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高職《機械制圖》課程要改革，要適應(yīng)“工作本位學(xué)習(xí)”形式的要求，首先要對“工作本位學(xué)習(xí)”的特點進(jìn)行充分的了解，從上述可知，“工作本位學(xué)習(xí)”的實施過程是在工作現(xiàn)場完成的，是把完成任務(wù)的過程與學(xué)習(xí)的過程完全結(jié)合在一起，工作即課程，課程即工作。那么，對實際工作過程進(jìn)行調(diào)查分析是十分必要的。高職機械專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)是為機械制造企業(yè)生產(chǎn)一線培養(yǎng)技能型人才，根據(jù)相關(guān)資料顯示，機械制造企業(yè)生產(chǎn)一線人才構(gòu)成比例為：機械零件加工人員為60％，機械裝配人員為20％，機械維修人員為10％，現(xiàn)場工藝和管理人員為10％。我們選擇比例最大的機械零件加工人員作為調(diào)查對象，對其工作過程進(jìn)行調(diào)查，整理如下。
通過上表零件加工的工作過程可以知道，圖紙和工作者之間有著十分密切的關(guān)系，在工作過程的36個步驟中，有24個步驟與圖紙有直接的關(guān)系，其余步驟也有間接的關(guān)系。通過對上述過程的分析，我們可以得出以下結(jié)論：
（1）圖紙的作用貫穿于整個零件加工工作過程之中；
（2）圖紙產(chǎn)生在工作過程之前；
（3）圖紙是下達(dá)工作任務(wù)的依據(jù)；
（4）圖紙在工作過程中處于指導(dǎo)性地位；
（5）工作者的工作過程自始至終是理解圖紙內(nèi)涵、服從圖紙指令、遵循圖紙規(guī)定、執(zhí)行圖紙要求、實現(xiàn)圖紙設(shè)計思想的過程。
上述調(diào)查和分析充分體現(xiàn)了工作過程、工作者、圖樣三者之間的關(guān)系，也給高職《機械制圖》的改革指明了方向。
2“工作本位學(xué)習(xí)”的基本內(nèi)涵
從20世紀(jì)末開始，工作本位學(xué)習(xí)(workbarninglearning)以一種新的學(xué)習(xí)形式在全世界范圍得以迅速的發(fā)展與普及，它是一種以滿足學(xué)習(xí)者的需要，把學(xué)習(xí)和工作結(jié)合起來，實現(xiàn)在工作現(xiàn)場創(chuàng)造新的學(xué)習(xí)機會的大學(xué)層次課程的學(xué)習(xí)計劃。“工作本位學(xué)習(xí)”本質(zhì)上是一項在工作現(xiàn)場進(jìn)行的、以工作任務(wù)為單位組織，通過工作任務(wù)的完成來建構(gòu)與職業(yè)相關(guān)的知識和技能。在這一過程中，強調(diào)“學(xué)”而非“教”，強調(diào)學(xué)習(xí)者的主動參與實踐。因此是一種合作教育計劃。
3高職《機械制圖》課程改革的思考
3.1正確進(jìn)行課程目標(biāo)定位
高等職業(yè)教育人才培養(yǎng)目標(biāo)的定位是以培養(yǎng)生產(chǎn)、建設(shè)、服務(wù)、管理第一線的高等職業(yè)技術(shù)應(yīng)用型和技能操作型人才為根本任務(wù)，來適應(yīng)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需求。對機械類而言，就是為機械制造企業(yè)培養(yǎng)機械制造、生產(chǎn)、加工一線的高等應(yīng)用型和技能操作型人才。作為機械類專業(yè)的主要基礎(chǔ)課程的《機械制圖》，同樣必須服從和服務(wù)于培養(yǎng)生產(chǎn)一線所需要的機械生產(chǎn)、加工崗位人才的目標(biāo)。根據(jù)前文的機械零件加工過程調(diào)查可知，其工作過程的主要任務(wù)是“識讀”圖樣，通過“識讀”，正確理解圖樣內(nèi)涵，忠實執(zhí)行圖樣要求，準(zhǔn)確實現(xiàn)圖樣設(shè)計目標(biāo)，而不是設(shè)計繪制圖樣。因此，高職《機械制圖》課程的主要任務(wù)是，為機械生產(chǎn)、加工一線職業(yè)崗位人員培養(yǎng)識圖能力，而不是圖樣繪制能力。所以課程名稱建議改成《機械圖學(xué)》，一方面名稱涵蓋更加廣泛，另一方面體現(xiàn)課程目標(biāo)任務(wù)的更改，弱化了圖形繪制這一特定的概念。
3.2努力實現(xiàn)教學(xué)中心轉(zhuǎn)移
按照高職教育教學(xué)規(guī)律的要求，要實現(xiàn)三個中心的轉(zhuǎn)移，即以教材為中心向以職業(yè)崗位需求為中心轉(zhuǎn)移；以教師為中心向以學(xué)生為中心轉(zhuǎn)移；以課堂為中心向以工作過程和工作現(xiàn)場為中心轉(zhuǎn)移。只有理清了高等職業(yè)教育的這些新思路和新觀念，才能都搞好《機械制圖》教學(xué)改革。高職圖學(xué)課程必須緊緊圍繞“識圖”這一目標(biāo)，著力構(gòu)建以“基本體識讀――組合體識讀――零件圖識讀――裝配圖識讀”為核心內(nèi)容的機械圖識讀體系，立足學(xué)生圖樣識讀能力的培養(yǎng)，其他相關(guān)內(nèi)容只能服務(wù)于“圖樣識讀”這一主題，凡是與圖樣識讀能力相關(guān)的內(nèi)容，例如零件圖知識、國標(biāo)知識等都要強化，而與制圖能力相關(guān)的內(nèi)容都應(yīng)該弱化，對理論性過強、過于抽象的內(nèi)容應(yīng)該刪除。
3.3培養(yǎng)綜合應(yīng)用分析能力
(1)總體識讀分析能力：對機械圖樣進(jìn)行總體識讀，對加工件的名稱、材料、大小、重量、圖物比例等進(jìn)行全面了解分析，對工作任務(wù)形成總體印象；
(2)圖學(xué)知識分析能力：每個圖的名稱、圖與圖之間的關(guān)系、使用了什么表達(dá)方法、特殊畫法、簡化畫法等心中有數(shù)；
(3)形體識讀分析能力：運用形體分析方法對零件的形狀、結(jié)構(gòu)進(jìn)行正確的分析認(rèn)定；
(4)尺寸識讀分析能力：對照圖樣能準(zhǔn)確識別尺寸基準(zhǔn)，從功能上對全部尺寸進(jìn)行分類，能分辨哪些是本工序加工尺寸、哪些是非加工尺寸；
(5)公差識讀分析能力：能對圖樣上的尺寸公差、形狀公差、位置公差進(jìn)行準(zhǔn)確的識讀和理解；
(6)技術(shù)條件分析能力：，按照圖樣標(biāo)注的要求，確定加工件的表面加工要求和其他技術(shù)、工藝要求；
(7)加工工藝分析能力：按照圖樣表達(dá)的工件特征，確定本崗位加工的任務(wù)范圍，編制合理的加工程序；
(8)設(shè)備工具分析能力：按照圖樣表達(dá)的工件特征，和加工位置及加工尺寸等要求，正確分析選擇加工設(shè)備和相關(guān)的工具；
(9)定位裝夾分析能力：按照圖樣表達(dá)的工件特征，選定合理的定位形式和裝夾方法；
(10)技術(shù)測量分析能力：按照圖樣標(biāo)注的尺寸及公差的特點，正確分析和選擇量具及測量方法。
