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【關鍵詞】發電機;直流耐壓試驗;泄漏電流增大;原因分析
0.概述
江蘇華電句容發電有限公司1號發電機采用上海發電機廠制造的THDF125/67型號,發電機的定子繞組采用無鹽水直接冷卻,轉子繞組、定子相間聯接線(定子端部弓形引線)和出線套管、過渡引線均采用氫氣直接冷卻。發電機其它部件的損耗,如鐵芯損耗、風摩損耗以及雜散損耗所產生的熱量,均由氫氣帶走。發電機機座能承受較高壓力,且為氣密型,在汽端和勵端均安裝有端蓋。氫冷卻器為串片式熱交換器,垂直安裝布置在汽側冷卻器罩上的冷卻器室內,冷卻端上端通過螺栓固定就位,而下端用定位塊限位。發電機勵磁采用“機端變壓器——靜止可控硅整流的自并勵勵磁系統”,其電源取自發電機出口。
1.試驗方案
(1)發電機直流耐壓及泄漏電流試驗分吹水條件下試驗(優點是所需試驗設備簡單,容量較小,讀數準確而且不受水質情況影響;缺點是機組結構所致,吹水十分耗時)和通水條件下試驗(優點是不用吹水設備,省去了吹水時間;缺點是所需設備容量較大,直流脈動系數大,易使微安表波動,燒壞表頭)兩種。在與制造廠家、安裝公司協商后,結合現場實際情況確定發電機直流耐壓及泄漏電流試驗在吹水條件下試驗,試驗電壓為DC68kv。(制造廠家推薦電壓)。
(2)測試定子繞組絕緣合格。
(3)按照試驗原理接線圖接好線,檢查無錯誤。
(4)試驗電壓按每級0.5Un分階段升高(即13.5kv,27kv,40.5kv,57kv,68kv)共5點,每階段停留1min,泄漏電流隨電壓不成比例顯著增加時,應立即停止試驗,分析原因后才能繼續開展工作。
(5)為保證設備的安全,泄漏電流超過3mA時,應立即停止試驗,查明原因后再做決定。
試驗前的準備工作。
(1)拆除發電機出口及中性點之間的連接線。
(2)發電機轉子接地。
(3)發電機的測溫元件及CT二次側全部短接接地。
2.常規試驗進行
常規試驗。
試驗時間為2013年4月11日10點30分,環境溫度24℃,環境濕度60%,試驗數據見表二。
表1 發電機出廠試驗數據
表2
使用儀器:日本公立5000V搖表ZC25B-3/7。
高壓直流發生器ZGS-80kv/3mA 蘇州華電。
從試驗數據可知該機U、W相試驗與制造廠家出廠試驗數據(表一)比較結果正常,但是V相在電壓升至50KV時,泄漏電流迅速上升至280μA,并且電壓自動掉了下來,降壓放電后,測量V相對UW相及地的絕緣電阻值為6.6MΩ,并沒有完全擊穿,因此首先懷疑發電機外部的出線套管以及相關部位臟污受潮。決定使用有機溶劑擦拭各相出線套管及引線等相關部位后重新進行試驗。
3.結束語
引起發電機泄漏電流異常的常見原因如表4所示,可供分析判斷時參考。
表3 引起泄漏電流異常的常見原因
泄漏電流和直流耐壓的試驗接線和測量方法是一致的,所加的電壓也一樣。但兩者側重考核的目的不一樣。直流耐壓主要考核發電機的絕緣強度如絕緣有無氣隙或損傷等。而泄漏電流主要是反應線棒絕緣的整體有無受潮,有無劣化,也能反應線棒端部表面的潔凈情況,通過泄漏電流的變化能更準確予以判斷。
【關鍵詞】微課;機械原理;課程改革
現代教學觀主張教學應該是在教師指導下,以學生為主體,以實現培養目標和職業技能為導向,師生共同探討交流的過程。《機械原理》作為一門培養工科學生能力的專業基礎課,兼具任務性和邏輯性。通過對學生的調查發現,許多知識點難于理解和記憶。而傳統的教學方式重共性不重個性,不能體現“做中學,學中做”的教學理念,因此學生往往是被動接受知識點,這不僅抑制了學生的學習興趣,而且教師在教學過程中也會感到“身心疲憊”。為了發揮學生主觀能動性,培養學生學習興趣,提高學生學習能力,筆者在教學中引入了微課教學法。
1 微課及其特點
2008年,美國新墨西哥州圣胡安學院高級教學設計師David Penrose首次提出“微課程”這一概念。美國一個教育信息化專業研究機構Educause于2012年11月分享關于微課(Micro- lecture)的介紹。根據Educause報告的定義,微課(Micro-Lecture)指的是單一、嚴格界定的教學主題的簡短的教學音頻(視頻)。微課常用于面對面教學或混合學習、在線學習等。目前,微課已成為各類學生學習活動的重要組成部分。
微課的主要特點包括:
(1)時間“微”:微課視頻時間較短,一般不超過10分鐘。
(2)含量“微”:微課主要是為了重點講解某個學科知識點(一般是重點、難點、疑點),或是反映某個教學策略或教學主題的教與學的活動。并不是所有知識點的羅列。
