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二、機械加工機床工具箱的改進設計建議

1.改進設計方案進行機械加工機床工具箱改進設計的首要任務是明確這一改進設計的具體方案，其作為總體的指導思想，直接影響著工具箱的具體設計工作。基本看來，在當前強調柔性生產及考慮當前工具箱所存在問題的基礎上，改進設計方案有必要關注如下一些方面：一是工具箱設計存在臺面設計問題，這使得放置在臺面上的各種工具很有可能被無意的碰落，因而改進設計必須關注工具箱的層次問題；二是層次改進設計的首要任務是確立臺面的位置與高度，在這一基礎上，進行分層次的劃分，確保工具箱的不同層次的劃分較為合理，所使用的各種工具在工具箱中得到合理的擺放；三是由于當前工具箱較重，不利于快速移動，因而要關注工具箱的四個腳的位置，有必要配備輪子等裝置，以便于移動。

2.材料的選擇與零件的配合就材料的選擇而言，機械加工機床工具箱在生產中有著很重要的作用。一般在實際中工具箱的外門要使用45#鋼，而工具箱的內部框架、箱蓋以及層底等要采用Q235，就零件間的配合連接而言，箱底層和萬向腳輪可以進行固定支撐之間的配合調整。這3個零件需要通過焊接的方式連接在一起，框架與箱底層、層板和框架之間、框架與層擋板之間也是采用焊接方式。在頂層板、內門、外門以及箱底層之間都需要留出一定的間隙，用作門的旋轉和打開。

3.改進設計的內容一是抽屜及箱體均使用1.2mm冷軋鋼板，經磷酸鹽處理后，外加靜電粉體烤漆，以達到防銹效果。箱體四周每隔25mm應鑲有滑軌固定溝槽，以方便抽屜彈性調整變換的使用。為確保箱體結構堅固，底部應附有調整腳，可保護箱體，并改善因地面不平整而造成的晃動現象。二是旋開式連桿鎖裝置，一經上鎖，抽屜即全部鎖住。抽屜鋁合金把手內部設有安全扣裝置，未經人為操作，抽屜不會滑出掉落。可選用鎖王系統，一支鎖王鑰匙可開啟500組不同鎖號的工具箱，管理方便。抽屜四周每隔19mm鑲有一槽孔，并可配合槽隔板、橫隔板作彈性間隔。抽屜使用3mm特殊滑軌設計，并配合軸承滑動、單軌抽屜開度90%，每屜荷重100kg，復軌抽屜100%全開，每屜荷重200kg。三是全寬式鋁合金把手設計，并附有標示紙及PVC透明膠片。滑軌設有固定扣定位，以防搬運時掉落。抽屜把手外緣與箱體平整，不露出箱體外部，防撞、安全、美觀。抽屜、把手與面板可分離的組合式設計，可微調抽屜面板間距，并可節省零件更換費用。四是背掛板精準方孔設計，可搭配各類掛鉤，拆裝調整容易，方便工具定位。使用寬幅轉輪，移動更穩固、輕巧靈活，兩只定向，兩只萬向附剎轉輪，四輪平均荷重400kg。分類盒可單獨或排列使用，方便收納，適合小型零件、螺絲的分類儲存。應用精控安全鎖，確保堅固耐用，故障率低槽孔可配合隔板，可隨意調整屜內空間。使用條紋膠墊可防止工具滑落，并保護漆面不受損。應用組合式分類盒，可單獨或排列使用，方便收納，適合小零件、螺絲的分類儲存。隔板可與槽片組合應用，擁有更適當的空間配置。

4.改進設計的保障一是建議成立改進設計工作小組。工具箱的改進設計與信息技術的變化息息相關，工具箱改進策略的制定不宜限定于某項信息技術的規格與現狀，而是應采用通透性設計，并建立不斷檢查修正的機制，以確保改進設計計劃的可行性與時效性。因此，建議改進設計部門成立專門工作小組，研究制定各項改進作業標準。二是加強設計人員信息教育培訓。工具箱改進設計過程涉及到車間管理人員、工具箱使用人員及信息化作業人員，為有效規劃及管理，在工具箱改進設計工作的召集人應由主管負責人擔任，而從事工具箱改進設計的人員不僅需要具備相當程度的工具使用與信息化素養，也必須不斷吸取新知識，以掌握信息技術的發展。目前工具箱使用與改進人員通常缺乏信息及電腦背景，建議工具箱改進設計人員應配合時展趨勢，加強信息教育，以應對電子化作業的發展趨勢，充分學習與應用信息化技術來進行工具箱的重新設計。

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（1）圖紙的作用貫穿于整個零件加工工作過程之中；

（2）圖紙產生在工作過程之前；

（3）圖紙是下達工作任務的依據；

（4）圖紙在工作過程中處于指導性地位；

（5）工作者的工作過程自始至終是理解圖紙內涵、服從圖紙指令、遵循圖紙規定、執行圖紙要求、實現圖紙設計思想的過程。

上述調查和分析充分體現了工作過程、工作者、圖樣三者之間的關系，也給高職《機械制圖》的改革指明了方向。

2“工作本位學習”的基本內涵

從20世紀末開始，工作本位學習(workbarninglearning)以一種新的學習形式在全世界范圍得以迅速的發展與普及，它是一種以滿足學習者的需要，把學習和工作結合起來，實現在工作現場創造新的學習機會的大學層次課程的學習計劃。“工作本位學習”本質上是一項在工作現場進行的、以工作任務為單位組織，通過工作任務的完成來建構與職業相關的知識和技能。在這一過程中，強調“學”而非“教”，強調學習者的主動參與實踐。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正確進行課程目標定位