從上述能力結(jié)構(gòu)可以得知，這種圖樣識讀體系中，一方面注重從圖學(xué)知識角度的讀圖能力的應(yīng)用和延伸，另一方面，更加注重工作現(xiàn)場讀圖的特點，強調(diào)圖學(xué)知識和其他學(xué)科知識的互相滲透、互相融合、互相補充，注重多學(xué)科綜合應(yīng)用能力的形成和培養(yǎng)，養(yǎng)成多角度讀圖和多工種身份讀圖，使圖樣識讀的過程由淺入深、由表及里、由被動到主動。
3.4適應(yīng)工作現(xiàn)場應(yīng)用需要
高職教學(xué)內(nèi)容的選取，應(yīng)該服從和服務(wù)于職業(yè)崗位的需要。從前述工作過程調(diào)查可知，工作者從接受工作任務(wù)以后，識讀圖樣幾乎伴隨整個工作過程，而畫圖的機會非常少，使用尺、規(guī)、圖板作圖的情況，在工作現(xiàn)場幾乎不可能發(fā)生，因此，在《機械圖學(xué)》的教學(xué)中，應(yīng)該減少和弱化傳統(tǒng)的尺規(guī)作圖內(nèi)容。但是這并不意味不需要畫圖教學(xué)的內(nèi)容，在工作現(xiàn)場工作者之間的交流是十分頻繁的，根據(jù)工作現(xiàn)場的實際需要，培養(yǎng)和強化工作者的徒手畫圖能力是十分必要的，特別是徒手畫立體圖和零件草圖，這方面教學(xué)內(nèi)容的安排和作業(yè)訓(xùn)練應(yīng)該引起教師的重視。
3.5提供職業(yè)應(yīng)用發(fā)展平臺
高職教育是人生職業(yè)生涯中的一個階段，它既要前面的教育提供基礎(chǔ)，又要為后續(xù)學(xué)習(xí)和發(fā)展提供平臺，因此，《機械圖學(xué)》課程同樣要承擔(dān)這樣的任務(wù)，為此，在確保高職階段以圖樣識讀為主要內(nèi)容的前提下，在教學(xué)安排上可以作兩方面考慮：
其一，引入選學(xué)機制，設(shè)置畫法幾何、繪圖方法和技巧、展開圖、焊接圖等選學(xué)模塊為有制圖職業(yè)志向的學(xué)生和多崗位發(fā)展的學(xué)生提供空間。
其二，計算機的發(fā)展與普及是科技現(xiàn)代化的時代特征，增加計算機繪圖內(nèi)容，讓學(xué)生了解計算機繪圖的基本方法，為學(xué)生未來發(fā)展構(gòu)筑平臺。
摘要：“工作本位學(xué)習(xí)”是適合高職教育特點的學(xué)習(xí)形式，通過對工作過程的調(diào)查分析，確定高職機械制圖改革的主要任務(wù)和改革的基本思路。正確進(jìn)行課程目標(biāo)定位，努力實現(xiàn)教學(xué)中心轉(zhuǎn)移，培養(yǎng)綜合應(yīng)用分析能力，適應(yīng)工作現(xiàn)場應(yīng)用需要，提供職業(yè)應(yīng)用發(fā)展平臺。
關(guān)鍵詞：工作；學(xué)習(xí)；高職；機械制圖；改革
參考文獻(xiàn)
［1］何銘新，錢可強.機械制圖［M］.北京：高等教育出版社，1999.
［2］呂守祥.機械制圖［M］.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2002.
學(xué)完機械制造基礎(chǔ)課程后，學(xué)生應(yīng)學(xué)會綜合應(yīng)用機械制圖、金屬材料學(xué)、金屬切削原理等專業(yè)基礎(chǔ)知識，因此該課程的涉及面廣，綜合性強。同時，課程內(nèi)容來源于實踐，經(jīng)歸納、分析，進(jìn)行系統(tǒng)理論化后又應(yīng)用于實踐、指導(dǎo)實踐，故其實踐性也強。
二、對機械制造基礎(chǔ)課程教學(xué)內(nèi)容改革
筆者認(rèn)為，應(yīng)緊扣大綱，合理調(diào)整機械制造基礎(chǔ)課程內(nèi)容。為了突出機床教學(xué)的系統(tǒng)性，筆者把金屬切削機床及其運動、各種典型機床簡介、機床夾具設(shè)計基礎(chǔ)、典型機床夾具及其設(shè)計方法這幾章放在一起講授，這樣學(xué)生對與機床有關(guān)的知識才會有全面系統(tǒng)的了解。
三、對機械制造基礎(chǔ)課程教學(xué)方法的改革
教師要把握教學(xué)目標(biāo)，理論密切聯(lián)系實際。在該課程開講前，學(xué)生進(jìn)行車、銑、磨、刨、鉆等機加工實習(xí)，加深對刀具、夾具、機床、定位與夾緊、金屬切削、表面質(zhì)量、加工工藝、工序、工步等概念的感性認(rèn)識。學(xué)生學(xué)習(xí)理論后又要重新回到實踐中去，用系統(tǒng)的理論來分析并解決一些簡單的實際問題。經(jīng)過反復(fù)的實踐與理論學(xué)習(xí)，學(xué)生必將加深概念，并學(xué)會應(yīng)用理論指導(dǎo)實踐。
四、教師應(yīng)不拘一格，靈活使用多種教法
1.舉例引入法
講授新課前，教師先講有關(guān)實例以導(dǎo)入新課內(nèi)容，把生活中與機械相關(guān)的內(nèi)容與教學(xué)相相合，讓學(xué)生充分體會到學(xué)以致用，調(diào)動他們的學(xué)習(xí)興趣。如可以實板上鉆孔為例，導(dǎo)入工步的概念。
2.提出問題法
教師因勢利導(dǎo)地提出與新課知識相關(guān)聯(lián)的問題，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。如向?qū)W生提問：“普通車床的用途是什么？”學(xué)生馬上就會聯(lián)想到車工實習(xí)，從而進(jìn)一步想到車床實習(xí)的具體內(nèi)容。
3.小組討論法
教師將學(xué)生分為幾個小組，讓學(xué)生圍繞新課重點問題展開討論，以培養(yǎng)學(xué)生的組織能力、協(xié)作精神和團(tuán)隊意識。
4.課堂演示法
在講課過程中，教師可適時地展示與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的實物、模型。這樣不僅能加深學(xué)生的感性認(rèn)識，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且有助于他們對所學(xué)知識的理解和掌握。
5.對比教學(xué)法
通過把同類相近知識對比教學(xué)，以使學(xué)生牢固掌握新知識。如教師講述麻花鉆切削部分結(jié)構(gòu)時，拿車刀切削部分作比較，使學(xué)生認(rèn)清六個刀具角度的基本定義。6.多媒體教學(xué)法教師應(yīng)該從降低課堂教學(xué)的難度出發(fā)，多花時間做好多媒體課件，將相關(guān)的視頻、動畫等穿插教學(xué)中。如將各種機床的外形、車刀的結(jié)構(gòu)等通過計算機投影技術(shù)展示給學(xué)生，使學(xué)生能夠通過動態(tài)的畫面，輕松地理解教師的教學(xué)意圖。這樣把復(fù)雜的內(nèi)容簡單化、抽象的概念形象化、靜態(tài)的問題動態(tài)化，有助于學(xué)生理解教學(xué)內(nèi)容。
五、小結(jié)