(3)資源容量“微”:微課的視頻格式一般是支持網絡在線播放的流媒體格式(如wmv、flv、rm等)。加上與教學主題相匹配的微教案、微課件及微反思等資源一共也就幾十兆。
由以上論述可知,微課便于學生進行個別化的學習探究。它具有指向明_,資源多樣,短小精悍,易于擴充,可交互性強等特點。
2 微課在機械原理教學中的作用
2.1 有利于調動學生學習《機械原理》的積極性
在農業院校《機械原理》教學過程中,存在有學生群體的特殊性。因此教學過程中經常出現的情況就是學生學得苦,教師教得累。這直接影響了良好的課堂氛圍。如果運用“微課”的方式進行教學,學生就會在好奇心的驅使下,積極、主動接受參與性、開放性、娛樂性更強的課堂形式。所以應用微課進行教學的模式,在很大程度上提升了學生的學習積極性。
2.2 有利于學生對《機械原理》知識的全面掌握
由于農業類院校學生的文化水平參差不齊,加之在開始課程的時候,又是以專業課為主。種種原因導致學生不能很好地掌握《機械原理》基本知識。微課可以在網絡、多媒體的幫助下,對一些難懂、抽象、復雜的知識點進行整合和總結,然后以短視頻的方式播放講解。這在很大程度上增加了課程的趣味性,極大調動了學生的學習積極性。通過這種教學方式,學生就可輕松、愉快地學習《機械原理》知識。
2.3 有利于提高課堂效率和課堂質量
隨著高校課程改革的展開,《機械原理》教學課時越來越少。在此形勢下,教師有可能通過降低課程難度以適應學生的學習能力;也會刪掉部分晦澀、乏味的知識點,而把更多的時間用在學生容易理解、感興趣的知識點上。其結果是教學變得相對輕松,但是往往達不到預期的教學效果。由于授課時間的缺乏,導致學生知識點不能得到及時總結;也很難熟練掌握課堂內容。為了達到教學目的,教師還需進行二次授課。而微課恰好可以彌補教師上課時間不足的缺陷。教師沒時間在課堂上講解的內容,學生可以選擇課余時間在網上進行自主學習。
3 建設《機械原理》微課平臺的方法
3.1 微課教學片段的設計
微課的課程容量較少,每小節課的內容在10分鐘左右。在短短10分鐘之內要解決《機械原理》課程中某些章節的重點和難點問題,因此微課內容中不應包含淺顯、易懂的知識點,更不是所有知識點的簡單羅列。這些重點和難點知識之間的聯系、內容之間的相互融合可以通過傳統多媒體教學方式來實現。譬如可在PPT中插入微課的一些片段等。總之在微課教學片段的設計過程中要保證內容的邏輯性、完整性。
3.2 微課資源建設
微課建設的關鍵是資源建設。以農科院校《機械原理》課程為例,首先要以教學大綱為依據,結合本專業特點,確定課程重點和難點。其次要確定微課資源建設的方式。微課實現的方式有多種,但無論那種方式都要體現出學生的主動性及課堂上教師和學生之間的互動性。譬如在介紹不同機構應用時,可采用視頻的方式。形象、生動的視頻有可能引起學生巨大的學習興趣;對于“四桿機構設計”,可運用“flash”進行講解。用此方法可以把復雜的運動分解成幾個簡單的運動,從而使得一些晦澀的問題變得簡單明了。為了解學生對本小節重點內容的掌握情況,可在微課附注中添加測試題。學生在做題過程中可以相互探討,也可和老師交流。在探討和交流中就掌握了知識。如在機構自由度計算、輪系傳動比計算等知識點后面,可進行小測試,以便了解學生的知識掌握情況。最后,使用Camtasia Studio和PPT等多種設備和軟件進行教學過程配錄制,具體操作過程如下:(1)針對所選定教學主題,搜集教學材料和媒體素材,制作PPT課件;(2)通過中控臺,同時打開視頻錄像和教學PPT,教師戴好擴音器后,調整好話筒音量和位置、PPT界面和錄屏界面的位置后,單擊“錄制桌面”按鈕,開始錄制。教師一邊講解一邊演示,可以配合標記工具或其他多媒體軟件或素材,盡量使教學過程生動有趣;(3)對已錄制的教學視頻進行必要的處理、美化;(4)將《機械原理》課程的微課學習材料放到學校搭建的課程學習平臺上。
3.3 微課課堂實踐研究。
微課開展不能只停留在形式上,更重要的要注重微課開設后的效果。形式再好的微課如果起不到好的教學效果只能說是人、才、物的浪費。對微課效果的評價方式有以下幾種:(1)問卷調查。可向參加微課學習的學生發放問卷,提問一些問題,還可讓學生主動提出一些微課建設的好建議,得到反饋后老師可以迅速改進課程內容和形式。(2)網絡反饋。隨著信息技術的發展,老師和學生的交流越來越多地借助于網絡,而非面對面的交流。可以通過網絡和相關軟件統計一門微課的點擊率,從而使老師知道微課的實際效果,以便做進一步改進。
【參考文獻】
[1]田文娟.淺析微課在《機械設計》課程改革中的應用[J].經營管理者,2015(10):407.