高等職業教育人才培養目標的定位是以培養生產、建設、服務、管理第一線的高等職業技術應用型和技能操作型人才為根本任務，來適應經濟建設的需求。對機械類而言，就是為機械制造企業培養機械制造、生產、加工一線的高等應用型和技能操作型人才。作為機械類專業的主要基礎課程的《機械制圖》，同樣必須服從和服務于培養生產一線所需要的機械生產、加工崗位人才的目標。根據前文的機械零件加工過程調查可知，其工作過程的主要任務是“識讀”圖樣，通過“識讀”，正確理解圖樣內涵，忠實執行圖樣要求，準確實現圖樣設計目標，而不是設計繪制圖樣。因此，高職《機械制圖》課程的主要任務是，為機械生產、加工一線職業崗位人員培養識圖能力，而不是圖樣繪制能力。所以課程名稱建議改成《機械圖學》，一方面名稱涵蓋更加廣泛，另一方面體現課程目標任務的更改，弱化了圖形繪制這一特定的概念。

3.2努力實現教學中心轉移

按照高職教育教學規律的要求，要實現三個中心的轉移，即以教材為中心向以職業崗位需求為中心轉移；以教師為中心向以學生為中心轉移；以課堂為中心向以工作過程和工作現場為中心轉移。只有理清了高等職業教育的這些新思路和新觀念，才能都搞好《機械制圖》教學改革。高職圖學課程必須緊緊圍繞“識圖”這一目標，著力構建以“基本體識讀――組合體識讀――零件圖識讀――裝配圖識讀”為核心內容的機械圖識讀體系，立足學生圖樣識讀能力的培養，其他相關內容只能服務于“圖樣識讀”這一主題，凡是與圖樣識讀能力相關的內容，例如零件圖知識、國標知識等都要強化，而與制圖能力相關的內容都應該弱化，對理論性過強、過于抽象的內容應該刪除。

3.3培養綜合應用分析能力

(1)總體識讀分析能力：對機械圖樣進行總體識讀，對加工件的名稱、材料、大小、重量、圖物比例等進行全面了解分析，對工作任務形成總體印象；

(2)圖學知識分析能力：每個圖的名稱、圖與圖之間的關系、使用了什么表達方法、特殊畫法、簡化畫法等心中有數；

(3)形體識讀分析能力：運用形體分析方法對零件的形狀、結構進行正確的分析認定；

(4)尺寸識讀分析能力：對照圖樣能準確識別尺寸基準，從功能上對全部尺寸進行分類，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、位置公差進行準確的識讀和理解；

(6)技術條件分析能力：，按照圖樣標注的要求，確定加工件的表面加工要求和其他技術、工藝要求；

(7)加工工藝分析能力：按照圖樣表達的工件特征，確定本崗位加工的任務范圍，編制合理的加工程序；

(8)設備工具分析能力：按照圖樣表達的工件特征，和加工位置及加工尺寸等要求，正確分析選擇加工設備和相關的工具；

(9)定位裝夾分析能力：按照圖樣表達的工件特征，選定合理的定位形式和裝夾方法；

(10)技術測量分析能力：按照圖樣標注的尺寸及公差的特點，正確分析和選擇量具及測量方法。

從上述能力結構可以得知，這種圖樣識讀體系中，一方面注重從圖學知識角度的讀圖能力的應用和延伸，另一方面，更加注重工作現場讀圖的特點，強調圖學知識和其他學科知識的互相滲透、互相融合、互相補充，注重多學科綜合應用能力的形成和培養，養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適應工作現場應用需要

高職教學內容的選取，應該服從和服務于職業崗位的需要。從前述工作過程調查可知，工作者從接受工作任務以后，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、圖板作圖的情況，在工作現場幾乎不可能發生，因此，在《機械圖學》的教學中，應該減少和弱化傳統的尺規作圖內容。但是這并不意味不需要畫圖教學的內容，在工作現場工作者之間的交流是十分頻繁的，根據工作現場的實際需要，培養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，這方面教學內容的安排和作業訓練應該引起教師的重視。

3.5提供職業應用發展平臺

高職教育是人生職業生涯中的一個階段，它既要前面的教育提供基礎，又要為后續學習和發展提供平臺，因此，《機械圖學》課程同樣要承擔這樣的任務，為此，在確保高職階段以圖樣識讀為主要內容的前提下，在教學安排上可以作兩方面考慮：

其一，引入選學機制，設置畫法幾何、繪圖方法和技巧、展開圖、焊接圖等選學模塊為有制圖職業志向的學生和多崗位發展的學生提供空間。

其二，計算機的發展與普及是科技現代化的時代特征，增加計算機繪圖內容，讓學生了解計算機繪圖的基本方法，為學生未來發展構筑平臺。

摘要：“工作本位學習”是適合高職教育特點的學習形式，通過對工作過程的調查分析，確定高職機械制圖改革的主要任務和改革的基本思路。正確進行課程目標定位，努力實現教學中心轉移，培養綜合應用分析能力，適應工作現場應用需要，提供職業應用發展平臺。

關鍵詞：工作；學習；高職；機械制圖；改革

參考文獻

［1］何銘新，錢可強.機械制圖［M］.北京：高等教育出版社，1999.

