“透平機械強度與振動”課程的系統教學研究與探討

張萬福 李春 王宏光

摘 要：針對“透平機械強度與振動”課程特點，對課程開設時間、課時分配、教材使用等現狀進行了分析，并提出相應的改革方案，分別從學科角度、課程具體內容角度出發構建系統的立體化教學思路。沿著這個思路，加入新型教學手段，在現有的多媒體教學、實體模型內容基礎上，引入思維導圖方法和微視頻方法將課程內容細化。讓學生成為課堂主體，同時做到學生與學生、老師與學生的平等，并適時插入翻轉課堂，以進一步提高課程教學質量、培養創新型人才。

關鍵詞：透平機械 強度與振動 系統 思維導圖 微視頻

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）06（c）-0136-03

透平機械在航空、航天、能源、交通、水利、環境保護、化工和石油等領域中都得到了十分廣泛的應用，如航空發動機、蒸汽輪機、燃氣輪機。“透平機械強度與振動”課程是動力機械及工程專業課程之一，通過本課程的學習，使學生掌握透平機械結構強度和振動問題的基本理論及設計計算的基本方法，能夠分析透平機械零部件的強度和振動問題，同時為進一步學習透平機械強度和振動問題的有限元軟件分析方法、以及強度和振動測試分析技術打下基礎，成為在透平機械設計、運行、安裝、檢修方面具有基本分析能力與解決問題能力的高等技術應用型人才。該課程目前主要特點是學科涉及知識面寬、工程性強、系統性強、課時相對較少，因此僅僅依靠教材內容開展教學遠遠不能達到教學目的。該文首先對目前教學存在的問題進行分析；其次提出系統的立體化教學等思路，以提高教學質量，并為其他類似課程改革提供參考。

1 “透平機械強度與振動”教學現狀分析

（1）目前該課程共計32學時，其中考試占2學時。但是該課程理論教學內容則較多，而且還需實驗教學。因此目前教學時間的安排很難滿足課程的要求。

（2）該課程開課時間為大三學年下學期。“透平機械原理、汽輪機裝置與運行”等先修課程尚未開始，因此增加了教學難度，也增加了學生的學習壓力。

（3）教材的選用難度大，目前還沒有一本適合本科教學的教材。

（4）課程教學的系統性較差，一方面是由于該課程學時及授課時間的限制；另一方面是沒有完整的課程構架。

2 多學科系統框架構建

（1）開課學期的改進。由于目前開課學期為第6學期，即大三下學期，雖然學生已經完成計算機、高等數學、材料力學課程，但能源與動力工程機械基礎、汽輪機裝置與運行、透平機械原理等課程還未開始或同時進行，因此該課程應該安排在第7學期或第6學期的8～16周，這樣可以為該課程預備更多的前期知識。

（2）增加課程學時。本課程內容豐富、實踐性很強，不管是對學生以后的工作，還是科學研究都有很大的作用，而目前的課程學時很難滿足當前學生的需要，因此要適當增加該課程學時，建議增加至48學時。

（3）該課程涉及多個學科，知識面寬，因此需要構建該課程的學科框架，如圖1所示。預留1～3個學時用于復習計算程序語言、微積分、數值分析、材料力學等課程相關內容，預留1～2個學時用于透平機械原理方面的知識介紹。只有掌握基本的原理及規律才能為后續的學習打下基礎，因此需要學生完全掌握前期的知識。

（4）提取前期每門課程的知識點，使用思維導圖方法將其與該課程聯系起來，使學生對課程由表及里都有一個清晰框架，進而提高教學內容的深度和廣度。

3 “透平機械強度與振動”課程內容系統框架構建

（1） 教材的使用。目前與該課程適應的教材表現出兩個極端，一種是年代較老、重難點不突出，部分內容缺乏新意，沒有跟緊當代科技的發展；另一種雖然內容較多、涵蓋知識面較大，但其內容主要針對技術人員，缺乏科學性。因此需要結合辦學定位、人才培養目標、生源以及畢業后主要就職行業進一步完善課程體系，編寫一本合適的教材，使之適合當代復合型高素質人才培養的需要。正如上文所述，首先應該把前期的預備知識作為教材內容之一；其次在主體內容上提高區分度、提取重難點，并增加新的計算方法，例如計算機程序、大型商業軟件等；最后加強教材理論內容與實際問題的結合，給出并解決實際問題，使學生學有所用。

