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摘要：《船体强度与结构设计》课程是船舶与海洋工程专业的专业核心课，原有课程大纲和教学内容存在和现代船舶力学发展脱节，与船舶工程实际脱节的问题。鉴于此，本课程组开展了《船体强度与结构设计》课程的改革研究与实践，吸收最新的船舶结构直接计算指南和船舶结构共同规范的相关内容，形成能反映现代船体强度计算技术和船体结构设计规范的“船体强度与结构设计”课程大纲和讲义；同时改进现有船舶结构设计课程设计的教学模式，提出基于问题学习模式的船舶结构设计教案；采用双语教学，提升学生的专业英语水平和国际化水平。通过课程改革和实践，课程大纲和讲义更具完整性和先进性，课程教学效果有明显提升，学生反馈良好。
关键词：《船体强度与结构设计》；课程设计；改革
本文引用格式：朱翔,等.《船体强度与结构设计》课程改革研究与实践[J].教育现代化,2019,6(09):50-52.
一 前言
《船体强度与结构设计》课程是船舶与海洋工程专业核心专业课，这门课旨在使学生掌握船体强度分析的基本方法，能综合应用已有专业知识进行船体结构强度的校核，掌握船舶结构设计的基本概念和方法，能进行初步的结构设计[1,2]。这门课在我校船舶与海洋工程专业的第6学期开设，课程一方面综合性较强，涉及到的先修课程包括船体结构、船舶静力学、材料力学和结构力学等课程；另一方面内容与实际船舶工程的设计联系较为紧密，具有较强的实用性；而且涉及到的力学知识较多，公式也较多，因此课程具有一定的难度和挑战[3]。
随着船舶结构力学和造船行业的快速发展，现有的经典教学大纲和教学内容存在和现代船舶力学发展脱节，与船舶工程实际脱节的问题，授课知识偏于传统和陈旧。鉴于此，我们提出对《船体强度与结构设计》课程的教学内容和方法进行改革，整合和更新目前的教学内容，修订教学大纲，编写针对性强、实用性大、知识体系与时俱进的新讲义，同时对相应的教学方法进行改革。
本项研究的目标是通过整合相关专业选课课程内容，吸收最新的船舶结构设计共同规范和船舶结构直接计算指南的相关内容，形成能反映现代船体强度计算技术和船体结构设计规范的船体强度与结构设计的课程大纲和讲义；改进现有船舶结构设计的教学模式和考评模式，提出基于问题学习模式的船舶结构设计课程设计教案。
二 课程大纲的修订
作为教学任务的指导性文件——教学大纲对于课程的教学质量起着至关重要的作用。为了编写针对性强、知识体系较为完整、内容与时俱进的《船体强度与结构设计》课程教学大纲，课程组老师多次开会研讨，协调分工，分别进行相关内容的调研，收集和整理国内外经典教材和主要船级社的结构强度与结构设计规范，对其进行消化吸收。原有教学大纲主要涉及的是教科书中的经典内容，主要包括：船舶外载荷，船体总纵强度、局部强度、扭转强度，船体结构的型材和剖面设计等方面的内容[4,5]。在原有教学大纲的基础上，我们吸收了最新的船舶结构设计共同规范和船舶结构直接计算指南的相关内容，同时为了提高教学质量和教学效率，将本科生原有的选修课《结构优化设计原理》部分内容整合到该课程的教学大纲中，取消《结构优化设计原理》教学任务。
经过修订，我们将该课程的学时由32学时增加到了40学时，原有两周的船舶结构课程设计保持不变。新的大纲一方面保持了原有船体强度的经典教学内容；同时，扩充有关结构直接计算和规范设计的相关新内容。既有良好的继承性，又与时俱进，反映了该领域的新发展和成果。
三 讲义的编写与完善
要编写一本好的讲义，要针对讲义提纲进行顶层设计和研究。为此，课程组成员通过广泛调研，认真分析和研究了目前国内外关于《船体强度与结构设计》这门课教学内容的安排和设计，包括国内具有代表性的教材《船体强度与结构设计》[4-6]；国外具有代表性的教材《Principles of Naval Architecture》[7]、《Basic Ship Theory》[8]和Strength of Ships and Ocean Structures[9]等，并讨论和总结了这些教材在内容的层次结构和内容等方面优缺点。
