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復(fù)合材料結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)教學(xué)研究
復(fù)合材料的廣泛應(yīng)用已成為解決無人機(jī)結(jié)構(gòu)輕量化、高剛度設(shè)計(jì)的重要途徑。機(jī)翼的結(jié)構(gòu)性能對(duì)無人機(jī)的飛行性能有極其重要的影響，為了提升無人機(jī)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(jì)是高校強(qiáng)化實(shí)踐能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，接近實(shí)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(jì)性，有這一特性決定了復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)》課程為例，結(jié)合教學(xué)實(shí)踐歸納了該課程的基本教學(xué)內(nèi)容和重點(diǎn)，此外還總結(jié)了教學(xué)經(jīng)驗(yàn)、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(chǔ)。
關(guān)鍵詞:復(fù)合材料結(jié)構(gòu);課程設(shè)計(jì);重點(diǎn);基本內(nèi)容
引言：
1.課程設(shè)計(jì)是高等學(xué)校實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的重要組成部分，需學(xué)生具有堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)理論、廣泛的專業(yè)知識(shí)和基本實(shí)驗(yàn)方法，才能進(jìn)行的強(qiáng)化實(shí)踐能力和綜合應(yīng)用能力的教學(xué)環(huán)節(jié)。對(duì)培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)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(shì)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(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)顯得尤為重要。特別是課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，雖然教學(xué)用時(shí)少，但內(nèi)容卻相當(dāng)豐富，是與實(shí)際工程應(yīng)用結(jié)合最緊密的過渡性課程，而這種設(shè)計(jì)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(jì)一般在2周左右，課程設(shè)計(jì)時(shí)間集中又短暫，因此要求設(shè)計(jì)針對(duì)性強(qiáng)。
2.設(shè)計(jì)內(nèi)容一般包含工藝設(shè)計(jì)和設(shè)備設(shè)計(jì)兩大類，而對(duì)于廠房、工藝布局等整體設(shè)計(jì)要求并不高。通常的設(shè)計(jì)任務(wù)是針對(duì)某一種材料生產(chǎn)過程的具體環(huán)節(jié)所需設(shè)備進(jìn)行計(jì)算，選型和設(shè)計(jì)。通過這樣的課程設(shè)計(jì)，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(jì)算機(jī)繪圖等多方面能力，達(dá)到課程設(shè)計(jì)的最初目的[3]。而復(fù)合材料結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)與一般課程設(shè)計(jì)有很大的區(qū)別，課程設(shè)計(jì)的重點(diǎn)不是工藝和設(shè)備，而是材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算。因?yàn)閺?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(jì)也應(yīng)該有與常規(guī)材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不同的觀念，使之更符合復(fù)合材料的特點(diǎn)，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(jì)的教學(xué)流程與重點(diǎn)課程設(shè)計(jì)的教學(xué)流程圖
如圖1所示，其中重點(diǎn)環(huán)節(jié)是選題、指導(dǎo)與管理、考核。其中選題是整個(gè)設(shè)計(jì)任務(wù)能否完成并達(dá)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(jì)順利進(jìn)行的保障;考核是對(duì)設(shè)計(jì)文本和作品最終的檢驗(yàn)，考核結(jié)果也是該課程成績(jī)的直接體現(xiàn)。
1.1選題
1.1.1課程設(shè)計(jì)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(shí)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(jì)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(shí)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(jì)中選題主要存在的問題是設(shè)計(jì)題目雷同、枯燥、陳舊，與現(xiàn)實(shí)脫節(jié)。如果小組間設(shè)計(jì)題目相似或歷年來變化不大，那么在設(shè)計(jì)過程中很容易讓某些學(xué)生偷懶，將別人或以往的設(shè)計(jì)結(jié)果在數(shù)據(jù)上加以修改即可完成自己的設(shè)計(jì)，這樣便失去了該課程的意義;如果設(shè)計(jì)選題總是陳舊，不能與時(shí)俱進(jìn)，學(xué)生做起來又會(huì)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(shí)際嚴(yán)重脫節(jié)，那么學(xué)生又會(huì)認(rèn)為該設(shè)計(jì)并不實(shí)用，沒有任何意義，導(dǎo)致學(xué)生消極對(duì)待。
