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(海軍工程大學(xué) 船舶與海洋工程系，武漢 430033)

1 課程歷史沿革和實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

“艦船結(jié)構(gòu)力學(xué)”課程是我校艦船與海洋工程專業(yè)的一門必修課，是重要的學(xué)科基礎(chǔ)核心課程，始建于1951年。海軍工程大學(xué)前身大連海軍學(xué)校第二分校在造船系教育計劃中設(shè)置了《艦船結(jié)構(gòu)力學(xué)》課程，并在造船系組建了《艦船結(jié)構(gòu)力學(xué)》學(xué)科組，聘請?zhí)K聯(lián)專家來校指導(dǎo)這門課程的教學(xué)。學(xué)科組和專家首先研究確定在《艦船結(jié)構(gòu)力學(xué)》這門大課程下設(shè)置《桿與桿系的彎曲》、《板的彎曲和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性》、《水面艦船結(jié)構(gòu)力學(xué)》、《潛艇結(jié)構(gòu)力學(xué)》、《艦船振動》五門課。其中《桿與桿系的彎曲》、《板的彎曲和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性》就是本課程的前身[1-3]。

海軍工程大學(xué)是國內(nèi)最早開設(shè)船舶結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的學(xué)校。為支援兄弟高校講授《船舶結(jié)構(gòu)力學(xué)》課程，分別向他們輸送了師資，或?yàn)樗麄兣嘤?xùn)了師資。經(jīng)過幾代教員幾十年的建設(shè)與改革，使課程獲得了不斷的發(fā)展與完善，積累了豐富的資料和寶貴的經(jīng)驗(yàn)，已形成為一門海軍特色十分鮮明的課程， 1991年該課程被評為海軍院校首批優(yōu)秀合格課程。

隨著培養(yǎng)計劃調(diào)整和教學(xué)改革的進(jìn)展，課程由90學(xué)時(1992年以前)逐漸減少到70學(xué)時(2000年以后)，課程標(biāo)準(zhǔn)和教學(xué)計劃作了相應(yīng)調(diào)整，課程教學(xué)實(shí)驗(yàn)課時壓縮到僅2學(xué)時。此外，由于實(shí)驗(yàn)室搬遷、課程實(shí)驗(yàn)設(shè)備和模型老化，1996年以后停開了學(xué)生自主教學(xué)實(shí)驗(yàn)，僅保留了一個教學(xué)演示實(shí)驗(yàn)。

2 課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計

在力學(xué)理論的發(fā)展中，力學(xué)實(shí)驗(yàn)是檢驗(yàn)理論正確性的最重要的手段，結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)驗(yàn)曾為結(jié)構(gòu)力學(xué)理論的驗(yàn)證和發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)[4]。對于新型或復(fù)雜結(jié)構(gòu)形式、采用新材料的結(jié)構(gòu)以及復(fù)雜工作條件下的力學(xué)問題，理論分析和數(shù)值計算所引入的假設(shè)和簡化的合理性需要用實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行校核和驗(yàn)證[5〗。因此，學(xué)校和系領(lǐng)導(dǎo)以軍隊(duì)院校本科教學(xué)評價為契機(jī)，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，利用“2110”工程建設(shè)資助，建造了100 t靜/動液壓加載結(jié)構(gòu)試驗(yàn)平臺，安裝了10 t電伺服萬能材料試驗(yàn)機(jī)，為加強(qiáng)和改革本課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)打下了基礎(chǔ)。

為滿足軍隊(duì)院校本科教學(xué)評價要求，適應(yīng)大學(xué)訓(xùn)練任務(wù)轉(zhuǎn)型及培養(yǎng)高素質(zhì)新型軍事人才需要，課程組開展了《艦船結(jié)構(gòu)力學(xué)》課程建設(shè)和改革。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面，首先從學(xué)時上加強(qiáng)，將課程教學(xué)實(shí)驗(yàn)課時由2學(xué)時增加到8學(xué)時，并對教學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了精心設(shè)計。

