关键词：钢板弹簧；鞍点逼近；可靠性设计
中图分类号：U260.331+.4 文献标识码：A
1前言
鞍点逼近是做渐近分析的一个非常有用的工具，最早起源于复变函数，由Daniels于1954年首先提出的。它的一个很大的特点就是在小样本情况下，逼近效果依然很精确。鞍点逼近理论的重要性已体现在经济统计学中的各个方面。本文将鞍点逼近理论应用在机械零部件可靠性分析当中。
可靠性是机械产品使用过程中质量指标的重要反映，其显著特点是与产品的设计、制造和使用各个阶段密切相关。可靠性分析的准确性和效率性影响着机械产品的质量问题，而机械产品是由零部件组成，所以，为了提高机械产品的可靠性，首先必须提高零部件的可靠性。往往由于一个关键性零部件的可靠性不好，以致整个机构在短时间的运行中失效，从而造成故障与事故。本文应用鞍点逼近技术对单片钢板弹簧进行了可靠性分析，在基本随机变量概率分布已知的情况下，可以迅速、准确地得到随机响应的概率密度函数和累积分布函数，发展了机械零部件可靠性分析理论。
2机械零件可靠性设计的鞍点逼近法
Y=g(X)概率密度函数(PDF)可以由下式表示
(1)
式中y表示的是随机变量Y的取值，K''是Y=g(X)的累积母函数的二阶导数，ts是鞍点，可以通过下式求得
(2)
式中K'表示的是Y=g(X)累积母函数的一阶导数。根据Lugannani和Rice[16]逼近样本均值尾概率的分布的鞍点逼近公式计算结构响应的的分布函数为
(3)
式中，()和φ()分别表示标准正态分布函数的累积分布函数的CDF和概率密度函数PDF。
3单片钢板弹簧的可靠性分析
单片钢板弹簧是由若干片不等长的合金弹簧钢板组合而构成的一根近似的等强度弹性梁。当弹簧钢板纵向布置在汽车上时，起到弹性元件和导向机构的作用，传递各种力和力矩，并且可利用片间的摩擦起减振作用。
一 钢板弹簧的力学模型
单片式钢板弹簧指的是由一片纵向变断面弹性梁组成的钢板弹簧，单片钢板弹簧的工作应力为
(4)
式中P为载荷，b为板簧的宽度、h为板簧的厚度、l为板簧的跨距。
根据应力-强度干涉理论，以应力极限状态表示的状态方程为
(5)
式中r为钢板弹簧的材料强度，基本随机变量X=(r, P, l, b, h)T。这里基本随机变量向量X的均值E(X)和方差Var(X)是已知的，并且可以认为这些随机变量是服从正态分布的相互独立的随机变量。
某一单片钢板弹簧，材料为AISI4340，几何尺寸为(μb，σb)= (50.8，0.889)mm，(μl，σl)= (762，1.905)mm，(μh，σh)= (20，0.3)mm，载荷为(μP，σP)= (8000，160)N，材料强度(μr，σr)= (585.8，28.3)MPa，利用本文提出的鞍点逼近法分析单片钢板弹簧的可靠性。
分析结果如下
图1功能函数的概率密度函数比较曲线图2功能函数的分布函数比较曲线
Fig.1 Comparison for PDF of g(X)Fig.2 Comparison for CDF o of g(X)
关键词：运输车 运行规律 选择原则 动态配置
中图分类号：U416 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）006-017-02
1 前言
随着我国高速公路车辆的不断增多，对高速公路的路面质量要求越来越高。高质量的路面不仅会增加施工成本，而且会使施工企业利润降低。因此，对于施工单位来说，寻找在保证路面质量条件下，确定合理的施工方案以达到降低施工成本的目标显得尤为重要。施工成本主要由：路面材料费和机械台班费两部分。在施工方案制订后，路面材料费基本是不改变的，能改变的只有机械台班费。一般说来，在进行机械设备配置时，施工机械的数量和型号在确定之后其费用是基本不变的，能变化的只有运输车的吨位和数量，而运输车的吨位通常是确定好的，变化的只有运输车数量，所以要达到节约成本的目的，就要严格动态地配置运输车的数量。实践表明，通过动态调配运输车数量，不仅能够有效的提高施工效率，而且能够达到降低施工成本的目的。
2 高等级高速公路沥青混凝土路面施工特点
高等级公路在施工前应铺筑试验段，铺筑试验段是不可缺少的步骤，应该成为一种制度。根据沥青路面各种施工机械相匹配的原则，确定合理的施工机械组成路面机械化施工系统，该系统主要施工机械：沥青混凝土拌合设备（以下简称搅拌设备）、运输车、转运车、摊铺机和压路机等设备组成。在施工过程中，通过优化配置以上施工机械达到节约成本，保证施工质量的目的。具体是：首先根据施工方案选定合适的主导机械—搅拌设备，其次在确保主导机械生产率最大的原则条件下，选定与之匹配的转运车、摊铺机、压路机。通过电子通讯设备智能化控制各施工机械，采集各机种的状态信息和参数通过电子通讯设备送到计算机监控中心，然后计算机通过分析所采集到的信息，提出控制意见，指导它们的工作或进行一些参数的调整，合理地为路面机械施工系统组配运输车数量，降低施工生产成本。
3 运输车运行规律
在运输车工作过程中，运输车从搅拌设备处装料到摊铺处之间运距一般较长，故认为到达搅拌设备处的运输车的概率是相互独立且不相关，也就是说，在同一时刻有且只有一辆运输车到达搅拌设备处。
设某一段时间t内，把其分成n段，那么，t=t/n，运输车在单位时间内到达的概率为 ，则运输车在t时间内到达的可能性为p= t。
由于运输车到达搅拌设备过程可看作是在n个t内做n次独立试验，所以，在n个t内有k辆运输车到达搅拌设备处的概率为：
（1）
特别当n∞时有
（2）
由概率统计可知，运输车到达搅拌设备的概率服从泊松分布，即
（3）
其中：k=0，1，2，…N，N为系统中总的运输车数量（台）
同理分析可知，运输车离开搅拌设备的概率同样也应服从泊松分布。运输车在搅拌设备处装料的时间应服从指数分布，运输车到达转运车处的概率服从泊松分布，运输车卸料的时间服从指数分布。
4 基于排队论运输车选型原则
4.1 排队论基本知识
排队论反映各拥挤现象的排队系统的概率规律性，目前应用排队理论在运输车数量动态调配中应用较少，下面具体探讨利用排队理论来解决运输车数量配置最优化问题。
（1）排队系统。
下面是本文研究的模型：多服务台负指数分布排队系统。在该系统中，统称“顾客”为需要得到服务的对象，“服务员”为提供服务的服务者，排队系统的种类虽然繁多，但基本都可以描述为：顾客到达服务台接受服务，当服务台没有及时提供服务给顾客，顾客排队等待服务，直到得到服务后才离开服务台。
（2）排队系统的常用表示方法和符号。
排队论的表示方法：A/C/C/D/E/F
式中：A—顾客先后到达时间间隔的分布（如M表示A服从负指数分布）；
B—服务台服务时间的分布（如M表示B服从负指数分布）；
C—同时服务的服务台数目；
D—排队系统的最大容量；
E—总体的顾客数量；
F—排队规则（如FCFS即是先到先服务规则）。
（3）常用的符号。
u—单位时间内服务完的顾客数；
Pn（t）—在t的时间内能够到达n个顾客的概率；
P0（t）—在t的时间内没有顾客到达的概率。
4.2 运输车数量动态调配
一个大的工程，通常不同路段同时开工，这时一个搅拌设备，将不能满足工作需要，本文采取多个搅拌设备同时工作，各个搅拌设备之间无相互协作关系。因此可以将运输车和搅拌设备组成的系统看成为顾客源有限的排队系统，即随即服务系统。由前面运输车运行规律知：搅拌设备和摊铺机对单台运输车服务的时间服从负指数分布，运输车到达概率服从泊松分布，设搅拌设备的台数为C，多服务台负指数分布排队系统——M/M/C/∞/∞/FCFS。
