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關鍵詞:土木工程;橋梁工程;課程設計;MIDAS
中圖分類號:G642.41 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2016)51-0193-02
“橋梁工程”課程設計既是土木工程交通土建專業教學的一門主要課程,也是一門實踐性極強的工程學科,其目的是培養學生綜合運用橋梁工程課程所學知識以及有關先修課程的基本知識進行橋梁結構設計的能力。以梁式橋課程設計為例,要求學生掌握梁式橋計算的全過程,其不僅加強了橋梁工程課程教學中的構造設計、計算方法的學習效果,而且也是對于結構設計原理、結構力學等專業基礎課的一次實際應用,同時也畢業設計的基礎。
一、現有橋梁工程課程設計教學中存在的主要問題
1.現有的課程設計方法與工程實踐脫節。在現代橋梁結構設計中,大型的有限元分析軟件逐步取代了手工計算和設計。常用的橋梁有限元軟件有ANSYS、MSC、MIDAS等一系列軟件,這些軟件以其強大的數值、分析運算功能、生動形象的圖像處理能力,代替了傳統方式下用筆和紙進行的設計操作。現有的設計課程中用筆、紙完成橋梁工程課程設計的傳統教學方式與時代脫節,大量應用電算技術成為一種時尚。有限元軟件應用的輔助教學方式既為設計類課程教學帶來了新的氣象,同時也對教學工作產生了巨大沖擊,其對于橋梁工程課程設計輔助教學的重要性越發突出。
2.對于設計成果是否符合要求缺乏判斷。現有的課程設計僅僅采用手算模式,一旦設計成果不滿足規范要求,學生往往僅改結果,對于過程并不加以修正,而MIDAS這一類設計軟件均引入了我國現行的設計規范,對于設計成果是否符合規范要求是一個剛性的判斷標準,一旦設計成果不符合要求,必須全過程修正方可通過計算。
二、MIDAS軟件引入橋梁工程課程設計的優勢與實踐
1.MIDAS軟件引入橋梁工程課程設計的優勢。為了解決橋梁工程課程設計中所暴露的問題,在課程設計中引入MIDAS作為設計工具,同時采用手算對承載能力進行復核,讓學生通過做課程設計,了解實際工程結構設計的基本程序和掌握結構設計的方法,并且通過設計結構的優化,真正達到基本訓練的目的,為畢業設計打下堅實的基礎。
2.MIDAS軟件在橋梁工程課程設計中的實踐。MIDAS系列結構設計軟件為通用的空間有限元分析軟件,要用到結構力學、結構設計原理、橋梁工程等大量理論知識。特別是針對橋梁結構,MIDAS/Civil結合國內的規范與習慣,在建模、分析、后處理、設計等方面提供了很多的便利功能,目前已為各大公路、鐵路部門的設計院所采用。根據橋梁工程課程設計的任務要求,教學內容選定MIDAS系列結構設計軟件中最基本的桿系程序MIDAS/Civil。基本操作過程訓練的教學目的是讓學生了解MIDAS/Civil系列結構設計軟件的基本組成與設計流程,熟悉各級菜單命令。其教學內容包括建模(前處理),即材料參數輸入、結構離散化、邊界條件與荷載布置等;對結構進行分析計算,即按照現行的規范,對各種荷載進行組合并進行分析;結果(后處理),即導出設計成果、出圖等操作。分析能力提高訓練的教學目的是使學生的實踐能力由基本操作技能向實際應用能力提高,其教學內容是指MIDAS/Civil在進行配筋計算與驗算后,可以得到結構的內力、位移圖形與表格,并且根據各種驗算結果判斷是否通過設計規范。由于軟件的全部計算過程是隱蔽、看不到的,只有讓學生通過查看結果圖形和文本文件,學會分析判斷各工況下的荷載傳遞情況、荷載圖、彎矩包絡圖、剪力包絡圖等是否正確,結構鋼筋布置是否合理,計算結果(水平側移、裂縫、撓度等)是否符合規范、規程要求等。對可能存在的不合理的設計結果,通過對所建模型進行修改,結構概念、結構分析能力得到提高,對于結構力學、結構設計原理、橋梁工程以及規范的理解能力大幅度增強。教師S課程設計的進度,可選在課程設計前提前組織學生傳授、現場演示上述軟件的功能、應用及基本建模、分析及后處理過程,并且輔助已經建好橋梁模型使學生有更加深刻的體會。對于超靜定結構,結構的受力與施工過程息息相關,這就要求學生不僅會正確使用軟件,還要求學生采用結合所學的力學知識對所算橋梁結構的受力性能、施工過程進行檢驗,要求學生對于橋梁結構的定性分析應十分熟悉,必要時還應與簡化的橋梁模型的手算結果相符合,以此驗證軟件計算結果的正確性,為將來的結構設計、施工均打下堅實的基礎。