艦船與海洋工程專業(yè)是一個知識面廣、系統(tǒng)性與實(shí)踐性強(qiáng)的工程應(yīng)用及研究型的專業(yè)，部隊(duì)對學(xué)員的綜合素質(zhì)要求高。針對這一特點(diǎn)，課程組確定教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計原則和理念為：著眼培養(yǎng)目標(biāo)，立足基礎(chǔ)訓(xùn)練，體現(xiàn)專業(yè)內(nèi)涵，反映科學(xué)規(guī)律。既體現(xiàn)學(xué)科專業(yè)的整體性，又突出專業(yè)基礎(chǔ)訓(xùn)練，在進(jìn)行專業(yè)基本能力培訓(xùn)、專業(yè)實(shí)踐訓(xùn)練基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)員的專業(yè)思維與專業(yè)技術(shù)應(yīng)用能力，以及獨(dú)立進(jìn)行科學(xué)研究與實(shí)踐的能力。為此，課程組設(shè)計了3個有代表性教學(xué)實(shí)驗(yàn)。

1)典型船體梁彎曲變形和應(yīng)力分布規(guī)律測量實(shí)驗(yàn)。這是基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖鞘箤W(xué)員了解典型船體梁的彎曲變形和應(yīng)力分布規(guī)律，掌握電測法基本原理，學(xué)會應(yīng)變測量方法和應(yīng)變片粘貼技術(shù)，學(xué)會實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理。圖1為典型船體梁彎曲實(shí)驗(yàn)裝置。

圖1 船體梁彎曲實(shí)驗(yàn)裝置

2)板架彎曲試驗(yàn)。這是綜合性實(shí)驗(yàn)，學(xué)員通過編制艦船板架模型的試驗(yàn)方案、測試板架的彎曲應(yīng)力以及結(jié)果分析，提高通過試驗(yàn)解決實(shí)際問題的能力和技能，具體達(dá)到：①熟悉艦船結(jié)構(gòu)測試過程和主要環(huán)節(jié)；②熟悉試驗(yàn)方案的編制、測點(diǎn)的選擇及測試結(jié)果分析；③掌握應(yīng)變測試技術(shù)，提高應(yīng)變片的選擇，貼片、防護(hù)、連線和應(yīng)變儀的使用技能；④驗(yàn)證板架彎曲理論，鞏固理論知識。圖2為板架彎曲試驗(yàn)裝置。

圖2 板架彎曲實(shí)驗(yàn)裝置

3)板的筒形彎曲實(shí)驗(yàn)。這是綜合性實(shí)驗(yàn)。矩形薄板彎曲時，一般在板面的兩個相互垂直的方向發(fā)生彎曲。但在特定條件下(板的長邊遠(yuǎn)大于板的短邊)，矩形板的大部分區(qū)域只在一個方向發(fā)生彎曲，形成一個筒形面，這種彎曲稱為板的筒形彎曲，此時，板的彎曲問題可簡化為板條梁的彎曲。這是學(xué)員在本課程學(xué)習(xí)中比較難以理解的知識點(diǎn)之一。為使學(xué)員理解并掌握板的筒形彎曲問題，課程組設(shè)計了板的筒形彎曲實(shí)驗(yàn)，主要目的就是演示板的筒形彎曲現(xiàn)象，驗(yàn)證有限剛性板的筒形彎曲理論，通過實(shí)驗(yàn)使學(xué)員深刻理解板的筒形彎曲的特點(diǎn)，理解力在結(jié)構(gòu)中的傳遞。圖3為板的筒形彎曲實(shí)驗(yàn)裝置示意。

圖3 板的筒形彎曲實(shí)驗(yàn)裝置示意

3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐與效果

實(shí)驗(yàn)教學(xué)在艦船結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。為了保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，真正做到團(tuán)隊(duì)協(xié)作、人人參與、個個受益，對不同類型的實(shí)驗(yàn)采取不同的方法。

