时间：2022-12-09 06:29:51
Abstract: Mechanical Design basic course design is an important practice teaching link of Mechanical Design course system, and it is the first more comprehensive, more systematic, highly engineering design integrated training for mechanical engineering students in the engineering colleges. This paper basd on the teaching requirements of training applied undergraduate personnel, in the mechanical design basic curriculum design training, conducted the teaching reform and exploration on the teaching methods, teaching focus and the showing form of design results and other aspects, which laid the foundation to improve teaching quality and methods, of practice, training applied undergraduate personnel who are in accordance with the time development needs.
关键词: 机械设计基础课程设计;综合性设计;教学方法;教学改革
Key words: mechanical design basic course design;comprehensive design;teaching methods;teaching reform
中图分类号:G64文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)29-0201-02
0引言
机械设计基础课程设计是机械设计课程体系中的一个重要的实践教学环节,它是工科院校机械类专业学生进行的第一次较全面、较系统、工程设计性很强的综合性设计训练。通过该环节的实践训炼,不仅能使学生巩固加深扩展己学过的知识,并且能使其综合应用这些知识去解决实际问题。机械设计基础课程设计是理论和实践相结合的第一次初探,是一次真正意义上的工程应用能力的培养,是培养学生的工程创新设计思维方式在实践中的验证所迈出的真正意义上的第一步。
近几年,随着社会对人才需求类型的改变,进行教学改革改变人才的培养模式,培养应用型本科人才,作为我校培养人才方案的重点以成为必然,为实现这一人才培养目标的要求,相应的教学体系也在进行适应性调整。机械设计基础作为工科院校的一门重要的技术基础课,它将为这些专业的学生学习专业机械设备课程提供必要的理论基础,使其在了解各种机械的传动原理、设备的正确使用和维护及设备的故障分析等方面获得必要的基本知识,机械设计基础课程所占的教学比重在逐年增加。机械设计基础课程设计是机械设计基础课程最重要的综合性与实践性教学环节,其在实践教学中的意义越加显现出了其重要性。我们围绕着培养具有一定的实践能力和创新设计理念的应用型本科人才的目标,从教学内容、教学方法和手段、设计成果展现形式等方面进行了教学改革和探讨,指导学生从工程应用的角度,结合创新设计思维,应用先进的现代设计方法及设计手段去解决工程实际问题,考虑相关的工程技术要求,逐步树立正确的设计思想,增强设计创新意识和竞争意识。
1教学内容的改革
长期以来减速器作为机械设计基础课程的设计的经典设计题目,这是由于减速器自身的特点决定的。减速器作为机器中一个相对独立的部分,组成减速器的零部件覆盖了机械设计基础课程的绝大部分内容,便于学生在设计实践中应用检验所学的知识,实现理论和实践的结合。另外,不同类型的减速器和参数的设计参数要求,所设计出的减速器的结果是不同的,因此, 选择减速器作为机械设计基础课程设计的题目是可行的。然而, 减速器只是一个部件, 每届学生都重复同样的设计内容, 势必会影响教师的创新设计的积极性。另外, 我校制图课的测绘练习也选择减速器, 这就使得课程设计的题目过于重复,使学生缺乏新奇感,势必会影响学生的设计积极性,影响设计成果。因此,结合学生所学的相关专业和学生对本门课的掌握程度,适当地拓宽课程设计的选题势在必行。
鉴于我校的机械设计、材料成型、车辆工程、汽车服务、材料科学、机电一体化、工程机械、数控等专业的学生都要进行课程设计,其专业跨度大、学生人数多以及减速器涉及的设计问题的经典性,故减速器齿轮减速器设计题目仍予以保留,但根据不同的专业特点适当地增加了设计题目,例如,对于数控专业的学生可以设计普通机床的传动系统, 给出电动机的动力参数, 通过带传动,带动主轴箱的运动。在这样的传动设计中, 学生可以通过参观相关机床,这样既进行相关的带传动和减速器传动设计,也结合学生的自身专业知识,增加了学生的设计兴趣,使学生真正体会到什么叫学以致用。 对于汽车专业的学生,不再进行传统的一级圆柱齿轮减速器设计,而是结合其专业特点,设计汽车用变速器,这样,需要考虑的因素更多了,同时也符合专业培养的特色。实践证明, 适当拓宽课程设计的选题不仅能够让学生得到更多的工程设计训练, 而且能发挥学生的主观能动性, 对于培养创新设计思维和进行创造性设计, 可起到事半功倍的效果。
对于机械专业等为期三周的机械设计课程设计,要求学生在提交一份装配图、一到两张零件图和一份设计说明书外,还要提交箱座和箱盖的零件图。这样更能较全面地考查学生对《机械制图》、《互换性与技术测量基础》、《机械制造基础》、《机械设计基础》等几门课的掌握程度。
2教学方法和手段的改革
现代的教育要求“以人为本”,学生是教学的主体,教师则是教学过程中的主导者。课程设计作为教学中的重要部分,在设计过程中也要充分激发学生设计的主动性和创造性。要达到以上教学目的,首先应重视实践教学的环节,实践教学是学生获得感性知识的重要手段,课程设计也是如此,为了让学生在设计过程中能有一个整体的设计观念,我们在进行课程设计之前,让学生应用机械设计基础理论课上所学的知识,自行设计一个具有一定创新性的实验,来实现预定的运动规律。然后,让同学进行减速器的拆装实验,通过这次实验让大家对减速器的常见类型有一个直观的认识,使学生了解减速器内部零部件的类型、结构和装配关系, 对加工制造的工艺过程形成初步的认识。装拆的重点是轴系零部件的结构及装配关系, 再此基础上让学生应用已有零部件设计一个合理的轴系,使学生能在课程设计中结合实际的参数要求设计出合理的轴系结构和尺寸。
在课程设计过程中也要重视老师的指导作用,一次成功的课程设计与教师的悉心指导是分不开的。为此应改变以前过于集中的指导方式,变“集中式指导”为“集中与分段相结合式指导”,设计前通过集中式的讲解交待清楚所要完成的设计任务,针对具体的设计任务如何入手去做,通过教师已有的设计经验,引导学生解决设计初期的入手难得问题,对于设计中的主要注意事项应交待清楚避免在设计过程中学生走弯路,在设计过程中教师应经常到教室中去,发现共性问题要及时地集中讲解,对个别底子薄的同学应进行个别指导,及时解决存在的障碍性问题,便于设计的如期完成,在设计的后期主要是检查与纠正细节。在具体的指导过程中要求教师要以学生的设计思想为主线,在不改变学生原有总体设计方案的前提下,进行指导完善此设计,让学生能真正地进行应用所学的知识进行创造性设计,让学生能够真正成为设计的主体,在完成此设计的基础上,让学生能够真正地领会完成一次设计的总体设计思路和收获自己的设计成果的成就感。总而言之,课程涉及的改革方向应以培养学生的设计创新能力和解决实际问题的能力为出发点。
3设计成果的展现形式
采用现代先进的机械设计手段,改变传统的纯手工绘图的方式。要求学生提交的设计成果为手绘的设计草图,手写版的设计说明书,以及电子版的设计总体装配图和典型的轴类、齿轮类和箱体类零件图。随着科技的进步,计算机在设计、生产、试验各领域发挥越来越重要的作用。为了顺应社会对人才的需求,必须重视学生的应用和掌握计算机的能力,在我院的机械设计专业率先试点要求总体装配图利用CAD完成。对于基础较好的同学要求应用SolidWorks、CATIA等三维绘图软件完成齿轮、轴、箱体、端盖等所有机械零件的结构设计,完成整机的装配,然后进行机构的运动仿真和干涉检验。
设计成果的评定方式,改变原有的只看图纸的评定方式,采用答辩与平时的设计表现相结合的方式,以图纸、计算说明书和答辩成绩为主,兼顾设计态度、准备情况、出勤率、进度、协作、总结等表现。答辩过程中师生间的相互交流是教师评定设计质量高低最有效的手段,通过答辩老师能够发现总结设计过程中所存在的问题,同时也是学生自我检验的最有效的方式,通过答辩锻炼了学生的语言组织和表达能力,有利于培养学生的宏观地看待问题和总结能力,能够强有力地督促学生及时地解决设计过程所存在的细节问题,防止懒散和懈怠现象的发生。
4结束语
机械基础课程设计是机械类专业重要的实践教学环节之一,对培养学生分析和解决工程实际问题的能力起着十分重要的作用。经过全体机械设计基础教师的努力,在课程设计过程中所进行的相关改革和实践,在组织教学内容方面加强专业特色适当地改变教学内容,在设计手段上应用现代的设计方法,在成果的展现形式上突出了实时动态的考核方式,能够全方位提高机械设计基础课程设计的质量,提高学生的综合能力。随着应用型本科教育改革的进一步深入,如何再提高教学质量,保证应用性本科人才培养模式的实现是我们全体机械教师不断努力地探索和奋斗的目标。
参考文献:
[1]朱宗泽,罗圣国.机械设计课程设计手册[M].北京: 高等教育出版社,2005,(11).
为了让学生更好地掌握本专业的技能、更好地服务社会，数控专业的教学过程以项目教学法的方式进行。项目教学法中，“项目”是指以生产一件具体的、具有实际应用价值的产品为目的的任务。通过项目的整合与选取，将课程中的理论知识和实践应用结合起来用于教学内容的学习是实施项目教学法的关键，也是项目化教学首先需要解决的问题。如以CAD/CAM技术应用为例，其教学要求为老师给定项目要求，学生做出具体实物。其中包括的内容有实物的尺寸确定、三维造型，工艺确定和数控加工成型及装配。其教学内容可以划分为以下几个模块：实体及曲面造型模块、装配及运动仿真模块以及CAM模块。其中装配、数控加工模块是CAD/CAM课程教学的重点和难点，实体及曲面造型模块是基础、且其学习内容相对简单。目前的教学方法都是首先逐个讲解CAD造型的基本方法，如拉伸、旋转、放样等，然后讲解具体的实体及曲面造型实例，最后在零件造型的基础上讲解装配和CAM模块的内容。实际上，这些内容通过以具体的项目为载体来供学生学习，如选择减速器设计作为课程学习中的一个项目，图1所示为一级圆柱齿轮减速器装配图和与课程相关的教学内容。由图1，减速器项目的具体学习内容为：对于给定的减速器图纸要求，通过分析减速器有哪些组成零件、零件间的装配关系以及主要零件的数控加工工艺，来学习减速器各零件的CAD造型方法、有关装配和数控轨迹生成的操作。作为教学项目，减速器具有如下特点：一是实际应用价值高。减速器是典型的机械传动装置，其作用为在原动机和工作机或执行机构之间起匹配转速和传递转矩，被广泛地应用于汽车、矿山机械和冶金、化工机械等各种机械的传动。二是综合性强且难度适中。由图1可看出，减速器设计项目包括了各零件几何造型、装配及数控加工各方面的内容，将数控技术专业课程中原本各孤立的模块有机地联系起来。在机械设计基础、机械制图等课程中学生已经接触过减速器的设计和绘图，但也包含一些课程涉及的专业知识，如齿轮标准件的参数化设计、箱体夹具设计等。三是容易引起学生的兴趣。学生对减速器的设计内容及组成结构比较熟悉，在前述课程中接触过减速器具体的实物模型，但如何利用软件进行减速器三维造型、装配和加工，是学生的兴趣所在。在项目的实际选取中，还可以选择其他项目，如电风扇造型与装配、可乐瓶底设计与加工和锻模零件设计与加工等。这些项目均来自实际的产品，既能引起学生的学习兴趣，又能将单个零件的造型设计、数控加工和产品总体装配内容联系在一起，能够调动学生学习的积极性、主动性，有利于达到较好的教学效果。
二、数控技术专业课程项目式教学过程的设计