根據調研分析,本專業學生畢業后的就業方向大致為:生產現場的工藝工程師;機電控制設備的維護人員;數控機床編程與維修人員、加工中心等高智能設備的操作人員;機械CAD/CAM技術的應用人員;模具設計與制造人員;產品的銷售和技術服務人員,等等。
在調研的基礎上,經過認真的分析研究,我們對機械類專業的培養目標、人才規格,畢業生的知識結構與能力結構進行了定位,形成了該專業的整體教學方案。
1.專業整體框架
為實現學校教育資源的優化組合和充分利用,使學生畢業時有較廣的擇業途徑,就業后適應性強、有發展后勁,該專業的整體教學方案擬分為前后兩段:前段采用“大類化、寬口徑”的培養模式,通過主干課程與相關課程涵蓋“必需,夠用”的知識點,使學生獲得該教育層次要求的文化知識和專業基礎理論;通過相應的實踐教學環節,使學生掌握必需的關鍵技能。后段,則根據社會對專門人才的需求趨勢,將同一專業分解為若干專門化方向,供學生畢業前一年按照就業市場的預測信息和個人意愿,選擇其中的一個,接受針對性教學和實訓,完成上崗前的知識與能力準備。
2.專業課程體系
高職機械類專業教改必須重新審視課程的設置。課程開發應從職業分析入手,響應崗位對知識、能力結構的最新要求;瞄準本專業培養目標,有利于課程自身的發展完善;強調以應用為主線,以能力為中心,打破傳統課程原有學科體系,將相關知識進行重新組合,實行整體優化,重新構筑本專業的課程體系。為此,在開發課程體系時,首先根據培養目標,分析職業崗位需要哪些綜合能力;其次,分析這些綜合能力是由哪些單項能力構成,而這些單項能力又由哪些能力要素所構成,這些能力要素就是應知應會點或知識點;最后,以所確定的能力要素為基礎,分別調整組合相關課程,進而構成該專業的課程體系。在新設置的課程中強調針對性和實用性;新的課程體系亦不再采用普通高校基礎課、專業基礎課和專業課這種三段式結構,而代之以模塊式結構。
根據上述專業整體框架和教學方案設計思路,本專業課程體系由模塊構成,分為公共課模塊和專門課模塊兩大部分。模塊是構筑課程體系的結構單元,包含本專業不同階段的若干課程,涵蓋培養對象知識結構中所有“必需,夠用”的知識點和能力結構中相應的能力要素。公共課模塊的教學達到文化基礎知識平臺的要求;專門課模塊則分為四大支柱模塊:基礎模塊、機械模塊、控制模塊和專門化模塊。前三個專門課模塊屬于整體教學方案的前段,包含六門主干課程:《機械制圖》、《機械設計基礎》、《電工與電子技術》、《機械制造技術》、《機械設備控制技術》和《機械CAD/CAM》。
主干課程是確定專門化方向之前,涵蓋該階段必需知識點的大類專業必修課程。考慮到知識結構的完整性,專門課模塊中除主干課程外,按照“必需,夠用”的原則,還應開設一定數量的主要課程和輔助課程;也應根據能力結構的要求,開設相應的實踐教學課程。
基礎模塊涵蓋有關機械識圖及繪圖、電工電子技術、工程力學、機械原理與機械零件等基礎理論的知識點和能力要素。主干課程為《機械制圖》、《機械設計基礎》、《電工電子技術》,其中《機械制圖》應包括計算機繪圖的內容;《機械設計基礎》含工程力學、機械原理與機械零件等方面的內容。另外,可開設《金屬工藝學》(或《材料成型技術基礎》)等課程;安排相應的實訓教學環節和內容。
機械模塊涵蓋機械制造技術方面的知識點和能力要素。主干課程為《機械制造技術》和《機械CAD/CAM》,其中《機械制造技術》應包括機械制造工藝、機床夾具設計、金屬切削原理及刀具、金屬切削機床等方面的內容。另外,可開設《互換性與測量技術》、《數控機床結構及應用》等課程;安排相應的實習、實訓教學環節和內容。
控制模塊涵蓋機械設備機、電、液、氣等控制技術方面的知識點和能力要素。主干課程為《機械設備控制技術》,包含液(氣)壓傳動、機床電氣控制、可編程控制器等內容。另外,可開設《機械工程控制基礎》、《工業用微機》等課程;安排相應的實訓教學環節。
關鍵詞:機械類專業;微機原理與應用;教學改革;教學質量
Teaching reform and practice of principle and its applications of microcomputer for mechanical specialties
Wang Hongru, Tang Wei
Jiangsu university of science and technology, Zhenjiang, 212003, China
Abstract: To improve teaching quality of principle and its applications of microcomputer in mechanical specialties, characteristics and present situation of the course are analyzed thoroughly, and then a series of improvement strategies of teaching contents, teaching methods and means, and practice link are proposed. Results of teaching practice indicate the proposed strategies can stimulate the students’ learning interest and can exploit their learning potentialities. And teaching effect is improved consequently.