由排队理论得，搅拌设备的空闲率
（4）
每吨材料的机械成本费
（5）
式中：CQ—除运输车费用以外，设备的总台班费；
CL—运输车台班费；
QB—搅拌设备生产率；
T—搅拌机每天工作时间；
N—运输车数量。
通过以上公式可以求得每吨材料的最小机械成本费Cx，和此时运输车数量N。设备的空闲率、成本最小时每吨材料的机械成本费Cx和运输车数量N可以通过编写C语言程序求出。求出的运输车数量N，虽然可以很好地保证整个施工系统正常运转，但为了防止施工过程中受到一些不可预测因素影响，使运输车数量不能够满足实际施工的需求。一般在设定运输车的数量时应有一定的余量，通常是根据实际施工工况确定闲置的运输车数量（一般为3台）。因此，在施工过程中一般配置N+3台运输车。在此时确定的运输车台数下，计算出每吨材料最小机械成本费Cx。
5 总结
本文通过对运输车运行规律分析，以及传统运输车数量静态配置的不足，利用排队理论的多服务台负指数分布排队系统，对大工程同时施工的运输车数量进行动态配置，并且采用排队系统最优化理论，对所设模型，求得最优解，得到了最佳组合配置，达到了即实现节约机械成本的目的，又避免以前经验的盲目性，使整个施工系统能够稳定地工作，提高沥青路面的施工质量。
参考文献：
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[关键词] 机械工程控制基础；控制论；思维方式；教学方法
[中图分类号] G642.421 [文献标识码] A [文章编号] 1005-4634（2013）01-0055-03
0 引言
“机械工程控制基础”是20世纪80年代初兴起的一套控制理论，是经典控制理论在机械工程领域中的应用，现在已经发展成为机械工程专业的一门专业基础必修课。在这门课程的教学之初，注重的是理论教学，强调课程体系的系统性和逻辑性，教学形式是以课堂授课为主，教学内容以介绍基本概念和基本原理为主，这使学生初步领悟到控制论的深奥，也领会到控制论的缜密性、逻辑性和系统性[1，2]。但是，由于学生的数理基础和机械工程专业背景有限，普遍感觉课程内容抽象，而且理论性太强，在有限的时间内让学生接受这些理论和方法，往往感觉力不从心[3-5]。在教学过程中不断探索、不断积累经验，逐渐体会到在“机械工程控制基础”这门课程的教学过程中，首先要培养学生的逻辑思维方式，通过生活实例和典型工程案例巧妙地将课程的基本理论与工程实践有机地结合起来，将抽象的内容具体化，将无形的理论有形化，将缜密的证明过程简单化，激发学生的学习兴趣，培养学生运用控制论的思维方式解决机械工程领域的实践问题，使该课程逐渐成为广受学生欢迎的实用性较强的一门专业基础课程。
1 “机械工程控制基础”课程特点
随着控制技术在机械行业中的广泛应用，掌握“机械工程控制基础”的基本概念、基本原理和基本方法已成为机械工程专业学生进行机电液产品设计、制造、生产管理必备的基本知识和基本技能。该课程的主要内容包括：系统的数学建模、时域性能分析、频域性能分析、稳定性分析、性能校正及其控制系统设计。“机械工程控制基础”课程具有理论性强、系统性强、逻辑性强的特点，导致学生普遍感觉这门课程学习难、作业难、实践难。要学好这门课程，对学生提出三个基本要求：较好的数理功底、一定的工程背景、较强的逻辑分析能力。尤其是机械工程专业的学生，前期学习了机械制图、机械原理、机械设计等课程，初步培养了学生的形象思维方式，现在如何从让机器动起来的形象思维方式成功转型到只用数学公式表达机器运动的抽象思维方式，然后再将抽象的内容具体化、实践化、工程化，教学过程中应在以下6个方面下功夫[6]。
2 “机械工程控制基础”教学方法探索
2.1 给学生一个控制论的大概念，引导学生以最 快速度掌握控制论的学习方法和思维方式
在第一堂课上，首先向学生介绍控制论的产生、发展以及在机械工程中的应用，让学生对这门课程有一个整体概念，看到的是控制论这片森林，“机械工程控制基础”课程就是这片森林中的一片小树林。强调控制论是一种方法论，是研究广义系统在一定外界条件下的动态历程，是适用于发展变化的任何事物，包括自然、社会、经济、工程领域发展变化着的事物。然后，再介绍控制论在其他领域中的应用。以我国的人口发展为例，介绍计划生育政策在人口发展过程中的作用。在无计划的情况下，人口是爆炸式增长；在有计划的情况下，人口是以最低的增长速度发展，计划生育政策就是控制策略，充当了一个控制器的作用，控制着整个人口发展的这样一个动态历程。再以我国的经济发展为例，分析我国在改革开放前后经济发生的翻天覆地的变化，也是由于国家方针政策的作用。人口发展和经济发展都可以用数学公式来描述，这就是人口发展和经济发展的数学模型，然后用控制论来分析系统的发展和变化规律，最后制定国家的方针政策来调整人口和经济发展的变化趋势，进行人为的控制，从而达到了预期的目标。在人口发展和经济发展过程中，包含着系统的数学建模、性能分析、性能校正，这就是一个完整的控制过程。用这两个实例使学生初步了解控制论这个大概念，引导学生登高望远，以最快的速度掌握控制论的学习方法和思维方式，激起了学生的学习兴趣，提高了学生对这门课程的重视程度，同时使学生体会到控制论在事物发展过程中的神奇作用和力量。
2.2 介绍“系统”这个概念，让学生明确这门课 程的研究对象
“机械工程控制基础”是由系统数学建模、时域性能分析、频域性能分析、性能校正等主要章节组成，每一章节都包括多个知识点，这些知识点构成了一套完整的理论体系。学生如果只是掌握了这些孤立的知识点，很难将这些知识有机结合起来，形成控制论的整体概念，所以首先应该向学生介绍“系统”这个概念。从上面人口发展实例中让学生得知人口组成就是一个系统，再如，在日常生活中经常使用的抽水马桶就是一个控制系统，是由水箱、杠杆、浮子、进水管和出水管组成，通过浮力与弹力平衡原理控制水箱内的水面高度。通过实例让学生认识控制系统的组成、工作原理，分析控制系统的动态特性，绘制控制系统结构方框图等，培养学生的抽象概括能力和逻辑思维能力。最后引入系统的概念，系统是一个由相互联系、相互作用的若干部分构成的，并且是有一定的目的或运动规律的整体。这就是这门课程的研究对象，在以后各章节学习系统数学建模、性能分析、性能校正等知识点，最后利用这些知识点对系统进行综合设计和性能评价，引导学生以“系统”的观点认识、分析、解决机械工程领域的问题。
2.3 基于所学理论培养学生的逻辑分析能力