选择好合适的教学项目后，还需根据项目教学法的特点，将这些项目应用于课程实际的教学过程中。图2所示为项目教学法的教学过程：在采用项目教学法的教学过程中，教师只在分组和评估总结中直接参与。在整个教学过程中，教师扮演更多的是组织者、咨询人员以及仲裁者的角色。而学生是项目和实施和完成者，学生始终处于主动地位，是项目教学过程中主体。以减速器设计项目为例，其具体的项目教学过程可按照以下步骤进行。第一，学生分组和任务布置。减速器设计是一个综合性的项目，有一定难度，可将学生分为5人一组。布置减速器项目的要求和具体任务。第二，制订计划。根据项目的要求和任务，各组成员对减速器进行总体分析，明确减速器组成结构和工作原理，确定利用CAD/CAM系统进行造型、仿真加工和装配的工作步骤和程序。在教师的帮助下，各组学生进一步修改完善实施计划，并确定最终的计划。第三，实施计划。首先根据计划准备好资料、手册等。减速器项目具体实施过程为：利用CAD/CAM系统软件对减速器中各组成零件进行几何造型，将造型好的零件进行装配，可先对传动轴部件进行装配然后进行总体装配，创建工程图并对箱体、端盖等零件进行数控加工（包括工艺分析和程序的编写）。项目完成后，小组成员进行项目总结并撰写项目报告。第四，成果展示。对获得的成果进行展示，包括减速器装配动画、主要零件数控仿真加工等内容，如图3所示的减速器装配爆炸图。第五，总结评估。可先由学生进行自我评估，之后再由教师进行项目总结，主要包括对项目中出现的问题和各种解决办法优劣性的总结，最后对各小组的项目实施结果进行检查评分。
三、教学中须注意的几个问题
在数控技术专业课程的教学过程，实施项目教学法还必须注意以下几个问题：
（一）教学应紧密联系生产实际数控技术课程专业性和实践性很强，要加深学生对所学知识的理解、使学生对所学知识能够做到融会贯通，结合教学条件，可通过实际生产视频录像或者让学生参与生产实际，通过感性认识和切身体验来内化知识和技能。如学生对于数控加工涉及的零件装夹、加工工艺等知识比较生疏，往往不能很好地应用到教学实例中，此时，教师可利用通过多媒体教学中播放加工视频或者带领学生到实习工厂观察具体零件的数控加工过程，如箱体的数控加工中如何进行装夹和定位、夹具的形式，以及整个切削过程等来辅助教学。
（二）解决问题时采用“发散思维”对于同一零件的几何造型和数控加工，通常有不同的实现方法。在项目式教学过程中，应尽量引导学生从不同的角度进行思考、采用不同的方法来解决问题，并引导学生考虑各种方法的优缺点及适用范围，这样学生通过较少的项目实例就可以学到不同的方法技巧，做到举一反三。如箱体零件造型有先整体造型再分割，箱座、箱盖分别造型的方式进行以及将箱座、箱盖共有部分集中造型，余下部分分开造型三种方式，这三种方式中整体造型方式简单方便，分体造型方式相对较为烦琐。
（三）教师指导应恰到好处和传统教学方法不同，项目教学法中学生应处于主动地位，即主要通过学生自己思考、自己动手解决问题来发现知识和提高技能，教师过多的讲解和指导会限制学生思路的拓展和创新能力的发挥，容易使学生变得被动。因此，教师在指导时应把握好尺度，注重引导而不要过多对解决问题方法进行阐述。另外，在教学过程中还要做到因材施教，在项目进行过程中对学生基础知识、解决问题的能力进行观察，根据学生个人不同情况进行适当指导。
（四）构建合理的项目教学评价体系合理的评价体系对于正确引导学生的学习动机、提升项目教学过程的质量有着重要作用。在数控技术专业课程的评价、考核过程中，应加大工作任务完成情况占课程总成绩的比例，建立能全面、真实地反映学生学习效果的评价体系。在具体的评价过程中，可将考核指标进行分类，如学习态度、学习能力、动手能力以及团队合作能力等，这样既考核学生的主动获取知识、解决问题的能力，又注重学生与他人交流合作的能力以及团队精神，体现项目教学法侧重于对学生综合素质的培养的宗旨。
四、结束语
关键词：互换性与测量技术；案例式教学；创新思维；工程实践
中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）51-0152-02
一、前言
《互换性与测量技术》课程是机械类专业的一门专业技术基础课程，主要是以零件几何精度设计为基础，对机械零件的设计标注进行完善，达到产品加工的标准。因此，本课程不但包含丰富的基础理论知识，而且包含必要的工程实践知识，是介于机械类基础课与专业课之间的桥梁[1，2]。目前，该课程普遍采用传统式教学法――灌输式教学，以教师讲授为主体，学生参与较少，因此教学效果不太理想[3]。为适应湖南文理学院应用型人才培养的要求，必须对该课程进行改革，引入案例式教学法，使学生学习本课程之后能够应用到实际生产中。
二、案例式教学的概念及意义
案例式教学最早始于哈佛大学法学院。20世纪80年代初引入我国，经过多年的实践和探索，案例式教学已日趋规范。该教学法需要教师精心策划与指导，根据教学目的，调动学生参与到典型案例的讨论中去，变被动式学习为主动式学习，提高学生的学习积极性[4，5]。通过学生的独立思考或集体协作，进一步提高其解决具体工程问题的能力。
三、案例式教学的设计
1.案例的选择。教师针对机械设计制造及其自动化专业的学生采用案例式教学，采用接近实际或工厂现有典型案例是教学的重点和基础。案例与专业的契合程度将直接影响到教学效果，因此在选择案例时要重点考虑以下几个方面：（1）个性化定制。针对各个专业的特点，采用个性化定制案例。案例必须能够覆盖互换性与测量技术教学内容主要的知识点，通过案例的学习，学生可对相关案例进行借鉴和参考并得到启示。（2）贴近工程实际。贴近实际的案例，可以让学生将学习到的知识马上应用到实际中去，真实感受到本课程的实用性。（3）与其他课程的相关性。《互换性与测量技术》是大多数机械类专业课程的基础。譬如湖南文理学院机械工程学院《机械设计课程设计》的内容是减速器的设计，因此本课程在选择案例时，就以实验室现有的二级减速器为例，这样既可以让学生对减速器有更直观的了解，又方便后续课程的开展。针对案例的选择原则，设计了四个案例：
案例一：在涉及到尺寸公差与配合制等名词时，学生不容易理解，也难以产生学习兴趣。以校实训中心现有的机械零件图为例，对学生学习进行引导，使学生对实际的零件图有感性认识。在此过程中，提出一些相关的问题，让学生随堂思考。
案例二：在讲解标准公差数值表和基本偏差表时，以实验室减速器中的输入轴为案例，对不同轴颈尺寸所对应的标准公差和极限偏差进行设计。
案例三：在讲解滚动轴承公差与配合时，以实验室减速器为例，分析滚动轴承与减速器主动轴和传动轴的配合关系以及与减速器箱体的配合关系，进一步完成对滚动轴承公差和配合的选择。
案例四：键与花键是传动系统中不可缺少的一个环节，用以传递扭矩和运动。因此，键与花键公差与配合的设计就显得尤为重要。本案例同样以实验室现有的减速器输为例。首先让学生了解平键的功用，进一步学会选择平键的公差与配合。然后结合学生自己的分析，完成平键图样上的标注。
2.案例的导入。案例的导入可以在理论知识介绍之后，这样容易使学生将理论知识和实际应用相结合。譬如在介绍滚动轴承这章内容时，首先，给学生介绍滚动轴承的种类、滚动轴承与轴和外壳孔的配合性质及轴和外壳孔的尺寸精度、形位公差和表面粗糙度等因素，让学生对滚动轴承有初步的了解。接着，给学生展示减速器中的滚动轴承。这样容易激发学生带着问题去学习，提高学习的效果。
3.案例的分析讨论。案例的分析讨论是案例式教学的核心。根据典型案例，在课堂上开展讨论。讨论方式通常采用两种：（1）小组讨论，可以调动每个学生的学习兴趣；（2）在教师的引导下，来对案例进行分析讨论，可以使讨论更深入、更全面，使学生提前体会到作为一个机械专业学生所面临的一些问题。
4.案例的总结。案例分析讨论完以后，教师要进行总结。首先，对讨论过程进行评价，表现好的学生应当予以肯定。接着，对讨论过程中遇到的一些问题，可以帮助学生找出解决问题的方法，引导学生对相关问题保持长期的关注和不断的思考。
5.案例式教学成绩评价体系。学生学业评价和教师教学绩效评价是案例式教学的重要环节之一。改变传统的学生学业评价中“一考定全局”终结性评价模式，实行形成性评价和终结性评价相结合、课内教学与课外自主学习相结合的全程评价，采用多样化的考试方式，推进考试制度改革。
本课程案例式教学评价可规定学生课程最终成绩分平时成绩与期末考试成绩两部分，平时成绩占40%，期末考试成绩占60%。平时成绩的考核方法：平时成绩满分40分=出勤成绩（满分10分）+案例式学习过程成绩（满分15分）+案例分析总结报告/几何精度设计大作业/学科竞赛（满分15分）。
四、结论
为适应应用型人才培养的要求，本文对案例式教学法在《互换性与测量技术》课程中的应用进行了探索和实践。案例式教学法由四个阶段组成：案例的选择、案例的导入、案例的分析讨论和案例的总结。它不同于传统教学法，突出了学生的主体地位。通过该教学法的实施，学生学习的积极性得到很大的提高，教学效果也有了改进。
参考文献：
[1]王晓玲.公差与测量技术[M].北京大学出版社，2010.
[2]廖辉，黄崇林.案例教学在“互换性与技术测量”中的实践[J].课程教材改革，2013，（293）：79-80.
[3]李F.案例教学法在互换性与技术测量教学中的应用[J].装备制造技术，2013，（8）：202-204.
如今职业技术教育在工业飞速发展的推动下蓬勃发展起来，社会需要越来越多的应用型技能人才，客观上对教研教改提出了更高要求。传统教学观念和模式已经难以适应现代职业技术教育的发展，也难以满足现代社会对技能型人才的需求。当今社会，职业教育的教学思维、教学理念和教学方式，仍未完全脱离传统的教学窠臼，学校对学生的培养难以达到预期的目标，即不能在一定的教学时段里成长为社会需求的符合职业标准的技能人才，因而还需要全方位深入地进行教学改革。而教学改革的核心问题，就是如何提高学生的应职岗位能力，为社会培养合格的技能人才，而实施一体化教学，快速培养技能人才，是一种有效的途径。一体化教学是近年来职业教育教学的一种采用理论教学与实践相结合的方法，旨在提高被教育者的综合素质。“理实一体化”教学强调教师的主导作用，将理论学习与实践动手紧密结合起来，突破以往理论与实践相脱节的现象，注重培养学生动手能力，全程构建素质和技能培养框架，丰富课堂教学和实践教学环节，提高教学质量。为此，笔者在多年的教育教学工作中，也尝试进行“一体化”教学模式的探索。 其中,《主减速器的检查与调整》教学设计就是我对一体化教学的一次有效尝试。《主减速器的检查与调整》是汽车维修专业教材中驱动桥部分重要的检查调整部位之一，也是学生必须掌握的最基本技能之一。学生掌握的好坏将直接影响下节课程《齿轮啮合印痕和啮合间隙》的学习质量。怎样通过有效的一体化教学让学生学好本节知识，提高相关技能呢？笔者在研究了《汽车构造》、《汽车拆装技能训练》、《汽车修理与检测》等相关教学参考资料之后，结合所教班级学生情况，确定本课题教学的主要任务是让学生掌握主减速器轴承预紧度的检查和调整方法。课程组织思路：制定课程的目标、明确重难点→设计教学过程→组织实施→总结→修正教学过程。各项目标如下表：为更好的突出重点，突破难点，笔者将采取以下措施：1、利用实物，教师分步操作演示，学生跟随完成检查与调整步骤。2、运用比较手法，强化训练，达到熟练调整。用问题引导、启发讨论、媒体运用、观察演示、鼓励教学和指导练习等方法，带领学生进行学习探究。 一、教学过程 （一）复习提问，案例引入新课 1、复习提问：1）主减速器有何功用？其主要组成有哪些？2）主减速器按齿轮副分为哪几种类型？设计意图：对课前预习内容的提问，帮助学生复习主减速器的功用和主减速器构造组成。为本课题教学做好铺垫。 2、案例思考：日常生活中时有发现汽车驱动桥部位有异响、漏油、过热等故障现象。那么，导致的原因有哪些呢？从驱动桥的结构、工作原理分析，主减速器、差速器和半轴连接部位出现异常都将可能导致上述故障发生。设计意图：启发学生探究学习和讨论，通过对相关知识的复习，结合实际故障案例，将问题引入到本教学课题。 3、设疑：主减速器工作中什么异常会导致异响、漏油、过热故障呢？设计意图：设置疑问，让学生带着问题去学———有的放矢。为解决问题而学———以疑激学。 （二）讲解新课课题主减速器的调整 1、主减速器总成分解与装复（理论）播放EQ1090E型主减速器拆装教学光盘播放要求：控制好播放节奏，对重要的步骤应停顿进行适当的讲解。观看要求：认真观看，做好拆装记录，为观后发言做准备。设计意图：通过对主减速器的教学光盘播放，给学生拆装起到正确的导向作用，使拆装过程和步骤清晰明了，避免操作盲目性———提高学习效率。在播放和观看时按相应要求去做，加深学生对解体和装复注意事项的印象。组织学生讨论发言，补充不完整记录。最后，教师再用多媒体课件对拆装过程和注意事项给予演示。 2、主减速器总成分解与装复（实践）化分组：每组选一名学生跟随老师做同步性拆装操作（请学生协助）。其余同学以组为单位，边听老师讲解，边协助本组代表共同完成各步操作。避免使动手能力差的同学集中在一个组。教师分步讲解，学生跟随做同步拆卸。启发学生注意观察主减速器的结构组成，明确调整的零部件位置及功用。思考：为什么轴承需要预紧？设计意图：分步操作、分组协作过程中重视培养学生严谨细致的工作作风，引导观察构造组成，鼓励参与意识，培养协作精神，养成善观察、勤思考、文明作业的好习惯。 （三）轴承预紧的必要性及调整方法采取启发式教学，由浅入深，层层递进，最终解决问题 1、分项教学 （1）对主减速器进行受力分析，理解预紧的必要性，明确轴承预紧度要适度，并按规定进行调整，否则适得其反。 （2）主动锥轴承预紧度的检查与调整按照装复顺序将主动锥齿轮与轴承座装复，注意不装油封，并按规定扭矩拧紧凸缘槽形螺母。检查方法：用弹簧秤测量主动锥齿轮轴转动阻力的大小来判定（图2）。将轴承座夹在台虎钳上，用弹簧秤切向拉动主动锥齿轮轴上的凸缘边缘孔，测量主动锥齿轮轴开始转动的瞬间拉力大小。其拉力值应符合原厂规定。强调操作注意事项，按规定要求去做，对照原厂规定做出正确判断，把握质量标准———树立质量意识。调整方法：增减前端两圆锥滚子轴承间的调整垫片厚度进行调整。让分组同学在调整操作时，把轴承的预紧度调整成三种不同状态（合适、过大、过小），然后用手去感受不同预紧度下主动锥齿轮的转动情况，摸索经验检查法。从而作出准确判断，选择合适厚度的垫片进行再调整。预紧度调整合适后，再将油封装复。装复时小心油封不要被尖锐物划伤，而且还要注意油封唇口方向不要装反，以免造成漏油现象。 （3）从动锥轴承预紧度的检查与调整将从动锥齿轮及轴承正确装入主减速器壳内。检查方法：①用百分表测量从动锥齿轮背面的端面圆跳动量；②经验检查法：用手转动从动锥齿轮，应灵活自如，无卡滞现象。轴向推拉从动锥应无间隙感，否则应调整。调整方法：通过左、右两端轴承的调整螺母进行调整（如图3）。调整时先将螺母旋紧，再退回1/10～1/16圈，使最近的一个开口与锁止板重合，用锁止板固定。#p#分页标题#e# （4）轴承预紧度均调整合适后，将主动锥齿轮轴总成正确装入主减速器壳内，完成拆装和调整工作。再次检查装复后的主减速器，转动应灵活、无卡滞、无松旷。为齿轮啮合印痕和啮合间隙调整做好准备。 2、观察演示 教师示范性操作，指导学生认真练习，手眼协调———提高操作能力。 3、感受体会 轴承预紧度的调整既是本节课的重点也是难点。把轴承预紧度调整出合适、过大、过小三种状态，让学生用手去感受主、从动锥齿轮的转动情况，通过强化练习，体会掌握———经验检查法。 4、实例教学 以EQ1090E型主减速器的检查与调整强化轴承预紧度的调整方法。引导学生从结构入手，讨论预紧度调整的方法，充分调动学生的主观能动性，鼓励学生积极发言，最后教师归纳。 5、讨论归纳 通过对问题的讨论，活跃课堂气氛，调动主观能动性，扩展思维，得出答案———调动学习主动性通过具体车型的实习操作，教会学生基本操作技能，更重要的是教会学习方法，针对具体的问题进行具体的分析达到———触类旁通，举一反三。装复后的检查为下个课题埋下伏笔，为学生自学预习导向。 6、学习导向 通过学习，让我们弄清了轴承预紧的道理，轴承预紧度不合适，会导致驱动桥出现异响和发热，同时还将破坏齿轮的正常啮合位置和啮合间隙。通过实际操作，掌握了主减速器的拆装和主、从动锥齿轮轴承预紧度的检查与调整。教育学生用发展的眼光看待维修业，不断学习补充新知———树立终身学习的思想。 7、指导练习 采用一体化教学方式，教师先进行理论和实际操作演示教学，让学生基本掌握拆装、检查、调整的步骤和方法。然后根据课时安排，分组进行强化训练，提高学生操作熟练程度。教师多巡视，多指导，及时纠正不正确的操作环节。同时，还要注重教育学生养成安全、文明的行为习惯。 8、作业与预习 作业：主减速器的调整。（按照实习报告所要求的内容填写）预习：齿轮啮合位置不正确，怎样调整啮合印痕与啮合间隙？完成实习报告的填写，可以较全面掌握本课题的教学内容。 二、教学效果 理论教学———采用教学光盘和多媒体课件演示教学，形象生动，既加深学生印象，又节省时间。不仅吸引了同学们的学习兴趣，且起到了较好地导向作用，为实习车间的教学做好铺垫。实习车间教学———教师采用问题引导，启发讨论、同步操作等方式，让学生积极主动的参与课堂活动，充分调动了学生的主观能动性和积极性。气氛活跃，发言积极，整个课堂充满生机。通过强化练习，不同层次的学生动手能力均得到较大的提高，达到了预期的教学效果。 三、实施特点 实施理论与实践一体化教学有以下几个特点： 1、实现理论实践教学一体化、教室与实验室一体化、理论教师与实作教师一体化。 2、使教学更形象、生动、灵活，提高学生的学习兴趣，使教学目标指向明确，易达到目标要求。 3、使过去分散的课程知识和教学更集中，提高了教学效率；通过精心组织，使理论、实物、实验、基本技能的学时分配更合理，理论与实践结合更紧密。 4、实现教与学的互动，可以根据学生对知识的掌握情况及时调整教学环节和内容，从而达到教学目标要求。 四、教学反思 一体化教学取得了以下成果：教学从“知识的传递”向“知识的处理和转换”转变；教师从“单一型”向“行为引导型”转变；学生由“被动接受的模仿型”向“主动实践、手脑并用的创新型”转变；教学组织形式由“固定教室、集体授课”向“室内外专业教室、实训车间”转变；教学手段由“口授、黑板”向“多媒体、网络化、现代教育技术”转变，从而以“一体化”的教学模式体现职业教育的实践性、开放性、实用性。相信通过我们广大教师的探索和实践，一体化教学将会收到更大的成效。
关键词：气动；设计；教学
在传统的培养模式和计划中没有气动设计类课程中，过去学生都是通过分别学习空气动力学和飞机设计两门课程，然后在工程实践中摸索气动设计方法，由行器性能要求的越来越高和气动设计的复杂性，国内外已普遍认识到这门课程的必要性和重要性。该课程的主要教学目的是建立起空气动力学和飞机设计两者之间的桥梁，将空气动力学的基础理论和飞机设计相结合，使学生对飞行器的气动设计有一个全面的了解和掌握，培养学生飞行器气动设计能力以及全面综合分析能力，建立飞行器空气动力学设计的基本设计方法、设计理论，和其他相关学科的综合考虑，为学生进行飞行器的气动设计提供空气动力学理论的基础、分析问题解决问题的能力。教学团队在前期良好的教学建设基础上，不断扩充完善教学内容，强调基础性、前瞻性和实用性，改进教学方法，培养创新意识。
一、教学内容的组织完善
与该课程相关的国内外参考资料非常有限，教学团队充分收集整理国内外相关著作、文献，利用网络资源，综合研讨教学内容。教学中注意将国内外前沿最新的飞行器气动设计理论方法引入教学，不断扩充完善教学内容。由行器气动设计与总体设计、飞行控制、隐身等学科密切相关，涉及面广，因而，教材内容的组织取舍，如何在有限的教学时间内选取组织授课内容，保证课程的基础性、前瞻性和实用性，是非常重要而艰难的任务。教学团队广泛进行了国内外相关课程教学调研，收集资料，研讨并完善教学内容，形成了较为合理的课程体系。教学内容从运输机到战斗机再到高超声速飞行器，循序渐进。运输机作为最基本的飞行器类型，特别是民机，主要要求的是安全性、经济性、舒适性和环保性，设计目标相对集中，都是飞机设计中的基本问题。具体来说，主要包括先进翼型的不断发展，亚音速干线飞机三维机翼的设计，机翼翼梢减阻装置的应用、如何减少摩擦阻力、减少部件间的干扰阻力等减阻措施，低速起飞着陆阶段的增升装置外形的空气动力设计，多学科优化设计，最后简要介绍高速民航机的气动设计。现代战斗机性能要求不断提高，并且涵盖多个方面，如机动性、超声速巡航特性、隐身特性、超视距作战能力等，因而课程重点包括了现代战斗机的气动布局，边条翼、鸭式布局、前掠翼等，隐身要求和空气动力的综合设计，发动机进排气系统及其与飞机的一体化设计，推力矢量化，机敏性和超机敏性等，并且重点介绍了数值模拟方法在未来飞机设计中的重要性。由于高超声速飞行器的迅速发展，课程也对其进行了简要介绍，高超声速飞行是洲际弹道导弹、回收卫星、飞船、航天飞机在上升段和再入大气层时，以及穿越行星大气层的宇宙探测器进入行星大气时将经历的飞行阶段，也是当前正在发展的跨大气层飞机和新型武器系统所必须具备的能力。由于学生高超声速空气动力学基础偏弱，故首先概述了高超声速技术的需求背景、高超声速空气动力学、高超声速流动的基本特性，然后重点介绍了气动力、气动热工程计算模型和高超声速飞行器热防护等内容。
二、教学方法的综合应用
1.板书、电子课件、多媒体资料的有机结合。在课程教学中，根据讲授的具体内容，结合板书、电子课件、多媒体资料等多种手段综合应用。由于上课的研究生专业不同，基础差异较大，故在讲授中，教师需要根据学生的具体情况，以空气动力学设计思想、设计理论为核心，辅以补充必要的专业基础知识和理论，这些内容比较适合以板书的形式，而多媒体资料可以加深学生的印象，提高学生感性认识，增加学习兴趣，加深对基本理论的理解，故板书、电子课件、多媒体资料等相互补充，相辅相成。
2.案例教学和理论教学相结合。教师在课程讲授过程中，注意理论学习和案例教学相结合，由于气动设计的基本理论和飞行器的设计发展更新换代直接相关，因而在基本理论的讲授中紧密结合具体案例，以提高学生的学习兴趣，加强学生的感性认识，加深对气动设计基本理论的综合理解。如在民机的气动设计中，重点介绍了空客380、波音787等飞机的典型设计特点，了解翼梢装置设计中与结构重量等多学科优化的设计思想，机翼载荷的展向分布设计特点等。结合F15、F16讨论发动机进气道的设计特点等。结合F22讨论现代战斗机的设计特点，机动性和隐身性的综合权衡，对空气动力学的挑战等问题。
3.课外研究报告的撰写与课堂讨论相结合。为增强学生的科研实践能力，在课堂教学的同时，要求学生课外针对教学内容相关专题查阅文献、综合分析、研究讨论、撰写论文，并组织学生课堂展示研讨，变学生被动听讲为主动学习研讨，以提高学生学习的主动性和自觉性，锻炼学生自主研究、综合分析问题解决问题的能力。在教学实践中，对论文选题给以合理指导，相对集中，以增加讨论的参与性，收到较好的教学效果。
4.考核体系的完善。在教学方法研究方面，进行了考核体系改革，结合考试、报告撰写、课堂研讨、考勤等多种形式，全面衡量学生的学习态度、知识掌握、灵活运用、收集整理资料、研究解决问题、撰写报告、表达能力等多方面的考察。并积极听取学生的反馈意见，为进一步改进教学质量，提高教学效果提供参考。
三、课程的特点
由于现代飞行器发展迅速，不断更新的飞机都集成了新取得的科研成果和先进技术，教学内容不断变化是课程的一个显著特点，取得高性能的变化多样的气动布局是空气动力学的理论知识应用于实际飞行器设计的杰出成果。将经典理论和飞行器前沿设计技术紧密结合，直接面向工程部门飞行器设计应用，故课程不仅要涵盖气动设计的基本理论基本方法，而且要和当前国际航空航天前沿最新水平接轨，反映国际最高水平，只有这样，才能使学生掌握最新的气动设计思想方法理论，更好地服务于工程实践。本课程不仅在空气动力学专业，而且对相关专业如飞机设计、固体力学等专业的研究生培养中都占有重要地位，是学生全面掌握飞行器气动设计的主要理论和主要方法重要的专业课，和飞行器设计工程实践密切相关，为学生毕业后从事飞行器设计提供空气动力学设计理论和方法支撑。课程综合性较强，覆盖面广，涉及多学科相关领域，选课同学有硕士、博士研究生、单位代培等不同类别。通过该课程的学习，学生对空气动力学在飞机设计中的作用与意义可以有更深的认识，同时也切实认识到设计问题的复杂性、多学科综合应用的重要性，有利于在今后的学习工作中更全面更综合的考虑问题，为以后科研工程实践奠定坚实的基础。
四、总结
本课程是一门重要的研究生专业课，在国内外相关课程中有其鲜明的特色，在教学安排上，注意教学内容改进完善，不断将最新的科技成果增加到教学内容中，将气动设计基本理论和飞行器设计前沿技术相结合；课程体系设计合理，教学方法多样，对飞行器气动设计的能力培养有重要意义。
作者:吴宗成 邹辉 高振勋 单位:北京航空航天大学
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关键词:计算机;组成原理;教学
中图分类号:G642文献标识码:A
1前言
自2009年起,“计算机组成原理”课程已被列入全国研究生入学考试必考科目之一,而且分值与“数据结构”课程相同,占总分的30%,这一新的情况给该课程的教学提出了新的要求。作为教师,如何在有限的学时内给学生讲清要点,明确目标;作为学生又如何以最高的效率掌握要点,灵活运用;这是教学双方都期S实现的理想。然而,理想的实现不仅要付出辛勤的劳动,而且要有正确的教学方法,只有方法得当,才可能达到事半功倍的效果。笔者20年来一直从事该课程的教学工作,同时担任学生班主任工作,在教学实践和与学生的直接接触过程中,对该课程的教学有一些切身体会,作为抛砖引玉,希望对学习该课程的学生有所帮助,同时也希望得到执教该课程的同行们的共同商榷,以便实现共同的理想。
2把握重点,突出主线
“计算机组成原理”是计算机类专业的主干课之一,本课程的研究重点是讨论单台计算机完整硬件系统的基本组成原理与内部运行机制。教学目标是用层次结构的观点并以信息的加工、处理为主线研究计算机硬件结构及工作原理,具体任务是使学生掌握计算机硬件系统中运算器、控制器、存储器、输入/输出设备等部件的组成原理、逻辑实现、设计方法及互连构成整机的技术;培养学生对硬件系统的分析、设计、开发、使用和维护方面的能力,既为后继课程的学习打好基础,同时也能够积累应对研究生入学考试及各种水平考试的必备知识。
3运算方法与运算器
(1) 定点数加、减法运算及溢出判断
定点数的加、减运算都是以补码形式进行的,只所以用补码,其原因由于补码可以使符号位与数据一起参加运算,只要运算结果没有发生溢出,结果的符号和数据可直接获得。