Key words: mechanical specialties; principle and its applications of microcomputer; teaching reform; teaching quality
微機原理與應用是我校機械類專業的一門專業基礎課,主要講授單片機硬件知識、匯編語言程序設計方法和單片機應用系統的設計[1]。對學生而言,課程內容比較抽象、知識點多,學習難度大;對教師而言,由于計算機的快速發展而需要不斷更新、補充教學內容,但學時卻在不斷減少。因此,結合微機原理與應用課程的特點及現狀,研究提高教學質量的方法和思路具有重要的現實意義。
1 課程特點及現狀
我校機械類本科專業對微機原理與應用課程的基本要求是學生熟練掌握單片機技術,并初步具備單片機應用系統的設計開發能力。因此要求該課程的教學必須既重視理論知識的傳授,又要加強實踐、創新能力的培養。
1.1 內容繁雜,概念抽象
微機原理與應用課程的主要內容有單片機的基本組成、工作原理、接口電路、匯編程序設計,以及單片機應用系統的設計等[1],其中每一部分都包含諸多知識點和抽象概念。例如半導體存儲器部分,包含的知識點有半導體存儲器的分類、特點、性能指標、基本結構、ROM和RAM的基本工作原理、片選信號產生方法、常用存儲器芯片引腳功能,以及外存儲器擴展的基本方法等;涉及的主要概念有ROM和RAM、片選線和片內地址線、地址總線和地址引腳、字選和片選,以及基本地址范圍和重疊地址范圍等,這些概念均比較抽象,理解起來有一定的難度。
1.2 學時較少,內容更新快
機械類本科專業由于其自身的特點,分配給微機原理與應用課程的學時本身就較少,再加上近年來隨著國家對人才需求的變化,修訂后的教學培養計劃幾乎每門課程的教學時數都在減少[2]。另外,隨著計算機技術的快速發展,教學內容也需要不斷地更新、補充。
1.3 學生學習興趣普遍較低
由于單片機的工作原理看不見、摸不著,且匯編語言是面向機器的語言,再加上機械類專業學生的電路以及計算機基礎相對比較薄弱,因此學生感到抽象、枯燥,多數學生的學習興趣較低,學習主動性不強。
通過上述分析可以看出,如何在有限的時間內將如此繁雜的內容高效傳授給學生,并培養他們的創新能力,成為提高微機原理與應用課程教學質量的關鍵。
2 教學改革
為提高微機原理與應用課程的教學質量,筆者從教學內容和教學方法與手段兩方面提出一些有針對性的改革措施。
2.1 教學內容改革
目前,國內高校的微機原理與應用課程大多是以Intel 80x86系列或MCS—51系列單片機為主要教學內容,也有采用其他類型中央處理器的單片機的。雖然處理器類型不同,但是介紹的主要內容基本相同。我校機械類專業微機原理與應用課程是以MCS—51系列單片機為主要內容組織教學。然而,近年來隨著計算機技術的快速發展,出現了高性能嵌入式中央處理器,這對教與學而言均是一個較大的挑戰。因此,如何處理好教學內容與實際應用之間的矛盾,成為微機原理與應用課程教學改革亟待解決的問題。
2.1.1 緊扣教學大綱,精選教材,優化教學內容
多媒體教學,顧名思義就是利用計算機、網絡、投影儀等設備,把電、光、聲等多媒體綜合起來,進而生動形象、聲像俱全地表現學生所要學習知識點的一種現代化教學方法。因此,它的特點與優勢就比較明顯,能把抽象化的知識具體化,讓學生對于知識點的感性認識更加深刻,尤其是對傳統教學中教師不易講解、學生不易理解的難點有更直觀地認識。
二、中職教育中機械加工課程對多媒體教學的需求
機械加工課程的理論性強、實踐性明顯、內容又多樣化,學生要有良好的空間想象力、創新力和較強的學習主動性才能很好地掌握這門學科,但是在真正的教學過程中情況不容樂觀,首先,教學時間與教學內容矛盾突出,主要是學校擴招嚴重,學生人數龐大,專業教師隊伍卻無法勝任艱巨的任務,導致很多機械加工小班課程改為大班課程,比如機械制圖的80學時是遠遠低于《教學大綱》的要求的,時間的緊張也導致教學內容的縮減。而授課教師因為缺乏實踐體會,所以知識點講解不透、擴展不寬是一大難題。其次,中職教育的學生多為未考上高中和初中的學生,其知識水平、自主學習能力以及想象力等均有一定的限度,因此造成本課程學習上的困難。利用多媒體教學可以極大地節約傳統課堂上板書的時間,讓教師有更多時間去講解知識點,多媒體聲、像、文、圖并茂的特點可以激發學生對學習的興趣,同時也讓知識點變得更加簡單有趣,讓學生接受起來比較容易,比如一些平時接觸不到的實體機械零部件就可以很容易地搬進課堂,展示給學生機械立體結構,讓學生全方位地認識零部件的內外部結構及相關作用,從而突破教學過程中的難點內容,讓他們的空間想象力變得更容易。
三、舉例說明多媒體教學在機械加工教學中的應用
傳統課堂教學中,平面連桿結構是比較難講解的知識點,盡管授課教師可能為了讓學生更好理解連桿機構的運動原理而事先準備鉸鏈四桿機構,但是授課教師在講解其在工作時的運動變化情況及死點位置的時候就會感到力不從心。然而多媒體技術卻能很好地解決這一問題,授課教師不僅可以向學生展示連桿機構中各個構建的位置,而且可以通過相關動畫來展現連桿機構在運動過程中的的變化情況、運動的極限位置。不僅如此,授課教師還可以聯系到不同的連桿機構在設計上的不同,以及補充說明類似雙曲柄這樣構件在變速運動時的全貌,讓學生對于機械運動的原理及過程有更感性的認識。除平面連桿機構外,傳統教學中開線齒輪傳動方面的知識講解也是授課教師比較頭疼的內容,因為漸開線的性質、形成及其齒廓的嚙合所具有的特征是非常難說明白。授課教師無非通過一些掛圖類教具可以表示外,其他的很大一部分需要學生的想象力來理解。