船體梁彎曲實(shí)驗(yàn)屬基礎(chǔ)性、技能性實(shí)驗(yàn)，采用開放式教學(xué)方法。首先由教員集中介紹實(shí)驗(yàn)的目的、原理、操作步驟和注意事項(xiàng)，然后學(xué)員2-3人為1組分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。教學(xué)計劃安排本次實(shí)驗(yàn)的時數(shù)為兩學(xué)時，為了使學(xué)員有較充足的時間掌握實(shí)驗(yàn)方法和應(yīng)變片粘貼技術(shù)，在兩周內(nèi)每個下午實(shí)驗(yàn)室都對學(xué)員開放，學(xué)員按組預(yù)約進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)教員全程陪同指導(dǎo)解惑。每個小組實(shí)驗(yàn)的加載次序和載荷值都不相同，避免了實(shí)驗(yàn)報告千篇一律和抄襲現(xiàn)象。

板架彎曲實(shí)驗(yàn)屬綜合性實(shí)驗(yàn)，計劃學(xué)時為4學(xué)時。首先由教員在課堂布置實(shí)驗(yàn)任務(wù)；然后學(xué)員根據(jù)所給板架圖紙，進(jìn)行理論計算，畫出彎矩圖，作出應(yīng)力分布規(guī)律和危險應(yīng)力點(diǎn)的分析；根據(jù)計算分析結(jié)果，編制本組的試驗(yàn)方案。明確試驗(yàn)所要達(dá)到的目的，測點(diǎn)位置選取及應(yīng)變片布置的方向，加載方案等。試驗(yàn)方案確定后，學(xué)員在實(shí)驗(yàn)室按要求篩選足夠的應(yīng)變片，按試驗(yàn)方案進(jìn)行貼片，布線。試驗(yàn)準(zhǔn)備工作完成后，按預(yù)定加載程序加載并進(jìn)行應(yīng)變測量。最后，將測量結(jié)果與理論計算結(jié)果進(jìn)行分析比較，誤差分析并撰寫實(shí)驗(yàn)報告。

板的筒形彎曲實(shí)驗(yàn)屬綜合性、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，計劃學(xué)時為2學(xué)時，涉及的儀器設(shè)備較多，需要多人協(xié)作。將學(xué)員分為6人一組，每人一個崗位，團(tuán)結(jié)協(xié)作共同完成實(shí)驗(yàn)。

通過2005～2008級4期學(xué)員的教學(xué)實(shí)踐，實(shí)驗(yàn)教學(xué)收到了很好的教學(xué)效果。學(xué)員們普遍反映，實(shí)驗(yàn)教學(xué)使他們提高了學(xué)習(xí)“艦船結(jié)構(gòu)力學(xué)”課程的興趣，在課堂上覺得枯燥、難懂的內(nèi)容在實(shí)驗(yàn)中變得生動起來，也容易理解了。特別是兩個綜合性實(shí)驗(yàn)，使他們對艦船結(jié)構(gòu)力學(xué)的基本理論和研究方法有了更深認(rèn)識，提高了今后從事專業(yè)工作的興趣，鍛煉了實(shí)際動手能力，培養(yǎng)了管理能力和協(xié)作精神。大學(xué)教學(xué)督導(dǎo)組專家對課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)評價為“實(shí)驗(yàn)前講解清晰，實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊竺鞔_，步驟清楚，學(xué)員現(xiàn)場實(shí)作熱情高、認(rèn)真。久違的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，好！”。

[1] 郭日修.《船舶結(jié)構(gòu)力學(xué)》在中國開始傳播紀(jì)實(shí)[J].力學(xué)與實(shí)踐，2006，28(2)：91-92.

[2] 郭日修.船舶結(jié)構(gòu)力學(xué)在中國的傳播和發(fā)展[J].力學(xué)與實(shí)踐，2007，29(5)：88-91.

[3] 郭日修.紀(jì)念船舶結(jié)構(gòu)力學(xué)學(xué)科創(chuàng)建100周年[J].力學(xué)與實(shí)踐，2009，31(6)：87-90.

[4] 劉禮華,歐珠光，張宏志，等.以基本內(nèi)容為核心創(chuàng)建結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)驗(yàn)體系[J].理工高教研究，2007，26(1)：116-117.

[5] 倪少玲,宗 智,李海濤,等.重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)提升學(xué)生創(chuàng)新能力[J].船海工程，2011(4)：78-81.