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沖裁機構的設計：需要沖裁的紙片需要具備一定的厚度和硬度，在紙片送到沖裁位置時，需要先將其攤平，然后將其輸送到瓶蓋的正上方。沖裁機構的設計采用的是動力源驅動主動軸，使其旋轉進而帶動偏心輪，使得沖頭支架的導軌上進行上下往復滑動。其中采用的偏心軸，與沖壓模具的曲柄機構相連，在完成沖裁的紙片，將直接進行沖壓，這種設計可以保證沖裁機構的穩定性、降低瓶蓋機機械系統的磨損。壓入結構的設計：完成沖裁的紙片需要塞入瓶蓋內，但是因為紙片的質量較小，其一般情況下在落入瓶蓋時，將停留在廁內螺紋之間，及時有的紙片落入瓶蓋的底部，但是沒有固定的鑲嵌圈，在瓶蓋翻過來之后，紙片非常容易掉落。為了保障紙片在進入瓶蓋之后不發生掉落，實施壓入，在電氣的作用下將紙片壓入瓶蓋內。該壓入結構在紙片的沖裁結構之后，與沖裁中的沖刀是同步運行的，也就是說可以保證紙片的沖裁和壓入是同時進行的。

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1課程教學中存在的問題

《化工設備機械基礎》課程內容涉及到化工、機械設計、材料力學等多個學科，傳統教學方式存在一定的不足，例如教學內容陳舊；教學方式單調，缺乏對學生的引導；理論教學與工程實踐聯系不緊密；學生工程倫理意識薄弱等問題。因此，為了提高學生分析能力、工程意識、解決工程設計及工程問題的能力，培養出新工科背景下拔尖的應用型人才，有必要進行《化工設備機械基礎》課程的改革與創新。

2課程改革探索

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2.1傳統教學與多媒體教學結合提高效果

傳統的教學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生注意力，并向學生傳達知識[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學生演示，條理清晰，步驟分明，易于學生在接受知識的同時積極思考，從而發揮學生的主觀能動性。多媒體教學手段靈活，不僅可以以書面文字的形式表達，還可以用圖片以及視頻的形式向學生展示，加以教師的講解可以達到以視覺和聽覺雙重途徑傳送知識的效果。但是傳統的教學和多媒體教學也都有各自的缺點，傳統教學方法單調呆板，效率低，有時候會顯得枯燥乏味，學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，而降低了學生的學習興趣。多媒體教學則容易造成信息量大，學生承受不了，理論公式演示步驟快，學生不能完全理解，教師的肢體語言不夠豐富，學生和老師之間的交流少，不夠人性化。化工機械基礎這門課本身既有大量的公式推導等理論內容，又有機械傳動和容器設備的實際工程內容，因而可以將傳統教學和多媒體教學結合，發揮這兩種教學方法各自的特長。如在講授到構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，在講授容器設備和機械傳動時，可以運用實物圖片向學生展示，將傳統講課的二維圖形變為動態的三維圖形，全方位地展示設備和零部件的結構；運用視頻播放讓學生理解設備的運作以及工作原理。對于重要的公式推導則可以通過黑板板書，放慢教學步驟，讓學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生理解

根據化工機械基礎的授課目的和主要任務，在授課過程中可以通過工程中一些實例的講解，來提高學生的興趣，并將知識融會貫通，提高學生綜合利用知識解決問題的能力。此外，對于做過有關該課程項目的教師，可以安排出一定的時間，結合具體項目講解課程中有關知識點，從項目的任務、設計思路、所解決的相關問題、設計過程中所要注意的問題以及項目的實施情況等，根據自己的實際經驗有計劃分步逐漸地介紹，從而提高學生的興趣和加強學生對知識的掌握和運用。

3考察方法的改革與創新

3.1平時考察與考試相輔相成

由于化工機械基礎的內容較多，前后內容相互獨立而又緊密聯系，一旦學生對前邊力學知識的掌握不夠，必然會影響到后邊容器設計計算，而材料和焊接不熟悉，則會導致學生在材料選擇和容器設計方面出現困難，因此，為打好基礎必須加大對學生的平時考察，讓學生踏踏實實地掌握知識，避免吃不透掌握不準的現象發生。平時考察的方法可以由課堂上或課堂下的練習題以及知識點的分組討論等與平時有關該的課程任務組成，同時將該部分的考察作為期末總成績的30%計入，讓學生在有壓力的情況下，發揮主觀能動性進行學習。

3.2考試多樣化側重有所不同

對于化工機械基礎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、期末考試側重點各有不同，從而考察整個課程的知識點，促進學生學習和掌握；同時根據考察內容的不同，可以將考試形式分為開、閉卷相結合的方式，使考試多樣化，避免了學生考前突擊死記硬背，考后立即遺忘的現象出現，而且還可以增加試卷命題的自由度，大膽地出現過去考試試卷中不敢出現的需要應用復雜公式，計算所需的重要知識點也可以出現在考卷中，擴展考查范圍；將過去對有限的知識點考查，轉化到知識和能力并重的全面素質考查上來，而且考試結果也將變得更加真實可信，最后達到對學生課程掌握考查的目的。

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改變傳統的考核方式,強調考核學生的能力,實現課程考核向過程考核的轉變。學生學習效果的好壞,主要取決于整個教學過程與之相適應,考核也貫穿整個教學過程。提高學生的綜合素質為考核中心,考試不再局限于閉卷一種形式,而是采用開放靈活的考試方法,比如考核成績可以由三部分組成：平時成績占30%期末成績占35%創新思維及能力35%。同時，每個部分又由理論和實踐組成，其中理論成績占40%，實踐成績占60%。在平時成績中，理論部分可以由課堂提問、作業、考勤等獲得，實踐部分可以由平時實訓、實驗的能力獲得。期末成績中，理論部分由基本理論考試獲得，實踐部分由技能實訓操作獲得。創新思維及能力成績中，理論部分可以由專題討論等形式獲得，實踐部分可以由生產實習報告、體會等形式獲得。建立合理的考核評估體系指標是衡量教改成功的關鍵因素。考核指標的出發點必須結合本專業的實踐教學特點，充分體現素質教學和實踐能力教學的情況，考核的核心是學生的實踐動手能力。同時，要注重考核反饋,現在我們在教學中往往注重考核,不注重反饋,其實考核的目的是要重視反饋,通過反饋來是學生了解自己的不足,使老師反省在以后的教學中如何講解來是學生能夠更好的減少錯誤,學生在反省中找到原因,改正錯誤。