2-ø9.1圓孔，法向角度為38.57°，2-ø12.1圓孔，法向角度為51.83°，為保證零件質(zhì)量，均需采用斜楔沖孔。另外因為型面的坡度較大，若采用正裝斜楔，斜楔滑塊設(shè)計在下模，設(shè)計和運動都比較簡單，但制件的送入和取出都比較困難，模具的尺寸還要額外加大。為不影響送料和取料，保證了模具結(jié)構(gòu)的緊湊，節(jié)約模具的材料，選擇吊裝斜楔的結(jié)構(gòu)，滑塊位于上模。但16.1×10.1的長圓孔，法向角度為58.26°，若采用標(biāo)準(zhǔn)斜楔，則驅(qū)動裝置設(shè)計困難，并且為保證沖孔凸模的通過，壓料板削弱較多，壓料板強度不好，須采用非標(biāo)設(shè)計的反向運動拉楔結(jié)構(gòu)。
2模具結(jié)構(gòu)
在滿足客戶要求的情況下，模具結(jié)構(gòu)必須達(dá)到工序卡、DL圖的要求，保證沖壓件的質(zhì)量，對于本工序，主要是孔的尺寸和形位要求和零件的輪廓要求。模具設(shè)計盡量簡明、精巧。該模具主要由上下底板、壓料板、標(biāo)準(zhǔn)斜楔裝置和非標(biāo)斜楔組成。上、下底板作為模具的本體，材料采用HT300。這種材料的耐磨性好，減震性好，鑄造工藝簡單，成本較低廉，有一定的抗壓強度，采用實型鑄造，減輕重量，減少加工面。壓料板上由于該工序沖孔較多，形狀相對狹小、細(xì)長，為保證模具的強度和導(dǎo)向的平穩(wěn)、可靠，壓料板設(shè)計成框架結(jié)構(gòu)，如圖2所示。另外，還由于緊縮了模具的結(jié)構(gòu)，采用吊楔沖孔，壓料板還需穿過沖孔凸模，背面還需設(shè)計出合理的避讓來。
3標(biāo)準(zhǔn)斜楔的選用
為了縮短生產(chǎn)周期，節(jié)約生產(chǎn)準(zhǔn)備的時間，盡量使用標(biāo)準(zhǔn)斜楔。在不影響沖孔質(zhì)量的前提下，2-ø9.1圓孔圓整后選擇角度為40°的UCMSC80-40-WC-K型標(biāo)準(zhǔn)斜楔；2-ø12.1圓孔圓整后選擇角度為50°的UCMSC80-50-WC-K型標(biāo)準(zhǔn)斜楔。標(biāo)準(zhǔn)吊裝式斜楔的主要零件組成結(jié)構(gòu)工作原理是滑塊在驅(qū)動塊的作用下，滑塊在滑塊座上運動，從而把壓床的上下運動轉(zhuǎn)化為滑塊按設(shè)計角度的傾斜運動。
4非標(biāo)反向斜楔的設(shè)計
采用懸吊式斜楔結(jié)構(gòu)，將滑塊座設(shè)計到上底板中去。由驅(qū)動塊、滑塊、返楔拉板、側(cè)導(dǎo)板等導(dǎo)向裝置組成。驅(qū)動塊在下模上固定不動，要求有良好的耐磨性，材料選擇為HT300，在沖孔過程中，滑塊既受較大的沖裁力，又因為其懸伸較長，又受到較大的彎曲力矩，為保證沖壓可靠性，滑塊選用QT600。滑塊隨上底板做上下運動，在與驅(qū)動塊接觸后，在上模座內(nèi)做前后運動，這樣沖孔凸模產(chǎn)生斜向下運動的合成，斜楔結(jié)構(gòu)隨著壓機的運動，完成沖孔沖壓生產(chǎn)的循環(huán)。
5斜楔的運動干涉檢查
該結(jié)構(gòu)設(shè)計的重點是保證斜楔的運動精度以及滑塊在運動過程中，避免沖孔凸模與壓料板的干涉，保證運動的平穩(wěn)性和回程的可靠性。將該結(jié)構(gòu)完整運動分析如下：在滑塊隨上底板向下運動，剛接觸到驅(qū)動塊時，沖孔凸模垂直向下，與壓料圈無干涉；在驅(qū)動座的驅(qū)動下，滑塊沿斜向下60度方向直線運動；滑塊隨上底板運動到最低位置，沖孔運動結(jié)束，在回程彈簧作用下，沖孔凸模退出沖孔凹模。
6結(jié)語
由于該課程設(shè)計的內(nèi)容非常多，而非機械類專業(yè)學(xué)生的機械基礎(chǔ)較為薄弱，在講授本課的同時有可能補充一些相關(guān)的知識點，以便幫助學(xué)生的理解，這便使原本緊張的課時安排變得更加緊張。在這種情況下，授課內(nèi)容需要適當(dāng)，分清主次，注重一些實用內(nèi)容的講解，而對一些比較虛的公式以及一些概念可以進(jìn)行簡單講解，對于重點難點內(nèi)容如力學(xué)部分可以多安排一些課時，而對于相對容易的內(nèi)容，如材料與焊接部分，可以采用課堂講解并引導(dǎo)學(xué)生自學(xué)的方式進(jìn)行授課，從而進(jìn)行合理授課。
2授課方法的改革與創(chuàng)新
2.1傳統(tǒng)教學(xué)與多媒體教學(xué)結(jié)合提高效果
傳統(tǒng)的教學(xué)方法以黑板板書為主，教師可以通過手語、眼神等肢體語言吸引學(xué)生注意力，并向?qū)W生傳達(dá)知識[4]。這種授課方法較為人性化，教師可以在黑板按步驟有條理地向?qū)W生演示，條理清晰，步驟分明，易于學(xué)生在接受知識的同時積極思考，從而發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性。多媒體教學(xué)手段靈活，不僅可以以書面文字的形式表達(dá)，還可以用圖片以及視頻的形式向?qū)W生展示，加以教師的講解可以達(dá)到以視覺和聽覺雙重途徑傳送知識的效果。但是傳統(tǒng)的教學(xué)和多媒體教學(xué)也都有各自的缺點，傳統(tǒng)教學(xué)方法單調(diào)呆板，效率低，有時候會顯得枯燥乏味，學(xué)生往往容易被老師牽著鼻子走，掌控不好課堂氣氛，容易形成“填鴨式”滿堂灌的教育模式，而降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。多媒體教學(xué)則容易造成信息量大，學(xué)生承受不了，理論公式演示步驟快，學(xué)生不能完全理解，教師的肢體語言不夠豐富，學(xué)生和老師之間的交流少，不夠人性化。化工機械基礎(chǔ)這門課本身既有大量的公式推導(dǎo)等理論內(nèi)容，又有機械傳動和容器設(shè)備的實際工程內(nèi)容，因而可以將傳統(tǒng)教學(xué)和多媒體教學(xué)結(jié)合，發(fā)揮這兩種教學(xué)方法各自的特長。如在講授到構(gòu)件受力分析以及及變形形式時，可以通過多媒體展示圖形的形狀以及受力情況，在講授容器設(shè)備和機械傳動時，可以運用實物圖片向?qū)W生展示，將傳統(tǒng)講課的二維圖形變?yōu)閯討B(tài)的三維圖形，全方位地展示設(shè)備和零部件的結(jié)構(gòu)；運用視頻播放讓學(xué)生理解設(shè)備的運作以及工作原理。對于重要的公式推導(dǎo)則可以通過黑板板書，放慢教學(xué)步驟，讓學(xué)生有充分的思考和記筆記的時間。
2.2以實例或項目為題加強學(xué)生理解
根據(jù)化工機械基礎(chǔ)的授課目的和主要任務(wù)，在授課過程中可以通過工程中一些實例的講解，來提高學(xué)生的興趣，并將知識融會貫通，提高學(xué)生綜合利用知識解決問題的能力。此外，對于做過有關(guān)該課程項目的教師，可以安排出一定的時間，結(jié)合具體項目講解課程中有關(guān)知識點，從項目的任務(wù)、設(shè)計思路、所解決的相關(guān)問題、設(shè)計過程中所要注意的問題以及項目的實施情況等，根據(jù)自己的實際經(jīng)驗有計劃分步逐漸地介紹，從而提高學(xué)生的興趣和加強學(xué)生對知識的掌握和運用。
3考察方法的改革與創(chuàng)新
3.1平時考察與考試相輔相成