多媒體課件不僅可以很直觀地將漸開線的形成過程展示出來,還能表現出漸開線的相關性質,在理解漸開線的形成過程和相關性質的基礎上,為學生形象生動得展示漸開線齒廓的嚙合過程,并在過程中穿插講解類似于嚙合線、嚙合角以及中心距的變化等知識點,使教學難點直接被輕松擊破。多媒體技術的優越性不僅僅體現在這些需要立體化和學生想象力的知識上,還表現在諸如數控系統枯燥難懂的知識點上,初次接觸數控技術的學生很難將數控系統各部分的含義、功能等基本概念理解透徹,因此往往難以獲得較好的教學效果。多媒體技術加入到其中就可以起到事半功倍的效果。比如,授課教師用動畫來呈現數控系統的組成及一段輸入信號如何從控制介質經整個數控系統最后驅動機床工作的過程,這樣一來,學生不僅可以輕松記得數控系統的組成,還能對各組成部分的功能有具體的了解,留下深刻的印象。
四、多媒體技術在機械加工教學應用中應注意的問題
關鍵詞:焊接 案例式教學 專業課 低合金高強鋼
中圖分類號:G64 文獻標識碼:A 文章編號:1673-9795(2013)08(b)-0135-01
1 焊接類專業課實行案例式教學的必要性
焊接作為一種重要的材料成型方法,在機械制造,航空航天,石油化工等行業得到了廣泛的應用。據統計約有45%~50%的鋼材通過焊接成型后才在各行各業得以應用。同時,在當前嚴峻的就業形勢下,焊接專業卻一枝獨秀,焊接專業的人才成為就業市場的“香餑餑”。基于強大的社會需要,很多高校都開設了焊接相關的專業或方向,并對專業或方向的培養方案進行了大幅的改進,在強調基礎的前提下,強化了應用和實踐環節的培養。目前焊接專業或方向的主要專業課程涉及以下幾個方面的內容:焊接成型原理及材料焊接性;焊接成型工藝及設備;焊接電源及自動控制;焊接結構及制造技術;無損檢測及質量控制與管理。可見,焊接類的專業課包含的范圍很廣,涉及材料,機械,電子,力學等諸多學科,其中既有復雜的材料科學及成型的基本原理,又有機械電氣力學等方面的專業知識及冗雜的工藝。目前,高等教學的規模不斷擴張,逐步由之前的精英教育轉變了大眾教育,而高校的教育資源和與之配套的設備及設施相對缺乏,再加上大部分同學的專業基礎較薄弱,對該專業的基本原理及基本技能掌握不夠扎實,傳統的教學法很難取得理想的教學效果,很大程度上制約了專業的發展。工程案例教學法結合典型的具體實例,將深奧的原理及冗雜的工藝融入到具體的工程案例中,極大的激發了同學們的學習熱情,顯著提高了教學效果。而要保證案例式教學方法的成功實施,必須精心進行教學案例的設計。本文結合我校實際,以低合金高強鋼厚大件的焊接為例,闡述了焊接類課程教學過程中典型案例的設計與應用。
2 工程案例的設計與應用舉例
低合金高強度鋼,是指在碳素鋼中加入總質量分數不超過5%的各種合金元素,以提高鋼的各種機械性能的鋼材。這是一類可焊接的低碳工程結構用鋼,其含碳量通常小于0.25%,比普通碳素結構鋼有更高的屈服強度和屈強比,擁有較好的冷熱加工成型性,良好的焊接性,較低的冷脆傾向、缺口和時效敏感性,以及有較好的抗大氣、海水等腐蝕能力。作為工程結構用途的低合金高強度鋼,人們主要使用其力學性能,以滿足結構件在承受載荷時能保持穩定的形狀,而不致由于產生明顯的變形或斷裂導致失效。低合金高強度鋼不僅性能優良,而且生產成本相對較低,在熱軋狀態或經簡單的熱處理后便可使用。厚大件低合金高強鋼的焊接面臨的主要問題和挑戰,就是開發高效焊接方法,同時,一般低合金高強鋼的可焊性并不是很好,屈服強度在460 MPa以上的低合金高強鋼,正火處理,碳當量在0.47%以上。這種鋼在焊接時存在一定的淬硬傾向,很容易產生冷裂紋,焊接性較差。焊接融合區是最薄弱的部分,有明顯的不均勻性,組織性能突變等。厚板低合金高強鋼常出現的焊接缺陷主要有:較大的焊接殘余應力和變形;焊縫裂紋;層狀撕裂以及氣孔、夾雜、未融合未焊透等。可見,低合金高強鋼厚大件的焊接面臨的諸如,高效焊接方法的開發;焊接裂紋;殘余應力與變形等問題,也是焊接專業課教學的主要內容和難點及重點。如果能夠以此為基礎巧妙的設計和引入典型的工程案例,可以將這些重要的知識點串聯起來進行講解,激發同學們的學習興趣,達到令人滿意的教學效果。
例如,由我們主導完成的工程機械動力臂焊接方法及接頭性能評價的課題,就可以作為典型的工程案例來使用。在項目實施之前,該公司采用的是傳統的手工或半自動焊接方法,生產效率低下,同時由于人工操作隨機性較大,焊接接頭質量很難得到保障。項目實施后采用了雙絲雙弧焊接機器人技術,使生產效率得以大幅提高,同時接頭質量也得到了保障,以此作為切入點,引導同學們認識和探索焊接新工藝和新方法,將會達到事半功倍的效果。同時在新工藝方法焊接時,采用雙層焊一次焊接而成,而雙層焊的層間溫度的控制,對焊接質量的影響可謂至關重要,以此作為工程案例,可以引入和講解多層焊的焊接熱循環這一關鍵知識點,通過具體的實例幫助同學們理解抽象的理論。
低合金高強鋼厚大件的焊接面臨的另一個關鍵問題焊接應力和變形問題,建筑機械的動力臂由于存在焊接應力致使其在使用過程中失效開裂的情形時有發生,造成了非常嚴重的后果。同樣的,如果以此作為工程案例,進一步來分析焊接殘余應力和變形的形成原因,分類及預防和減小焊接應力和變形的措施就會極大的激發同學們的學習熱情,幫助同學們理解抽象的原理。同時通過設計和運用典型的工程案例,可以將零散的知識點串成有機的整體,有利于幫助他們形成完整的知識體系,在學習基礎知識的同時,也鍛煉了他們運用專業知識解決生產實際問題的能力。
關鍵詞:機械原理;雙語教學,現代化教育技術