三、加強實踐教學，培養創新素質

機械制造工藝基礎是一門基礎學科,也是一門應用學科,學生不僅要掌握必要的理論知識,而且還要把這些理論靈活應用于實踐中。實踐是知識的源泉，實踐性教學對于知識的獲取、能力的形成與發展起重要的作用，因此，實行理論與實踐相結合的教育，使學生掌握的理論知識向實際能力的轉化，這樣才有利于學生的創新素質的培養。為此,在教學中,每章都從最基本的應用實例出發,由實際問題入手通過技能訓練引入相關知識和理論,由實訓引出相關概念及相關加工方法。首先是教師提出學習的內容、目的、要求及其他相關事項,學生自主學習有關內容,再通過自己動手做的方式來加深對所學知識的理解,同時獲得相關技能的訓練。這種在教師指導下,感性認識與理性認識交互進行,對學生自主學習起到良好的促進作用。在本課程教學中，要創造條件讓學生更多的接觸生產實際。例如：參觀實驗室、陳列室、工廠車間、開設實驗，進行多媒體教學，組織現場教學等等，不斷積累實踐知識，激發求知欲。如機床工件的裝夾方法的學習，可以讓學生在現場進行裝夾練習，提高學生的學習興趣，使學生容易掌握不同形狀工件的裝夾方法。對漸開線齒輪的范成，可組織去工廠現場參觀齒輪加工，對插齒、仿形加工過程進一步加深理解。對減速器的結構分析及裝配，可使用生產實用減速器進行結構分析、拆裝實驗等。只有教師在實踐教學中不斷豐富，不斷提高實踐教學的能力，具有較高的創新素質，成為領頭的創新者，才有利于促進教學相長，培養出創新素質的人才。

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（2）改革課程教學方法，營造學生自主探究的環境。引導學生“主動參與”的教學方法，教師在課程講授過程中取材以教材為線索，又不局限于教材，在學生自行尋找的任務中，找到具有共性的問題，引入課堂；在各章節圍繞技術的發展，增加新的內容；不拘泥于程式方法的符合度，看重對方法（路徑）的找尋過程，看重結果的創新度。

（3）改革課程考核方式，重點以考核學生能力為主，多種考核形式并存，客觀準確評價學生成績。打破傳統的以考核學生對書本知識掌握程度的限時書面考試方式，傳統考試方式會使學生臨時抱佛腳，放松平時的學習。加強對平時任務完成情況考核、對組織活動參與情況考核、對實驗室開放參與程度考核，加大平時考核在綜合成績中所占的比重，在一定程度上促使學生重視平時各個教學環節，使學生的學習過程變成循序漸進的過程，防止學生考前的突擊應付，提高平時學習的自覺性和主動性，考試題目增加一定量的設計型題目，強調工程背景，克服傳統考試中題目的限時性、定向性、唯一性、單純性的弊端，著意考察學生綜合運用知識解決實際問題和創新思維的能力。

（4）改革課程對應集中性實踐環節教學內容，將任務從課內延伸至課外。多數作品可作為課程設計繼續研究，豐富課程設計內容；部分作品可作為畢業設計題目深入分析；優秀作品可參加遼寧省機械創新設計大賽。

1.2改革目標

通過課堂講授與學生自主實踐，培養學生具有：

（1）根據目標范圍找尋社會需求提煉課題的能力；

（2）對于機械工程問題進行系統表達、建立模型、分析求解和論證的能力；

（3）獨立創新設計機械系統與零部件的能力；

（4）在團隊中工作、與他人合作的能力。

2機械設計基礎課程改革實施方案

學生的學習分別通過若干個學習任務來完成，每個任務均要求學生通過小組動手實踐直接掌握實踐知識。在實踐中遇到了問題，又使學生對理論的學習變成內在需要。學生在學習專業理論之時，又通過實踐鞏固理論知識，從而使理論知識學習與實踐知識學習有機地結合在一起。以學生“主動參與”為中心，進行各方面能力的培養與鍛煉，每個任務都是一個完整的工作過程，是一個獲取信息—制定計劃—做出決定—實施計劃—檢查控制—評定反饋的過程。

3機械設計基礎課程改革成效

3.1組織與課程密切相關的教學活動

在2013/2014學年第二學期，對機械設計基礎課程進行了改革的嘗試，涉及三個班級。在課程前半部分常用機構理論內容講解完，組織學生開展“首屆機構創意搭接競賽”活動。

3.2機械設計基礎課程改革取得成果

共收集作品32件，分別是：顎式破碎機、飛機起落架、活塞泵、壓蓋機、蛋糕切片機、汽車雨刷器、印花機、臺式電風扇搖頭機構、帶式輸送機、鶴式起重機、攝影升降臺、機器人腿部機構、車載起重機、多連桿式獨立懸掛機構、機械手手指機構、精壓機機構、縫紉機踏板機構、機械手手臂機構、篩料機機構、內燃機、活塞泵、插床插削機構、帶傳動傳送機構、飛剪機構、后備箱開啟閉合機構、單缸四沖程內燃機、牛頭刨床機構、門式起重機、振動篩料機、挖掘機、洗瓶器、浴室搓澡器。每件作品包括：設計任務書、答辯PPT、機構搭接視頻、活動總結。評選出特等獎1項，一等獎3項，二等獎6項，三等獎6項。其中，單缸四沖程內燃機獲特等獎；顎式破碎機、后備箱開啟閉合機構、牛頭刨床機構獲一等獎；飛機起落架、汽車雨刷器、攝影升降臺、精壓機機構、插床插削機構、飛剪機構獲二等獎；活塞泵、壓蓋機、門式起重機、振動篩料機、挖掘機、洗瓶器獲三等獎。