3.通過MIDAS的引入加強橋梁結構設計概念的教學。在我們的實踐中,發現學生往往會按照流程建立橋梁的模型,并且進行分析計算,但是對于計算的結果往往無法進行正確的評價,甚至找不出程序報錯的原因。其主要原因來源于學生的基本理論不清楚,對于橋梁結構的特點、規范的理解程度不夠。畢竟有限元軟件僅僅是一個工具,“人必須成為工具的主人,而不能被工具所代替”,因為每一次對于模型的修改和調試都建立在對于橋梁結構的宏觀概念上,所以學生在對橋梁模型的不停修改與調試中,對于結構設計原理、橋梁工程、現行規范以及所學的各種力學等課程的理解不斷加深,也更加有利于教學與實踐相結合,幫助學生建立大結構的概念。
4.應用實例。橋梁工程課程設計主要內容為30m預應力混凝土T梁結構設計。該設計計算包括T梁截面尺寸的擬定、荷載作用下結構內力的計算與效應組合、預應力鋼束的配置、截面驗算等。MIDAS提供視圖、結構、節點/單元、特性、邊界、荷載、分析、結果、PSC、pushover、設計、查詢、工具等十三項一級目錄。每個一級目錄下均提供若干二級目錄,MIDAS通過提供三維視圖使得設計更為直觀。如橋梁工程教學中對于截面尺寸的擬定給出的是一個范圍,如T梁指出高跨比為1/14―1/25,肋寬為0.18―0.20m,從受力與施工角度出發,在支點處往往采用較大的截面尺寸,跨中采用馬蹄形較小的截面尺寸,對于這些構造缺乏直觀的現實。MIDAS通過材料和截面、節點單元輸入進行截面擬定,相對于教材二維圖形,其可以產生三維構圖,從而表現更加直觀。學生更加容易理解也便于細部尺寸的修改。尺寸擬定完成以后,確定邊界條件,再按照課程設計要求進行車道和人群荷載布設,程序進行荷載效應計算與組合,PSC設計,完成預應力鋼束的初步估計。學生可以通過查看各種效應組合下的內力圖形,與手算結果比較,判斷模型建立是否正確。這不僅提高了學生對于結構力學等基礎課程的理解,更為今后施工、設計中的定性判斷提供了基礎。根據程序提供的預應力鋼束數量以及結構的彎矩圖,學生可以直觀地進行預應力鋼束的布置,并對鋼束的位置可以進行任意修改,直至結構通過程序驗算。程序的驗算是否可以通過施工階段正截面法向應力驗算、受拉區鋼筋的拉應力驗算、使用階段正截面抗裂驗算等。MIDAS程序設定一旦設計不能滿足現有規范的要求,則驗算報錯,這就需要學生對模型進行修改,或者調整預應力鋼束的數量、位置,或者調整截面的尺寸,這能進一步加強學生設計流程、預應力鋼束的布設以及作用等教學重點的理解,使得理論教學與實踐教學進一步融合。
三、Y語
近幾年,將MIDAS/Civil有限元分析軟件引入混凝土結構課程設計的教學實踐表明,通過提前布置課程設計題目,帶領學生熟悉并且應用有限元軟件,對于加強學生的設計理念,調動學生的設計積極性有著積極的作用,并且對于培養學生對各種錯綜復雜因素的綜合分析能力以及對學生畢業設計、加大實踐教育起到了很大的幫助作用。
參考文獻:
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Application of Software MIDAS in Teaching of Bridge Engineering Course Design
YANG Ri-hua,WANG Xin-zhong,HUANG Guo-ping