“机械工程控制基础”是应用数学手段，基于物理学、电工电子学、力学、机械原理等知识建立系统数学模型，将机电液系统抽象为数学模型的形式，进行性能分析和设计计算。因此，要求本专业的学生具有良好的数学、物理、力学、电学、机械学的基础，有一定的机械工程方面的专业知识，而且具备多学科的知识积累。要想学好这门课程，学生首先要有一定的数学基础，掌握复数、复变函数、拉氏正逆变换、傅氏正逆变换的基本概念和基本运算定理。如果学生之前没有学习工程数学，这里需要有针对性地补充与本课程直接相关的知识，尽量做到教会学生怎样应用定义、定理，而不是定理的证明过程。有些涉及到物理学、电工电子学、力学知识，学生们虽然学过相关课程，但是时间一长就印象不深刻，因此，在每次课程结束之前把下次课程会用到的有关知识点给学生一一列出，让学生课后提前复习已学过的基础知识，在下次课堂上只需对要用到的基础知识作些简单的提示或回顾，在旧知识与新知识之间架起一座桥梁，新旧知识有效衔接，达到事半功倍的效果。例如在系统建模这章中，用到“牛顿第三运动定理”、“基尔霍夫定律”等知识，在系统时域性能分析这章中用到一阶微分方程和二阶微分方程的求解知识。这时老师要及时提醒学生，或者点到为止地重复这部分内容，这样学生在建立数学模型时就会很清楚地知道这些数学模型是建立在哪些理论基础之上，并且知道如何应用原来学过的定理或定律去分析问题、解决问题，构建一个完备的知识框架，也能够从中体会到原来各门学科之间是相互联系、相互衔接的，只有融会才能贯通，学生自然逻辑清晰，分析能力自然提高。
2.4 将抽象的内容具体化、实践化、工程化
控制理论中大部分定义、理论和方法都是比较抽象的，在教学过程中如果仅限于理论的介绍和论述，学生不仅会感觉空洞乏味，而且有无本之木、无源之水的感觉。如果教师能够结合一些具体而又形象的例子会产生事半功倍的效果。例如在系统的稳定性这一章中，系统的稳定性是这样描述的：“系统稳定性是指系统在初始状态，或者是输入引起的初始状态的影响下，由它所引起的系统的时间响应随时间推移，逐渐衰减并趋向于零”；系统不稳定性的定义是“系统在初始状态的影响下，由它所引起的系统的时间响应随时间推移而发散”，教师要花很多时间解释概念的内涵和外延，可是学生还没有直观形象的感觉。每当讲到系统稳定性和不稳定性定义的时候，笔者就列举两个实例，一个是倒立摆试验台，一个是起重机的起升机构的末端部分——钢丝绳、吊钩和货物组成的正摆机构。倒立摆源于火箭发射瞬间的状态，是一种不稳定的系统通过稳定控制手段，使其稳定倒立的一个典型教学实例；而起重机货物摆动是在受到外界干扰作用下在铅垂方向附近摆动，最终在空气阻力作用下恢复到铅垂方向，这个铅垂向下的方向就是它的平衡位置；而倒立摆的平衡位置是铅垂向上的位置，在外界干扰作用下离开平衡位置，如果无外力作用再也无法恢复到它的平衡位置。通过这两个工程实例形象直观地介绍了系统稳定性与不稳定性这两个抽象的概念，不需要太多的解释。
2.5 从生活实例中发现问题、分析问题，培养学 生的洞察力
减少抽象模型例题，增加生活实例和机械工程典型案例，同时把机械领域的前沿课题以及研究结果作为实例引入到教材之中。例如在讲解时域性能分析这章中的二阶振荡环节的时域响应这部分内容时，涉及到振动频率、系统激励、系统响应、响应幅值的概念，将货郎担振动现象作为典型实例。货郎行走就是系统激励，货郎担的上下振动就是系统响应，振动的大小就是振动幅值。不同材质、不同尺寸、不同截面形状的货郎担振动的频率不同，如果货郎行走的频率与货郎担的频率一致，这样就发生共振，货物按照货郎行走的频率，在随着货郎向前运动的同时，做上下振动，这样货郎挑着货物就省力，这也是人们不把货郎担做得太硬，而是有一定弹性的原因。例如在二阶欠阻尼系统中介绍无阻尼固有频率、有阻尼固有频率和阻尼系数等概念时，列举行驶在马路上的汽车发生上下颠簸的现象。汽车底盘下都有减振弹簧和阻尼器，目的是为了降低由于路面起伏引起的车体上下振动问题。汽车的质量是 ，减振弹簧刚度为 ，阻尼器阻尼系数是，则系统固有频率，阻尼比，有阻尼固有频率 。如果弹簧太硬、阻尼系数太小起不到减振的作用；如果弹簧太软、阻尼系数太小消振太慢，路面没有起伏的情况下，车体还在振动。因此，如何设计、计算汽车的减振弹簧和阻尼器参数，使汽车有合理的振动频率和阻尼比，得到缓冲减振的效果，同时，还要避免汽车振动频率与路面起伏频率相一致的情况。介绍从具体生活实例或工程实例到各个环节模型，最后到数学模型的过程，培养了学生从具体实例到数学模型的建模能力。
2.6 培养学生用控制论的思维方式解决机械工程 实践问题
要实现机器运动可以通过机构驱动的方式，也可以通过控制手段，还可以通过机构与控制系统相结合的方式。不同的机器具有不同的固有特性，只有在掌握了其动力学特性的基础上，才能确定驱动方案，其中必有一种方案是最佳的。学生在机械原理课程中学习了各种机构，掌握了机构的运动规律。而本课程教会学生除了应用机构驱动机器，还可以应用控制手段实现机器更加复杂的运动，让学生了解如何将经典控制论应用于机械工程实践中，根据“时域性能分析和频域性能分析”的知识分析系统的动态性能，根据“系统性能校正”的知识设计控制系统，改变系统的运动特性，达到期望的运动目的。
3 结束语
以上是笔者多年从事“机械工程控制基础”课程教学过程中遇到的问题，以及应对问题的解决方法。在这门课程的教与学实践中还有很长的路要走，仍需要不断实践、不断探索。
参考文献
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[关键词]教学方法；功能设计；实践能力；工程素养
[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2017）01-0058-03
机械制图既具有系统的理论性，又有较强的实践性，因此，学生实际的绘图设计表达能力的提高是建立在对机械零部件结构功能的理解和大量结构设计绘图表达实践性训练的基础之上的。但传统的教学内容体系和课堂教学方法未能将理论教学和实践训练融为一体，未能将对零部件结构功能的理解与图形表达密切结合。虽然经过一系列课程改革和教学创新，但其对于这一长期存在的问题，并无多少改进作用。对于学习内容，学生机械记忆的多，真正理解灵活掌握的少，对基于功能设计的结构理解和正确表达仍是不易逾越的坎，实践性训练教学仍然是课堂教学的薄弱环节，以至于机械类学生在毕业设计中仍存在无法正确表达设计意图的现象等，教学中存在诸多亟待解决的问题。
一、课程教学存在什么样的问题
（一）图形表达与功能设计完全割离的教学内容体系
机械中的任何结构都是为功能服务的。但在机械制图的课堂教学中，重点是对已有结构的表达，普遍就事论事，没能与机械设计制造有机结合，只讲形体结构的表达方法，不讲机件的结构功能分析，图形规范与设计实际脱离，图形表达与功能设计脱离。离开功能分析的表达，学生只能机械地记忆画图规范，不能灵活掌握，对结构知其然而不知其所以然，只记图形表达，不懂功能设计要求。当毕业设计中需要功能结构设计表达时，学生竟不知道如何表达，对学过的知识毫无印象。这样的现象每年都在发生，至今仍在发生。
（二）重理论轻实践
机械制图课程的性质决定了其具有很强的实践性，应将实践教学内容真正融入课堂理论教学中，并进行理实一体化设计。但在教学实践中，教师往往存在重理论、轻实践，重学术、轻应用的倾向，并没能把课堂理论教学和实践教学融为一体化，而是按常规知识点配以分散的、相对独立的练习题进行单元性训练，缺乏知识的连贯性和综合性，导致知识不能关联，令学生对与工程相关的知识能懂不能用，实际应用能力严重不足。这一教学理念的偏差所导致的学生设计应用能力不足的后果，对于研究性大学因对学生实践能力检验的滞后性而言较为隐性，而对于需要为区域经济服务的高水平设计人才的培养，则会立刻遭受教学质量的检验。
（三）忽视基本功的培养