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在長期的《表面改性技術》教學過程中，我們一直致力于教學方法的改革，以求達到最佳的教學效果。當今的本科教學強調素質教育，其教學結構是學教并重，即"主導－主體"教學模式。這種教學模式的核心在于既要發揮教師的指導作用，又要充分體現學生的主體作用。據此，我們對《表面改性技術》課程教學方法及手段進行了多方面的改革:

2．1采取“研究性教學和研究性學習”的教學方法

從研究問題入手，將“原理－設備－工藝－工程”的知識構建過程展現出來，同時提出新的問題，組織學生展開思考和研討，引導學生把所學知識與煤礦設備工程實際緊密結合，變單向傳輸式教學為雙向互動式教學，變以強調理論內容為主的灌輸式講授為探究理論研究過程為主的引導式講授，實現真正意義上的“雙主”教學。

2．2積極組織學生開展研討活動

例如在學習有關熱噴涂的內容時，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，讓學生進行討論，幫助、引導學生從材料的選擇、涂層的結構以及噴涂工藝流程、實施過程等各個方面進行考慮、分析，并提出解決的方法。這樣，通過啟發式教學，不僅可以鞏固所學知識，而且可以幫助學生學會從多方位、多角度去思考問題，去了解煤礦機械的使用情況，有利于調動學生的學習積極性。

2．3理論結合實際

加強校外實踐基地建設《表面改性技術》課程是一門理論性與實踐性相結合的課程，學生在學習過程中往往對煤礦機械表面處理工藝的理解不深入。為此，我們通過學生參加實踐，組織現場教學，把理論與生產實際相結合，極大地提高了教學效果。例如，我們在江蘇中礦大正表面工程技術有限公司以及鄭州煤礦機械集團股份有限公司建立了校外實踐基地，從而使學生的實踐活動常態化。江蘇中礦大正表面工程技術有限公司是國內表面工程領域的龍頭企業，主要從事鋼結構長效防腐涂裝、纜索涂裝工程、電廠特種表面處理、機械零件表面修復等，是國內熱噴涂領域首家通過ISO9001質量體系認證的企業。鄭州煤礦機械集團股份有限公司是中國領先的煤炭綜采綜掘設備制造商，是國內最大的液壓支架制造商。企業被科學技術部、國務院國資委和中華全國總工會授予“國家創新型企業”稱號，同時被國家五部委共同認定為國家級的企業技術中心。

2．4利用多媒體技術、結合英文教材

開展雙語教學采用現代化教學手段可以節省時間，而且生動、直觀、動態地展示各種表面技術的原理、工藝流程等，化抽象知識為具體知識。我們在教學媒體現代化建設中堅持走立體化建設之路，形成以教材、電子教案、多媒體CAI課件及網絡學習系統為一體的立體化教學體系，為課程的教學提供了內容豐富、高質量的教學媒體資源。除PPT外，還利用動畫、視頻等進行輔助教學。如我們依靠自身力量開發了等離子噴涂法原理、電弧噴涂原理、化學氣相沉積、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，這些輔助教學手段生動、直觀、動態地展示了各種技術的原理、工藝流程，化抽象知識為具體知識，極大地激發了學生的學習熱情。2011年，教學團隊建立了《表面改性技術》課程網站，并已將教學大綱、實驗教學大綱、實驗指導書、英文教材、教學課件、教學錄像、視頻、動畫等資料上傳至網站供學生參考，網站還開辟有“答疑園地”欄目，團隊的全體教師通過這一欄目答疑、批改作業、安排和指導實驗。經運行使用，學生普遍反映良好。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，并適時地開展了雙語教學，形成了自己的特色。

2．5設置實驗環節，提高能力培養

《表面改性技術》課程涉及的表面處理工藝種類多，主要有熱滲鍍技術、熱噴涂技術、堆焊技術、化學轉化膜技術、氣相沉積技術、“三束改性”等。每一種表面技術都有其特點，而且相互獨立。根據我院實驗室的條件，我們開設了熱噴涂、熱噴涂涂層性能表征、等離子化學氣相沉積DLC膜、等離子化學氣相沉積DLC膜的表征、離子注入改性等實驗，力求做到使學生對相關工藝與設備有深入了解，并能進行操作，為今后從事相關工作打下良好基礎。總之，經過長期不斷的教學改革和實踐，《表面改性技術》課程教學安排更趨合理，內容不斷深化，學生學習興趣濃厚，能夠將課堂上所學理論知識應用到科研與生產實際中，學生的動手能力及創新意識明顯提高，教學效果顯著。

3教材建設

本課程是重要的技術基礎課，又是培養發展創新能力的一門舉足輕重的課程，是材料科學與工程專業學生進行綜合工程素質教育和現代技術教育的重要陣地。結合煤礦機械行業背景及材料專業特點，教學團隊編著并出版了教材《材料表面工程技術》，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》作為高等教育(礦業)“十二五”規劃教材已編寫完成，并將于近期出版。此外，我們對教材內容在以下方面進行了調整。(1)著重介紹每章要點，便于學生預習和復習。注意和后續課程教學內容的分工、銜接和配合。增加英文專業名詞，為今后學習外文資料奠定基礎。(2)部分章節設立課堂討論環節，列舉大量實例，增加與學生的互動，便于學生理解掌握知識點。例如:對掘進機、采煤機中的礦用截齒，在使用過程中承受高的壓應力、剪切應力、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，由于礦井特殊的環境，因而對支架立柱、千斤頂表面、油缸、活塞等產生強烈的腐蝕，最終導致支架失效。常采用的表面處理技術有:化學熱處理，如滲鋁、滲鉻、滲硼、硼鋁共滲等，電鍍鋅、銅、鉻、鎳，化學鍍鎳、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)針對近幾年發展起來的新的煤礦機械表面處理技術如達克羅表面處理、Q－P－Q鹽浴復合處理技術，陰極氧化法等進行簡明扼要地講解，以擴大學生的知識面。