由于化工機械基礎(chǔ)的內(nèi)容較多，前后內(nèi)容相互獨立而又緊密聯(lián)系，一旦學(xué)生對前邊力學(xué)知識的掌握不夠，必然會影響到后邊容器設(shè)計計算，而材料和焊接不熟悉，則會導(dǎo)致學(xué)生在材料選擇和容器設(shè)計方面出現(xiàn)困難，因此，為打好基礎(chǔ)必須加大對學(xué)生的平時考察，讓學(xué)生踏踏實實地掌握知識，避免吃不透掌握不準(zhǔn)的現(xiàn)象發(fā)生。平時考察的方法可以由課堂上或課堂下的練習(xí)題以及知識點的分組討論等與平時有關(guān)該的課程任務(wù)組成，同時將該部分的考察作為期末總成績的30%計入，讓學(xué)生在有壓力的情況下，發(fā)揮主觀能動性進(jìn)行學(xué)習(xí)。
3.2考試多樣化側(cè)重有所不同
對于化工機械基礎(chǔ)這樣一門知識點非常多的課程，很難用一張卷子將大部分知識點考察到，因而需要對考試形式加以改變。可以將考試分為期中期末考試兩次，期中考試著重對前邊所學(xué)知識的考察，而期末考試著重考察課程的后半部分知識點，做到期中、期末考試側(cè)重點各有不同，從而考察整個課程的知識點，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握；同時根據(jù)考察內(nèi)容的不同，可以將考試形式分為開、閉卷相結(jié)合的方式，使考試多樣化，避免了學(xué)生考前突擊死記硬背，考后立即遺忘的現(xiàn)象出現(xiàn)，而且還可以增加試卷命題的自由度，大膽地出現(xiàn)過去考試試卷中不敢出現(xiàn)的需要應(yīng)用復(fù)雜公式，計算所需的重要知識點也可以出現(xiàn)在考卷中，擴(kuò)展考查范圍；將過去對有限的知識點考查，轉(zhuǎn)化到知識和能力并重的全面素質(zhì)考查上來，而且考試結(jié)果也將變得更加真實可信，最后達(dá)到對學(xué)生課程掌握考查的目的。
4結(jié)語
在轉(zhuǎn)爐和連鑄工藝中，鋼水會在鋼包內(nèi)停留，隨著爐外精煉的技術(shù)普及，鋼水停留在鋼包的時間逐漸變長，從而導(dǎo)致鋼水在鋼包內(nèi)會發(fā)生一系列的溫度波動和熱損失。影響鋼水的因素有兩個方面，一方面是由于鋼包本身材料決定，鋼包本身在鋼水轉(zhuǎn)運過程中會與外界環(huán)境進(jìn)行熱交換，同時由于材料本身的比熱容決定，會產(chǎn)生一定的溫度內(nèi)蓄現(xiàn)象，另一方面，鋼水表面會與外界環(huán)境產(chǎn)生熱交換，造成一定的熱損失。為了緩解這兩個問題為煉鋼生產(chǎn)帶來的能量損失，一般采用鋼包加蓋的方式解決鋼水表面的熱損失，采用利用新型材料來提升鋼包本身的保溫能力。鋼包加蓋后，鋼水表面的散熱則會被包蓋吸收，并且最終使得包蓋與鋼水表面形成空間上的熱平衡，從而起到一定的保溫作用。如何縮短鋼包加蓋后空間內(nèi)熱平衡達(dá)成時間，是目前許多煉鋼企業(yè)對鋼包加蓋設(shè)計中考慮的問題。時間縮短的越明顯，煉鋼生產(chǎn)效率就越高。而影響熱平衡達(dá)成時間的主要因素為鋼包加蓋的工藝流程。由此可見，鋼包加蓋的機械設(shè)計與應(yīng)用對于煉鋼生產(chǎn)有著重要的意義，深入研究鋼包加蓋工藝，對于提高煉鋼質(zhì)量、產(chǎn)率是有必要的。
2鋼包加蓋的機械設(shè)計
鋼包加蓋的機械設(shè)計主要包括有鋼包蓋的設(shè)計和鋼包回轉(zhuǎn)臺設(shè)計、加蓋工藝設(shè)計三個方面。
2．1鋼包蓋設(shè)計
鋼包蓋的設(shè)計主要包含對鋼結(jié)構(gòu)和耐火材料的敷設(shè)設(shè)計。鋼包蓋設(shè)計吊耳很重要，方便吊車取蓋，在蓋的周圍需要有翻轉(zhuǎn)包蓋的穿孔，鋼包蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中需要考慮到包蓋的機械膨脹性能和熱膨脹性能。為了進(jìn)一步提高鋼包蓋的保溫性能，柳鋼鋼包內(nèi)側(cè)均有耐火材料的敷設(shè)設(shè)計，一般采用耐高溫的耐火纖維進(jìn)行包蓋的內(nèi)部敷設(shè)，加強鋼蓋的接受熱輻射的能力。
2．2鋼包回轉(zhuǎn)臺設(shè)計
鋼包回轉(zhuǎn)臺設(shè)計是鋼包加蓋機械設(shè)計中的重點部分，主要是針對鋼包加蓋過程中的升降、回轉(zhuǎn)等功能進(jìn)行設(shè)計。為了達(dá)成這些功能，一般會利用一些電動設(shè)備來進(jìn)行構(gòu)建。常用的輔助設(shè)備包括電動機、離合器、液壓系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)等。鋼包回轉(zhuǎn)臺是實現(xiàn)鋼包自動加工的平臺，它能夠完成鋼包周轉(zhuǎn)過程中的加蓋、揭蓋操作，能夠保證這些操作過程中鋼包以及包蓋處于安全位置。鋼包加蓋裝置包括有加揭蓋機（柳鋼鋼包揭蓋機），型號有插齒式、移動插齒式、液壓升降／伸縮式、回轉(zhuǎn)式、懸掛移動式等。根據(jù)煉鋼廠的煉鋼工藝布置采取不同的設(shè)備組合。還有一系列的輔助設(shè)備，如包蓋存放臺、吊具、工裝、鉸鏈座等。
2．3鋼包加蓋工藝設(shè)計
鋼包加蓋的一般性工藝設(shè)計為以下幾個步驟：
1）準(zhǔn)備工作。確保鋼包與爐次之間的準(zhǔn)備服務(wù)后，將鋼包放回鋼包車，鋼蓋一直蓋在鋼包上，這樣可以省略下一爐的鋼包預(yù)熱工作，保證鋼包的溫度。但如果下一爐的時間相距幾個小時，則需要考慮鋼包的預(yù)熱準(zhǔn)備。鋼包進(jìn)入煉鋼爐前，需要將鋼包內(nèi)的鑄余渣，并且需要清洗水口滑板和完成填砂過程。煉鋼爐出鋼時，鋼包經(jīng)過出鋼線，利用自動揭蓋裝置完成揭蓋，包蓋則放置在存放臺，鋼包進(jìn)入煉鋼爐下盛接鋼水。
2）出鋼后加蓋。出鋼完成后，鋼包加蓋機自動完成對鋼包的加蓋操作，這個過程中無需人為操作。
3）精煉揭蓋、加蓋。鋼包經(jīng)過運轉(zhuǎn)進(jìn)入LF精煉爐位，此時包蓋被自動揭去，鋼水在精煉爐中完成精煉過程，待這一過程結(jié)束后，鋼包回轉(zhuǎn)臺將包蓋帶回，進(jìn)行自動加蓋操作。加蓋后，鋼包連蓋一起被吊上連鑄臺。在這一過程中，首先要確保鋼水的精煉達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，鋼水的各項指標(biāo)達(dá)到指標(biāo)，鋼水的溫度達(dá)到要求，其次采取對鋼包進(jìn)行鈣處理或者微合金處理，進(jìn)一步提高鋼水的潔凈程度。
3應(yīng)用效果
在煉鋼生產(chǎn)全程中實現(xiàn)鋼包自動加蓋有效地減少了鋼包周轉(zhuǎn)過程的熱損失，同時保證了鋼包中鋼水的溫度趨于穩(wěn)定，有助于煉鋼生產(chǎn)提高質(zhì)量并且降低生產(chǎn)成本，鋼包全程加蓋后的應(yīng)用效果主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
1）鋼包全程加蓋能夠起到對鋼水的保溫作用；并且能夠降低鋼水出爐溫度。柳鋼轉(zhuǎn)爐加蓋出爐鋼溫度較之不加蓋降低了15℃左右，柳鋼轉(zhuǎn)爐加蓋后，出鋼過程中的溫度損失降低4℃，鋼包運輸過程中溫度損失減少15℃左右，全程溫度損失減少19℃左右。鋼包加蓋后起到的保溫作用還有效的減少了包內(nèi)鋼水的冷卻作用，免除了連鑄過程中對鋼包的預(yù)熱過程，可實現(xiàn)低過熱度澆注，有效提高合金收得率，降低鋼包廢鋼率和保溫劑的使用率，節(jié)約了經(jīng)濟(jì)成本。