现代科技的发展，给设计表达方法带来了翻天覆地的变化，各种CAD软件的运用，为设计插上了腾飞的翅膀。但是，无论软件工具的功能多么强大，其都是为设计创造服务的。但在实践中，许多设计工具的方便性和易表现性，导致学生热衷于概念设计和模型表达，而忽视结构设计表达的各种工程技术要求和机械图的二维表达，当需要按工程设计要求进行量化、细化具体结构设计时却一脸茫然，不知道该如何设计和表达，设计的作品中看不中用，或者完全不符合工程设计和制造的要求。
（四）课程教学改革的综合性问题
教师要将机械设计基本概念融入机械制图，将形体分析提高到结构功能分析，将零件和装配结构的规定表达方法提高到根据功能的结构设计表达和装配结构设计合理性的要求，这需要整合本课程的内容，也要对相关课程内容进行整合，并设计出符合绘图、看图要求的，又符合功能设计要求的大量实践训练案例。这既对教师教学提出了更高的要求，又需要教师花费大量时间设计案例、指导实践训练、学生设计表达方案评价等。因此，对教师工作的一般考核方法不利于优化课程教学。
（五）青年教师理论知识与实践能力之间的矛盾
高学历教师比例的不断提高，整体提升了教师队伍水平，但青年教师普遍存在工程实践经验不足，难以将设计实践融入课堂教学的问题。
针对上述问题，浙江大学宁波理工学院工程图学课程教学团队以教学改革为契机，通过更新教学理念，调整教学内容，将实践教学内容真正融入课堂理论教学中，将机械设计基本概念融入机械制图，将形体分析提高到结构功能分析，改革教学方法，加强实践性教学环节，从根本上解决“教什么”“怎么教”“如何学”的问题。
二、如何改造课程
（一）改革内容与目标
1.更新课堂教学理念，注重实践教学。教师要注重课堂的实践性教学，进行理实一体化设计，将实践教学内容真正融入课堂理论教学中，将按常规知识点配以分散的、相对独立的练习题进行整合，设计能够关联课程知识，具有连贯性、综合性的设计表达案例。通过理论讲授、实验实践训练、设计绘图技能竞赛、结构创新设计表达训练、课程论文等多种形式，理论联系实际，真正将实践教学内容融入课堂教学中，培养既掌握系统理论知识，又能将知识正确灵活地运用于设计实践，具有结构创新、设计表达能力的高水平设计人才。
2.改革课堂教学内容，将功能设计概念融入制图教学。将机械设计基本概念融入机械制图，将形体分析提高到结构功能分析，将装配结构的规定表达方法提高到根据功能的结构设计表达和装配结构设计合理性的要求，注重零件形体结构和装配结构构思的新颖性和创造性，突出基于功能的零部件结构设计和表达，促进设计表达能力和形体结构创新能力的提高。
3.改革课堂教学方法，项目引领，设计实践。通过若干综合性设计绘图实践小项目，将功能设计、图形表达、标准应用融入项目中，提高综合设计表达能力。
（二）教学内容和教学方法创新
1.课程内容体系的创新
教师要将机械设计基本概念融入机械制图，将形体分析提高到结构功能分析，将装配结构的规定表达方法提高到根据功能的结构设计表达和装配结构设计合理性的要求，注重零件形体结构和装配结构构思的新颖性和创造性，突出基于功能的零部件结构设计和表达，促进学生设计表达能力和形体结构创新能力的提高。
教师要在传统内容中融入工程学、设计学、创造学，以及对产品全生命周期概念等相关内容，将机械制图基础课程教学与计算机图形学、工程图样智能理解等学科前沿相结合。
2.课堂教学方法的创新
（1）以形体构思为主线，以教师为主导，学生实践的启发式教学。以启发学生的空间思维为核心，基于图形的表达和理解，采用设问和“埋伏”并存的教学方式，诱导学生进一步思考。在教师主导和指导下，要求学生从零件的功能出发，以如阀体、齿轮油泵泵体等典型零件为例，根据所需功能构思合理的结构，进行设计和图形表达。这种方法能融入创造性思维，加强学生动手实践。
（2）以空间思维为核心的讨论互动式教学。在课堂教学中，进行师生互动和生生互动。如针对一机件让学生进行表达方案的练习，首先由学生根据所给机件的结构特点分组讨论，然后各组陈述展示各自的表达方案，各组间相互提问和点评，最后教师进行总结归纳。这样，能活跃课堂气氛，加深印象，变被动听课为主动研讨。
（3）注重工程意识的培养。将工程设计概念引入课堂教学。通过引入设计过程与方法，在机械制图的传统内容中不断融入工程学、设计学、创造学，以及对产品全生命周期概念等相关内容，深化学生对本课程、对零部件结构与功能、对图形表达等全方位的理解；引科研前沿入课堂教学，将机械制图基础课程教学与计算机图形学、计算机辅助设计、工程图样智能理解等学科前沿结合起来，启发学生多向思维，培养学生的创新精神。如进行零部件的测绘、零件结构设计和装配结构设计。通过齿轮油泵泵体的测绘，从画草图、量尺寸到正规图样的绘制，培养了学生的工程意识，让学生体会到学生和工程师之间的角色互换，锻炼学生综合设计能力。教师可给出部件的基本功能要求，注重装配结构的合理性，兼顾装配结构构思的新颖性和创造性，让学生根据部件功能进行结构构思设计和绘图表达。这样，学生对图形的理解就能从画图规范上升到对结构功能的合理性和生产制造的理解。
通过教学模式的转变，解决教师怎么教、学生怎么学的问题，解决教师满堂灌、学生被动学的问题，将对结果的评价转变为对过程的评价，加强实践教学，提高设计表达实践能力，使学生真正成为学习的主人，从而达到提高课程教学质量的目的。
3.学生课业评价模式的改进
（1）多模式的过程评价。为了避免学生平时不用功，考前突击的现象，需要改变一张试卷决定学生学业成绩的评价模式，强调学习过程的评价，将过程评价和结果评价结合起来。
（2）除了将常规的制图大作业和考试中没法体现的上机成绩计入总成绩以外，还可设计布置一些由学生自主完成的设计绘图综合作业，如基于功能的零件结构设计与表达、典型功能的装配结构设计与表达、设计表达过程的小论文等，迫使学生站在教师的角度梳理知识点，辨别重点和难点，充分调动其学习的主动性、积极性和创造性。
（3）增加自主式的结果评价。这既要规范统一考试，又要推进考核方法的多样化，促进学生个性化发展。对于学有余力的优秀学生、学生自主学习的推进、学生创新能力的提升，更需要多样化评价机制的鼓励和推动。因此，在统一考试的结果评价的同时，要鼓励优秀学生自主命题，自己解答，充分挖掘学生的主观能动性，培养学生的自主学习和创新能力。
三、结论
首先，通过若干综合性设计绘图实践小项目，将功能设计、图形表达、标准应用融入项目中，提高学生的综合设计表达能力。
其次，以形体构思为主线，加强综合性训练，通过典型功能要求的结构设计，将形体结构与功能设计结合，促进学生的创造性设计构思和形体表达能力。
再次，以启发学生的空间思维为核心，基于图形的表达和理解，引导学生进行功能思考，理解零件的结构与功能的对应关系，使学生能从零件的功能出发，构思设计并表达出零件的结构。
最后，注重工程意识的图学素质教学，引入设计过程与方法，在机械制图的传统内容中不断融入工程学、设计学、创造学，以及产品全生命周期概念等相关内容，深化学生对本课程、零部件结构与功能、图形表达等全方位的理解。
经过几年的课程改革创新教学，本校机械类学生的课程设计、学生科技项目和毕业设计作品质量明显提升，学生的设计表达应用能力得到明显改善。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 覃永晖，吴晓，彭蓬等.工程教育的“博弈”：提高地方高校学生工程实践能力的探索[J].高等农业教育，2012（8）：36-39.