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    1.2機械制造系列課程內容改革

    在機械制造系列課程改革的準備工作中,機械制造系列課程的體系改革是其中極為重要的一個環節,因為體系建設關系到實踐工作中每個環節的完整銜接,同時也影響到各個因素在發揮作用的過程中的有效性。因此,做好機械制造系列課程體系改革應該被上升到一定的理論和實踐高度。首先應該對機械制造工藝中的重要的加工方法有個初步的認識,在機械的裝配和機械精度的概念上有一個宏觀的把握。其次是通過機械制造系列的學習之后,能夠從理論上加深對機械制造知識的認識和理解,對機械制造的工藝系統、工藝方法、工藝過程以及工藝質量都有充分的認識。[2]

    2.實習基地建設

    2.1實習基地建設的必要性

    實習基地建設有利于學員更好地把握對制造實踐認知的客觀規律的把握,實習基地建設同時也是模塊結構在分層次教學中的一項有力教學方法,它能夠使實習內容由傳統的單一型向綜合性轉變,真正實現實習方法由示范型和驗證型向設計性和開發型的有效轉變。實踐教學是提高應用型人才綜合素質的有效手段,也是保證機械制造系列課程得以有序進行的重要保證。近年來,世界各大企業越來越注重復合型人才的培養與選拔,這在一定程度上也反映出教學實習基地建設的重要性,因為這一環節能夠加強學員的實踐能力、應用能力以及創新能力等綜合素質的培養。

    2.2實習基地建設方法

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1.加工原理誤差。

凡采用近似的加工原理進行加工，由此產生的誤差稱為加工原理誤差，它通常包括采用近似的成型運動和近似的切削刃輪廓兩個情況，它是用近似的方法來代替實際加工的軌跡，所以加工原理誤差在一定程度上影響了加工精度；

2.機床的幾何誤差。

機床的切削加工是由刀具與工件之間的相對運動來實現的，將金屬毛坯經過切削、拉伸、擠壓等方式加工成機械零件的，目前機械半成品和成品基本上都是通過機床進行加工完成的，所以可以說機床加工是導致機械加工誤差的主要原因之一。機床使用夾具將工件和刀具固定，然后通過主軸的高速旋轉完成零部件的各種切削工作，所以機床的工作精度直接影響到加工機械零件的尺寸精度。機床的幾何誤差主要包括主軸、導軌、傳動鏈等幾個方面。機床主軸裝有夾具、工件、刀具，依靠主軸的高速旋轉控制鉆頭、刀具對工件進行加工。而主軸的誤差主要是因為機床主軸在回轉過程中，回轉軸線相對于平均回轉軸線在各瞬間都有一定的變動構成了主軸回轉運動誤差。主軸支承軸徑和軸承孔的圓度、軸承的間隙、滾動軸承滾動體的圓度及其尺寸誤差等都是造成主軸回轉誤差的原因。而主軸軸線的定位面與軸線的垂直度誤差是造成主軸純軸向運動的主要原因。機床導軌決定著機床上各部件的運動軌跡和方向，是機床加工運動的基準。由機床導軌產生的誤差主要是因為機床各部件相對位置存在偏差以及長期使用過程中造成的不同程度的磨損等問題造成機械零件加工誤差，主要表示為導軌在水平面內的直線度誤差和導軌在垂直平面內的直線度誤差，以及導軌面間的平行度誤差；機床傳動鏈誤差主要是由于傳動鏈中各傳動元件如齒輪、渦輪、蝸桿、絲桿等的制造誤差、裝配誤差和磨損等造成；

（二）工藝系統的受力變形。

1.刀具的誤差。

在機械加工過程實際上就是機床的切削加工過程，即通過刀具和工件的相對運動來實現的，剝離工件多余不需要的余料，機械加工過程中，刀具的使用是很重要的，而且刀具的種類很多，如切刀、銑刀、鉸刀、鉆頭等，刀具的制造精度和磨損程度及安裝和使用不當都會影響到機械零件的加工精度；

2.裝夾誤差。

在機械加工過程中，工件的定位和夾緊是很重要的，如果工件的工作位置產生偏差，將直接對工件的加工造成誤差；

3.測量誤差。

機械加工中測量起主導作用，是工件加工的導向，其誤差也將直接影響加工精度；

（三）工藝系統的受力變形誤差。

在切削加工過程中，工藝系統受到切削力、重力、夾緊力、傳動力和慣性力等的作用，因而產生相應的變形。這種變形將破壞刀具與工件之間已經調整好的位置關系，從而造成加工誤差。工藝系統的受力變形可分為彈性變形和塑性變形兩種情況。由于塑性變形是永久變形，它產生后將相當于增加了一個工藝系統的幾何誤差。

1.切削過程中受力點位置的變化引起的工件形狀誤差

主要表現在用兩頂尖裝夾車短粗軸和用兩頂尖裝夾車細長軸，對于工藝系統而言，切削加工中，工藝系統在各種外力作用下，其各部分將在各個方向上產生相應的變形，和理論是存在一定的誤差。