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:1674-9324(2012)07-0030-03
一、多媒體雙語教學的意義
隨著中國經濟的飛速發展和全球化程度的推廣,中國與國際的交流已經非常頻繁。為使高等學校畢業生能夠達到具有參與國際競爭和贏得國際競爭的要求,高等學校對專業人才的英語能力、特別是英語應用能力進行有計劃有步驟的培養已經成為一項迫切的任務[1-10]。雙語教學可以促進學生更好地掌握專業知識,培養使用英語進行思維和交流的習慣和能力。高校推行雙語教學有利推進我國社會和高校的國際化程度,有利于學生更自信地接受國際化挑戰和為國家服務。如何開展、組織好雙語教學,針對我國高校的具體情況總結出雙語教學的經驗,是目前重要的研究課題。結合當前現代化教育背景,針對《機械原理》課程深化教學改革,創建突出培養學生實踐創新能力的教學新體系,提高機械原理課程教學水平,提升我校辦學水平,為我校培養出高質量的、具有社會競爭力的人才提供先進的教學體系支撐。研究在使用多媒體課件條件下,給學習者創造學習和使用英語的空間,使學生在掌握學科知識的同時,能夠盡可能多地使用需要他們掌握的英語,具有重要意義。
二、國內機械原理雙語教學現狀
教育部在2001年提出了“積極推動使用英語等外語進行教學,以適應經濟全球化和科技革命的挑戰”的倡議,提出了加強大學本科教學的12項措施,其中要求全國高校在三年內開設5%-10%的雙語課程,并引進原版教材和提高師資水平。許多學校積極響應號召,在“十五”、“十一五”期間,開始了一批示范雙語教學課程。關于“機械原理”課程也已經有部分高校開始進行了雙語教學,如:清華大學、東南大學、福州大學、山東大學等。2001年由葉仲和、藍兆輝與M.R.Smith合作出版的《Mechanisms and Machine Theory》是建國以來由中國教師編寫的第一本英文機械原理教材。之后有2005年Charles E. Wilson,J. Peter Sadler著、秦偉編寫的《Kinematics and Dynamics of Machinery》以及2007年由Robert L.Norton原著,韓建友改編的《Design of Machinery》出版。作為一種新生事物,“機械原理“教學,面臨著師資培養、課程設置、教材編寫等一系列課題。對于現有的中文授課形式,采用現代化教育技術手段應用于機械原理課程的教學已經比較成功。如何將英語的授課與現有的機械原理課程相結合,有利于該課程教學的開展,是一個重要的課題。目前國內,對于雙語教學實踐方法的研究,已經積累了一定程度的經驗[1-10]。例如,對于雙語教學的模式選擇問題、教師水平問題、學生英語強化問題、教材選用問題等方面的研究。
三、我校開展雙語教學的實踐和總結
本課程所依托的機械原理課程為山東省精品課程,所在教學團隊為省級教學團隊,具有良好的教學研究和改革基礎。通常采用雙語教學需要適當增加教學課時,對于我們所講授的班級,在教學大綱所定課時已定的情況下,本學期采用對連桿機構和輪系兩章進行了過渡式雙語教學。任課教師將現有多媒體課件修改為英語形式,教師課堂以英文講授為主,在必要的時候增加中文解釋。課前發給學生英文閱讀資料和專用詞匯目錄。對于其他章節,則以給學生發英文閱讀資料,學生需要翻譯后提交讀書報告,任課教師再給予修改并展開課堂討論。為提高和鞏固學生英文掌握水平,定期舉行小測試。為與其他非雙語教學班級統一考試,考試題目并未含有英文試題。期末考試成績顯示,兩個班學生的知識點掌握情況與其他班級相當。我校使用的《機械原理》教材為高等教育出版社出版的,孫桓、陳作模、葛文杰主編。該教材為一本優秀的教材,目前已經出版7版,第8版在準備出版過程中。英文參考教材選用Charles E.Wilson,J.Peter Sadler著秦偉編寫的《Kinematics and Dynamics of Machinery》以及Robert L.Norton原著,韓建友改編的《Design of Machinery》。西北工業大學版的《機械原理》教材十分適用于國內機械專業的要求以及學生考研的要求。兩本英文參考教材則各有所長,側重點不同。同中文教材相比,英文教材更突出了機器和機構的發展前沿,如對柔性機構、微機電系統、解析法的詳細介紹如牛頓-拉普森法的引入、工程實際中復雜形狀凸輪的設計和分析、工程中輪系應用的實例,等等,都比使用的中文教材要好。對于《機械原理》雙語教學來說,應保證學生對中文教材各知識點的理解,此是第一位要求也是根本,即雙語教學不妨礙學生對知識點的掌握;在當前國際化的大背景下,保證學生對與中文機械術語對應的英文專業詞匯及英文句式的理解和把握,此是第二位要求;在第一點和第二點基礎之上,介紹國外教材的先進教學理念和學科進展前沿,此是第三位要求,也是最高的要求。目前所授課的本科生為大三學生,基本上英語四級考試已經通過,部分同學已經通過英語六級考試。因此對于正常的英文閱讀和理解問題不大。即第一位和第二位要求可得到保證。對于第三位要求,對教師和學生的挑戰最大,但也是值得努力的方向。授課過程中最大的問題是學生的聽力水平不高,因此在授課中采用課前發放英文閱讀資料和專業詞匯供學生預習,課堂中對于重要的知識點用中文復述和強調。
本課題在現代化教育背景之下,針對機械原理課程教學進行深化改革,致力于研究能夠培養學生使用雙語進行學習和思維的先進教學模式和思想,提出新的教學方法。本課題能夠反映當前先進的教育教學理念和目標。本課題研究的方法和技術路線,不僅對于適用于《機械原理》課程教學改革,而且,對于機械類其他課程的雙語教學改革也具有較好的理論指導意義和參考價值。