(School of Civil Engineering,Hunan City University,Yiyang,Hunan 413000,China)
一、人才培養目標
在人才培養上,如何將傳授知識和能力培養二者有機結合,相輔相成,避其對立取其統一,制定出既適合社會對工程人才的需要,又滿足高校教育的道路橋梁與渡河工程專業人才培養方案,這不但具有重要的發展意義,還具有重要的現實意義[1]。道路橋梁與渡河工程專業,綜合了道路工程、橋梁工程以及渡河工程相關的專業技能。其人才培養目標就是培養具有專業設計能力、施工技能并懂得現場管理的現場工程師、道路工程師、橋梁工程師,為道橋工程領域生產第一線培育卓越的當前社會需要的高級應用型人才[2]。
二、道路橋梁與渡河工程專業課程體系的設置
緊緊圍繞人才培養目標的要求,道路橋梁與渡河工程專業開設專業課,專業基礎課,公共課程,專業選修課程等。道路橋梁與渡河工程專業是培養能從事道路、橋梁、鐵路工程及地下工程的設計、勘測、施工、科研、咨詢、維護和管理等工作的工程技術人才。其專業核心課程包括路基路面工程、橋梁工程、道路勘測設計、道路建筑材料、土質土力學、橋涵水文與水力學、隧道工程、基礎工程、道路施工、橋梁施工等科目。
2.1主體思想
培養方案要適應我國現代化人才發展需求,結合科學的教育理念,掌握專業人才需求規律,順應教育的發展潮流、專業人才培養模式和標準,培養“來之能用,用之有效”的,既有扎實的實際操作能力,同時又具有不斷創新精神的高級專業人才。做到及時總結在人才培養過程中好的教學內容、教學手段以及教學改革成果,并將成果應用于新的培養方案中,不斷開吸取國內外本領域先進的教育理念和科研成果,注重實際工程與課程體系的銜接、整合、優化,更新課程,發展學生創新意識,從而提高畢業生的質量。
2.2道路橋梁與渡河工程專業方向設置
道路橋梁與渡河工程專業下設有道路工程、橋梁工程和地下工程與安全三個專業方向。為適應市場需求,學生可根據自己的專長和愛好,自主選擇一個專業方向進行學習。
(1)道路工程專業方向,可從事道路工程的勘測、規劃、設計、施工、咨詢、管理等方面的技術工作,還可以從事橋梁和隧道工程相關的技術工作;(2)橋梁工程專業方向,可從事橋梁工程的勘測、規劃、設計、施工、咨詢、管理等方面的技術工作,還可以從事道路工程相關的技術工作;(3)地下工程與安全專業方向,可從事地下工程的勘測、規劃、設計、施
工、咨詢、管理等方面的技術工作,還可以從事工程安全與災害防治及道路橋梁工程相關的技術工作。
2.3課程分類
道路橋梁與渡河工程專業學制四年,最長不超過六年,提前修滿規定的學分,可申請提前畢業。三個專業方向的所有課程分為三類,即:
(1)公共基礎課。公共基礎課是三個專業方向都必須要修的課程。公共基礎課程共65.5個學分,占總學分比例的44%。(2)專業課程群。專業課程群包括專業課程和專業基礎課程,其中專業基礎課是為日后專業課程學習的先導課程,為專業課程學習做鋪墊。專業基礎課共49.5個學分,占總學分比例的34%,專業課共33個學分,占總學分比例的22%。(3)專業拓展課。專業方向拓展課程是在結合專業課程或專業基礎課程的基礎上,為開擴專業領域視野,豐富專業領域知識,更好地與畢業后工作有良好的銜接而開設的課程。相當于傳統課程體系中的專業選修課。專業拓展課程涵蓋了與三個專業相關的專業課程,涉及工程設計、施工、監理和管理等各方面。學生可根據自己的興趣愛好和就業需要在專業拓展課程中,選取28個學分的課程,所修學分占總學分的19%。
2.4實踐課程
本專業的實踐教學環節從大一至大四一直貫穿于四年的本科培養過程,除了大一年級的軍事訓練課以外,還包括物理實驗、專業認識實習、測量實習、專業地質實習、專業生產實習、專業課程設計以及畢業設計(論文)以及創新實踐等環節。其中課內實踐環節為45學分,課外實踐5學分,課外實踐不計入總學分,但需考核合格方準畢業。