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[关键词]概率论；微积分；应用
[中图分类号]O172[文献标志码]A[文章编号]2096-0603（2017）36-0182-02
概率论主要是在高等数学教学后开设的数学课程之一，不属于高等数学的后續，在一定程度上属于微积分思想的一种延伸，这也进一步形成了新数学研究项目与内容。概率论知识在发展过程中与微积分有较大差距，概率论主要是对数学中随机变量方式进行深入研究，并逐渐成为随机数学知识的主要体现与代表，与微积分知识有相同的重要位置与作用，较好地提高了数学研究的生命力，促进数学研究的不断发展与完善。
根据这一问题我们可以得知机械设备在t0时间段正常进行工作，进一步可知其相应的初始条件为P（0）=1，在将相应的条件进行带出，可得知c=1，解得P（t）=e-at，因此该机械设备在t0至t0+t时间段中，机械设备正常运行的概率为e-at。
这一问题主要属于概率论中对概率求解的问题，在求解过程中，对微积分理论中极限思维知识进行了充分运用，在一定程度上较好地证明了概率论知识与微积分知识之间具有较为密切的联系。与此同时，在对概率论中期望值与方差进行充分计算期间，也对微分方法进行了科学与灵活的使用。
综上所述，对概率论中微积分思想的应用进行深入研究期间，主要对概率论中微增量知识的使用、概率论中数量级的使用、概率论中Γ（α）函数指数的运用等概率论问题进行了充分分析，证明了微积分思想与概率论之间的密切联系。同时微积分思想在概率论中的应用还有较大的空间范围，对概率空间的创建也有较大的作用。其中，微积分知识也属于概率论形成的主要基础，对概率论知识的使用也可将微积分思想进行丰富。
参考文献：
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关键词：机电系统 概念设计 应用特点
中图分类号：TH-39 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）04（c）-0041-01
机械电子学自从20世纪70年代诞生至今，历经了差不多40个年头，在科学水平的不断发展的同时，人们对于机电产品的需求也随之逐渐增加。在需要企业具有快速创新研发新产品能力的时代大环境下，概念设计技术的应用越来越普遍，不但在汽车等高档奢侈品上得以应用，在机电系统上的概念设计也越来越受到大家的青睐。因此，不仅要清醒地认识到机电系统概念设计技术研究的背景，还要深刻理解机电系统和概念设计技术的具体内容，同时，对机电系统概念设计技术的应用特点进行一定的探析。
1 机电系统概念设计技术与应用的研究背景
就机电系统概念设计技术与应用的研究背景而言，包括技术支持和机电产品需求两个方面。具体来说，一方面，鉴于机械电子技术、传感技术，以及计算机信息技术的持续发展，为机电系统的探索和应用提供了技术方面的大力支持。另外，人们对机电产品的需求和种类日益增多，然而，整个社会对机电产品的实际需求的变化速度无法与其产品的设计速度相适应。因此，机电系统的设计是机电产品的研发进程中的重要环节之一，而机电系统的概念设计更加是极具创造性的重要阶段之一。另一方面，由于当今世界，科学技术日新月异，新产品更新换代的速度明显加快，现代市场的产品竞争日趋激烈，对于机电系统的设计的要求将更加严格，对于机电系统的设计师而言，除了以往常用的适应性设计及变形设计，机电系统的创新性设计的任务已经迫在眉睫。面对严峻的挑战，应当明白机电系统产品创新的关键所在，清晰地认识到机电系统概念设计技术的重要性。
2 机电系统以及概念设计的内涵
2.1 机电系统的内涵
机电系统，也是机电一体化系统，它一般是指几厘米以下，甚至更加小尺寸的小型装置，主要由传感顺、执行器，以及微能源等组成，实际上是一个相对独立的智能系统，在电子和机械等各个领域有着非常广泛的应用。对于机电系统的具体内涵，其实有很多不同版本的理解，有的认为，机电系统是一种将机械设备、电子装置和各种软件等有机结合而组成的应用系统；有的认为，机电系统是一种主要由计算机信息网络协调并控制的，以此来实现机械力、运动和能量流等多动力学任务，同时，将机械和机电的各个部件相联系的系统；有的认为，机电系统是一种将多种不同技术，比如，机械电工、电子光学等组合而成的系统。而在我国普遍将机电系统定义为是机电一体化技术（包括精密机械技术、伺服传动技术、传感检测技术、信息处理技术、自动控制技术，以及系统总体技术）与机电一体化产品的合称。
2.2 概念设计的内涵
众所周知，产品设计是一项非常复杂的工作，就其具体的过程而言，虽然国际上有诸多论述，众说纷纭，但是无论是哪一种说法，得出的总结就是产品设计涉及到两个重要的设计阶段，也就是概念设计与详细设计。而概念设计的内涵主要包括这样几个方面：首先，功能创新；其次，功能分析和功能结构图设计；再者，工作原理解的搜索和确定；最后，功能载体方案构思和决策。因此，概念设计在产品设计的整个过程中占据着重要地位，发挥着不可替代的作用，如果概念设计做好了，产品设计的整体水平才能达到一定的高度。此外，机电系统的概念设计运用到多个学科范畴的知识，其体现了设计的高度艺术性、创新性，以及综合性。
3 机电系统概念设计技术的应用特点
3.1 创新性
我国一直致力于建设创新型国家，培养创新型高新技术人才，对于“创新”一词的高度重视是当今社会的必然要求，而对于机电系统概念设计技术而言，创新性更是机电系统概念设计技术的精髓和灵魂，如果要适应时展的要求，满足用户对机电产品的日益增长的要求，就要很好地体现机电系统概念设计技术的创新性特点，只有不断地对机电系统进行创新的概念设计，才能够打造出能够让机电产品的用户感到满意并且适用的新产品。因为机电系统本身就是一个相对比较繁杂的综合性系统，所以，机电系统概念设计技术上所体现出来的创新可以是不同层面的，比如，机电系统的结构的完善和更换等等。无论是哪个方面的创新，都直接对机电系统的整体的创新有很大的影响。因此，机电系统概念设计技术的创新性特点是不可忽视的。
3.2 多样性
除了创新性的特点以外，机电系统概念设计的另一个比较重要的特点就是它所体现出来的多样性。无论是机电系统概念设计的手段的多种多样，还是机电系统概念设计的设计方案的丰富多样，都在一定程度上反映了机电系统概念设计在市场需求、工作原理，以及产品形态等多个方面的多样化。不但布局不同会体现多样化，而且设计思路不同也会加强多样化的显现。
4 结语