在定点数的加减运算过程中,无论是定点小数还是定点整数,运算结束后都存在一个溢出判断问题,但是这种判断首先应该在一个基本概念清楚的基础上。溢出是由于运算结果超出了定点数据格式的表数范围而引起,所以两个符号相异的定点数做加法运算或两个符号相同的定点数做减法运算,其结果一定不会发生溢出,即使是两个符号相同的定点数做加法运算或两个符号相异的定点数做减法运算,其结果也不一定会发生溢出,但必须做溢出判断。
设操作数之一是A0A1…An,另一操作数是B0B1…Bn,运算结果为S0S1…Sn,运算过程中各位发生的进位为CfC0C1…Cn-1,运算结果溢出判断的方法有三种:如果是双符号位,溢出判断可根据运算结果的两个符号位来确定,即当运算结果的两个符号位S0和S1不相同则发生了溢出,用表达式可表示为:V=S0S1;对于单符号位的运算有两种判断方式,方法之一是:若两个操作数的符号位相同而运算结果的符号位与其相反,则发生了溢出,用表达式可表示为:V=A0B0 + S0(其含义是两个负数相加结果的符号为正或两个正数相加而结果的符号为负);对于单符号位运算的另一种判断方式是:根据最高数字位与符号位的进位来判断,如果最高数字位的进位C0与符号位的进位Cf不相同,则发生了溢出,用表达式表示为:V=C0Cf。
(2) 浮点数加、减法运算步骤及溢出判断
浮点数的运算步骤可分为:对阶、尾数加/减运算、结果规格化、舍入处理、溢出判断等5个步骤。对阶的过程就是移动小数点的过程,对阶过程如何实现,方法不应死记,只要概念清楚,想一下就知道,尾数加、减是进行小数运算,所以对阶后不应该让尾数变大,只能变小,所以对阶只能让小阶向大阶看齐,即右移阶码小的数的尾数,每右移一位,阶码加1,直至两数阶码相等为止。
浮点数的溢出不是由尾数运算结果决定的,而是由阶码决定的,因为尾数溢出可以通过向右规格化来处理。
(3) 定点数的乘、除法运算
定点数的乘法运算方法有两种,其一是通过将乘法运算转换成移位操作和加法运算来实现,补码一位乘法的典型算法是Booth算法;另一种方法是通过阵列乘法器来实现,掌握的重点概念是符号位的负权概念。定点数的除法运算方法也有两种,其一是通过将除法运算转换成移位操作和减法运算来实现,另一种方法是通过阵列除法器来实现。
(4) 浮点数的乘、除法运算
浮点数的乘、除法运算可以变成两种定点数的运算来实现,即指数的定点整数加/减运算和尾数的定点小数乘/除运算来实现。所以只要掌握了定点数的运算方法,就不难推广应用到浮点数的乘、除运算过程中。
(5) 运算器
与运算方法相应,运算器也有定点运算器和浮点运算器两种。运算器的核心部件是ALU,典型的ALU芯片有74181和2901,与其配套的二级先行进位芯片有74182和2902,作为学习者,不仅要掌握单个芯片的工作原理,而且要掌握用多个芯片构成位数更多的具有多级先行进位功能的ALU的方法。
典型的浮点运算器是与8086CPU配套使用的协处理器8087。
4存储器及其体系结构
(1) 存储器体系的构成
过去的计算机存储器是由二级体系构成的,即主存储器与辅助存储器。随着软、硬件技术的不断发展以及CPU速度的提高,计算机对存储器的要求也越来越高,具体来说就是存储空间越大越好,存取速度越快越好,单位价格越低越好。为了获取最高性价比,现在的计算机存储体系已增至三级,即高速缓冲存储器(Cache)、主存储器和辅助存储器。其中,Cache与主存储器构成了计算机系统的内存,Cache的容量比主存小得多,但其速度数倍于主存。由于程序运行存在局部性,通过Cache控制器将目前程序运行所需的内容由主存调入Cache,并自动实现两者之间的换进换出,可使CPU访问Cache的命中率达90%以上,从而使计算机拥有一个速度与Cache相当、容量与主存相同的内存。主存储器与辅助存储器可通过软、硬件结合来实现虚拟存储器,从而使计算机可以运行大小超出主存容量的程序。
(2) 不同存储芯片的区别
存储芯片可分ROM和RAM两大类。两者的主要区别是:ROM在正常工作时是只读的,常用于存放固定不变的信息,其内容不受断电的影响。RAM中的信息是可随时更新的,但一旦断电,其内容则不复存在。ROM又可分为EPROM和EEPROM等多种形式,其主要差别是擦除方式不同。RAM又可分为SRAM与DRAM两种,其主要差别是前者的存储元由双稳态触发器构成,所以只要有电源,其存储内容是不会丢失的,不需要刷新,而后者的存储元由电容来存放信息,由于电容的电荷会随时间的推移而泄漏,所以需要定期刷新。
(3) 根据存储器结构类型不同区分的两种计算机体系结构
根据存储器结构类型不同可将计算机体系结构分为两大类:冯•诺依曼(Von Neumann)结构和哈佛(Harvard)结构。
冯•诺依曼结构的主要特点是指令和数据使用单一的存储器空间,因此简化了计算机的设计,但由于存储器资源的唯一,所以一次只能访问指令和数据中的一个。这种体系结构由美国宾夕法尼亚(Pennsylvanis)大学的冯•诺依曼在1943―1944年开发的ENIAC电子计算机首次使用。
哈佛结构的主要特点是对于程序和数据使用各自独立的存储器,由于程序和数据分开存放,所以可以实现对指令和数据的并行访问。这种体系结构由哈佛大学的物理学家Harvard Aiken于1930年开发,1943年在Harvard Mark计算机上实现。
(4) 存储器与CPU的连接
存储器与CPU的连接无非是将存储器芯片的地址线、数据线和读、写控制线与CPU的相应线相连,在连接之前,必须根据存储器的容量和单片存储芯片的容量计算出所需的芯片数,同时还必须明确位扩展与字扩展的方法。一般而言,若存储器容量为M单元×N位,而存储器芯片容量为m单元×n位,则整个存储器所需的字扩展为M/m组,而每组的位扩展芯片数为N/n。对于同一组而言,其地址线的连接是将相同位序的地址线连到一起,而数据线则分别连接到CPU的不同数据线上。不同组之间,其地址线和数据线的连接是相同的,也就是低位地址范围相同,只是片选信号的连接不同。片选信号的作用是区分不同的地址段,分段的依据取决于对应地址段的高位地址值,所以片选信号的产生是根据高位地址的译码来实现的,需要多少位高位地址取决于组数,两组可用一位高位地址线选即可,四组则需二位高位地址经一个2-4译码器产生4个片选信号,依此类推。
(5) 虚拟存储器的原理与应用
虚拟存储器的实质是利用程序执行过程中的局部性原理,对内存按页或段方式进行管理,即将要运行的程序分页或分段调入内存,从而使计算机可以运行超过实际内存空间的程序,好像扩充了内存空间一样。由于这一特性是建立在将外存作为内存的后备来实现的,实际的内存空间并没有改变,所以叫虚拟存储器。
在教学过程中,初学者对虚拟存储器的概念通常难以掌握,所以应该有一个让初学者容易接受的教学方法。有效的教学方法之一可借助于PC机中的某些设置来说明。例如,通过双击“我的电脑”可以看到系统盘上的总大小和可用空间。如图1可见当前的C盘可用空间是15.5GB。关闭该窗口后,右击“我的电脑”,在快捷菜单中选择“属性”进入系统属性对话框,再选择“高级”页面,如图2所示。再单击“性能”框中的“设置”按钮进入“性能选项”对话框,再选择“高级”页面,如图3所示,单击其中的“更改”按钮,进入“虚拟内存”设置对话框,如图4所示,从中可见C盘目前的自定义页面大小初始值为1024MB,最大值为2048MB,若将初始值由1024改为2048,而最大值由2048改为4096,重新启动计算机后,再双击“我的电脑”,如图5所示,由图可见C盘的可用空间由设置前的15.5GB变成了设置后的14.5GB。之所以少了1GB,就是因为刚才将虚拟内存初始页面大小由1GB(1024MB)改为2GB所致。这就说明,虚拟内存实际上只是从硬盘中划出的一部分外存空间作为内存使用,好像扩充了内存,而这种内存的扩充是建立在外存减小的基础上的,并需要相应的软件支持。
5指令系统与CPU
(1)RISC与CISC
按指令系统可将计算机分成两大类,精简指令系统计算机(RISC,Reduced Instruction Set Computers)和复杂指令系统计算机(CISC,Complex Instruction Set Computers)。CISC是在为了便于进行软件制作,特别是编译,而将可能硬件化的部分都交给硬件处理的原则下设计的。其主要特点是指令长度不等,指令执行时间不等,指令集庞大,访问模式非常多而灵活,指令功能大多用微程序实现。与CISC相比,RISC的特点是大部分指令可以在一个时钟周期内完成,指令的长度相等,指令集是由简单的指令组成,如存储器只能用Load/Store指令来访问,访问模式少,减少了依赖于处理器的控制,指令功能大多使用硬布线逻辑实现。
(2) 典型指令系统
典型指令包括:数据传送、算术运算、逻辑运算、程序控制和输入输出。其中输入输出指令只有在独立编址方式中才有,对于统一编址方式,则输入输出与数据传送相同。
(3) 指令寻址与数据寻址方式
指令的寻址方式只有顺序与跳跃两种,其中跳跃寻址又有相对跳转和绝对跳转两种。数据的寻址方式则较多,典型的数据寻址方式有:隐含寻址、立即寻址、直接寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、基址变址寻址等,重点掌握各种寻址方式的原理及其相应指令的具体用法。
(4) 控制器
控制器是计算机的硬件系统中的决策机构,担负着协调和指挥整机各个功能部分有条不紊地进行工作的重任。
控制器有组合逻辑型、存储逻辑型和混合型三种。组合逻辑型控制器的基本思想是把控制器看作为产生专门固定时序控制信号的逻辑网络。其设计目标是使用最少元件和最高操作速度来实现指令功能。随着CPLD和FPGA的功能和应用的拓展,组合逻辑型控制器越来越多地得到了应用。存储逻辑型的基本思想是以设计软件的方式来设计硬件,即仿照设计解题程序的方法,把执行机器指令所需的操作控制信号编成相应的微指令序列存放在只读存储器里,当机器运行时,逐条地读出微指令,从而产生全机所需要的各种微操作控制信号,使相应部件执行规定的操作,完成指令功能。混合逻辑型是两者的结合。
(5) 现代CPU与传统CPU的区别
传统的CPU由运算器和控制器构成,现代的CPU除了运算器和控制器外,还增加了高速缓冲存储器(Cache),Cache还可能分为多级,增加Cache的目的不仅是利用程序执行过程中的局部性原理来提高程序执行速度,而且有可能在CPU内部改变计算机的体系结构。比如现在广泛使用的奔腾CPU就通过其内部将Cache分为数据Cache和指令Cache,从而使PC机的冯•诺依曼体系结构在CPU内改变成了哈佛结构。
(6) 流水线的概念及要点
流水线已被广泛应用于计算机系统的多种功能部件中。除了运算器流水线外,在控制器中流水线结构已得到广泛应用。
流水线要发挥最大效率,基本条件有二,一是流水线结构中的各个过程段的操作周期应大致相等,二是流水线应尽可能保持不发生断流现象。
可能导致流水线发生断流的因素有三:一是资源相关,二是数据相关,三是控制相关。奔腾CPU只所以在其内部将Cache分为数据Cache和指令Cache,其主要原因就是为了数据和指令的并行访问,避免资源相关。数据相关可以通过特设运算结果缓冲器及向前传送技术来缓解,控制相关可通过延迟转移和转移预测来解决。
6总线
如果将计算机硬件系统中的各个部件比作一颗颗的珍珠,那么总线在系统的作用,就相当于连接珍珠的绳索,通过这根绳索,就可将一颗颗的珍珠联接成一个整体,成为一个漂亮的项链。总线是计算机系统中公共的信息传输通道,存在多个主部件同时要求使用总线的可能,要将总线资源合理地分配给多个要求使用总线的主部件之一,这就存在着总线的仲裁问题。总线的仲裁可分为集中式和分布式两类,集中式仲裁又分三种:链式查询、计数器定时查询和独立请求。对于这三种集中式总线仲裁方式必须掌握其工作原理、主要优缺点以及应用场合。
7I/O系统与I/O方式
I/O系统由I/O接口与I/O设备构成。I/O方式可分为主要由程序实现的程序查询方式和程序中断方式以及主要由附加硬件实现的DMA方式和通道方式。
程序查询与程序中断方式的共同特点是两者都是通过CPU执行I/O指令来实现的输入/输出。只是前者是由CPU主动查询外设就绪后执行的输入/输出,而后者是CPU通过被动响应外设的I/O请求来实现的输入/输出。主动查询需要占用CPU机时,所以只能实现CPU与外设的串行工作,而中断方式可以实现CPU与外设的并行工作。
中断有单级中断和多级中断。单级中断不是只有一个中断源,而是所有中断源同属一个级别,一旦CPU响应某个中断源,必须等待该中断服务程序执行完毕才有可能响应新的中断请求。多级中断不仅是中断源有多个,而且分成多个优先级别,高优先级的中断源可以中断正在执行的低优先级的中断服务程序,从而实现中断的嵌套。中断优先级还可以分中断响应优先级和中断处理优先级,中断响应优先级是由硬件排队电路决定的,而中断处理优先级是可以通过对中断屏蔽寄存器的设置来改变的。