三、結語
隨著我國基礎設施建設的飛速發展,交通事業已經成為我國經濟發展支柱性行業,隨著社會對交通技術人才的需求呈現多樣化,道路橋梁與渡河工程專業人才培養也越來越受到重視。相應地,對該專業課程體系的設置也應與時代需要同步,結合國家建設對交通人才的要求,不斷將新標準、新知識和新方法吸納并將其優化,不斷探究新方法和途徑,為道橋工程領域生產第一線培育卓越人才。
參 考 文 獻
關鍵詞:工程應用能力;教學模式;實踐;改革;橋梁工程
1.引言
一個地區的發展和建設離不開當地高等院校的人才培養,地方高等院校自身的發展和服務地方的建設至關重要,尤其在培養專業技術人才方面,要結合本地區的特色和特殊性做出及時的調整和適應。地方高等院校各個專業的發展與服務地方的關系,影響其健康持續發展,這個問題應引起高等院校自身和學術界的廣泛關注[1,2,4,5]。從服務地方來看,大部分高校沒有合理調整各個專業內容的設置,及時應對當地發展和建設的需要,出現脫離當地建設的實際、針對性不強等一系列問題。我校作為一所傳統的工科院校,近幾年來一直將服務地方策略作為專業人才培養方案調整的重要依據,努力把學校建設成服務地方發展和建設的人才培養、科技創新的重要基地。自2010年開始,我校土木工程專業開始準備住建部專業評估,土木工程學院啟動工程應用能力為主,結合地方建設為特色的土木工程人才培養課程教學模式改革工作。作為土木工程專業道路與橋梁方向,《橋梁工程》課程是一門非常重要的專業業務課程,是一門要求工程實踐能力很強的專業課程,與工程實際關系十分密切。因此,通過一定的工程實際鍛煉,能用已學的知識理論去解決工程實際問題將關系到學生專業能力素質。結合多年的橋梁工程教學,筆者對工程應用能力培養進行探討和思考。
2.橋梁工程課程教學存在的問題
《橋梁工程》課程繼土木工程制圖、材料力學、結構力學、結構設計原理、基礎工程、橋涵水文、道路勘測設計等課程學完之后,以實際工程為背景,進一步運用力學知識和綜合專業基礎知識,解決橋梁實際工程問題。近些年橋梁工程建設的增多,使得道路橋梁專業畢業生的專業知識層次要求產生了變化,我校橋梁工程課程理論教學增加到目前的88學時,注重了這門課教學的整體完整性,但也存在一些不足和改進之處。目前在教學中普遍存在的問題有:(1)由于學生專業基礎課程學習的不夠扎實,一些專業基礎課程設計未能按要求完成,且往往基礎課和專業課由不同老師講授,導致橋梁工程學習中運用到已學過的知識理解新的概念、理論時不能及時掌握,隨著課程的推進,新的知識點出現越來越多,學生學起來就感覺到困難,致使掌握程度浮于表面,甚至只是應付上課;(2)由于課程相對密集的原因,沒有更多的時間在學習過程中結合實踐和運用,不能把理論知識和工程實際有效結合,導致接下來的課程設計環節無法進行,甚至失去課程學習的興趣和信心;(3)考核方式多為結合平時上課出勤情況,書本上理論知識點的期末試卷考核,這種評價體系側重于理論知識的考核,無法全面對綜合運用學過的專業知識去解決實際問題的能力評價,因此不能很好地培養具備能夠提出問題—分析問題—解決問題的工程應用能力的人才,與目前倡導的卓越工程師的培養大相徑庭。
3.以應用能力為主導的教學模式
作為土木工程專業的學生,其學習理論知識的目的是畢業后能夠運用到實踐工程工作中,在工作中遇到新的問題如何運用已學的知識去處理和解決。因此,橋梁工程課程教學改革,要與實際工程相結合,建立合理的教學課程體系,培養和鍛煉學生具備工程應用能力,能夠解決實際工程問題至關重要。
3.1理論課程學習模式的改革