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關鍵詞:機械設計;知識融合;教學方法
“機械設計”是機械類專業人才培養課程體系中非常重要的一門專業基礎課,在整個課程體系中起著承上啟下的作用。在該課程的內容中,既體現了對先修的一些基礎課的綜合應用,又為后續相關專業課程的學習乃至未來的技術工作奠定基礎。“機械設計”主要講述機械工程中一些最常用的通用機械零件(如連接件、傳動零件、軸系零件及箱體類零件等)的工作能力(主要是承載能力)設計理論和設計方法。從課程內容構架看,基本是每種通用零件自成一章,各章之間的內容形式上相互獨立,不存在技術邏輯上的直接關聯。加之課程內容中關于類型、特點、工程經驗、設計原則等的文字敘述較多,看似互不關聯的公式、參數、圖表等較多,因此,該課程總體上表現出內容離散、多雜的特點,從而使學生在學習過程中普遍反映理不清頭緒和抓不著要領等問題。
鑒于“機械設計”課程的重要性,關于該課程的教學方法已有較多研究,這些研究主要分為三方面:關于課程總體教學的研究、課程實踐教學環節(實驗教學、課程設計等)的研究和課程課堂教學方法的研究。本文基于多年的“機械設計”教學實踐,對該課程課堂教學過程中的橫向知識融合和縱向知識融合進行了介紹,較具體地論述了教學中的一些主要知識融合點和融合實例。
一、“機械設計”教學中的橫向知識融合
1.“橫向知識融合”教學及其意義
所謂“橫向知識融合”,系指課程之間相關知識的融合。任何一個專業人才培養的課程體系都存在較密切的知識關聯和技術邏輯關系。但在教學安排上,由于各課程的教學時間和空間上通常是分立的,這種課程之間的有機聯系學生通常難于體會和把握。因此,通過課程學習,學生掌握的理論知識和方法通常是局部的孤立的。一方面,影響課程本身的教學效果;另一方面,由于后續專業課程的學習以及工程實際問題的解決通常需要涉及多課程的知識和方法。因此,局限于課程內部知識的孤立的教學方式也會對后續的學習和工作產生不良影響。
關聯相關課程知識的知識融合,教學方式上無疑可取得更好的教學效果。“機械設計”作為機械專業一門很重要的專業基礎課,其課程內容的突出特點之一本身就是知識的綜合性。為此,在教學過程中,將相關課程知識融于其中,既是可行的也是非常必要的。
2.“橫向知識融合”教學實例
在機械專業人才培養課程體系中,與“機械設計”課程具有較密切知識理論關聯的課程有“機械制圖”、“工程材料”、“理論力學”、“材料力學”、“機械原理”、“金屬工藝學”、“互換性與測量技術”及“機械制造基礎”等。在課程講述過程中,應根據“機械設計”教學內容,在相應的知識點處,充分將與上述課程相關的知識點融合進來,從而加深學生對課程知識的更深刻理解和對專業知識的總體把握。例如,在講述螺紋連接類型時,可對“機械制圖”中螺紋連接結構的畫法進行一定的鞏固;講述螺紋連接強度計算時,可回顧“材料力學”中組合變形、復雜應力狀態及強度理論等知識點進行講解;講述普通平鍵連接類型及特點和蝸桿傳動類型時,可結合“機械制造基礎”中的車銑加工進行解釋;帶傳動工作力和應力分析部分的講述可結合“理論力學”相關知識和“材料力學”中的彎曲應力知識點進行講述;齒輪傳動及蝸桿傳動材料選擇部分可融入“工程材料”中的相關知識點;齒輪傳動參數選擇及強度計算講述過程中,可將“機械原理”中的相關部分知識充分結合起來進行講述;過盈連接及滾動軸承配合部分的講述可融合“互換性與測量技術”中的相關內容等。在“機械設計”課程的講述中,類似的情況還有很多,總之,恰當地將相關課程的知識融合在其中,對于提高教學效果具有非常明顯的作用。
二、“機械設計”教學中的縱向知識融合
1.“縱向知識融合”教學及其意義
所謂“縱向知識融合”,系指課程章節之間相關知識的融合。“機械設計”課程的一個突出特點之一是內容多雜而離散,各章形式和內容上均無直接的邏輯關聯。因此,教學過程中,若各章獨立講述,互不牽扯和關聯,形成一種類似“孤島”式的知識散布,將嚴重影響課程的教學效果。表象上,學生普遍反映突出的問題是感覺內容雜亂、無法抓住核心和重點;更深層次的問題是:學生無法理解和掌握機械零件設計的一般方法和規律,難于達到舉一反三、靈活應用知識的目的。事實上,無論是哪一種通用機械零件或是專用機械零件,都有一個內在統一的設計規律、設計流程和分析方法。縱然這些規律和流程等通常都在“機械設計”的緒論部分有所闡述,但畢竟形式上與后續各種具體通用機械零件的章節內容分離,學生學起來感覺抽象;加之教學時間上又通常是脫節的,因此,學生仍然無法將這些一般規律和方法與具體零件的設計方法關聯起來。為此,在教學過程中,不僅要注意相關課程之間知識點的融合,還必須將課程各章節中的一些內在的關聯知識融合起來,這對像“機械設計”這類尤其在形式上缺乏關聯的課程教學來說尤為重要。
2.“縱向知識融合”教學實例
事實上,如前所述,在“機械設計”教學中注意縱向知識融合不僅是必要的,而且是可行的。在“機械設計”各章中,存在著許多原理相同的或具有相似性和類比性的知識關聯。例如,關于零件工作面的概念,在螺紋類型中有(鋸齒形螺紋),在鍵連接中有(平鍵的兩側面和楔鍵的上下表面),在帶傳動中同樣有(平帶的下表面和V帶的兩側面)。講述時將這些知識關聯起來,對于學生融會貫通的理解非常有幫助。關于鍵連接和花鍵連接講述時,可以介紹平鍵連接到花鍵連接的演化,花鍵的擠壓強度計算公式也完全可與平鍵連接的強度計算公式進行類比而發現其本質上的形同;帶輪和齒輪結構形式上有很大相似性,講述時可相互關聯;滾動軸承基本額定壽命計算公式本質上與疲勞曲線方程是完全相同的;齒輪傳動與蝸桿傳動有較多相同的失效方式,但主次關系卻不同,將其關聯起來講述,分析其內在的根源,對于學生的理解也大有裨益。若更進一步地,在教學過程中,將各章相關知識進行充分融合,可使得學生深層次掌握機械零件設計的一般規律和方法,可將通用機械零件的設計理論和方法延伸到專用機械零件的設計中,從而起到舉一反三、靈活應用之目的。