2）鋼包全程加蓋有助于延長鋼包的使用壽命。連鑄澆注完畢后，包蓋懸掛在鉸鏈上，鋼包可實現(xiàn)帶蓋倒渣和回澆余。減少了對鋼包的清理需求，同時翻鑄余更加干凈，降低了殘渣量。鋼包自動加蓋降低了對包內(nèi)耐火材料的機械損傷，因此提高了鋼包的使用壽命。柳鋼實現(xiàn)鋼包全程加蓋后，轉(zhuǎn)爐出鋼口壽命提高了5爐以上，鋼包壽命延長至95爐。
3）鋼包全程技改有助于減少LF爐的升溫時間，減少RH、CAS的OB頻率及時間，同時降低了廢鋼的產(chǎn)生率，有效提高了煉鋼效率和質(zhì)量。除此之外，采用鋼包全程自動加蓋可以節(jié)省鋼包服務(wù)區(qū)的空間，減少人力勞動，降低人力成本。
4）鋼包全程加蓋有助于煉鋼廠的節(jié)能減排，一定程度降低生產(chǎn)成本，增加收益。鋼包全程加蓋后，轉(zhuǎn)爐出鋼溫度升高，降低吹氧升溫的吹氧量，降低了氧氣能源的使用。若采用焦?fàn)t煤氣升溫模式，則可降低煉鋼廠眼氣排放，起到節(jié)能減排的效益，有助于煉鋼廠的可持續(xù)發(fā)展。除此之外，柳鋼實現(xiàn)鋼包全程加蓋后，降低噸鋼成本10元左右。同時由于煉鋼質(zhì)量的提升，進(jìn)一步提高了噸鋼實際收益，能夠有效提高煉鋼廠的經(jīng)濟(jì)利益，實現(xiàn)企業(yè)的經(jīng)營目標(biāo)。
4結(jié)語
1教學(xué)理念的與時俱進(jìn)
把握工程教育要面向工程實際的基本原則。對于機械制造裝備設(shè)計過程，不僅僅關(guān)注結(jié)構(gòu)與功能原理的實現(xiàn)，也要從經(jīng)濟(jì)性、安全性、環(huán)境保護(hù)與節(jié)能減排等方面將其視為一個系統(tǒng)的工程技術(shù)項目來加以考慮，全方位引導(dǎo)學(xué)生培養(yǎng)運用所學(xué)知識解決實際工程問題的能力，正確認(rèn)識工程對于客觀世界和社會的影響。教師對于學(xué)生的要求更多地集中在培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性、對問題的深入探究和鉆研精神以及追求創(chuàng)新的態(tài)度和意識。這就對教師本身在知識結(jié)構(gòu)、教育教學(xué)技能、教學(xué)與管理藝術(shù)等方面提出了更高的要求，要不斷更新自身教育理念，與時俱進(jìn)。
2教學(xué)內(nèi)容的改革與優(yōu)化
課程教學(xué)內(nèi)容要面向機械設(shè)計制造及自動化專業(yè)工程教育認(rèn)證目標(biāo)，以培養(yǎng)行業(yè)認(rèn)可的復(fù)合型工程人才為導(dǎo)向，突出學(xué)校與學(xué)科專業(yè)特色，緊隨生產(chǎn)與社會的發(fā)展，與相關(guān)產(chǎn)業(yè)與領(lǐng)域的需求相結(jié)合。以此為原則，保留原有教學(xué)內(nèi)容中的經(jīng)典核心部分，刪減或剔除與專業(yè)認(rèn)證目標(biāo)不相符合的內(nèi)容。針對湖南科技大學(xué)機械設(shè)計制造及自動化專業(yè)面向礦山機械、工程機械及數(shù)控機床產(chǎn)品設(shè)計制造的專業(yè)培養(yǎng)特色，教學(xué)內(nèi)容中適當(dāng)增加礦山機械裝備與工程機械裝備的設(shè)計方法與過程，對于金屬切削機床的設(shè)計著重講解數(shù)控機床的主傳動系設(shè)計、進(jìn)給傳動系設(shè)計與典型部件設(shè)計，減少普通機床設(shè)計相關(guān)內(nèi)容。機床控制系統(tǒng)設(shè)計重點介紹數(shù)字控制技術(shù)原理與設(shè)計過程，其它控制方式酌情刪減或剔除。同時教師在授課過程中應(yīng)結(jié)合自身研究方向，增補介紹反映本專業(yè)前沿發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢的有關(guān)新材料、新工藝、新技術(shù)和新裝備的內(nèi)容，使教學(xué)內(nèi)容做到融經(jīng)典、基礎(chǔ)、實用、前沿于一體。適當(dāng)?shù)虒W(xué)內(nèi)容中的深奧理論知識，增強應(yīng)用與實踐，增加實驗與實踐教育環(huán)節(jié)時長，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。可以更多地與企業(yè)生產(chǎn)實際相結(jié)合，與企業(yè)溝通聯(lián)系，創(chuàng)造機會讓學(xué)生深入企業(yè)生產(chǎn)一線，直觀接觸與動手實踐，深入理解機械制造裝備的設(shè)計原理與方法。強調(diào)對重點和難點的把握，精心組織，講深講透，如金屬切削機床的工作原理、幾何表面成形原理和機床主傳動系設(shè)計過程、夾具定位方案的設(shè)計與分析等。對于物流系統(tǒng)設(shè)計和機械加工生產(chǎn)線的總體設(shè)計，則可以采取學(xué)術(shù)講座的形式加以介紹。
3教學(xué)方法的突破與創(chuàng)新
面向工程教育專業(yè)認(rèn)證需求，教師要實現(xiàn)教學(xué)方法與手段的不斷突破與創(chuàng)新，以提高教學(xué)質(zhì)量。教學(xué)方法要針對工程實際，可以更多地采用案例分析、綜合設(shè)計、小組學(xué)習(xí)、項目訓(xùn)練等方式，培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習(xí)和團(tuán)隊合作能力，提高工程意識和設(shè)計技能。教師也要深入研究當(dāng)前國內(nèi)外工程教育的發(fā)展形勢，將國際上最新的科學(xué)思想和科學(xué)成果傳遞給學(xué)生。在教學(xué)過程中教師要有效利用多媒體教學(xué)資源，使知識直觀化、形象化，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動主觀學(xué)習(xí)積極性。如為使學(xué)生對于裝備制造業(yè)有清晰的認(rèn)知，激發(fā)學(xué)生對于機械制造裝備設(shè)計課程學(xué)習(xí)的熱情，在緒論中詳細(xì)介紹制造業(yè)與裝備制造業(yè)的內(nèi)涵，多方搜集資料，以詳實的圖片、文字、視頻和數(shù)據(jù)資料深入透析裝備制造業(yè)的地位與作用、我國裝備制造業(yè)迄今所取得的成就以及面臨的機遇與挑戰(zhàn)，鼓勵學(xué)生為我國裝備制造業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步貢獻(xiàn)自己的力量。為訓(xùn)練學(xué)生的獨立分析與思考能力，教師也在課堂上提出問題或布置課后作業(yè)，啟發(fā)學(xué)生去思考并分組討論，教師再進(jìn)行歸納總結(jié)和點評，讓學(xué)生能夠主動參與學(xué)習(xí)。在機械制造裝備設(shè)計課程教學(xué)中可根據(jù)教學(xué)難點與重點，有針對性地開展專題討論與專題作業(yè)。討論與作業(yè)的形式也需多樣化，以便于活躍學(xué)生思維，增強創(chuàng)新意識。