总而言之，从长远的角度来看，机电系统的快速发展和更新换代都离不开概念设计技术的应用。就目前的情形而言，机电系统概念设计技术的使用早就已经在世界范畴内得到了大家的普遍认可和推崇，作为产品设计的重要环节，概念设计是整个产品设计的过程中最不可或缺的一个阶段。在某种程度来说，概念设计阶段在产品的生命周期里发挥着决定性的作用，产品特征多半通过概念设计阶段的内容来决定，同时，概念设计也是市场及企业间的角逐竞争的关键因素。上述内容通过对机电系统概念设计技术与应用的研究背景的分析，在深入理解相关概念的基础上，对其应用特点等进行探析对该领域的发展具有一定的参考价值。
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关键词：机电一体化;产品创新;概念设计
机电一体化产品的概念设计有着极其丰富的内容，同时也是产品在整个生产过程内最具创造性的阶段。其中，包含的原理与方法论对相关产品研发者起到关键的引导效用。因此，对机电一体化产品创新性概念设计进行探索，具有十分重要的现实意义。
1机电一体化产品概念设计的概述
1.1机电一体化产品概念设计的内容
机电一体化产品是在机电一体化基础上建立起的包含系统与构件、基本元内容的集合，而机电一体化产品概念设计的含义则是依据产品使用周期中各个环节所需要求对产品实施功能改造、分析和子功能开发，进而实现其满足功能结构要求的系统化设计活动。这种设计工作的过程包括前期规划、设计概念以及对计划进行详细化和丰富化，并加以改进补充。机电一体化产品概念设计过程中的程式化内容可以通过计算机技术代为实现，但除此之外难以被程式化的方面还需产品设计人员通过人工设计逐步完成。通过构建人机协同的概念设计理念，对其功能与组织开发的过程按照模块化思想进行划分，以此实现这一设计工作的层次性、协调性。目前，发达国家对机电一体化概念设计的深入研究大体集中于其调控系统的设计。机电一体化的理念自1971年被提出以来，经过几十年的发展，内容也在逐步丰富，尤其在科技快速发展的今天，广阔的市场空间与消费需求的升级，更加迫使机电一体化产品对自身性能、可靠程度提出更高要求。而计算机技术、互联网信息技术、传感技术、AI技术、微电子技术、新材料技术、集成技术以及其他相关技术的进步，都为机电一体化产品的革新打下了技术根基，使得机电一体化产品朝着更优质、更高效的方向迈进。
1.2机电一体化产品创新概念设计的意义
机电一体化产品的创新型概念设计本身有着重要作用，其既是产品品质的深层内容，又是其功能属性得以发挥的保障，对其本身质量的影响也约占60%～70%。因此，建成机电一体化产品创新的概念设计具有极其显著的意义。简要概括，主要包括以下三方面内容。第一，创新机电一体化产品的概念设计是保障机电一体化产品品质的必要性要求。机电一体化体系具有多种学科互相交叉、集成融合的特点，本身具有着复杂内涵。因此，现今许多的机械产品的设计并不适应机电一体化技术本身的特色，难以做到根据机电一体化技术特征随之作出应对。第二，机电一体化产品概念设计的创新促使其理论体系得到发展。要创新这一概念设计，必将建立新的方式、理论基础。只有在合理、可靠的概念设计基础上，才能使之收获具有优异性能的机电一化体产品。再加之如今概念设计的思想理念获得了社会中乃至整个世界越来越多的关注与认同，如QFD理论、公理化理论、TRIZ理论等设计理论的建立，对于推动创新机电一体化产的概念设计发展起到了不可忽略的效用，进一步促进了机电一体化技术体系的建立和机电一体化技术的完善。第三，机电一体化产品创新概念设计对于生产能力与工作质量的提高起到切实的帮助作用。许多机电一体化产品都带有自动处理、调节的功效，通过这些能力的实现，能够保证工作质量与效率的稳步提升。例如，在数控机床的使用过程中，其生产效率要高出普通基础5～6倍，并能够实现机床数量减少50%，节省50%操作人员的效能，生产周期也能缩短40%，进而使得生产成本降低50%左右。
2机电一体化产品创新概念设计理论
2.1机电一体化产品应用到的系统原理
机电一体化系统是该类产品中最为重要的基础。就其本质来说。它算是一种复杂机械，但与普通的机械相比还有着显著区分。机电一体化体系是通过在机构的动力功效、信息功效、控制功效以及主功能方面引入先进的电子技术，并使之与软件相互联合形成的一类新型机械系统。就其功能来说，机电一体化系统包含机械力、能量流、运动力等多种动力学有关的特殊机械，以及一些机电部件互相关联的系统。其中，机电一体化系统的核心又在于集成协调各种技术，通过对机械工程、控制系统、计算机技术、电子技术、电工技术等多项技术的联合利用，实现其运动行为可控的目标，而不仅简单对各项技术进行拼凑堆积。这也是利用计算机的调节和处理能力，实现驱动元件可控特征的现代化机械系统。有关机电系统化原理的研究主要包含三方面内容。第一，三环论。研究者认为，机电一体化产品可以划分为电子、机械、软件三项功能模块。第二，五块论。通常视机电一体化产品是由动力功能、控制功能、构造功能、操作功能和传感检测五个功能模块组成的。第三，两个子系统理论。研究人员认为，机电一体化系统是由控制系统和物理系统两项分支系统共同组成的。以上三种理论的提出具有重要意义，但同时也有着较大的局限性。三者立足于控制和电力两部分，但没有对机械主体加以强调，也并未对处理好机电一体化系统的概念设计中出现的复杂性、多面性和模糊性等问题提出方法。因此，这些理论对该类产品的概念设计不能起到重要作用。在概念设计实际工作中，机电一体化系统往往会被划分为传感检测、执行机构、信息控制处理三个子系统。通过这三个子系统的系统分工，各自完成信息检测、机械运动与信息控制的工作，这种分工方式才能真正实现该系统中各项功能的优化和最佳效果的发挥，并以此获得机电一体化系统的概念设计合理的相关方案。
2.2机电一体化产品创新的概念设计方法
对机电一体化产品而言，其概念设计是许多领域内知识、技术之间的交织融合，具有新颖复杂、反复迭代、目标多解、结构不良等特点。满足机电一体化产品概念设计的创新，关键在于发挥设计者的主观能动性，通过展现设计智慧，满足创新性的要求。要实现这一目标，主要在于实现人机协调配合。计算机技术的飞速进步，促使人们对人工智能提出新的期待。但创新产品设计这类任务，主要还得依靠人类的智能实现。机电一体系统也是人机协同系统，通过对设计者与计算机的分工，来达到创新概念设计的目的。机电一体化产品概念设计创新主要方法包括三方面内容。第一，落实人才战略，培养专业性人才。科技竞争最终都会落实在人才竞争上。要实现机电一体化产品概念设计的创新，人才供应是重要保障。机电一体化技术专业人才在制造行业占据就业满意度第三位的好名次，就业率更是高达100%。因此，加强专业人才培养更有着多方面的积极意义，国家以及机电行业要在培养、优化道路中贡献出更多力量，从多方面对学生展开培训工作，以此实现增强研究者、开发者、设计者以及其他相关从业人员素质的目的。第二，努力拓宽供应市场，严守质量关。市场是检验产品的试金石，将机电一体化产品投放到市场中，一方面保障其生命周期能够实现，另一方面通过买方对产品性能体验所作反馈也对产品研发起到反作用力的效果，使其优点得以保存、延续，缺点得到改良、进化，从而不断促进机电一体化产品性能的整体提升。第三，将环保技术纳入机电一体化的发展策略中。机械技术、计算机技术、电子技术、电力技术等多种技术的应用，往往会伴随着电子、机械污染的问题。在机电一体化产品的生产过程中，无可避免也会产生一些污染物。因此，设计者在设计研发过程中要考虑到环保问题，让机电一体化产品朝着节能环保的方向发展，以施行环保、可持续的发展策略为其提供方法指引。通过一些环保设施和环保科技的实行，有效遏制资源浪费、污染物增多的问题。当实际运行过程中出现技术故障时，也可以反复利用一些资源，以减少资源、材料的消耗。相关生产负责人还应主动淘汰一些产能落后的设备、产品，以此改变过去投入高、输出高的模式，最终实现发展的可持续，使人们拥有健康的生存环境。