1.1.2由于《復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》這門理論課程涉及的都是復(fù)雜的公式計(jì)算，確實(shí)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(xì)的全面的相關(guān)的課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)材料和相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，所以在指導(dǎo)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)時(shí)，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(jì)的工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)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(duì)化工設(shè)備的應(yīng)用與設(shè)計(jì)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(jì)實(shí)踐教學(xué)之初，我的設(shè)計(jì)選題多與化工儲(chǔ)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(chǔ)罐類設(shè)計(jì)指導(dǎo)材料作為依據(jù);此外，化工類儲(chǔ)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(jiǎn)單的儲(chǔ)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(jì)計(jì)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(jì)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(jì)的教學(xué)形式相對(duì)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(jì)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)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(dǎo)和個(gè)別答疑相結(jié)合的指導(dǎo)方式。在指導(dǎo)課程設(shè)計(jì)前指導(dǎo)老師應(yīng)做好充分的準(zhǔn)備工作，構(gòu)思設(shè)計(jì)思路，擬定方案，并根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)確定設(shè)計(jì)內(nèi)容、步驟和重點(diǎn)、難點(diǎn)，然后在布置設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí)，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(jì)進(jìn)程順利與否。對(duì)于“玻璃鋼化工儲(chǔ)罐”課程設(shè)計(jì)而言，設(shè)計(jì)目的在于掌握玻璃鋼制化工儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)方法，重點(diǎn)是儲(chǔ)罐殼壁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即復(fù)合材料的鋪層設(shè)計(jì)，難點(diǎn)在于力學(xué)分析和計(jì)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(jì)學(xué)生有很多茫然，但課程設(shè)計(jì)的過程還是要以發(fā)揮學(xué)生主動(dòng)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(gè)人很喜歡按照國(guó)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)掘潛力的過程。因此對(duì)課程設(shè)計(jì)的指導(dǎo)便是把共性問題應(yīng)進(jìn)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(gè)別答疑。為保證在短期內(nèi)每一位學(xué)生都能完成設(shè)計(jì)任務(wù)，課程設(shè)計(jì)的過程管理和時(shí)間節(jié)點(diǎn)的安排尤為重要。
1.3考核
考核是對(duì)課程設(shè)計(jì)的最終檢驗(yàn)，也直接決定著學(xué)生的成績(jī)。課程設(shè)計(jì)的評(píng)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(píng)定時(shí)更是要考慮多方面因素，除了看設(shè)計(jì)圖紙和設(shè)計(jì)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(jì)過程中的真實(shí)表現(xiàn)及對(duì)課程的掌握程度，盡量做到公平。因此，在課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定體系分為平時(shí)成績(jī)(30%)、設(shè)計(jì)文本(50%)和答辯(20%)三部分組成。平時(shí)成績(jī)主要從以下三個(gè)方面考核:出勤率、設(shè)計(jì)過程中的表現(xiàn)和每日進(jìn)度完成質(zhì)量。平時(shí)成績(jī)對(duì)督促懶惰學(xué)生的設(shè)計(jì)進(jìn)程有一定好處，同時(shí)也對(duì)是否表現(xiàn)認(rèn)真且獨(dú)立完成有一定的公平性判據(jù)。設(shè)計(jì)文本成績(jī)從以下幾個(gè)方面考核:設(shè)計(jì)思路是否正確，設(shè)計(jì)步驟安排是否合理;造型、選材及工藝是否合理，結(jié)構(gòu)計(jì)算是否準(zhǔn)確;設(shè)計(jì)圖紙是否規(guī)范、設(shè)計(jì)說明書書寫是否詳細(xì)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(shí)際水平和掌握程度。