4考核評價機制的多元化
為檢驗課程教學(xué)效果，考核評價必不可少。在常用的平時考勤、課堂作業(yè)與期末考試成績的考核評價機制基礎(chǔ)上進(jìn)行多元化拓展，以助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)創(chuàng)新態(tài)度和意識。針對機械制造裝備設(shè)計課程教學(xué)特點，采取“日常課堂教學(xué)考核+創(chuàng)新實踐考核+期末閉卷考試”模式。日常課堂教學(xué)考核從考勤、課堂討論、課堂作業(yè)等方面進(jìn)行綜合評定，重點考查學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)紀(jì)律性與主觀能動性等;創(chuàng)新實踐考核結(jié)合實驗教學(xué)進(jìn)行，考察學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力、實踐動手能力等;期末閉卷考試適當(dāng)增加主觀題和應(yīng)用型試題比重。通過考核評價機制的多元化拓展，全面準(zhǔn)確地反映學(xué)生學(xué)習(xí)效果。
二結(jié)語
本課程教學(xué)團(tuán)隊中承擔(dān)主講教學(xué)工作的有5人，承擔(dān)輔助教學(xué)工作的有2人，所有教師均參與本課程的教材建設(shè)、教學(xué)改革、實驗教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)資源建設(shè)等工作。多年來，教學(xué)團(tuán)隊努力加強梯隊建設(shè)，支持、鼓勵青年教師攻讀博士學(xué)位(有2人博士在讀)，并且針對青年教師在教學(xué)工作中存在的問題，積極開展教學(xué)研討，交流教學(xué)經(jīng)驗，幫助他們盡快提高教學(xué)、科研水平。目前，團(tuán)隊所有成員堅持在教學(xué)、實驗、科研和教學(xué)改革四個層面全方位開展工作，始終把本科生教育放在首位，并同研究生培養(yǎng)、科研課題緊密結(jié)合，已形成一支結(jié)構(gòu)合理、綜合素質(zhì)高、教學(xué)效果好、積極致力于教學(xué)改革的課程教學(xué)團(tuán)隊。
2教學(xué)方法與手段
在長期的《表面改性技術(shù)》教學(xué)過程中，我們一直致力于教學(xué)方法的改革，以求達(dá)到最佳的教學(xué)效果。當(dāng)今的本科教學(xué)強調(diào)素質(zhì)教育，其教學(xué)結(jié)構(gòu)是學(xué)教并重，即"主導(dǎo)－主體"教學(xué)模式。這種教學(xué)模式的核心在于既要發(fā)揮教師的指導(dǎo)作用，又要充分體現(xiàn)學(xué)生的主體作用。據(jù)此，我們對《表面改性技術(shù)》課程教學(xué)方法及手段進(jìn)行了多方面的改革:
2．1采取“研究性教學(xué)和研究性學(xué)習(xí)”的教學(xué)方法
從研究問題入手，將“原理－設(shè)備－工藝－工程”的知識構(gòu)建過程展現(xiàn)出來，同時提出新的問題，組織學(xué)生展開思考和研討，引導(dǎo)學(xué)生把所學(xué)知識與煤礦設(shè)備工程實際緊密結(jié)合，變單向傳輸式教學(xué)為雙向互動式教學(xué)，變以強調(diào)理論內(nèi)容為主的灌輸式講授為探究理論研究過程為主的引導(dǎo)式講授，實現(xiàn)真正意義上的“雙主”教學(xué)。
2．2積極組織學(xué)生開展研討活動
例如在學(xué)習(xí)有關(guān)熱噴涂的內(nèi)容時，以井下帶式輸送機底托架熱噴涂鋁加封孔劑處理可大幅提高使用壽命為例，讓學(xué)生進(jìn)行討論，幫助、引導(dǎo)學(xué)生從材料的選擇、涂層的結(jié)構(gòu)以及噴涂工藝流程、實施過程等各個方面進(jìn)行考慮、分析，并提出解決的方法。這樣，通過啟發(fā)式教學(xué)，不僅可以鞏固所學(xué)知識，而且可以幫助學(xué)生學(xué)會從多方位、多角度去思考問題，去了解煤礦機械的使用情況，有利于調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。
2．3理論結(jié)合實際
加強校外實踐基地建設(shè)《表面改性技術(shù)》課程是一門理論性與實踐性相結(jié)合的課程，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中往往對煤礦機械表面處理工藝的理解不深入。為此，我們通過學(xué)生參加實踐，組織現(xiàn)場教學(xué)，把理論與生產(chǎn)實際相結(jié)合，極大地提高了教學(xué)效果。例如，我們在江蘇中礦大正表面工程技術(shù)有限公司以及鄭州煤礦機械集團(tuán)股份有限公司建立了校外實踐基地，從而使學(xué)生的實踐活動常態(tài)化。江蘇中礦大正表面工程技術(shù)有限公司是國內(nèi)表面工程領(lǐng)域的龍頭企業(yè)，主要從事鋼結(jié)構(gòu)長效防腐涂裝、纜索涂裝工程、電廠特種表面處理、機械零件表面修復(fù)等，是國內(nèi)熱噴涂領(lǐng)域首家通過ISO9001質(zhì)量體系認(rèn)證的企業(yè)。鄭州煤礦機械集團(tuán)股份有限公司是中國領(lǐng)先的煤炭綜采綜掘設(shè)備制造商，是國內(nèi)最大的液壓支架制造商。企業(yè)被科學(xué)技術(shù)部、國務(wù)院國資委和中華全國總工會授予“國家創(chuàng)新型企業(yè)”稱號，同時被國家五部委共同認(rèn)定為國家級的企業(yè)技術(shù)中心。
2．4利用多媒體技術(shù)、結(jié)合英文教材
開展雙語教學(xué)采用現(xiàn)代化教學(xué)手段可以節(jié)省時間，而且生動、直觀、動態(tài)地展示各種表面技術(shù)的原理、工藝流程等，化抽象知識為具體知識。我們在教學(xué)媒體現(xiàn)代化建設(shè)中堅持走立體化建設(shè)之路，形成以教材、電子教案、多媒體CAI課件及網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)為一體的立體化教學(xué)體系，為課程的教學(xué)提供了內(nèi)容豐富、高質(zhì)量的教學(xué)媒體資源。除PPT外，還利用動畫、視頻等進(jìn)行輔助教學(xué)。如我們依靠自身力量開發(fā)了等離子噴涂法原理、電弧噴涂原理、化學(xué)氣相沉積、粉末火焰噴涂、離子束沉積、真空鍍膜、金屬蒸鍍等25套動畫模擬示意圖，這些輔助教學(xué)手段生動、直觀、動態(tài)地展示了各種技術(shù)的原理、工藝流程，化抽象知識為具體知識，極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。2011年，教學(xué)團(tuán)隊建立了《表面改性技術(shù)》課程網(wǎng)站，并已將教學(xué)大綱、實驗教學(xué)大綱、實驗指導(dǎo)書、英文教材、教學(xué)課件、教學(xué)錄像、視頻、動畫等資料上傳至網(wǎng)站供學(xué)生參考，網(wǎng)站還開辟有“答疑園地”欄目，團(tuán)隊的全體教師通過這一欄目答疑、批改作業(yè)、安排和指導(dǎo)實驗。經(jīng)運行使用，學(xué)生普遍反映良好。另外，從2004年開始，我們致力于英文教材《IntroductionofSurfaceEngineering》的編寫及雙語課件的開發(fā)，并適時地開展了雙語教學(xué)，形成了自己的特色。