2.毛坯件誤差。

3.切削過程中受力方向變化引起的加工誤差。

4.其他力引起的加工誤差。

（四）工藝系統的熱變形引起的誤差。

在機械加工過程中，工藝系統在各種熱源的作用下，都會產生一定的熱變形。由于熱變形及其不均勻性，使刀具在工件之間的準確位置和運動關系遭到破壞，產生加工誤差。工藝系統的熱源主要有內部熱源和外部熱源，內部熱源主要來自加工工程中，它包括切屑熱、摩擦熱、派生熱源；外部熱源主要是來自于環境溫度的變化和由陽光、燈光及取暖設備等直接作用于工藝系統的輻射熱；由于機床熱源的不均勻性及其結構的復雜性，使機床的溫度場不均勻，機床各部分的變形程度不等，破壞了機床原有的幾何精度，從而降低了機床的加工精度。

1.摩擦熱主要在車床和磨床上比較明顯

其中車床的主要熱源是主軸箱軸承和齒輪的摩擦熱，一般對端面和圓錐面車削會造成大的加工誤差；磨床的主要熱源是高速回轉的砂輪主軸的摩擦熱及液壓系統的發熱；所以機床本身熱變形是影響加工精度的主要因素；

2.切削熱主要表現在工件的熱變形和刀具的熱變形

當工件受熱不均勻，或工件結構較復雜時，其熱變形會以彎曲或者其他形式出現，可能造成更大的加工誤差。以此，工件的加工精度要求越高，加工時就越要嚴格控制工件的熱變形。而刀具在切削時受切削熱作用，因刀具實體一般較小，熱容量小，所以升溫很快，當刀具切削大面積工件表面時，隨刀具的升溫會給工件帶來較大的形狀誤差；

（五）工件內應力引起的變形誤差。

工件的內應力是指當外載荷去掉后扔存在于工件內部的應力存在內應力時，工件處于一種不穩定的相對平衡狀態。隨著內應力的自然釋放或者受其他因素影響而失去平衡狀態，工件將產生相應的變形，破壞其原有的精度。主要表現在以下幾個方面：（1）毛坯制造中產生的內應力；（2）冷校直引起的內應力。

二、減少加工誤差的主要措施

在機械加工中，由于工藝系統存在的各種原始誤差，總要以不同的程度造成工件的加工誤差，既然誤差是不可避免的，但是我們可以分析產生加工誤差的主要原因，采取適當的加工工藝，設法控制原始誤差的產生或者控制原始誤差對加工精度的影響程度。其主要途徑分析如下：

（一）減少或者消除原始誤差。

提高工件加工時所使用的機床、夾具、量具及工具的精度，以及控制工藝系統受力、受熱變形等均可以直接減少原始誤差。

（二）轉移原始誤差。

對工藝系統的原始誤差，也可在一定的條件下使其轉移到不影響加工精度的方面或誤差的不敏感方向。這樣就可以在未減少原始誤差的情況下，獲得加高的加工精度。

（三）補償或抵消原始誤差。

誤差補償法是指人為地造成一種誤差去抵消加工過程中的原始誤差，從而減少加工誤差。

（四）直接減少熱源的發熱及其影響。

為減少機床的熱變形，應盡可能將機床中的電機、變速箱、液壓系統、切削液系統等熱源從機床主體中分離出來，對應不能分的熱源，可以從結構、等方面采取一些措施，以減少摩擦熱的產生。一些大型精密機床還可以采用冷凍機，將液、切削液強制冷卻。

（五）熱補償。

熱補償就是將機床的某些部位加熱，使機床受熱均勻，從而產生均勻的熱變形，如果熱補償使用恰當，將會對機床的精度產生顯著的效果。

（六）熱平衡。

當機床達到熱平衡時，熱變形趨于穩定，有利于確保加工精度。

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措施三：激發學生主動建構知識體系教學生學會用思維導圖的方式歸納知識。思維導圖是將人本身的放射性思維圖形化的一種工具，它打破傳統的線性思維的束縛，使人的思維處于一種被激發的和完全開放的狀態。就某一個關鍵詞所制作的一個思維導圖一定是一個兼有邏輯性和發散性，充分體現制作者個性化的圍繞關鍵詞的展開的概念關系圖。教師可以引導學生畫出每章節或者課程總體的思維導圖。教師可以抽查部分學生畫出的圖，從而讓教師了解學生的知識結構。學生也可以通過思維導圖提高歸納能力以及記憶效率。

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在現代制造系統中，數控技術是關鍵技術，它集微電子、計算機、信息處理、自動檢測、自動控制等高新技術于一體，具有高精度、高效率、柔性自動化等特點，對制造業實現柔性自動化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。當前，數控技術正在發生根本性變革，由專用型封閉式開環控制模式向通用型開放式實時動態全閉環控制模式發展。在集成化基礎上，數控系統實現了超薄型、超小型化；在智能化基礎上，綜合了計算機、多媒體、模糊控制、神經網絡等多學科技術，數控系統實現了高速、高精、高效控制，加工過程中可以自動修正、調節與補償各項參數，實現了在線診斷和智能化故障處理；在網絡化基礎上，CAD/CAM與數控系統集成為一體。機床聯網，實現了中央集中控制的群控加工。

二、智能化技術發展趨勢

2.1性能發展方向

(1)高速高精度高效化。

速度、精度和效率是機械制造技術的關鍵性能指標。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系統以及帶高分辨率絕對式檢測元件的交流數字伺服系統，同時采取了改善機床動態、靜態特性等有效措施，機床的高速高精高效化已大大提高。

(2)柔性化。

包含兩方面：數控系統本身的柔性，數控系統采用模塊化設計，功能覆蓋面大。可裁剪性強，便于滿足不同用戶的需求；群拉系統的柔性，同一群控系統能依據不同生產流程的要求，使物料流和信息流自動進行動態調整，從而最大限度地發揮群控系統的效能。