基于调研的结果，并结合目前船舶行业的发展情况，课程组成员提出了《船体强度与结构设计》新讲义的提纲。新讲义提纲层次安排合理，内容上既兼顾了传统经典的教学内容，也吸收了目前最新的行业知识。
新的讲义包括了绪论和9章具体内容，共约15万字。第一章介绍了经典的船舶静置在波浪上的外力计算，包括了静水剪力与弯矩计算，波浪附加剪力与弯矩计算，基于规范的剪力和弯矩近似估算和剪力和弯矩的计算实例等内容。第二章内容是船舶波浪载荷的直接计算。具体包括了海浪，势流理论基础，规则波中的波浪载荷计算，线性波浪载荷的短期及长期预报和波浪载荷计算实例等内容。第三章是总纵强度的计算，包括船体总纵弯曲应力的第一次近似计算，船体构件稳定性检验与剖面折减系数计算，总纵弯曲应力第二次近似计算，船体构件的多重作用及按合成应力校核总纵强度，船舶总纵弯曲时的剪应力计算，强度衡准，船体挠度计算，极限弯矩计算和总纵强度计算实例等内容。第四章为基于有限元的总纵强度直接计算。参考相关直接计算指南，介绍了包括了船体结构计算有限元模型的建立，载荷施加方法，总纵弯曲应力和剪应力的提取和船体挠度的提取等内容。第五章为船体扭转强度的计算。包括了作用于船体的扭转外力，普通船体的扭转强度和刚性，具有长大舱口船体的扭转强度和刚性，扭转时舱口变形计算，基于有限元的船体扭转强度计算等内容。第六章为船体局部强度计算。具体包括船体骨材和板格结构强度计算模型，局部性载荷和强度计算，船体板架结构强度计算，以及基于有限元的船体特种结构强度直接计算等内容。第七章为船舶结构设计原理。包括了船体结构设计的概述，典型的型材剖面的设计，船体中剖面设计方法，结构优化设计等内容。第八章则是船体结构规范法设计。包括了船体结构规范法设计的基本考虑，规范对船体纵向强度的考虑，基于规范的外板与甲板板的设计，基于规范的船体骨材的设计和应力集中区的结构设计等内容。第九章上层建筑强度及设计包括了上层建筑与甲板室的变形特征，上层建筑强度，上层建筑设计，上层建筑端部的应力集中与加强设计等内容。
相对于已有的中文教材，该讲义的特色主要有以下几方面：（1）基础性。讲义的基础性主要体现在保留了船体强度涉及的基本理论，包括经典船舶静置在波浪上的外力计算，基于船体梁理论的总纵强度计算，船体扭转强度计算、船体局部强度计算等内容，有助于学生掌握好船体强度的基本概念和方法；（2）先进性。跟随学科发展，吸收了有关船舶波浪载荷的直接计算方法、船舶结构直接计算方法、船舶结构优化设计方法，反映了近些年船舶结构强度领域发展起来的新内容和研究成果；（3）实用性。讲义引入了世界主要船级社共同推出的结构设计共同规范等相关内容，学生在课程教学和课程设计中能对相关规范有一定了理解和认识，便于培养工程思维，同时该内容更加贴近工程实际应用。
四船舶结构设计课程设计的优化
“船舶结构设计”课程设计是船舶与海洋工程专业本科教学中实践教学环节的重要组成部分，在船舶与海洋工程课程中具有重要的地位和作用。
以往的船舶结构课程设计内容只局限于要求学生学习船舶设计规范，根据母型船的结构图纸提出所设计船的基本结构设计方案，按照规范确定主要构件尺寸并绘制基本结构图，对学生的训练主要体现在结构规范计算和结构图绘制等方面，所涉及的内容和训练有限，且每位同学的设计任务类似，个人独自完成缺少团队合作的训练，不利于培养学生的团队合作精神。
为了进一步提升课程设计的效果和质量，提升学生的能力和素质，我们修改新的课程设计教学方案，要求学生按照规范进行舱段区域的结构设计，包括结构图绘制和构件尺寸计算，然后基于设计出的结构，采用有限元法进行局部板架的强度直接计算与校核。与原有课程设计内容相比有以下变化：（1）保留了基于规范的结构设计内容，但将设计内容从全船结构范围的设计，缩减为部分舱段结构的设计，这种方案从本质上没有降低学生理解规范、利用规范确定船舶结构板材、骨材的尺寸能力训练，也让学生有机会设绘结构图；（2）在保证2周的课程设计总学时不变的前提下，增加了应用有限元软件分析和校核船体典型板架结构强度的内容，这种基于问题模式的新的教学方案，对学生能力的训练更为全面，也更接近工程实践；（3）新的教学方案以学生小组的形式开展，每个小组的题目都不同，但存在相似的地方。小组中设立组长，对整个设计任务负责，各成员之间合理分工，通力合作完成课程设计的总任务。这种模式也在一定程度上培养了学生的领导、组织协调和团队合作精神；（4）评价方式的变化。为了公正，合理地评价每位同学的工作，课程设计指导小组教师在课程结束后对每一个课程设计小组进行公开答辩，给出小组的综合成绩，再根据小组事先给出的小组成员的贡献度系数（贡献度系数平均值为1.0），确定每位同学的最终课程设计成绩。