2．5設(shè)置實驗環(huán)節(jié)，提高能力培養(yǎng)
《表面改性技術(shù)》課程涉及的表面處理工藝種類多，主要有熱滲鍍技術(shù)、熱噴涂技術(shù)、堆焊技術(shù)、化學(xué)轉(zhuǎn)化膜技術(shù)、氣相沉積技術(shù)、“三束改性”等。每一種表面技術(shù)都有其特點，而且相互獨立。根據(jù)我院實驗室的條件，我們開設(shè)了熱噴涂、熱噴涂涂層性能表征、等離子化學(xué)氣相沉積DLC膜、等離子化學(xué)氣相沉積DLC膜的表征、離子注入改性等實驗，力求做到使學(xué)生對相關(guān)工藝與設(shè)備有深入了解，并能進(jìn)行操作，為今后從事相關(guān)工作打下良好基礎(chǔ)。總之，經(jīng)過長期不斷的教學(xué)改革和實踐，《表面改性技術(shù)》課程教學(xué)安排更趨合理，內(nèi)容不斷深化，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣濃厚，能夠?qū)⒄n堂上所學(xué)理論知識應(yīng)用到科研與生產(chǎn)實際中，學(xué)生的動手能力及創(chuàng)新意識明顯提高，教學(xué)效果顯著。
3教材建設(shè)
本課程是重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，又是培養(yǎng)發(fā)展創(chuàng)新能力的一門舉足輕重的課程，是材料科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生進(jìn)行綜合工程素質(zhì)教育和現(xiàn)代技術(shù)教育的重要陣地。結(jié)合煤礦機械行業(yè)背景及材料專業(yè)特點，教學(xué)團(tuán)隊編著并出版了教材《材料表面工程技術(shù)》，編印了英文教材《IntroductionofSurfaceEngineering》以及實驗教材《材料改性實驗》，同時自編課程講義和教案。目前，《材料表面工程技術(shù)》作為高等教育(礦業(yè))“十二五”規(guī)劃教材已編寫完成，并將于近期出版。此外，我們對教材內(nèi)容在以下方面進(jìn)行了調(diào)整。(1)著重介紹每章要點，便于學(xué)生預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)。注意和后續(xù)課程教學(xué)內(nèi)容的分工、銜接和配合。增加英文專業(yè)名詞，為今后學(xué)習(xí)外文資料奠定基礎(chǔ)。(2)部分章節(jié)設(shè)立課堂討論環(huán)節(jié)，列舉大量實例，增加與學(xué)生的互動，便于學(xué)生理解掌握知識點。例如:對掘進(jìn)機、采煤機中的礦用截齒，在使用過程中承受高的壓應(yīng)力、剪切應(yīng)力、沖擊載荷以及溫度變化，因而極易磨損。通常采用熱噴涂、等離子熔覆、激光熔覆、堆焊耐磨焊條、等離子束表面冶金、釬焊－熱處理一體化等表面改性技術(shù)提高其耐磨性。對煤礦綜采工作面的液壓支架而言，由于礦井特殊的環(huán)境，因而對支架立柱、千斤頂表面、油缸、活塞等產(chǎn)生強烈的腐蝕，最終導(dǎo)致支架失效。常采用的表面處理技術(shù)有:化學(xué)熱處理，如滲鋁、滲鉻、滲硼、硼鋁共滲等，電鍍鋅、銅、鉻、鎳，化學(xué)鍍鎳、磷化，堆焊以及熱噴涂鋅鋁合金層等。對于煤礦罐道，一般采用普通碳鋼制造，其傳統(tǒng)的表面處理方法包括:涂料防腐、熱浸鍍鋅、熱噴涂鋅+涂料防腐等。(3)針對近幾年發(fā)展起來的新的煤礦機械表面處理技術(shù)如達(dá)克羅表面處理、Q－P－Q鹽浴復(fù)合處理技術(shù)，陰極氧化法等進(jìn)行簡明扼要地講解，以擴(kuò)大學(xué)生的知識面。
4教學(xué)管理
功能分解策略
廣義上說，功能是對于某一機械產(chǎn)品工作能力的抽象，它包括產(chǎn)品的功用、用途、性能、能力等。從系統(tǒng)工程學(xué)的角度來看，可將機械產(chǎn)品看成是技術(shù)系統(tǒng)，功能是以實現(xiàn)某種任務(wù)為目標(biāo)，對其輸入量(信息流、能量流、物料流)和輸出量之間的相互轉(zhuǎn)換。在概念設(shè)計階段之初，通常要對產(chǎn)品的功能進(jìn)行分解。通過對現(xiàn)有機械系統(tǒng)的分析，筆者提出功能分解的三個策略:①從解決問題的目的和手段著手;②從產(chǎn)品生產(chǎn)的工藝動作過程(生產(chǎn)的空間順序和時間順序)著手;③從機械系統(tǒng)四大模塊著手。在實際的產(chǎn)品功能分解中，往往需要采用多種功能分解策略。對機械系統(tǒng)而言，執(zhí)行系統(tǒng)是機械系統(tǒng)的核心，最終決定產(chǎn)品的功能輸出。執(zhí)行系統(tǒng)的功能是通過工藝動作過程來實現(xiàn)，因此可通過工藝動作過程對其進(jìn)行分解;而對于機械系統(tǒng)的其他子系統(tǒng)(包括傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng))，可采用“目的－手段”進(jìn)行功能分解。下面詳細(xì)介紹這三個功能分解策略的運用方法和步驟。
首先從目的和手段來分解功能，可以把目的稱為上位功能，手段稱為下位功能，目的功能是主功能，手段功能從屬于目的功能，為實現(xiàn)目的功能起手段作用，屬于下一級分功能，在下一級分功能中，手段功能又稱為目的功能，如圖1所示，手段功能2在下一級分功能中稱為目的功能3。通過“目的－手段”可以將復(fù)雜的產(chǎn)品進(jìn)行功能分解，同時又可將各個分功能之間的邏輯關(guān)系聯(lián)系在一起，最終獲得產(chǎn)品的功能系統(tǒng)圖。接著按照工藝動作過程對功能進(jìn)行分解。工藝動作過程是實現(xiàn)機器功能所需要的一系列動作型式，按一定順序組合而成的系列動作。機械產(chǎn)品的執(zhí)行系統(tǒng)功能是通過其工藝動作過程來完成的。例如，汽水灌裝自動機的功能包括瓶、蓋、汽水的貯存與輸送、灌裝、加蓋、封口、貼商標(biāo)、成品輸送的工藝動作過程來實現(xiàn)灌裝功能。又如，平板印刷機的功能是通過上墨、刷墨、印刷的工藝動作來實現(xiàn)印刷功能。