（2）課程系統框架。課程內容的系統框架將使學生對學習內容有個整體的認識，利于學生的記憶及創新能力的培養，如圖2所示。本課程理論教學主要包含七部分，其中第一章為新加入的前期預備知識，第二至七章分別是葉片、葉輪、轉子、汽缸與隔板的強度與振動。除此之外，加入實驗部分，并給出實驗指導書。根據目前實驗室條件，可開設三個實驗：透平機械模型的認知參觀、葉片的頻率測試與模態分析、轉子振動及臨界轉速測試。

（3）現代先進教學手段的改進。在現有的多媒體教學、實體模型內容基礎上，一是運用思維導圖方法將課程內容細化，思維導圖是有效的思維模式，是記憶、學習、思考等的思維“地圖”，利于人腦的擴散思維的展開。如圖3、圖4所示，可以更清晰地、完整地將課程內容傳遞給學生。二是運用微視頻方法，微視頻具備互動性、娛樂性，一門好的課程對學生來說應該是享受其中的過程，與學生融為一體、增加課堂的趣味性對教學質量的提高大有裨益，另外可以利用微視頻將課程中的難點、易混淆點在視頻中呈現，可以幫助學生對課程內容的理解。

（4）繼續加強科研、教學研究、綜合素質訓練，以提高教師水平。教學是通過教師來實現的。難點內容是對教師素質的考驗。只有教師本身的知識水平達到了較高的水準，才能在授課時講出思想，把握好上述重點和難點內容的教學。

4 以學生為課堂主體的實踐

提高學生的興趣和學習主動性對教學有事半功倍的效果，要達到這一目的就需要以學生為主體，而不是老師一味的灌輸知識。筆者目前探索性的將課程1/3時間分配給學生、2/3分配給老師，取得了很好的效果，在后期的教學中分配給學生的時間將會慢慢增加。在這個實踐過程中，也帶來的幾個問題。

（1）需要學生課前或課下查閱大量的資料來準備課程，例如每節課之前大概需要相同的時間來預習，這給部分學生帶來了不少壓力，但是學生在每節課程之前都是帶著問題而來，課程結束之后帶著答案離開，這對學生信心的培養、興趣的提高非常有幫助。從目前的教學結果來看，學生都覺得該過程受益匪淺。

（2）平等，包括師生之間的平等、學生與學生之間的平等，例如發言權、老師眼神的分配，這對于以學生為課堂主體的實踐非常重要。只有當學生平等、互尊的情感得到滿足時，才會輕松、愉快地投入學習，才會主動探究，因此，現代課堂教學應確立平等的教學觀念，構建平等對話的教學平臺，使教學在師生平等的過程中進行，將師生關系理解為愉快的合作，而不是意志間的沖突，對權威、尊嚴的威脅，讓學生在率真、坦誠、互尊的環境里一起學習。這個過程應該使學生處于一種心理放松、精力集中、思維活躍，敢想敢問，敢說敢做的狀態。

（3）翻轉課堂，在每個知識點或某一章節結束，通過讓學生自己總結、站在老師的位置將學習內容呈現給大家，更進一步地讓學生講解還未開始的課程內容。

5 結語

針對“透平機械強度與振動”課程目前存在的問題，該文對我校動力機械及工程專業32學時本科課程“透平機械強度與振動”教學進行了設計與探索。對課程開設時間、課時分配、教材使用進行了改進，分別從學科角度、課程具體內容角度提出系統的立體化教學思路，沿著這個思路在今后的課程建設及教學過程中，需要繼續加入新型教學手段，并以學生為課堂主體，將課程建設、教學質量、人才培養推向新的高度。

參考文獻

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