DMA虽是程序中断传送技术的发展,但它在硬件逻辑机构的支持下,以更快的速度、更简便的形式传送数据。
两者之间有以下明显区别:
(1) 中断方式由CPU响应中断后执行中断服务程序来实现数据传送,而DMA方式直接靠DMA控制器来实现。
(2) CPU对中断的响应是在执行完一条指令之后,而对DMA的响应则可以在指令执行过程中的任何两个存储周期之间。
(3) 中断方式不仅具有数据传送能力,而且还能处理异常事件。DMA只能进行数据传送。
(4) 中断方式必须切换程序,要进行CPU现场的保护和恢复操作。DMA可以只挪用一个存储周期,不改变CPU现场。
(5) DMA请求的优先权比中断请求高。CPU优先响应DMA请求,是为了避免DMA所连接的高速外设丢失数据。
DMA和通道控制方式最基本的相同点是把外设与主机交换数据过程控制权从CPU中接管,使外设能与主机并行工作。但它们之间也存在以下主要的不同。
(1) 工作原理不同。DMA完全采用硬件控制数据交换的过程,速度较快;而通道则采用软、硬件结合的方法,通过执行通道程序控制数据交换的过程。
(2) 功能不同。通道是在DMA的基础上发展来的,因此,通道功能更强。在DMA中,CPU必须进行设备的选择、切换、启动、终止,并进行数据校验,CPU在输入输出过程中的开销较大,通道控制则把这些工作都接管下来。
(3) 控制的外设类型不同。DMA通常只控制速度较快、类型单一的外设,而通道支持多种外设。
8结束语
随着大规模集成电路技术和计算机体系结构的不断发展,计算机组成原理的基本内容还在发展演变过程中。例如指令周期、机器周期和时钟周期的概念随着流水线技术的不断提高而变得越来越模糊,过去强调一个指令周期由若干个机器周期构成,一个机器周期包含若干个时钟周期,而现在的CPU,一个时钟周期就可能执行一条指令甚至是多条指令。CPU的结构除了引入多级Cache外,还引入了多核结构,这就使得传统的教学方法和体系必须改进,相应的教材和实验设备有待更新,以便适应新的体系结构的变化,同时,也需要我们教学人员共同努力,不断创新,才能培养出适应形势发展的人才。
Discussion on the Course of Principles of Computer Organization
SHAO Ping-fan
(College of Computer Science & Technology, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430065, China)
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关键词：建构主义；抛锚式教学；小组合作学习；实验；复习课
中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2015）6-0028-5
1 问题的提出
建构主义学习理论认为，学习过程不是学习者被动地接受知识，而是积极地建构知识的过程。建构主义学习活动强调以学习者为主体，激发学习者的学习兴趣与动机，促使他们进行“真实地”学习。
抛锚式教学是建立在建构主义学习理论基础上的一种重要的情景式教学模式，教育者在教学时为学生创设富有真实性的学习情境，使教学建立在生动的真实情景或真实问题的基础上，通过学生间的自主学习、探究学习、小组合作学习，使学生亲身体验从识别学习目标、提出学习目标到实现学习目标的教学过程。教学中学生面临的真实事件或问题就作为“锚”，而建立和确定这些事件或问题就可形象地比喻为“抛锚”，一旦事件或问题确定了，整个学习内容和学习进程就像轮船被锚固定一样而被确定。
当前有关抛锚式教学理论研究的文章比较多，也很具体，但有关抛锚式教学用于物理学科教学实践的研究较少。本文即以“验证机械能守恒定律”专题复习课教学为例，讨论抛锚式教学在实验专题复习课中的教学实践。
2 抛锚式教学在实验专题复习课中的教学实践
2.1 实验专题复习课的特点
学生在实验专题复习课之前具有一定的知识背景，这为学生自主整合知识奠定了基础。但是，学生对知识的简单重复缺少兴趣，学习的积极性不高。因此，教师必须在实验专题复习课的设计上多动脑筋，多花心思。
在教学中要立足教材，从最基本的实验原理、实验方法入手，引导学生掌握实验原理和方法、进行数据处理和误差分析等。同时，在实验复习中要改变纸上谈兵的现状，要让学生真正走进实验室，要真做实验。教师通过创设真实的问题情境，了解学生学习的实际困难。注重学生自已的体验和对问题的总结，让学生自已去构建知识体系，这样得出的结论印象才更为深刻。
2.2 抛锚式教学的优点
抛锚式教学就是在真实的情境中，根据学生现有的认知水平和教学内容，通过自主学习、探究学习、小组合作学习的方式来提高学生的学习热情以及分析问题、解决问题的能力。
在高中物理实验专题复习课中运用抛锚式教学，其优势有：
1）学生有大量的理论知识作为背景，教师通过在学生最近发展区创设问题情境（依托教材，但又不拘泥于教材），有助于学生重新审视实验原理和方法，从本质上真正理解和把握实验原理和方法，为学生自主整合知识奠定了基础；
2）学生走进实验室进行具体的操作和探究，充分调动了学生的学习热情和积极性，有助于学生动手动脑能力的培养；
3）抛锚式教学所倡导的自主学习、探究学习与小组合作学习，不仅有助于培养学生的自主学习能力、探究性学习能力和团队精神，还有助于提高学生的创新意识与创新能力。
2.3 基于抛锚式教学模式的实验专题复习课教学设计
2.3.1 教学内容分析
本专题是学生在掌握“必修2”实验“验证机械能守恒定律”的基本原理和方法的基础上，通过对实验原理的优化、对测量方法的改进和实验数据的分析处理的比较，使学生对机械能守恒定律及条件有更深刻的认识。本节课的重点是实验思路（方案）的设计，即瞬时速度的测定及实验数据的采集与处理。在学生进行实验探究前，教师可用问题讨论的方式为学生搭建“脚手架”，解决实验操作中应该注意的一些问题。教学中要突出学生的主体地位，放手让学生进行实验，让学生感受探究的过程。
2.3.2 教学目标定位
1）理解实验原理和方法，明确实验中需要直接测量的物理量；
2）了解常用测量仪器的构造、测量原理和使用方法，并能正确测量有关物理量；
3）能正确进行实验操作，并能根据实验数据得出实验结论；
4）能定性分析实验产生误差的原因，并提出减小实验误差的方法。
2.3.3 教学实施过程
⒈课前准备
1）开放力学实验室；
2）准备好完成力学实验的基本实验器材（多套）：打点计时器、电源、纸带、复写纸、重物、刻度尺、天平、气垫导轨、光电门与计时器、滑块、游标卡尺、螺旋测微器、导线若干、小球、牛顿管、数码相机等。
⒉教学过程
师：同学们，今天我们来共同复习“验证机械能守恒定律”。
师（问题1）：请同学们回忆：
1）机械能守恒定律的内容及表达式；
2）机械能守恒定律成立的条件。
生1：在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能与势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。这叫做机械能守恒定律。
即：
Ek1+ Ep1= Ek2+ Ep2
或Ek=-Ep。
生2：只有重力或弹簧弹力做功。（如除重力、弹力外，还受其他力，其他力不做功或者做功的代数和为零。）
师：从机械能守恒定律的两种表达式看，第二种方式可省略零势能面的选取，减少测量的总量，更加简捷。要验证机械能守恒，就要看物体（系统）重力势能的减少量和相应过程物体（系统）动能的增加量是否相等。若两者相等，说明机械能守恒，从而验证机械能守恒定律。这就是实验的基本原理。
师（问题2）：根据实验原理，请同学们思考，实验时需要测量哪些物理量？
生3：测量物体的质量（m）、物体在竖直方向下落的高度（h）、物体初、末瞬时速度的大小（v1、v2）。
师（问题3）：生3回答得很准确。那么，请同学们思考测量这些物理量需要用到哪些实验器材？
生4：质量（m）――天平；
高度（h）――刻度尺；
速度的大小（v）――打点计时器与纸带、光电门与计时器。
师：生4回答的很具体，为我们进行实验设计指明了方向。要验证机械能守恒定律，首先要设计出满足机械能守恒定律条件的运动过程，其次要利用中学阶段使用过的实验器材，并且要考虑操作简易方便等因素。
师（问题4）：请同学们回忆，我们在高一学习时是如何验证机械能守恒定律的？
生5：利用打点计时器记录重物自由下落过程来验证机械能守恒定律。
如图1所示，安装实验装置，将纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手提着纸带使重物静止靠近打点计时器的地方，先接通电源后释放纸带，让重物带着纸带自由下落。
探究方案二：用带定滑轮的长木板、小车和打点计时器验证机械能守恒定律
如图3所示，连接实验装置，用天平测出小车及重物的质量分别为M，m，将带滑轮的长木板水平放置，将小车放在长木板上并靠近打点计时器，穿上纸带，让打点计时器工作，再平衡摩擦力。然后挂上重物B，使细绳与长木板平行，接通电源，释放小车，取点迹清晰的纸带进行数据处理，vA、vB为点迹清晰的纸带上A、B两点的瞬时速度，Δh为A、B两点间的距离。则系统机械能守恒成立的表达式是：
探究方案四：用电磁继电器和光电门验证系统机械能守恒定律
如图5所示，连接实验装置，电磁继电器（小铁球）、光电门和纸杯在同一竖直线上。断开开关，由静止释放小铁球，用光电计时器记录小铁球在两个光电门间的运动时间t1、t2，并用刻度尺（图上未画出）测量出两个光电门之间的高度h，用天平测出小铁球的质量m，游标卡尺测出小铁球直径D；已知当地的重力加速度为探究方案五：用带定滑轮的光滑斜面、小车和光电门验证机械能守恒定律
如图6所示，连接实验装置，水平桌面上固定一倾斜的光滑斜面；斜面上A点处有一带长方形遮光片的滑块，其总质量为M，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m的砝码相连；遮光片两条长边与导轨垂直；导轨上B点有一光电门，可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间t。用d表示A点到斜面低端C点的距离，h表示A与C的高度差，b表示遮光片的宽度，s表示A、B两点的距离，将遮光片通过光电门的平均速度看作滑块通过B点时的瞬时速度。用g表示重力加速度。则系统机械能守恒成立的表达式是：
其中，方案二中利用验证牛顿第二定律的实验装置来验证机械能守恒定律，虽然平衡了摩擦力，但因摩擦及空气阻力造成的影响仍较显著，实验误差较大。因此，可将方案二中带定滑轮的长木板换成气垫导轨来减小摩擦的影响。
方案三、四、五利用光电门、计时器测速度（物体通过光电门的平均速度看作物体通过该点时的瞬时速度，即v），其中，方案三利用气垫导轨做验证机械能守恒定律，可以大大减小滑块运动时阻力的影响，具有可操作性。方案四与方案一对比可知，方案四中没有纸带与打点计时器之间的摩擦，用光电计时器也比打点计时器更有利于提高精确度。方案五中光滑斜面实际上很难找到，可以将光滑的斜面换成倾斜的气垫导轨。
师：各学习小组提供的实际方案很有创意，我很嫉妒。现在我也给同学们提供一个方案，供同学们参考。既然实验过程中要减小阻力的影响，可否利用牛顿管和频闪照相进行验证，让金属片和羽毛在真空中自由下落？请同学们思考。
生：同学们鼓掌，积极思考，参与讨论，课堂气氛活跃。
师：引导各学习小组进行实验。
生：各学习小组利用探究方案进行实验，记录并分析实验数据，得出结论。
教师引导学生综合各学习小组的实验数据，得出实验结论：如果忽略空气阻力及测量误差等次要因素的影响，即只有重力做功时，物体的动能和势能可以相互转化，其机械能的总量不变，从而验证了机械能守恒定律。
课后，各学习小组将实验目的、原理、器材、步骤、数据记录和处理、实验结论等进行整理，形成实验报告并在小组间进行评估交流，彼此取长补短。
3 反思与总结
在教学实践中笔者发现，大部分学生都能积极地参与到小组合作学习与讨论中，学习的积极性高，目标达成的效果比较理想。但也有不足之处：
1）个别小组的学生会游离于所讨论“锚”之外，有的组员不服从小组长的管理。课前教师需要加强各学习小组的建设力度；
2）由于受实验条件的限制，有些实验器材实验室不能提供，需要教师动手自制实验器材；
3）在教学中，抛“锚”是关键，“锚”抛得好，学生学习的主动性和积极性就高，学习效果就好。这就要求教师要不断学习，加强理论修养，提高驾驭课堂教学的能力。
总之，抛锚式教学在实验专题复习课教学中的实践还需不断的探索完善，但它在发展学生的自主学习能力、实验操作能力、合作探究能力、分析解决问题能力等方面的优势是不言而喻的。
同时，抛锚式教学的价值取向和教学特点与我国中学物理教学的新课程理念相一致。
因此，抛锚式教学在实验专题复习课的运用，对于突破传统的教学思想，提高课堂教学的实效性，促进物理课堂教学模式的变革，都具有积极的启示和借鉴作用。
参考文献：
[1]陈 宁.对“抛锚式”教学模式的探讨[J].重庆师范大学学报（自然科学版），2005，22（1）：81.