橋梁工程課程的學習,一般學生常規的學習方式是進課堂集中聽專業老師灌輸式的講授,這種教學模式不利于培養學生的工程應用能力,在教學過程中,應切實體現工程特色,突出實踐,強化應用。我校橋梁工程課程理論教學88課時,通過加大課時量,做到教學內容完全體現深化橋梁理論知識學習,加強工程實際能力的培養。課程教學大部分章節以橋梁工程案例為依托,做到從工程中學習理論知識,到運用已學知識解決工程實際問題中,增加學生工程意識和思維方式。建立了一套工程信息資料數據庫,如BIM建模與應用模塊,實際橋梁工程施工、設計、監理、造價及管理資料模塊,橋梁工程視頻、動畫模塊,與橋梁工程有關的微信(筑龍路橋等)、論壇精品資料模塊、實驗室實踐學習模塊、工程軟件學習實踐模塊,產學研實習模塊等,將其穿插應用于理論教學的始終,突出課程教學的工程特色。通過結合學校周邊近幾年大型橋梁工程建設,激發學生的學習橋梁工程課程的興趣和愛好。
3.2課程實踐訓練環節模式的轉變
以往我校的橋梁工程課程實踐環節主要是通過虛擬一課題完成課程設計或大作業,進行設計一座預應力梁式橋或拱橋,并給出計算書和設計圖紙。通過對幾屆學生完成情況的觀察,在兩周的時間內,只有少數學生能夠參考設計計算實例完成,只是依葫蘆畫瓢地照搬參考書上實例進行計算畫圖,沒有真正理解體會的完成一座橋梁的設計計算。針對這種情況,在教學過程中,通過問卷調查和與學生互相交流得知,導致這種情況是集中教學模式,加之實踐中其他課程和實踐環節過多,只有無暇應付,根本沒有時間去思考和認真去做。因此,最近幾年采取了一系列的措施來改變上述的狀況。
3.3建立課程工程應用能力考核機制
強度工程應用能力,并不是放棄量化的指標考核,建立在實際教學過程中能夠進行綜合評價一個學生的評價考核體系,使學生能夠知道想學什么,要學什么,必須學什么。在考核中強度多元化的評價,如橋梁工程知識點的比賽,定期學生上臺講課匯報情況讓學生自己解決同組或本班其他學生存在的問題。真正做到以考促學,以考促教,加強平時考核,加強知識的綜合運用能量的測評,加強自己動手解決問題的評價。總之,好的評價考核體系能夠真正區分和識別誰是最好的學生。
4.結語
工程應用能力是工程師核心的競爭力,也是高等院校工程教育的薄弱環節。高校中開設的專業課程要理論知識結合實踐訓練,全方位、多角度地培養學生的工程應用能力。教師要不斷增強工程意識,做到傳授知識、培養學生解決實際工程問題意識、參與到工程實踐中。學校、地方企業等參與到整個培養的過程中,為教學提供支撐條件,為能夠培養出更好的卓越工程師創造良好的條件提供保障。
參考文獻:
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關鍵詞:波折腹板;組合結構橋梁;畢業設計;探討
中圖分類號:G642.4 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2013)35-0186-02
一、引言
畢業設計有助于學生熟練所學專業知識,培養學生獨立分析、解決實際問題的能力,有利于學生使用軟件、樹立正確的工程意識,是實現本科生培養目標的重要教學階段,是衡量學生所學知識的重要評價內容。本科生畢業設計可以使學生的素質和動手實踐能力提升,對學生以后的發展有著重要的作用,因此對本科生畢業設計的指導有著重大的意義。鋼與混凝土組合結構作為僅次于鋼結構、混凝土結構的第三種結構形式,利用鋼結構和混凝土結構的優點,以達到充分利用材料特性的目的。橋梁工程課群組本科生系統地學習鋼與組合結構橋梁基本知識,進行課程設計和畢業設計有著重要的工程意義。
二、波折鋼腹板組合橋梁
為了減輕下部結構、地基和基礎的負擔,減小橋梁結構自重,提高橋梁結構受力性能,解決混凝土箱梁頂底板的溫差及其腹板的干燥收縮、徐變等引起的應力集中問題,法國工程界提出用彎成波折形狀的鋼板代替混凝土腹板,與混凝土頂底板形成組合箱梁體系新型結構,由混凝土頂底板、波折鋼腹板、橫隔板、體內外預應力鋼筋或鋼索等構成,如圖1所示。