答辯中，學(xué)生通過與指導(dǎo)教師面對(duì)面交流，可以加深對(duì)設(shè)計(jì)的理解，對(duì)知識(shí)點(diǎn)上的盲點(diǎn)與誤區(qū)有更好的反饋和彌補(bǔ)，并且答辯可以鍛煉學(xué)生表達(dá)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(duì)設(shè)計(jì)思路和方法的掌握情況，并且通過對(duì)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(qiáng)化�？己私Y(jié)果分為優(yōu)秀、良好、中等、及格和不及格五等，對(duì)優(yōu)秀的設(shè)計(jì)者和設(shè)計(jì)作品，予以表揚(yáng)鼓勵(lì)，以調(diào)動(dòng)學(xué)生進(jìn)行課程設(shè)計(jì)的積極性，對(duì)不認(rèn)真完成設(shè)計(jì)或未達(dá)目標(biāo)要求者要求其進(jìn)行整改或限期重做。
二、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)文本的基本內(nèi)容
以“**立方玻璃鋼臥式鹽酸儲(chǔ)罐為例”，設(shè)計(jì)的任務(wù)是確定產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，技術(shù)、經(jīng)濟(jì)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(jì)文本應(yīng)包括以下內(nèi)容:封面設(shè)計(jì)任務(wù)書目錄前言(主要介紹設(shè)計(jì)的目的及復(fù)合材料儲(chǔ)罐的應(yīng)用及優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)等)選型設(shè)計(jì)(依據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)選定儲(chǔ)罐的基本造型、封頭、支座等，并確定筒體直徑、長(zhǎng)度、伸壁長(zhǎng)、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(jì)(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(jì)(重點(diǎn)是載荷分析和計(jì)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(jì)邊校核)工藝設(shè)計(jì)(根據(jù)以上設(shè)計(jì)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(jì)(主要指確定各種接管如人孔、進(jìn)料口、排氣口、液位計(jì)、出料口、排污口、壓力計(jì)、液封等的數(shù)量及尺寸等)安裝設(shè)計(jì)(確定各接口的安裝位置及儲(chǔ)罐整體的安裝等)制品檢驗(yàn)(制品的檢測(cè)方法)附圖(本課程設(shè)計(jì)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(shí)將局部放大的鋪層設(shè)計(jì)圖表示出來。
3復(fù)合材料結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)的教學(xué)體會(huì)與改進(jìn)措施
經(jīng)過兩年來對(duì)該門課程的教學(xué)實(shí)踐，總結(jié)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(chǔ)。
(1)學(xué)生起初對(duì)課程設(shè)計(jì)雖然不夠了解，但了解后十分感興趣，說明相對(duì)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(duì)于該類實(shí)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(jì)的最大優(yōu)點(diǎn)是能夠在短時(shí)間內(nèi)自主學(xué)習(xí)到更多的知識(shí)，但設(shè)計(jì)過程中發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)文獻(xiàn)資料的檢索收集能力不強(qiáng)，融會(huì)貫通運(yùn)用知識(shí)的能力也較弱，以后教學(xué)中應(yīng)就此點(diǎn)進(jìn)行強(qiáng)化。并且，在布置任務(wù)初期，應(yīng)利用一定時(shí)間教授學(xué)生如何有效進(jìn)行文獻(xiàn)檢索和收集。
(3)設(shè)計(jì)過程中，團(tuán)隊(duì)合作不僅能夠保證在有限的時(shí)間內(nèi)較好地完成設(shè)計(jì)任務(wù)，而且還能夠充分鍛煉學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，但仍有個(gè)別學(xué)生獨(dú)立性差，不愛動(dòng)腦思考，對(duì)團(tuán)隊(duì)成員的依賴性過大，有待于進(jìn)一步有效控制。具體可通過考勤、檢查設(shè)計(jì)草稿、及加大考核力度等措施進(jìn)行過程控制。
(4)課程設(shè)計(jì)對(duì)指導(dǎo)老師是極大的挑戰(zhàn)，需要豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，故“雙師型”教師更為合適。指導(dǎo)課程設(shè)計(jì)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(jì)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(qǐng)企業(yè)技術(shù)人員進(jìn)入課堂參加指導(dǎo))。
(5)現(xiàn)有的課程設(shè)計(jì)形式雖然使學(xué)生在設(shè)計(jì)方面有了基礎(chǔ)的鍛煉，但已遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(jì)軟件的使用，不僅能提高學(xué)生的興趣和設(shè)計(jì)效率，進(jìn)而適當(dāng)擴(kuò)充設(shè)計(jì)內(nèi)容，而且更能與專業(yè)設(shè)計(jì)人員的工作接軌，對(duì)培養(yǎng)應(yīng)用型的大學(xué)生尤為重要。
參考文獻(xiàn)
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