最后是從機械系統(tǒng)四大子系統(tǒng)模塊來對產(chǎn)品的功能進(jìn)行分解，這四大系統(tǒng)分別為驅(qū)動系統(tǒng)(動力系統(tǒng))、執(zhí)行系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和架體支撐系統(tǒng)。任何機械產(chǎn)品的技術(shù)過程(主體功能)都是原動機到傳動部分，再到工作機構(gòu)(即執(zhí)行系統(tǒng))部分。原動機主要提供機械能或轉(zhuǎn)換為有效的機械功，傳動部分主要傳遞運動和動力要求，工作部分是機器的執(zhí)行機構(gòu)，架體支撐系統(tǒng)主要起支撐部件的作用。在主體功能的基礎(chǔ)上，再添加輔助功能，通過控制系統(tǒng)來控制協(xié)調(diào)各部件的工作。下面綜合前面講述的三種分解策略，以挖掘機為例進(jìn)行功能分解，如圖2所示。
尋求功能作用原理策略思想
機械產(chǎn)品功能目標(biāo)確定后，可針對產(chǎn)品的主要功能提出原理性構(gòu)思，這可以通過科學(xué)原理向技術(shù)原理的轉(zhuǎn)變加以實現(xiàn)，技術(shù)的需求是科學(xué)發(fā)展的動力，而技術(shù)開發(fā)必須以科學(xué)規(guī)律為基礎(chǔ)，產(chǎn)品開發(fā)過程就是科學(xué)原理與技術(shù)經(jīng)驗相結(jié)合的過程。作為設(shè)計開發(fā)人員，應(yīng)在產(chǎn)品概念設(shè)計階段中，掌握廣泛的科學(xué)原理，善于實現(xiàn)科學(xué)原理向技術(shù)原理的轉(zhuǎn)變，例如，在機電行業(yè)中，為能實現(xiàn)電能向機械能的轉(zhuǎn)換，一般通過能量轉(zhuǎn)換科學(xué)原理向“電磁效應(yīng)”這一技術(shù)原理轉(zhuǎn)變，開發(fā)出了電動機。其次，可由已有的技術(shù)原理形成新的技術(shù)原理，有些技術(shù)的產(chǎn)生是在已有技術(shù)成果的基礎(chǔ)上進(jìn)行移植、綜合和革新的結(jié)果。例如，愛因斯坦提出受激輻射理論奠定了激光技術(shù)的理論基礎(chǔ)。微波波譜的成果進(jìn)而為激光的應(yīng)用提供了技術(shù)原理。現(xiàn)今，激光已應(yīng)用于機械制造行業(yè)，可對材料進(jìn)行熱加工，如表面熱處理，焊接和切割打孔等。因此，在產(chǎn)品概念設(shè)計階段，不斷尋找適合的作用原理有利于產(chǎn)品的創(chuàng)新。
執(zhí)行系統(tǒng)概念設(shè)計過程模型探討
基于FBS概念設(shè)計過程模型進(jìn)行研究，此模型在“功能分解－載體”映射模型的基礎(chǔ)上引入行為作為橋梁，即“功能－行為－載體”過程模型。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，提出了“功能－作用原理－工藝動作過程－執(zhí)行動作－行為－功能載體”概念設(shè)計過程模型。根據(jù)機械產(chǎn)品的功能要求和工作性能要求來驅(qū)動尋找實現(xiàn)功能的作用原理。同一功能可通過不同的作用原理來實現(xiàn)功能，從而實現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新。
其次，工藝動作過程取決于所需實現(xiàn)功能的工作原理，不同的工作原理有不同的工藝動作過程，本過程模型可通過工藝動作過程支持功能分解。工藝動作過程包括一系列按照時間順序排列的工藝動作，通過工藝動作進(jìn)一步分解可以得到按照一定時間順序的執(zhí)行動作。最后，通過執(zhí)行動作與功能載體之間引入機械動作行為作為橋梁，以實現(xiàn)尋找實現(xiàn)功能的載體。圖3給出了基于“功能－作用原理－工藝動作過程－執(zhí)行動作－行為－功能載體”的概念設(shè)計過程模型。
執(zhí)行系統(tǒng)概念設(shè)計過程模型映射分析
上述概念設(shè)計過程模型的關(guān)鍵是各階段的求解映射策略，使得尋求作用原理解的關(guān)系脈絡(luò)更為清楚和詳細(xì)，這使得設(shè)計人員在概念設(shè)計中能符合設(shè)計思維邏輯，并促進(jìn)開發(fā)人員的創(chuàng)新能力。為此筆者提出如圖4所示的求解映射策略。從圖4中映射層之間的關(guān)系，可以看出產(chǎn)品的功能可以通過不同的作用原理來實現(xiàn)，子功能(F123)可由原理層的多個作用原理分別來實現(xiàn)。由于執(zhí)行系統(tǒng)功能是通過工藝動作過程來實現(xiàn)的，同時工藝動作過程的分解又能實現(xiàn)產(chǎn)品功能分解，而工藝動作過程的分解又取決于工作原理，不同的工作原理有不同的工藝動作過程，例如對齒輪進(jìn)行加工，有兩種不同的工作原理，分別為滾齒原理和插齒原理，顯然這兩種工作原理的工藝動作過程是不一樣的。同時，同一種工作原理的工藝動作過程也可以有不同的工藝動作過程，因此在進(jìn)行工藝動作過程分解時，可通過增加、減少或者合并工序改變機器的工藝動作，這有利于獲得新的結(jié)構(gòu)，創(chuàng)造新的機械設(shè)備。如果工藝動作比較簡單，可直接采用工藝動作到載體的直接映射求解;反之，就需要對工藝動作進(jìn)行分解。對于每一個具體分解的執(zhí)行動作，如果執(zhí)行動作比較簡單，可采用直接映射求解。反之，需要通過行為層為橋梁，來更好的實現(xiàn)從執(zhí)行動作到載體的映射求解。對于同一個執(zhí)行動作可采用不同行為關(guān)系來實現(xiàn)。行為庫中主要包括執(zhí)行動作的類型、連續(xù)性、運動速率特性和運動往復(fù)性，由于執(zhí)行動作的的類型很多，按照機構(gòu)的運動類型進(jìn)行分類，主要包括以下幾種類型，其分類如表1所示。
應(yīng)用分析
本節(jié)以縫紉機中的GC30型平縫機的執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計為例，對以上提出的執(zhí)行系統(tǒng)概念設(shè)計過程模型進(jìn)行實例說明。縫紉機的總功能是完成對棉、皮革、人造纖維的縫制作用，完成此功能的工藝動作過程為刺布－供線－勾線－收線－送布來實現(xiàn)此功能的。對于每一個具體工藝動作來說，如果工藝動作比較簡單，只需某一種機構(gòu)就能實現(xiàn)，如果比較復(fù)雜，需對每一個工藝動作進(jìn)行按照實現(xiàn)工藝動作一系列執(zhí)行動作來完成，即按照實現(xiàn)每一個執(zhí)行動作的簡單機構(gòu)的組合。機構(gòu)每一個執(zhí)行動作的類型可以參照表1，下面主要以送布機構(gòu)設(shè)計為例。需要對送布工藝動作進(jìn)行分解為具體的執(zhí)行動作，一般分解的結(jié)果會有很多種，容易設(shè)計出新的結(jié)構(gòu)，把送布工藝動作分解為:實現(xiàn)針跡距的調(diào)節(jié)運動－旋轉(zhuǎn)到直線運動－直線到擺動。然后分別通過實現(xiàn)不同執(zhí)行動作的簡單機構(gòu)來進(jìn)行組合即可實現(xiàn)送布這一工藝動，送布機構(gòu)如圖5所示。基于圖5所示的執(zhí)行動作過程，簡述其傳動關(guān)系，通過送料調(diào)節(jié)器螺釘改變送料調(diào)節(jié)器凸輪面的工作位置，實現(xiàn)不同的針跡距，當(dāng)針跡距一定時，上軸帶動送料偏心輪旋轉(zhuǎn)，通過送料連桿使送料曲柄繞著送料軸擺動形成送料牙的水平運動。