波折鋼腹板組合箱梁主要利用波折鋼腹板較高的抗剪承載性能抵抗截面剪力,混凝土頂、底板單獨承擔截面彎矩;通過波折鋼板的自由伸縮變形減小預應力施加量。波折鋼腹板箱梁恰當地將鋼、混凝土兩種不同材料結合起來,提高了結構的穩定性、強度及材料的使用效率,在國內外具有很強的生命力,是因為這種結構具有許多優越性:(1)波折鋼板充當腹板,使得箱梁自重大為降低,大約可以減輕20%-30%,從而可以增大跨徑、減少基礎用量;(2)波折鋼腹板縱向剛度較低,因此對上、下混凝土板的徐變、干燥收縮變形不起約束作用,避免預加力向鋼腹板的轉移,大幅度提高施加預應力的效率;(3)波折鋼板具有較高的抗剪屈曲能力,因而可以做得很薄,且無需縱橫向加勁;(4)波折鋼腹板制作可以實行工廠化,并且伴隨著自重減輕,架設施工容易;(5)波折鋼腹板使橋梁具有較強的美感,易與周圍的環境相協調,是山區、風景區較好的橋型選擇;(6)采用體外預應力筋方式,可免除在混凝土腹板內預埋管道的煩雜工序,縮短工期,使施工更加方便,利用傳統的施工設備和方法就能完成橋梁架設,對于因工期受到制約的地區,施工非常有效。
隨著我國鋼橋和組合結構橋梁技術的發展,越來越多的波折腹板組合結構橋梁應用于工程實際。對于即將進入設計、施工工作崗位的土木工程專業畢業生,通過畢業設計初步了解這種新型組合結構橋梁的特點,基本掌握該類型橋梁的設計、計算流程,為今后該新型橋梁的大力推廣奠定基礎。
三、現存問題分析
1.結構新穎,設計難度較大。波折鋼腹板組合箱梁橋在國外獲得了工程界的廣泛關注,相關的學術研究和工程實踐與創新也是方興未艾。我國對于波折鋼腹板組合箱梁橋的研究起步不久,理論研究相對滯后,波折腹板組合箱梁在受力機理、構造措施和設計、新型連接構造及施工方法仍需要系統的理論分析和試驗驗證來逐步解決,本科生進行波折腹板組合結構橋梁畢業設計,難度較一般混凝土橋梁設計大。
2.學生對組合結構力學知識了解較少。土木工程專業本科生在土木大類基礎課程中,進行了《結構設計原理》《混凝土結構基本原理》和《鋼結構基本原理》的學習,對鋼與混凝土組合結構知識了解較少,基礎知識不扎實、牢靠。
四、改進方法
1.彌補學生組合結構知識。在進行波折腹板組合結構橋梁設計之前,通過波折腹板橋梁的圖片、視頻等多媒體手段結合工程實例對該新型橋梁的設計特點以及細節構造等進行介紹,使學生從感性角度認識與了解這種橋型的特點、優點以及與常規橋梁的不同點。其次通過現場參觀實際工程,設計與施工代表現場講解加深學生對波折腹板橋梁設計流程與施工方法的認識。最后結合講座學習、答疑為輔的方法,讓學生了解組合結構連接件的類型,學習波折腹板橋梁的剪切性能、彎曲性能、扭轉性能、長期性能、動力性能及連接性能,掌握焊釘連接件及開孔板連接件極限承載力以及抗剪剛度計算方法,為波折腹板橋梁的畢業設計打下理論基礎。
2.規范設計思路。通過介紹國內外波折腹板組合橋梁的設計規范,包括美國AASHTO規范、歐洲EC4規范、日本波折鋼腹板組合結構橋梁設計指南,以及我國目前正在修訂的波折腹板組合橋梁設計指南,熟悉該新型橋梁的設計流程以及設計相關內容。綜合各規范與指南的相關規定,將波折腹板組合結構橋梁設計分為混凝土構件設計、波折腹板設計和連接件設計三部分,指導學生從橋跨布置、方案必選、混凝土構件尺寸擬定、波折腹板尺寸擬定、連接件布置設計、施工階段力學性能驗算、成橋階段力學性能驗算分步進行,對學生進行階段輔導和檢查。
3.鼓勵學生創新。波折鋼板不僅局限于替代混凝土腹板應用在組合箱梁結構,而且具有新的應用價值,通過為學生講解及剖析波折腹板與管狀翼緣I-型梁,波折鋼腹板鋼管混凝土梁,波折鋼腹板鋼管混凝土拱,波折鋼腹板懸臂挑梁的鋼-混凝土組合脊骨梁,蜂窩組合結構梁等工程創新實例,開發學生大腦,鼓勵學生進行創新。
4.與工程實際相結合。指導學生運用橋梁博士、Midas、ANSYS等橋梁結構計算軟件,與企業合作,讓學生的畢業設計與實際工程相結合,讓學生更加真實地了解實際工程的設計,培養學生的集體意識和互相協作能力,提高學生獨立鉆研和學習的能力。