2.3机电一体化产品创新的概念设计的发展展望
机电一体化产品创新的概念设计主要发展在于理论的进步。虽然机电一体化体系中依旧存在许多问题需要加强分析、研究，但其发展总趋势还是积极向上的。概括有五方面内容：第一，根据被测物理量，建立传感器特点和类型的知识库；第二，构建与机电一体化产品的概念设计相关的推理方法库；第三，将执行机构的实现运动与动作进行分类，构建执行机构库和驱动元件库，以促进驱动元件、执行、传动机构和两者的集成选择实行；第四，实现对该类产品概念设计在各个环节评价体系的建立，尤其在概念设计初期中构建对功能原理设计环节的评价体系；第五，构建调节和控制信息的资料库，以促进挑选硬件和编制软件中对机构子系统高效管控的实现。随着机电技术与各项科技的快速进步以及机电一体化研究的逐步深入，促使机电一体化产品概念设计的理论体系更加丰富，并具有更为强大的实用功能和操作功能，从而顺利实现对机电一体化产品的创新与研发。
3结束语
机电一体化产品的研究虽然已经取得了较为瞩目的成绩，但关于机电一体化产品设计的研究成果目前依然处于初级阶段，仍需要相关从业者不断加强探索、创新，通过大量细致的实践研究工作，促进机电一体化产品创新概念设计的完善和成熟，并最终实现其优异的实用价值。
作者:王中元 单位:内蒙古机电职业技术学院
参考文献:
摘 要：本文探讨了如何开展机械制图与AutoCAD一体化教学，以期抛砖引玉，引起领导和同行的重视，切实解决机械制图教学中的一些难题，使得学生更易学、更想学，教师更好教、更喜欢教。
关键词 ：一体化教学 任务驱动 空间想象 主导 主体 建模
在主管部门及学院大力提倡一体化教学的当前，对传统的机械制图教学与AutoCAD教学进行一体化课程整合已是必然趋势。计算机技术的普及、一线教师计算机水平的不断提高以及CAD课程的开设，对机械课程的教学起到了极大的促进作用，彻底改变了传统的教学方法，提高了教学效率，减少了学生的学习困难，激发了学生学习兴趣与热情。但在实际教学过程中也存在一些问题亟待改进，如传统的课程体系、结构需要打破。笔者通过多年的机械制图与AutoCAD教学，总结了一些切实可行的一体化教学的方法与技巧。虽然在笔者学院模具专业已经进行了试验，但是还不够成熟，还须继续进行探索与研究。
一、机械制图与AutoCAD绘图一体化的界定
机械制图与AutoCAD一体化是指打破机械制图与AutoCAD课程的体系、结构，实现基本理论、概念与实践的有机结合。抛弃传统的将机械制图和AutoCAD绘图分开进行的教学模式，利用AutoCAD强大的二维与三维绘图功能，突破培养学生空间想象能力这一制图教学难点。同时，运用机械制图的原理和方法，规范AutoCAD绘图。这是提高教学效率，培养学生的技术应用能力、实践能力和创新能力的有效手段。
二、研究内容
研究内容包括：课程体系、结构，教学方法，实际教学中的课时分配，教学中应注意的问题。
三、已经完成的研究成果
1.高等职业技术院校机电一体化专业任务驱动型教材
（1）《机械制图与AutoCAD绘图》教材，于2012年9月由中国劳动社会保障出版社出版发行。
（2）《机械制图与AutoCAD绘图》习题册，于2013年1月由中国劳动社会保障出版社出版发行。
2.中等职业技术院校模具设计与制造专业任务驱动型教材
（1）《机械制图与AutoCAD技术》校本教材，于2013年6月编写完成。
（2）《机械制图与AutoCAD技术》习题册，于2013年6月编写完成。
（3）《机械制图与AutoCAD技术》课件，于2013年6月编写完成。
（4）《机械制图与AutoCAD技术》教案，于2013年6月编写完成。
（5）《机械制图与AutoCAD技术》CAD题库，于2013年6月编写完成。
四、机械制图与AutoCAD绘图一体化教材实验
1.实验对象
2010、2011、2012年秋季入学的模具设计与制造专业102101、102201、112201、112202、122201共五个技师班使用《机械制图与AutoCAD绘图》教材，以国家劳动和社会保障部颁布的《机械制图与AutoCAD绘图》为参考，制订笔者学院实验班级教学计划。在CAD实训室进行授课，第一学期4周，第二学期4周，两学期共8周完成。教学活动按以上计划贯彻执行。
2.实验结果与分析
（1）教材的适应性。
第一，教材编写按照任务驱动型的要求进行，以具体的载体贯穿教学过程，符合技校生的认知特点。
第二，以机械制图为主线，以CAD为辅线，将知识点、技能点合理分配在各个任务中，便于学生接受。
第三，教材编写适用于一体化教学，在项目实施中融入工艺与理论知识，结合任务驱动型教学法与多媒体结合的形式，便于学生的理解。
（2）教材的科学性。
第一，教材的概念、原理、定义等内容的叙述清楚、确切，任务以及图形、图表、数据、公式、符号、单位、专业术语和
参考文献写作准确，并且前后一致。
第二，教材的内容符合客观实际，反映出事物的本质和内在规律，即概念、定义正确。
（3）教材的实用性。
第一，教材的编写充分考虑教法与学法，老师好教、学生易学。
第二，采用任务驱动法，精讲多练，将课堂充分交给学生，以完成一个个具体的任务为线索，把教学内容有机贯穿在任务之中，让学生在任务的引领下，积极主动地参与学习，教师起引导作用。
第三，理论与实践并进，改变了学生厌学的情绪，提高了学生学习的积极性。
（4）教材的创新性和先进性。
第一，打破传统的机械制图与AutoCAD课程的体系、结构，实现基本理论、概念与实践的有机结合。
第二，教材编写体现以教学项目引领教学的过程，以具体的项目载体贯穿教学安排。
第三，教材编写适用于一体化教学，在项目实施中融入工艺与理论知识，结合任务驱动型教学法与多媒体结合的形式，便于学生理解。
第四，利用AutoCAD强大的二维与三维绘图功能，突破培养学生空间想象能力这一制图教学难点。利用机械制图的基本知识，规范AutoCAD绘图。
（5）教材的完整性。