(3)工藝復合性和多軸化。

以減少工序、輔助時間為主要目的的復合加工。正朝著多軸、多系列控制功能方向發展。數控機床的工藝復合化是指工件在一臺機床上一次裝夾后，通過自動換刀、旋轉主軸頭或轉臺等各種措施，完成多工序、多表面的復合加工。

(4)實時智能化。

早期的實時系統通常針對相對簡單的理想環境，其作用是如何調度任務，以確保任務在規定期限內完成。而人工智能則試圖用計算模型實現人類的各種智能行為。科學技術發展到今天，實時系統和人工智能相互結合，人工智能正向著具有實時響應的、更現實的領域發展，而實時系統也朝著具有智能行為的、更加復雜的應用發展。由此產生了實時智能控制這一新的領域。

2.2功能發展方向

(1)用戶界面圖形化。

用戶界面是數控系統與使用者之間的對話接口。由于不同用戶對界面的要求不同，因而開發用戶界面的工作量極大，用戶界面成為計算機軟件研制中最困難的部分之一。當前Internet、虛擬現實、科學計算可視化及多媒體等技術，也對用戶界面提出了更高要求。圖形用戶界面極大地方便了非專業用戶的使用。人們可以通過窗口和菜單進行操作，便于藍圖編程和快速編程、三維彩色立體動態圖形顯示、圖形模擬、圖形動態跟蹤和仿真、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實現。

(2)科學計算可視化。

科學計算可視化可用于高效處理數據和解釋數據，使信息交流不再局限于用文字和語育表達，而可以直接使用圖形、圖像、動畫等可視信息。可視化技術與虛擬環境技術相結合，進一步拓寬了應用領域，如無圖紙設計、虛擬樣機技術等，這對縮短產品設計周期、提高產品質量、降低產品成本具有重要意義。在數控技術領域，可視化技術可用于CAD/CAM，如自動編程設計、參數自動設定、刀具補償和刀具管理數據的動態處理和顯示以及加工過程的可視化仿真演示等。

(3)插補和補償方式多樣化。

多種插補方式如直線插補、圓弧插補、圓柱插補、空間橢圓曲面插補、螺紋插補、極坐標插補、2D+2螺旋插補、NANO插補、NURBS插補(非均勻有理B樣條插補)、多項式插補等。多種補償功能如間隙補償、垂直度補償、象限誤差補償、螺距和測量系統誤差補償、與速度相關的前饋補償、溫度補償、帶平滑接近和退出以及相反點計算的刀具半徑補償等。

(4)內裝高性能PLC。

數控系統內裝高性能PLC控制模塊，可直接用梯形圈或高級語言編程，具有直觀的在線調試和在線幫助功能，編程工具中包含用于車床銑床的標準PLC用戶程序實側，用戶可在標準PLC用戶程序基礎上進行編輯修改，從而方便地建立自己的應用程序。

(5)多媒體技術應用。

多媒體技術集計算機、聲像和通信技術于一體，使計算機具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力。在數控技術領域。應用多媒體技術可以做到信息處理綜合化、智能化，在實時監控系統和生產現場設備的故障診斷、生產過程參數監測等方面有著重大的應用價值。

2.3體系結構的發展

(1)集成化。

采用高度集成化CPU，RISC芯片和大規模可編程集成電路FPGA、EPLD、CPLD以及專用集成電路ASIC芯片，可提高數控系統的集成度和軟硬件運行速度，應用LED平板顯示技術，可提高顯示器性能。平板顯示器具有科技含量高、重量輕、體積小、功耗低、便于攜帶等優點。可實現超大尺寸顯示。應用先進封裝和互連技術，將半導體和表面安裝技術融為一體。通過提高集成電路密度、減少互連長度和數量來降低產品價格，改進性能，減小組件尺寸，掘高系統的可靠性。

(2)模塊化

硬件模塊化易于實現數控系統的集成化和標準化，根據不同的功能需求，將基本模塊，如CPU、存儲器、位置伺服，PLC、輸入輸出接口、通訊等模塊，作成標準的系列化產品，通過積木方式進行功能裁剪和模塊數量的增減，構成不同檔次的數控系統。

(3)網絡化

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李白是我國唐代著名的大詩人，一天，他來到涇縣桃花潭邊的小村子里，這個小村子風景如畫，依山傍水，四面環山，在小村子的旁邊有一口水潭，潭深不可測，潭水很清，潭邊長有很多桃樹，每當春暖花開萬物復蘇的時節，這里的桃花開得非常熱鬧，香飄十里……因此人們就稱這口水潭叫"桃花潭"。

話說李白這天來到汪倫家，當時正是傍晚，汪倫見到這位多年不見的老朋友，心里甭提多高興啦，于是，他特地做了一桌酒菜，盛情款待了李白，李白和汪倫在酒桌上無話不談，談他們如何作詩，如何寫詞酒過三巡，他們開始對對子啦，他們都不相上下，當李白吟完他那首《靜夜思》的時候，汪倫連連豎起大拇指，說:"好詩，好詩……"汪倫看看天色不早了就說："李白兄，你就在我這里住一宿吧"李白看見天色不早了，并且也不好推辭，就在汪倫家住了一夜……

第二天，李白準備啟程了，他來到河邊，坐上一艘小船，即將出發啦，忽然他聽到河岸上傳來送行的歌聲，原來是汪倫在岸上一邊唱歌一邊踏著拍子給李白送行的呢，這時，李白感嘆地說："這桃花潭的水有一千尺那么深，也比不上汪倫送我的情意深呀！"

（2012年）