畢業設計有助于學生熟練所學專業知識,培養學生獨立分析、解決實際問題的能力,有利于學生使用軟件、樹立正確的工程意識,是實現本科生培養目標的重要教學階段,是衡量學生所學知識的重要評價內容。應進一步通過探討波折腹板鋼與組合結構橋梁理論與畢業設計內容的結合,并融入相關工程背景,鼓勵學生多思考,激發學生創新的熱情。
參考文獻:
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關鍵詞:機械教學;課程設計;探索;實踐
機械設計基礎課是高職機械類專業一門重要的主干課程,它在整個專業知識的教學中起著非常重要的橋梁作用,它是由學習專業基礎課向學習專業課的過渡性課程,同時也是從事機械產品設計的必備基礎。而機械課程設計作為該課程的重要教學環節,是學生掌握機械基礎知識和提高機械設計能力的綜合訓練。學生在課程設計中運用先修的機械制圖,公差,機械設計基礎等課程的知識,對前期學習的知識起到鞏固,深化,融會貫通的作用,樹立正確的設計思想。通過在課程設計的實際動手實踐,進一步培養學生在實際工程中的分析和解決問題的能力,讓學生掌握常用的機械零件和機械傳動裝置以及簡單機械傳動的設計方法和一般步驟。并在這個過程中提高學生的工程計算能力,繪圖識圖及查找資料等能力,掌握經驗估算等機械設計的基本方法。機電類,數控類專業多以齒輪減速器為設計對象,設計的主要內容主要是以下幾個方面:傳動裝置的方案設計;選擇電動機,確定計算功率的大小;進行齒輪主要參數的設計計算,校核軸,選擇鍵、軸承、聯軸器等零部件,并校核其強度,選擇齒輪,軸承的和密封方式;最后繪制減速器裝配圖及繪制零件圖;編寫設計說明書。具體需要完成的任務是:繪制減速器裝配圖A0一張,繪制零件工作圖兩張(齒輪、軸或箱體);編寫減速器的設計計算說明書一份。在課程設計前期,由教師組織學生通過閱讀任務書,明確設計內容及設計題目,并由學生分組討論該減速器所包含的機構及具體傳動路線。若沒有事先給定傳動圖,由學生自己先根據以往課本知識給出幾種較合理的傳動方案,并對多個方案進行比較,選出最優方案進行設計。學生在完成所有設計步驟后,教師依據學生在設計過程中的表現,圖紙工整度,說明書的正確性以及答辯情況等對課程設計進行評定,給出最后的設計成績。通過多年的課程設計發現學生在這一活動中有了不小的收獲,同時調動了學生主觀能動性,把課堂學習的知識和實際結合起來。但在這一實踐過程中存在著一些問題。
1課程設計中存在的問題
1.1理論與實際相脫節。在課堂上介紹時,書本上是把相關的知識劃分開來,例如齒輪,軸承,聯軸器,離合器,公差等,而實際學生要把這些知識統和在一起,則對學生來說往往難度較大。同時,學生掌握的是一些理論知識,對工程實際沒有概念,這就使得很多學生實際只是照著書本設計過程照貓畫虎。最后的結果往往是純理論推導計算,沒有認可工程上的可行性。對結構進行設計時,往往只考慮了功能性,沒考慮實際的工藝性問題。這使得有很多的設計結構在理論上可行,而實際根本沒有辦法加工,或加工難度過大導致成本飆升,在實際工程當中這一設計根本不可能被采用。還有在公差選擇,精度設計方面,由于實際工程經驗缺乏,所以對工廠設備情況,加工手段及加工能力缺少必要的認知,從而無法合理的確定零件的尺寸精度和表面粗糙度。由此可見,理論與實際的脫節是影響課程設計教學結果的重要問題。1.2學生的專業基礎較差。機械設計是一門結合前期學習的制圖,機械制造工藝基礎,公差等課程的綜合應用課程。由于這幾門課程是在前兩學期學習的,而且有一部分學生學習這部分內容時完全是為了應付考試,所以時間一長,一些知識就遺忘了。主要表現在兩個方面,一個是軸的設計中關于材料力學的相關知識。另一方面就是工程制圖,不能正確的畫出圖樣,不能嚴格的遵守工程制圖的國家標準,甚至最基本的圖線表示錯誤。還有大多數學生在形位公差的標注上錯誤率極高,被測要素是中心要素還是輪廓要素,分別該如何標注搞不清楚。