“機械設計”作為機械類專業人才培養課程體系中一門非常重要的專業基礎課,提高其教學效果對課程本身的學習乃至機械專業知識的總體掌握具有重要意義。教學過程中,基于課程本身的特點,充分關聯相關課程及各章節之間的知識,進行“橫向知識融合”和“縱向知識融合”,對于提高課程教學效果及機械專業人才培養質量具有重要意義。
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針對工程機械教學與課程的重要性的特點,以培養應用型工程人才為目標,簡要講述工程機械關聯性課程體系現狀及總結當前課程設計出現的問題與不足,利用關聯矩陣法建立關聯課程模型,通過逐項比較原理選出較好的方案。在繼承原有設計內容的基礎上進行創新,提出工程機械教學體系與課程設計的建議,對高校的課程教改提供參考。
關鍵詞:
工程機械;課程設計;關聯矩陣;課程體系
隨著我國高等教育的改革,課程設計是工程機械體系教學的關鍵。高校在課程設計時大多數是局限課本上的題,雖然書本上的題是經過嚴格的邏輯設計的,但是由于學生本身知識量的有限和對專業的認知等因素,出現“一葉障目,不見泰山”的現象,雖然學習很認真,但是不能將課程與整個體系聯系起來,使學生不知道這些知識用來干什么,怎么用。為適應科學技術的飛速發展和社會對人才的需求,我們應當進一步完善課堂教學和課程設計,更好地適應世界發展的潮流。當前教學中出現的問題主要是:教學結構單一,教學方法“僵硬”不能激發學生的學習積極性,使學生不能發掘課堂上的知識點。針對學生在教學中對知識點的認識不清,不能將整個課程體系結合起來的問題。首先應當轉變教學模式,將以前的照套課本式的教學方法轉變為興趣型的教學方式,在教學中更好地調動學生的興趣,激發學生的學習積極性。其次就是在課程設計時主要依據學生的實踐課程來設定相應的題目,既不脫離教學中的知識點也聯系了實踐理論,最后在培養目標上我們應當重視復合型人才的培養,在教學體系中對于一些關聯性課程的知識點在課堂上應當做簡單地闡述,以培養貫通社會科學,技術科學、人文科學的復合型人才為目標。
一、工程機械關聯性課程體系現狀
工程機械關聯性課程體系的類型主要是以理論為主,其中也有的是理論加實踐,如表1所示。當前大多數高等院校的工程機械關聯性課程沒有實踐訓練,只是依附于課本上的理論知識。對于有實踐訓練的課程,這些實踐缺乏創新性,內容比較簡單,甚至與理論知識缺少內在的聯系。同時機械類的課程設計主要是以齒輪減速箱為設計的對象,雖然設計所涉及的面廣,但是內容缺乏創新性,每年的課程設計大多都是相同的,所以設計的內容老化與社會實際聯系較少,從教學效果的角度看,當前的教學與設計并不能構成一個具有邏輯性的體系。不能滿足現代社會對人才質量的需求。
二、關聯矩陣法建立關聯課程模型
目前,為了更好地使關聯性課程與教學相融合,在此利用關聯矩陣法的原理,建立一種簡單的評價體系,使教師能夠更好地確定關聯性課程的重要性,在設定關聯性矩陣時每一門關聯性課程對整體教學的影響程度是不同的,這種影響程度可以通過學生對興趣來確定,這樣不同的關聯性課程就對應了不同的影響因子,這些影響因子就組成了一個體系,如果關聯性課程體系為,那么對應的影響因子就為,通過關聯性矩陣原理可知,影響因子體系應當滿足:通過關聯矩陣的逐項比較原理選出較好的方案。
三、工程機械教學體系與課程設計的建議
工程機械教學體系與課程設計必須要以現代工程教育的實際背景為前提,根據學科的特點在結合學校現有資源,在傳統的教學內容的基礎上進行創新,通過現有的實驗室和企業實習的經驗對教學體系進行整合。(1)提高學生學習積極性:所有的實踐要根據學生的興趣來設定,在實踐過程中首先需要學生對整個實踐的理論知識掌握,在自己動手去做去分析,并在做完后提出自己觀點和建議,培養鍛煉學生發現問題,解決問題的能力。(2)培養學生的創新能力:在學生進行實驗室操作的過程中,需要教師繼承并更新以往的設計題目,通過學生們自主提出問題來發掘新的思路,可以通過一個實踐引出多個題目,分層次的進行。這樣能有效的提高學生的創新能力,更好的適應21世紀對創新人才的需求。(3)開展仿真實驗:目前對于計算機的運用已經無處不在,它具有進行大量數據的運算、三維物體的動態模擬等功能,能夠高效的解決實際運算中的繁瑣問題,在實踐教學前先通過計算機對整個實踐過程進行動態模擬,對于在計算過程中出現的問題提出較好的解決方案,避免在實踐過程中出現相應的問題。(4)課程設計聯系工程實際:為了增強學生解決實際工程問題的能力,在選擇課程設計的題目時,我們可以從在工廠參觀學習的車間中選出一些覆蓋面廣且具有一定創新性的零件作為設計的對象。為了使學生更好地對實際工程問題有叫清晰的認識,我們可以邀請工廠里的工程師走進教室,對學生的設計提出實際性的問題及觸發學生的靈感。
四、總結
課程設計與教學體系的設定是高校工程機械體系教學中的一個重要環節中,教學體系的設定直接影響人才的培養。因此,以工程機械教學體系為前提,加強教學和課程設計與工程實際相結合,探索新的教學思路,激發學生學習積極性,確保學生的創新實踐能力,提高畢業人才質量。
參考文獻:
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