[2]郎和，郭爱华，宋世花.合作学习在“验证机械能守恒定律”分组实验中的运用[J].中学物理，2010，28（17）：16.
[3]汪明.物理课堂中“抛锚式”教学模式的实践[J].物理教学探讨，2008，26（21）：8.
关键词：工艺规划与实施；课程目标；课程内容；教学模式
中图分类号：G712 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）49-0075-02
高职院校《机械制造工艺规划与实施》课程是在《机械制造技术》基础上发展完善起来的一门重要的专业核心课，目前很多职业院校分别在机械制造与自动化、模具设计与制造、数控技术、机电一体化技术等专业开设，是专业性、综合性和实践性较强的课程。
一、课程目标
课程实施内容应该体现“实用为先，够用为度”，在阐明基本概念、基本理论和一般方法前提下，强调理论知识讲授与实践操作指导一体化，积极实践学做结合、任务驱动、工作过程导向的课程教学模式，融“教、学、做”为一体，强化学生能力培养。教学中应利用校内外实践条件，创设真实的教学环境，使教学贴近生产实际，体现企业真实岗位要求，凸显高职课程特色。学生通过本课程的学习，获得机械制造领域专业技术素养，培养技术创新意识，同时为后续专业课程学习作好铺垫。课程教学应使学生获得如下能力：
1.零件机械加工工艺规程设计与实施能力。能根据零件图纸分析其加工精度和表面质量等要求，全面考虑产品批量、现场可利用的生产条件等因素，运用所学知识，结合生产实践经验，制订零件机械加工工艺文件，能熟练操作常用机床进行零件加工。
2.现场问题分析与解决能力。拥有扎实的理论基础和丰富的实践经验，能独立开展与机械制造相关的生产和服务工作，熟悉生产实践中解决技术问题的原则、方法、步骤与技巧等，掌握相关设备的安装调试、工况监控、故障诊断与维护等，在对生产现场出现的技术问题进行分析判断后，能提出解决问题的措施并组织实施。
3.技术资料检索与利用能力。能充分利用书籍、网络等途径，借助自身专业素养，适时追踪和把握机械制造领域最新发展，主动获取和运用知识，不断更新知识体系，了解行业技术发展前沿动态。
4.技术创新能力。能基于课程基本概念和理论，考虑生产实际条件和技术发展规划，敏锐捕捉新技术、新工艺、新方法，针对具体生产目标在改进加工质量、提高生产效率、降低生产成本等方面进行探索，能提出实用可行的创新或改进措施，培养创新意识和能力。
二、课程内容
为了实现课程目标，从课程内容选取、组织、实施到表现形式，都应该通过校企合作，在多方调研、与行业企业专家座谈等基础上，通过对主要工作岗位、工作任务和职业能力分析，由企业技术人员和专任教师共同研究，按“简洁实用、够用，兼顾学生发展”的原则实现课程“综合化”架构，使理论与实践相结合，形成《机械制造工艺规划与实施》的课程教学项目。在笔者所在的学校，该课程以减速器加工工艺过程为典型案例，分五个项目进行基于工作过程系统化的学习和训练。主要内容为机械加工工艺认知、轴类零件加工工艺制订及加工、箱体加工工艺制订及加工、齿轮加工工艺制订及加工、减速器装配工艺制订及装配，着力培养学生运用金属切削原理与刀具知识、机械制造工艺学一般性知识，进行常规零件的结构分析、工艺方案制订以及产品加工与装配的能力。
三、课程教学模式
我校《机械制造工艺规划与实施》课程组教师，在课程教学过程中突出能力本位，注重学生职业技能的训练，将“教、学、做”有机结合，校企融通实现教学过程与岗位流程对接，学工交替实现从学生到员工的顺利转化，构建了实用有效的“三结合，双对接，一转化”教学模式。
1.教、学、做三结合。课程组教师经过多年的教学实践，积累了丰富的教学经验，建立了“教、学、做三结合”的教学模式。课程采用企业实际项目，还原企业工作场景，选取典型工作任务组织教学。在对教学目标、教学对象进行科学分析的基础上，基于工作过程，校企合作，在一体化教学场所完成教学任务，实现了工艺基础知识认知、专业基本技能训练、实际生产能力强化，使学生的学习与企业实际工作岗位无缝对接，保证在校学习与实际工作的一致性。
2.校企融通实现教学过程与岗位流程双向对接。校企合作，根据普通机械加工、设备使用与维护、工艺规划与实施等职业岗位能力需求和企业实际工作过程，共同开发课程，确定课程目标，实现培养目标与社会需求相通；以行业企业中典型产品“减速器”为载体，以实际生产中真实工作任务“减速器加工工艺过程”为项目，融入行业企业技术标准，按照工艺员职业岗位能力要求进行职业技能训练，实现教学内容与职业标准相融；实行校企人员双向兼职制度，企业技术人员到学校任兼职教师，专业教师到企业顶岗锻炼，实现专业教师与技术专家相融；强调在课程教学中，以教师主导，以学生为主体，按照减速器生产流程组织实施教学任务，培养学生专业技能，使教学过程与岗位流程对接。①选择典型产品载体。课程教学设计选择行业企业生产过程中广泛应用的典型产品——减速器为载体，教学对象与企业生产保持一致，便于开展校企合作，学生学有所用，提高了就业能力。②突出真实工作任务。基于减速器加工工艺过程，提取真实工作任务设计教学情境，细化学习任务，确定课程内容，培养学生相关知识、专业能力、职业素养，确保课程培养目标与岗位能力要求紧密衔接。③强化职业技能训练。企业人员参与开发课程，引入企业岗位标准进行技能训练。教学中，利用企业提供的真实生产任务，在校内外教学场所由现场技术人员和学校专任教师共同按真实工艺进行生产性“学做一体”教学，学生实现“真刀真枪”技能训练，完成学习和生产任务。④渗透专业技术知识。课程以减速器为载体，对减速器加工加工工艺过程进行系统化教学。学生通过学习训练，能够满足相应岗位职业要求，并迅速掌握工作所需的其他技能。
论文摘要：在《机械设计基础》课程设计中采用UG（Unigraphics）软件指导学生进行减速器的结构设计，可以增加学生的学习兴趣，提高学生的空间想象能力。
《机械设计基础》课程是机械类专业一门重要的技术基础课程。课程设计是培养学生机械综合设计能力、创新能力和工程意识的重要环节，是启迪学生的创新思维、开拓学生创新潜能的重要手段，将为以后的专业课程设计和毕业设计奠定基础，在教学计划中具有承上启下的重要作用。我院《机械设计基础》课程设计选用的题目是传动装置中的减速器设计，在以前的课程设计中发现，由于学生空间想象能力不足，往往照葫芦画瓢，导致学生对自己设计的减速器结构似懂非懂，影响了设计质量。笔者结合自己对UG（Unigraphics）软件技术的掌握，对教学中如何提高学生空间思维能力的问题进行了探索。
人们的认识过程建立在实践活动中，从具体到抽象，从感性认识上升到理性认识，在此过程中，如果缺乏与之有关的感性认识作为基础，理解起来很难。《机械设计基础》课程是理论性和实践性都很强的课程，内容比较抽象，减速器结构设计离不开空间想象，离不开对空间形体的分析和表达。根据心理学的观点，空间想象能力是形象思维与抽象思维两种思维活动的分析、综合、加工处理，从而产生新形象的一种综合性能力，主要来源于对空间形体的感性认识。课程设计能培养学生对空间形体的想象能力、分析能力和表达能力。这三种能力彼此关联，相互促进。在教学中从学生的身心发展规律和学生实际出发培养学生空间想象能力的途径有很多，利用UG软件进行多媒体教学是非常有效的方法之一。
UG系统起源于美国麦道飞机公司。多年来，UG系统汇集了美国航空航天与汽车工业的专业经验，发展成为世界一流的综合性的设计、分析和制造一体化的集成系统。可以实现从产品的概念设计、结构设计、虚拟现实到静力学及动力学强度分析，最后由CAM模块实现计算机辅助加工制造，贯穿了产品的开发和制造全过程。UG技术提供的草图功能、曲线曲面建模、基于特征的实体建模、虚拟装配建模、机构运动仿真、分析等技术手段，给机构设计提供了极大的方便。相关技术手段的结合应用不仅能快速构建出相关的机构的抽象模型，也能把这种模型快速地映射于机构的装配模型，还能对机构进行快速的运动分析仿真、运动干涉检查及动力学分析等。
在课程设计之前，为了增强学生的感性认识，最好进行轴系结构测绘和减速器结构装拆实验，因为这两个实验有利于学生进一步掌握机械结构设计知识、了解结构设计的原则，建立轴系组成的基本概念。在课程设计开始时，学生往往不知从何下手，教师首先应该介绍一下设计总体过程。采用课件比较方便，然而也有很大的局限性，因为制作好的软件不宜改动，教学内容的个性与教学过程的适宜性受到了限制，在课堂上不利于发挥教师的主观能动性，不利于最大限度地融入和体现教师的设计思想、教学特色和个人风格。笔者采用UG软件对零件直接进行三维建模和用UG建造好的虚拟模型进行教学，在课堂的动态教学中能够随机应变、按需造型以及修改模型，提高课堂教学质量。采用UG软件建造的虚拟模型比以前采用实物模型来增强学生感性认识要好，因为实物模型由于体积和重量原因会造成携带、拆卸和解剖不便，且操作较为费时。而UG软件创建的三维模型精度高、质感好、形象逼真、色彩丰富，利用UG的局部放大、平移和翻转等工具，能够在屏幕上观察零件复杂形体的外形与内腔、相贯体中相贯线的变化等各个侧面和局部细节特征；可以直观地显现整个零件的结构，装配体中零件之间的连接关系，使教学中的知识难点更加清晰、生动、形象；也可以根据不断变化的教学内容和不同的教学对象的需求，利用UG软件方便地进行教学模型的修改与新建，满足教学中对模型种类及数量的需要，并能显著降低教学成本。
在介绍设计过程时，如果采用机械制图方法将零件的三维实体利用投影法原理将其转化到二维平面图上，再通过二维视图想象出三维形状讲解减速器结构设计，则学生理解这些传统的二维平面图知识需要有丰富的空间想象力。即使用一些轴测图，也只能看到实体的部分表面，不能解决教学中向学生讲解清楚空间几何体的形体问题。
并且学生的认识始终停留在二维图纸上，不能很好地了解结构设计对整机性能的影响以及单个零件与整机之间的关联关系，不清楚自己设计的结构是否合理。笔者在教学中采用UG软件教学，使学生看到零件的设计过程，让学生看到教师在绘图过程中的细节，并且使用UG对减速器各个零件进行装配，使学生比较容易理解。如图（轴上零件周向、径向定位）所示，在讲解对减速器轴上各个零件进行装配时，介绍装配基准，演示如何进行传动件的周向和轴向固定；轴的支承、固定；轴承类型如何选择，应考虑哪些因素，轴承如何装配，间隙如何调整等问题；各零件之间的相互位置关系、零件的布置方案、装拆顺序；图样上的尺寸和公差标注及零件的结构工艺性应注意的问题等等。这样，不仅能在较短时间内给学生提供正确的示范，培养学生的几何构思能力，同时介绍了有关结构工艺知识，培养学生合理的设计思维，有利于学生理解减速器的工作原理、装配关系、各零件的相对位置关系以及各零件的结构特点。这种视觉效果的刺激能增强学生的分析、认识和记忆能力，开拓学生的知识面，活跃课堂气氛，提高学生的学习兴趣，也能充分发挥计算机与教师的双重作用。
轴上零件周向、径向定位图