因此，基于以上思路，提出的船舶结构设计的课程目标希望使学生能初步掌握利用设计规范，提出船舶基本结构设计方案，确定主要构件尺寸，绘制结构图纸；能参考船体结构直接计算法规范，应用有限元软件分析船体典型板架的结构强度。这一课程目标较好的匹配了课程教学内容以及目前船舶结构设计中的两个重要内容。课程目标更具有针对性和合理性。
按照新的课程设计大纲开展课程设计的实践后，培养了学生综合运用船舶结构强度、结构力学、船体结构与计算机绘图等本专业课程所学理论知识，分析和解决实际问题的能力；培养学生在理论计算、有限元结构分析、结构设计、工程绘图、查阅文献资料和应用计算机等方面的能力；培养学生正确的设计思维和刻苦钻研、勇于探索的创新精神，提高了学生的专业素质，尤其是分析和解决问题的能力。经过这几年的实践，改革后的“船舶结构设计”这门课程设计效果明显，学生反映良好，已多次被评为华中科技大学优秀、优良课程设计。
五总结
新的教学方案已经用在了从2010级开始的船舶与海洋工程专业的船体强度与结构设计的教学实践中。从近几年的实践效果来看，经过课程大纲的修订和完善，课程内容更加贴近学科的发展和工程实际，学生的学习效果有较大提升，综合能力和素质得到了更好的锻炼，学生反馈良好，课程改革起到了良好的效果。但是需要指出，本课程中需要用到有限元法的基本知识，因此要求在学习相应课程内容时，应该有一定的有限元法的概念的学习。
同时，我们在这门课的讲授过程中，坚持了使用双语教学，学生通过双语课程对专业词汇更加熟悉，也能直接查阅外文教材和设计规范进行学习，有助于学生直接获取最新的信息和成果，进一步打开了国际化视野。
近期，教育部下发了“中共教育部党组关于加强高校课堂教学建设，提高教学质量的指导意见”的文件，因此进一步积极开展船舶类专业基础课程和专业核心课程的教学改革，加强专业课程建设，加强案例教学，提高教学质量，对提升船舶工业人才的培养质量具有重要的意义。
参考文献
[1]江晓俐,阮先政,王丽铮.“船舶强度与结构设计”教学新模式探讨[J].船海工程,2008,37(4):178-179.
[2]李昌良.《船舶强度与结构设计》教学中的几点思考[J].科技创新导报,2010,(4):85-85.
[3]冯亮,艾勇,张伟伦,等.《船体强度与结构设计》课程教学中的探索与创新[J].课程教育研究,2015,(19):245-246.
[4]杨代盛.船体强度与结构设计[M].北京：国防工业出版社，1986.
[5]王杰德,杨永谦.船体强度与结构设计[M].国防工业出版社,1995.
[6]刘向东.船体强度与结构设计[M].北京:人民交通出版社,2006.
[7]Edward,V L.Principles of Naval Architecture(Second edition),Vol.1,The Society of Naval Architectures and Marine Engineers,1988.
[8]Rawson K J,Tupper E C.Basic Ship Theory(Fourth edition),Vol.1,Addison Wesley Longman Limited,1994.
[9]Mansour Alaa,Donald Liu.Strength of Ships and Ocean Structures.The Principles of Naval Architecture Series,The Society of Naval Architects and Marine Engineers,2008.
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