于更客觀、公正反映學(xué)生的實際水平和掌握程度。答辯中，學(xué)生通過與指導(dǎo)教師面對面交流，可以加深對設(shè)計的理解，對知識點上的盲點與誤區(qū)有更好的反饋和彌補，并且答辯可以鍛煉學(xué)生表達與應(yīng)變能力;指導(dǎo)老師也可以通過答辯清楚了解學(xué)生對設(shè)計思路和方法的掌握情況，并且通過對學(xué)生的反饋信息加以整理，在以后的教學(xué)實踐中加以強化�？己私Y(jié)果分為優(yōu)秀、良好、中等、及格和不及格五等，對優(yōu)秀的設(shè)計者和設(shè)計作品，予以表揚鼓勵，以調(diào)動學(xué)生進行課程設(shè)計的積極性，對不認(rèn)真完成設(shè)計或未達目標(biāo)要求者要求其進行整改或限期重做。
二、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)課程設(shè)計文本的基本內(nèi)容
以“**立方玻璃鋼臥式鹽酸儲罐為例”，設(shè)計的任務(wù)是確定產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，技術(shù)、經(jīng)濟指標(biāo)和主要零部件，并編制必要的技術(shù)文件。故完整的設(shè)計文本應(yīng)包括以下內(nèi)容:封面設(shè)計任務(wù)書目錄前言(主要介紹設(shè)計的目的及復(fù)合材料儲罐的應(yīng)用及優(yōu)勢特點等)選型設(shè)計(依據(jù)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)選定儲罐的基本造型、封頭、支座等，并確定筒體直徑、長度、伸壁長、跨距、封頭高度、支座寬度和包角等相應(yīng)的數(shù)值)性能設(shè)計(依據(jù)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(shù)，如克重、模量、體積含量、許用值等)結(jié)構(gòu)設(shè)計(重點是載荷分析和計算，包括軸向應(yīng)力、剪應(yīng)力，環(huán)向應(yīng)力等，從而確定筒體及封頭的壁厚和鋪層數(shù)，注意邊設(shè)計邊校核)工藝設(shè)計(根據(jù)以上設(shè)計的內(nèi)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(shè)計(主要指確定各種接管如人孔、進料口、排氣口、液位計、出料口、排污口、壓力計、液封等的數(shù)量及尺寸等)安裝設(shè)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(shè)計只要求繪制總裝配圖，其中要把構(gòu)成產(chǎn)品的全部各種零件，部件，標(biāo)準(zhǔn)件，配套件等表示出來，同時將局部放大的鋪層設(shè)計圖表示出來。
3復(fù)合材料結(jié)構(gòu)課程設(shè)計的教學(xué)體會與改進措施
經(jīng)過兩年來對該門課程的教學(xué)實踐，總結(jié)以下幾點體會，以此為進一步的教學(xué)改革與創(chuàng)新奠定基礎(chǔ)。
(1)學(xué)生起初對課程設(shè)計雖然不夠了解，但了解后十分感興趣，說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)揮個人能力的教學(xué)方式，因此，對于該類實踐課程應(yīng)加大重視，并投入精力去研究和改革。
(2)課程設(shè)計的最大優(yōu)點是能夠在短時間內(nèi)自主學(xué)習(xí)到更多的知識，但設(shè)計過程中發(fā)現(xiàn)學(xué)生對文獻資料的檢索收集能力不強，融會貫通運用知識的能力也較弱，以后教學(xué)中應(yīng)就此點進行強化。并且，在布置任務(wù)初期，應(yīng)利用一定時間教授學(xué)生如何有效進行文獻檢索和收集。
(3)設(shè)計過程中，團隊合作不僅能夠保證在有限的時間內(nèi)較好地完成設(shè)計任務(wù)，而且還能夠充分鍛煉學(xué)生的團隊合作意識，但仍有個別學(xué)生獨立性差，不愛動腦思考，對團隊成員的依賴性過大，有待于進一步有效控制。具體可通過考勤、檢查設(shè)計草稿、及加大考核力度等措施進行過程控制。
(4)課程設(shè)計對指導(dǎo)老師是極大的挑戰(zhàn)，需要豐富的教學(xué)經(jīng)驗和實踐經(jīng)驗，故“雙師型”教師更為合適。指導(dǎo)課程設(shè)計的過程中還應(yīng)不斷思考，研究有效的教學(xué)方法和提升學(xué)生設(shè)計能力的途徑。與企業(yè)進行友好的溝通與合作是一個直接有效的途徑(如邀請企業(yè)技術(shù)人員進入課堂參加指導(dǎo))。
(5)現(xiàn)有的課程設(shè)計形式雖然使學(xué)生在設(shè)計方面有了基礎(chǔ)的鍛煉，但已遠遠滿足不了現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需要，如能配合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)專用設(shè)計軟件的使用，不僅能提高學(xué)生的興趣和設(shè)計效率，進而適當(dāng)擴充設(shè)計內(nèi)容，而且更能與專業(yè)設(shè)計人員的工作接軌，對培養(yǎng)應(yīng)用型的大學(xué)生尤為重要。
參考文獻
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