三维设计是工业发展的趋势，我院机械类专业学生获得UG或PRO/E三维设计技能证书是学生的毕业条件之一，这样的要求有利于提高学生实际工程设计能力，创新意识和就业的竞争能力。因为在课程设计之前，一些学生已经学习了UG或PRO/E软件，在课程设计中应鼓励学生采用三维设计。将三维设计融入课程设计，学生可以利用UG强大的参数化功能和装配功能，完成各零件的设计和装配。由于学生缺乏实际经验，往往要对某些结构不够合理的地方进行多次修改，采用UG软件只需修改零件的某个参数的数值即可完成整体修改。而采用二维设计，结构变动较大时则不得不重新设计并花费很多时间进行绘图。而采用三维设计，整个设计过程符合学生的认知规律，能使学生更加深入地理解设计的内涵，增强学生的设计想象力，启迪学生的思维，引导学生实现探究性学习。三维设计能够使学生直观地看到自己的设计成果，增强学生的成就感。而且学生在完成三维设计后，利用UG的制图转换功能，可将使用实体建模功能创建的零件或装配模型引用到工程图模块中，快速转换为二维的工程图，再进行尺寸标注、注释等等，最终完成课程设计所要求的图纸，从而提高学生的专业制图识图能力，加深学生对三维设计与二维工程图之间关系的理解。
实践表明，用UG软件讲授减速器的结构设计，可以激发学生的观察力、想象力及逻辑联想能力，能够达到“教人以渔，则终身受用无穷”的效果。不过，虽然现代教学技术开阔了学生的视野，提高了学习的趣味性与教学效率，然而教学却具有生成性，对课堂上出现的新问题，教师的板书和分析必不可少。因此，在教学实践中应当将传统教学和现代教学技术有机结合，不断地研究新的教学方法，与时俱进，注意使各种教学手段相互穿插、补充，这样才能提高学生的学习兴趣，增强他们学习的主动性，实现教学效果的最优化。
参考文献：
1概述
由于人们对汽车安全、排放以及舒适度等的要求越来越高,使得汽车电子的应用几乎呈现指数级增长。目前汽车电喷车发动机常用的电子节气门通常是电阻式。由于电阻式的机械连接方式造成节气门开度精度不高,精确定位差,属于有触点形式,长时间磨损容易造成接触不良,寿命短。特别是怠速和加油时节气们开度控制精度控制难度高,引起发动机燃油给油量和动力性不匹配,造成燃油浪费。本课题就是对汽车电子节气门进行创新性的研究,实现汽车电喷系统电子节气门无触点控制。
2总体方案设计
2.1总体方案
无触点电子节气门主要由阀体组件、电机组件、减速齿轮机构组件、节气门位置传感器组件等组成。采用高精度可编程霍尔芯片作为位置传感器角度信号检测单元。
2.2总体方案方基本工作原理
当混车辆发动机启动后,需要加速时,驾驶员操纵电子加速踏板,加速踏板传感器产生相应的电压信号输入节气门ECU单元,ECU单元根据当前的工作模式、踏板移动量和变化率解析驾驶员意图,对输入的信号进行处理,输出相应的节气门转角控制信号,经引线插座直接驱动直流电机旋转,电机带动两极齿轮减速机构,减速齿轮带动阀片轴旋转,使阀片打开一初始角度,使发动机得到一空气引入量。空气随着节气门阀片打开进入汽缸助燃可燃气体燃烧。
阀片轴旋转的同时,同步带动嵌在阀片轴上的旋转磁极,这样,旋转的磁极端面与固定的可编程霍尔芯片由相对应的初始角开始以一定角度旋转,旋转的磁极感应固定的电路板上的可编程霍尔芯片,随着旋转角度的变化,可编程霍尔芯片检测出节气门阀片即时角度,将即时角度相对应的电压信号输入至电喷ECU控制单元,电喷控制单元根据当时获取的发动机工况信息及各种传感器信号,如发动机转速、车速、发动机温度、扭矩、能耗等,结合当时的节气门阀片开度值,由电喷ECU计算出整车所需求的全部扭矩,及时对节气门阀片开度值进行修正,电喷ECU输出最佳的节气门开度位置信号,驱动控制电机使节气门阀片开度形成闭环的位置控制,达到发动机进气量最佳理想状态。
2.3主要技术参数初步确定
2.3.1阀片初始转角
为保证发动机启动初期的怠速状态,节气门阀片必须保持一个初始机械开度。根据电喷发动机怠速转速,节气门阀片初始机械开度一般设定为5度左右。
2.3.2减速比及初始开度
为保正节气门阀片开度精度,由电机输出齿轮带动两极齿轮检速机构,初步设定减速比为:20:1;初始开度:5°。
2.3.3驱动电机
驱动电机额定电压:DC12V;允许最大的电机电流:<10.0A;电机堵转扭矩:min.165mNm;电机持续扭矩:45mNm;工作温度:-40℃-140℃
3部件设计
3.1节气门总成结构(结构图略)
无触点电子节气门采用一体化构思方案,即组件、电机组件、减速齿轮机构组件、节气门位置传感器组件全部在一个阀体总成中,这样的结构在于控制简单、维修方便,体积小、制造成本低。
3.2总体结构说明
电机电极输出对接方式采用一块印制电路板,电路板上设定2个与电机电极对应的电极插座,电极直接通过电路板引致位置传感器引线插座。电机输出齿轮通过两极减速齿轮后带动阀片轴旋转。由于旋转磁极安装在阀片轴端面,所以阀片轴同步带动旋转磁极转动。见总体示意图。
3.3芯片选择
考虑到现代汽车电喷技术的发展需要,对于电子节气门的功能、性能、安全等要求达到了一个相当的高度。所以在本课题的研究中,拟采用双通道可编程霍尔芯片MLX90316。
MLX90316是一种三轴线性霍尔芯片传感器,能够测量水平磁场,这使它能够更容易地测量旋转位置,它采用了平面霍尔传感技术的单片集成传感芯片。传统的平面霍尔技术仅仅可以测量垂直于Ic表面的磁通密度,而Triaxis霍尔技术也可以检测平行于Ic表面的磁通密度。MLX90316可以用来测量与芯片表面共面的磁通密度,可以得到从0度到360度的旋转位置值,通过多种模式输出准确度很高的线性绝对位置信号,并且成本相对便宜。图1是MLX90316内部的结构框图。MLX90316芯片前端是采用Triaxis霍尔技术的传感器。由霍尔传感器得到的二路正交的模拟信号经过放大处理后,经过14位微分型A/D转换器进入芯片微处理器(DSP),再经过16位DSP处理之后的数字信号分3路输出。MLX90316输出具有12位角度分辨率,10位角度精度,并且在一定程度上可以避免温度变化对输出精度的影响。MLX90316具有3种输出:由12位D/A转换为模拟量输出;频率为100Hz一1000Hz的PWM输出。
3.4无触点电子节气门位置传感器基本参数设定
线性输出电压的有效角度范围设置:0--95°;工作电压为5V时,线性输出电压范围:通道A:4.5至0.5V;通道B:0.5至4.5V;角度精度:0.1度;温度范围:-40℃~85℃;工作环境湿度:小于等于95%;输出电流:每个通道≤12mA。
3.5旋转磁极
MLX90316灵敏度较高,选择与之相对应的磁极在200高斯到500高斯范围内。
3.6位置传感器输出特性:为了保证系统可靠性,应用可编程性能,采用双通道反向控制输出,达到由于某一通道出故障时,ECU能及时判断和调整工作模式,达到应急安全行驶目的。
4电子节气门总成制作与试验
通过对无触点电子节气门试制和试验,达到了预期效果,各项指标均达到设计要求,与进口的同类产品相比,体现出突出的优点,比如装配调试简单、维修方便、控制精确等。目前正应用在我公司电喷车辆项目中。
职业教育是民生教育，他的办学、人才培养、教育教学模式具有不同于普通教育的特点。因此，在课程的教学上应该有自己的模式和方法。我们调查了多所职业中专学校，在《机械基础》的教学方法与普通学校教法一样。都是按照教材，围绕单个机械零件为中心，以课堂上讲授为主。由于理论联系实际不够，加之职业学校学生文化理论知识基础较差，对机械零件的感性认识又模糊，造成课堂听不懂，学不会，有厌学情绪。调查中多数职业中专的《机械基础》课的教学进度赶不上，学习效果不佳。《机械基础》是机电工程类各专业的主干课程，学的好与坏，影响后续的专业课学习。职业中专《机械基础》课程的教学目标怎么定位？应当采用什么样的教学法进行教学？为了职业中专能培养出企业需要的应用型、技能型人才，我们对《机械基础》课程的教学目标和教学模式进行了探索。我们认为：实现《机械基础》课的教学目标，最适合采用项目教学法进行教学。
1 《机械基础》课程的教学目标
《机械基础》是本专业的主干课程。本课程前面开设了机械制图、金属工艺学、极限配合与技术测量、工程力学等课程，学生在学习本课程之前，具有一定的机械制造的感性认识和实践技能。本课程讲叙中，应当联系机械制图、金属工艺学、极限配合与技术测量、工程力学等课程的的有关内容，进一步掌握、提高这些课程理论与技能。通过《机械基础》课程学习，学生掌握机械的原理、机械零件的分类、结构、用途、几何尺寸计算、材料选择、强度条件的理论知识，学会根据机械设备对零件的具体技术要求，能完成各类机械零件的合理选择。学生基本掌握正确分析、使用和维护机械零件的基本知识、基本理论、基本技能，初步具备运用机械零件设计手册、技术规范、技术标准，正确选择机械零件的能力。为学习及参与技术改造打好必要的基础。本课程的教学还应为今后学生继续学习“金属切削机床”、“机械制造工艺学”、“切削原理与刀具”、“机床夹具设计”等专业课打下知识的基础。职业中专《机械基础》课程的教学达到三个目标：
1.1知识目标
（1）掌握一般机械中标准件、常用件、传动件、常用机构的结构、工作原理、受力分析、材料的选用、安全系数的选择。（2）具有对机械零件和机构的图样表达方法的识别，使用国家标准和技术规范选择机械零件的能力。3、能运用所学知识和技能，把简单零件组装成机械装备的能力。
1.2职业技能目标
（1）掌握《机械基础》课程学习的方法，培养善于观察机械、发现、解决实际问题的能力。（2）培养学生严肃认真、一丝不苟的工作作风。
1.3素质目标
（1）通过了解机械的变化进步，增强学生的竞争意识，增强学生的审美情趣。（2）在以实际操作为主的项目教学过程中，锻炼学生的动手能力和团队合作精神。
2 职业中专《机械基础》课程的项目教学法初探
2.1《机械基础》课程选择项目的指导原则
（1）《机械基础》课程选择的项目涵盖课程讲述的各种机械零件的内容，有利于学生在使用机械零件的过程中加深认识。（2）项目应围绕机械中用到的机械零件的知识，贯彻少而精的原则，讲深、讲透，让学生真正学到手。（3）项目选择要难度适中，项目中所用机械零件、部件都应标准化，通用化、系列化，减少学生安装机构时的麻烦。
2.2《机械基础》课程共选七个教学项目
（1）认识机械教学项目。
讲授内容：绪论，认识机器、机构、构件、零件、运动付。
实践内容：到机械零件与机械传动展示柜现场参观。讨论，对照实物回答问题。
（2）圆柱齿轮减速器教学项目。
讲授内容：①齿轮传动的类型及特点，渐开线形成，齿轮参数，失效形式任务。②蜗杆传动的类型、特点、参数和尺寸任务。③键、销用途，分类，标准和尺寸项目。④轴用途，分类，尺寸，强度计算项目。⑤轴承用途，分类，代号，尺寸，标准，强度计算项目。⑥联轴器、离合器、制动器用途，分类，标准，强度计算项目。⑦轮系应用及分类，传动比计算项目。
实践内容：应用齿轮、轴、键、销、轴承、轴承盖、油封、齿箱体、齿箱盖、窥油窗、油标、油堵等采用能包括课程大部分内容的部件，如减速器或简单机械传动装置，安装一台单级国柱齿轮减速器。通过安装学会选择减速器的结构方案，计算功率选择电动机；确定总传动比和分配各级传动比；计算各轴的转速、转矩和功率；进行箱体及附件的结构设计，应包括窥视窗、油标、排油孔及其螺塞、起吊装置等。