最后標注出的結果和實際公差要求完全不一致。1.3不查差資料,盲目模仿照搬。學生在課程設計過程中,不認真研究所給資料和圖紙,不考慮實際情況完全照搬參考資料。例如某些系數的選擇,參考資料上選擇是多少就選擇是多少,不思考為什么這么選擇,設計的情況和參考資料上的情況是否一致。更有甚者,整個設計結束竟然連機械設計手冊都沒有翻閱過,完全抄襲別的同學的。這說明學生沒有靈活掌握相關知識,并且沒有調動起學生的主動性。1.4投入不夠,不加重視。學校方面,對課程設計在整個專業知識的重要性認識不足。它是使學生把所學知識從書本向實際過渡的一次重要實踐,是訓練學生綜合運用已學知識的重要環節。很多學生完成了相關設計以后認為課程設計才真正使他們第一次了解了所學的幾門課程到底是作什么用的,如何去用。對于這樣重要的實踐環節學校投入不足,相關測量工具不足,機械設計手冊數量過少,從而使得很多學生查詢一部手冊,一組中只有少數幾個學生查詢,其他學生不能動手查詢就直接抄襲別人查詢的答案。
2提高課程設計效果的措施
2.1合理選題。設計題目的選擇是否得當,直接影響課程設計的效果。所以選題時應做到以下兩點:(1)題目要有綜合性和完整性,難易適中。過于復雜的題目使得大多數學生沒有辦法做出來從而影響最終設計結果。一般選擇一級直齒圓柱齒輪減速器即可。保證中等程度的學生能夠獨立完場(2)設計題目中所給數據有所區別,使學生各組設計結果有所區別,從而避免大面積抄襲現象的發生。2.2加強實踐教學。讓學生充分認識到課程設計的重要性。它的意義不簡單的在于設計作業的完成而是對后續課程學習的影響,甚至對于以后工作也有著深遠的影響。由于實際工程經驗對課程設計十分重要,所以應在機械設計基礎課程的學習中,穿插一些工廠實習。在實習過程中,不能只是帶著學生進行走馬觀花式的參觀實習,而是最好能利用相關設備的檢修期間,讓學生對機器的內部結構進行實際了解,直觀感受。利用現代化的多媒體教學,讓學生感性的了解各種加工方法及各種機械結構實際的工作情況。使他們在頭腦中把課堂上所學的知識和實際能聯系起來。另外,對于教授機械設計基礎的理論教師和從事課程設計的指導教師來說,也應熟悉工藝狀況,了解設備的基本情況,經常進入一線實習,增加新工藝,新技術應用等方面的知識,力爭成為雙師型教師。指導教師自身的豐富的工程實際對于提高課程設計的效果有著十分重要的意義。2.3做好實踐前的準備工作。由于學生對前期課程知識薄弱,學過的內容容易遺忘的問題。在課程設計前兩天在課堂上回顧一下以前的知識,尤其是公差的選擇問題,有針對性的進行復習。當學生前期設計計算完成后,開始畫圖前進行機械制圖相關知識的補習,尤其是往屆學生容易出問題的部分進行重點說明。然后讓學生再去畫圖,這樣學生所畫的圖樣質量有明顯的提升,避免了一些圖樣上普遍出現的錯誤。2.4做好合理組織工作。合理組織對于整個課程設計的順利進行及取得良好效果起著至關重要的作用。首先,學生要進行合理分組,每個組中要做到有優秀的,一般的,和學習比較差的學生,這樣在設計過程中學習稍差的學生可以有優秀學生帶動共同完成設計工作。如果較差的學生分為一組,組內大家都不會做,最后的結果就是抄襲一下別組的,起不到學習的效果。其次,指導教師要做好實習前的準備工作。制定好設計進度計劃,對輔導課進行詳細備課,做好輔導答疑工作。定期檢查學生的進度是否完成,做好階段性的檢查和評估總之,課程設計在整個機械設計基礎課程中是一個非常重要的實踐環節。這一環節讓學生對機械知識有了全面認識,同時也提高了專業綜合能力,受到了學生的歡迎。對于教師來說也是一個相互交流提高的機會,并在課程設計中應發現傳統教學中的問題,調整課程設計題目及方法手段,使其緊密結合生產實際。對學生加大創造性引導,提高課程設計的教學效果。
作者:柏莉 單位:白銀礦冶職業技術學院
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