（3）皮带运输机项目。
讲授内容：①带传动类型，特点及应用项目。②链传动类型，特点及应用项目。
实践内容：根据给的三角皮带轮、三角皮带、平皮带、链轮、链条、轴、托轮、轴承、键、销、传送带架，安装一台皮带运输机
（4）螺旋千斤顶项目。
讲授内容：螺纹、螺旋种类，几何参数，标准代号，标注方法项目。
实践内容：根据给的丝杠、螺钉、轴、键、销、顶快头、千斤顶座，扳杠，安装一台螺旋千斤顶。
（5）缝纫机踏板机构项目。
讲授内容：平面机构运动简图，自由度，组成，形式判断项目。
实践内容：根据给的缝纫机机架、踏板、曲柄、摇杆、装配缝纫机踏板机构
（6）汽车发电机气门推杆机构。
讲授内容：凸轮机构类型，应用，从动件运动规律项目。
实践内容：根据给的四缸汽车发电机缸体，气门推杆，弹簧、桃形轴，齿轮、轴承，安装四缸汽车发电机气门推杆控制机构。
（7）教学项目液压传动系统的组装项目
讲授内容：液压传动系统原理，组成。元件，回路项目。
实践内容：根据给的液压传动系统的节流阀，液压传动系统的换向阀，溢流阀，双出杆油缸，油箱，油管，滤清器、单向定量泵，压力表，组装一套液压传动系统。
2.3用项目教学引领《机械基础》课程的教学
职业教育教学的方法很多：项目教学法、五步教学法、教学做一体化、卡片教学法、案例教学法、头脑风暴教学法、角色扮演法、帽子教学法、主持人教学法、场景教学法等。职业教育的教学手段也有很多种：讲课、实验、挂图、多媒体、现场实习、课程设计等。运用教学方法和教学手段的目的是为了找到一种适合本学校校情、学情，能充分调动师、生的积极性，扩大教学效果。德国在机电职业教育中最典型的教学方法是：师生围绕具体操作项目，运用“五步教学法”教学。我校在《机械基础》教学中也采取以项目为主线、教师为主导、学生为主体的五步教学法。学生在学完一个机械项目中所用的机械零件内容以后，再亲自动手去安装该零件可以组装的机械设备项目，实现理论与实践的结合。既可以加深对理论的理解、深化，又提高了动手能力。贯彻“五步教学法”的步骤是：第一步教师示范；第二步学生制定安装计划；第三步学生实施计划；第四步学生成果展示，第五步老师作总结评比。这种方法在进行机械基础知识的教育中，还能培养学生的动手能力、创新思维；师、生在机械安装教学项目的互动中，实现《机械基础》的教学目标。
结合相关课程，对“互换性与测量技术”开设基于三坐标测量机的综合性实验进行研究。实验有丰富创新的实验内容、完整规范的操作步骤、简单明确的参数设置及必要的数据记录，并对实验课程的实施和考核细节展开分析，形成行之有效的教学模式。实践证明教学效果良好，有利于巩固学生测量理论知识，同时为相关课程的实验教学改革提供借鉴。
关键词:
互换性与测量技术;三坐标测量机;综合实验
综合性实验教学改革与创新是实验教学研究的热点［1－3］。作为机械类、近机类各专业必修的一门技术基础课程，“互换性与测量技术”传统实验教学大都基于一些常规的实验仪器，设备精度较差、操作过程繁琐且实验内容偏重对理论知识的验证，缺少综合性、创新性实验。随着制造业的快速发展，越来越多的零件日趋精密复杂，精度也越来越高，一些新型快捷的高精密测量设备(如三坐标测量机、影像测量仪等)被广泛应用到企业生产中［4］。探讨如何在实验中引入高新设备以改进教学方式的做法已成为当今实验教学改革的一种重要途径［5］。本文基于我校部级车辆实验中心所属精密测量实验室，改革实验教学，开设综合性实验，将三坐标测量机真正应用于现代测量技术的实验教学环节。
1实验设计
综合性实验是指实验内容涉及一门课程多方面知识或多门课程知识的实验，能够培养实验者的综合思维方法和创新能力［6］。针对“互换性与测量技术”实验课程，本文在实验内容设置上参考其他院校开设CMM实验的经验［7－10］，结合同一学期的“二级齿轮减速器课程设计”、“机械设计”及“机械制造技术”等课程内容，由浅入深地设计了基于三坐标测量机的综合性实验—减速器零部件实物测量分析，如“减速器箱体测量分析实验”、“判断减速器轴类零件是否合格实验”等。实验旨在让学生综合运用有关尺寸设计、加工及测量等方面知识，根据课程设计图纸要求完成减速器零部件的尺寸、公差等全面测量，领会各种公差的定义及作用，判断图纸所选取技术参数或公差等级的合理性，掌握形位公差的标注必须建立在了解零件工作原理的基础上，是对实验技能和相关知识的全面训练和综合应用。下面以二级圆柱齿轮减速器低速轴的三坐标测量分析实验为例。实验设备采用德国蔡司公司生产的ConturaG3RDS9168三坐标测量机，其测量范围为900*1600*800mm，测量精度为1．8μm。
2实验步骤
测量前首先选择合适的探针并校准，然后完成工件的有效装夹，通过IGES接口将工件的CAD数模导入测量软件Calypso，利用软件脱机编程完成基本坐标系的建立、安全平面的确定、测量元素的定义及评定、模拟测量等，最后联机对实际工件进行手动找正，自动完成测量，输出测量报告并进行分析。
2．1探针校准
由于测量时系统记录的是探针球心坐标，而不是工件接触点的实际坐标，因此必须对测量使用的探针进行校准，从而获得探针的有效半径补偿值，其原理是从各个不同方向分别测量固定在工作台上已校准的标准球，系统按测量坐标值计算出各个探针方向的实际球径和相互位置关系，存储这些数据作为实际测量时的误差补偿值［11］。实验中利用蔡司RDS旋转测头座的CAA功能，即旋转步距角为2．5°且只需简单标定便可实现20736个空间位置的自如使用，校准步骤如下:(1)将主探针和参考球正确地安装在三坐标测量机的主轴和台面上，适当移动探针确保所有位置都能校准到，检查清洁探针和参考球表面;(2)选择正确的参考球转角和斜角，在A0B0角度位置进行主探针RDS－CAA校准，完成后确保主探针的形状偏差S值小于3μm，否则需查找原因并重新校准;(3)卸下主探针，根据工件形状特点安装合适的工作探针，选择RDS模式，由软件校准程序在标准球上自动完成，得到相对主探针XYZ位置值、探针半径R值、形状偏差S等，同样注意S值，否则需重新校准，由此完成工作探针的选择与校准。
2．2工件装夹
精确的测量来源于精密的测量仪器、正确的测量方法，更离不开可靠的装夹方式［12］。实验利用配套的蔡司CARFITCMB－E通用柔性夹具，通过三明治底板、弹性压板、支撑柱、定位销、万向接头等部件的简单组合快速地实现减速器零件的装夹。首先根据减速器轴外部形状，使用具体型号的夹具把工件支撑在三明治底板上，然后再根据工件的侧面特征，选择紧固型夹具，使其在底板上固定且不动摇。由于安装板的每个孔及夹具组件都有独一编号，因此实验中的装夹方案可通过记录这些代号，不同批次的学生只需按记录把相应夹具组件安装在三明治底板上，夹上工件，实现快速装夹及拆卸。
2．3脱机编程
实验测量程序的编写利用Calypso软件的脱机编程功能，这种方式的优点在于只需导入工件的CAD数模即可编程，不必等到装夹成功后，因此实验装夹与编程可以分小组并行进行从而大大提高测量效率，另一方面在于脱机程序编写完成后，可以直接调用软件的“模拟”测量模块进行验证，找出程序运行中可能出现的错误测量路径和测量点，将实际测量中可能出现的撞针等问题降到最低，最大程度地保证测量的安全。实验脱机编程的第一步是在Calypso软件中将三坐标测量机设置为脱机模式，然后通过IGES接口将减速器低速轴的CAD数模导入测量软件中。第二步是建立工件的基本坐标系。本着测量基准与设计基准保持重合的原则，实验中基本坐标系的建立运用典型的“3－2－1法”即校正平面、确定轴线、设置原点，利用软件的坐标系功能模块，首先选择轴的端面圆测量三点或三点以上作为校准基准面，确定Z轴正向，然后测量键槽长度方向两点建立基准轴，确定Y轴，最后指定端面圆心作为计算坐标原点。为防止实际测量中探针与待测工件发生意外碰撞，下一步应设置安全平面。实验根据已导入的工件CAD数模，点击“从CAD模型获得安全平面”，输入合适边界距离，便可在待测工件自动构建一个长方体以保证探针旋转安全性。根据实验任务，需要对轴完成圆柱、键槽等元素的尺寸，轮廓度、圆柱度等形状公差以及对称度、同轴度等位置公差的脱机测量程序编写。如键槽的对称度测量，根据定义应从3个方面设定:(1)基准平面的采集与设定;(2)被测平面的采集与设定;(3)基准平面与被测平面之间的位置关系评价。由于平面的测量至少需3个点，因此分别点击键槽表面所要采点位置，此时模型会显示采点的位置及其矢量方向，并自动构建为平面元素，然后对平面的测量策略及评定如探针速度、采点方式以及滤波粗差等进行更详细的设置。通过在CAD数模上依次设置待测特征，生成完整测量路径后，在脱机状态下模拟测量过程从而查看是否会发生碰撞，如有碰撞则需调整测量设置或路径直至没有碰撞发生。
2．4报告输出
脱机编程完成后，即可通过联机测量自动生成完整的测量报告，从报告中可直观地得到测量实际值、公差与理论值的偏差、超差等详细信息，据此与图纸中的技术要求进行对比分析，以验证零件是否符合设计、加工工艺要求或者公差选取是否合理等。
3实验的组织及考核方式
由于三坐标测量机属于大型贵重仪器，实验教学的开展面临学生人数多、仪器台套数少、课时紧张等诸多问题，因此实验利用学生的课余时间，采取网上预约的全开放教学模式，通过学校实验教学管理系统，采用学生自主学习为主、指导教师启发为辅的教学方法和手段。实验以5～6人为一个项目组，实验前首先在网站上选择不同难度等级的任务书(如测量参数的个数、难易程度等)，进行资料查阅、方案构思等，然后安排两组同时进入实验室，第一组做实验的同时，第二组观摩学习，第一组完成实验后，第二组就可以无缝进入。为了避免学生初次操作用力不当而损坏探针，在机房安装脱机测量软件，只需简单配置操作手柄完成编程和模拟测量，待练习成熟后再分组操作，事先让学生在木板、塑料或铝等软性材料上练习，操作熟练后再进行实体测量，大大提高了设备的利用率和实验效果。实验实施以“学习成果”为导向的分组考核模式，重点考核实验项目组的团队“学习成果”和协作精神。首先根据该组的“学习成果”(如实验测量分析报告等)确定该组的基本成绩等级，然后乘以该次实验的难度系数得到该组的考核结果，最后根据该组的上机操作情况，确定组员个体的学习成绩。例如，某组实验任务由5人组成，该组成绩等级确认为A，实验难度系数1．2，则该组考核结果为1．2*A，计为A+，则大部分组员个体成绩应被确定为A+或A，最差成绩应不低于B。
4结语
实践证明，在“互换性与测量技术”课程中开展基于减速器零部件的三坐标测量综合实验，不但使学生对高精度、高效率的现代测量技术和手段在实际工程中的应用有了从理论到实践的全新认识，加深了课程设计中相关基准、尺寸和公差等选取原则的理解，而且为后续“机械制造工艺”等课程打下基础，对提高学生的工程实践能力及创新意识起到积极作用。
作者：林祖胜 兰靛靛 柯晓龙 廖文海 龙海飞 单位：厦门理工学院部级车辆工程实验教学示范中心
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