第一，教材由图板制图基本技能、AutoCAD制图基本技能、正投影基体原理及基本体三视图等十个模块组成。
第二，以机械制图为主线，以CAD为辅线，将知识点、技能点合理分配在各个任务中，由此构成了完整的机械制图与AutoCAD绘图课程理论体系及技能训练体系。
3.新教材教学过程中的改革与实践
在主管部门及学院大力提倡一体化任务驱动型教学的形势下，笔者学院依据一体化教学理念，对机械制图与AutoCAD课程教学提出了一个新的思路：打破传统的机械制图与AutoCAD课程的体系、结构，实现基本理论、概念与实践的有机结合，以手工绘图和计算机绘图为教学目标，组成了一门新课——机械制图与AutoCAD绘图。
抛弃传统的将机械制图和AutoCAD绘图分开进行的教学模式，并将理论讲解与实践操作有机结合，采用了一种新的授课方式——理实一体化任务驱动型。
笔者学院于2010年9月至2013年6月对模具设计与制造专业122201等五个班级进行了一体化教学法试点。这些班为一年级新生，对机械制图所涉及的零件生产过程、加工方法、材料、公差等缺乏了解。机械制图与AutoCAD绘图是一门全新的课程，在学习方法上与中学的学习会有很大的区别。要让学生学会学习、喜欢学习有不小的困难。且这些班全部为男生，大多活泼好动，由于学习目标、学习态度不同，学生在学习上两极分化较明显。
从教学实验的结果来看，机械制图与AutoCAD绘图一体化教学的优点是显著的。但由于课程安排与传统制图理论课相比太紧凑，学生消化吸收的时间略显不足，对教学效果有一些影响，这是有待解决的问题。
4.初步结论
总体来说，教材、教学深度和难度适宜，符合技工院校学生的认知水平，在教学过程中取得了较好的教学效果。对于教材编写上的一些创新，广大教师给予了充分肯定。学生学习的积极性得到了较大提高，教师和学生的认同度较高。
五、机械制图与AutoCAD绘图一体化教学的进一步探索
关键词： 机械工程基础 教学研究 工程素质
提高质量是世界各国进入高等教育大众化阶段后面临的共同问题，也是我国高等教育发展的必由之路。面对经济社会发展的新形势与新任务，目前我国高等教育改革，已从高等教育的规模发展向高等教育的内涵式发展改变。重基础、宽口径已成为高等教育改革的方向，为适应应用型、复合型、创新型人才培养，提高学生就业创业能力，增强高校人才的适应性，就必须加强基础理论知识的学习、工程素质的培养。
机械工程基础课程作为一门非机械类专业基础课程，是以原工程制图、金属材料及热处理、机械设计基础、机械制造技术等机械类课程进行整合的一门基础课程，它向学生提供机械产品使用、设计和制造所需的基本理论、方法和技能。该课程是大学阶段培养非机械类学生工程素质的一门重要课程。但目前该课程的设置存在以下几个问题：①由于在教学过程中没有建立认同的课程目标定位标准，目前现有的教学方案仅仅是将相关机械类课程内容的简单组合，教学内容实际是分离的，没有达到课程综合的真正目的；②现有的课程教学内容过分强调内容的系统性、完整性，而没有反映应用型本科教学所要求的“应用型”特点，教学内容过于繁杂；③相关教学内容未能很好地整合，内容重复、前后颠倒、衔接不好等问题不同程度地存在， 不利于学生综合能力的培养；④未与学生的所学专业相关联，学生的学习兴趣要求不高，学习效果较差，学生的工程素质提高不明显[1]。
机械工程基础课程教学改革以盐城工学院电气工程与自动化专业为例，以培养电气工程师能力为本，以工程素质、应用能力和创新能力培养为主线，进行课程教学改革。教学改革中主要体现“一精二重三讲四会”的教学原则和方法：一精是指基础理论教学要精练，以满足专业课教学所必需的基本理论；二重是指在教学重点上强调基本概念的应用和实践能力的训练；三讲是指授课上要做到基本概念讲清楚，重点内容讲透彻，知识点讲全面；四会是指教学要求上做到基本理论会运用，基本方法会掌握，基本技能会操作，基本问题会分析解决。
根据我校电气工程与自动化专业的教学改革目标要求，机械工程基础作为该专业开设的一门唯一的机械工程类课程，我们对该课程的教学目标设置、教学内容的准备及教学方法的实施等进行了多方面研究与探讨，使其符合该专业人才培养要求，提高学生的专业素养。
1.课程教学目标设置
高等教育培养的是生产、建设、管理、服务需要的高等技术应用型人才，在全面推进素质教育的过程中，不仅要加强文化素质，更要注重工程素质教育。因此，将非机械类的机械工程基础课程性质定位成一门以“机械工程基本素质教育”为主的工程类基础课，符合工程实际对应用型人才基本素质的要求，也符合我校电气工程与自动化专业人才培养目标的要求。
机械工程基础课程是将机械制图、工程材料、机械原理、机械设计、机械制造等机械设计制造相关内容，经统筹安排、有机结合而成的一门综合性的技术基础课程。机械工程基础作为非机械类专业开设的一门唯一的机械工程类课程，涉及内容广泛。课程综合化不仅解决了课时有限的问题，而且使学生对机械工程有一个比较全面的了解。以专业岗位职责需求整合相关教学内容，不求原课程知识体系的完整性和系统性，突出实用性和针对性，注重对机械工程知识了解，理顺机械工程知识与专业知识之间的关系，培养学生的横向扩展能力。
对电类专业而言， 机械工程基础是一门介绍机械工程有关基本概念、基本理论及基本计算、设计方法的一门综合性技术基础课。课程围绕“机械工程材料”、“工程图样表达”、“常用机械传动装置”、“常用机械加工方法与机床”几个典型项目，将与机械设计制造相关的基本内容统筹安排、有机贯通与融合，体现“实用、够用”为度的原则。力图用较少的学时侧重于对涉及机械工程的有关基本概念、基本理论加以阐述。以理实一体教学为纽带，以理论教学与现场教学相结合的手段，培养学生学习理论、实践认识、发现问题、分析问题、解决问题的能力；为后续课程的学习打下坚实基础。
通过本课程学习，使学生的具有初步工程意识和标准化意识；能用准确、简明、规范的工程语言表达设计思想和意图。学生应达到的能力目标确定为：①能初步确认一般机械零件所用的一般工程材料；②能初步绘制和阅读简单机械工程图样；③了解机器的组成和平面机构的相关知识，了解机械传动和常用零部件的基本内容；④正确理解机械制造的相关概念，了解常用的机械加工方法，能初步确定零件的成型或加工的基本方法。
2.课程教学内容设计
根据上述的能力培养目标，确定本课程的知识点为：①常用工程材料的性能、牌号及应用；②投影原理、工程图样的绘制和阅读方法；③机械传动及其常用零部（元）件的工作原理、特点、应用、结构及标准；④零件毛坯的生产、切削加工和成型的基本方法。
本课程内容囊括机械制图、工程材料、材料热处理、冷加工和热加工等机械设计制造相关的诸多内容，如果追求系统的、完整的、严密的体系，则势必引起学时的不适当膨胀，这显然与“工程素质教育够用为度”的原则相偏离。所以，我们着力把课程构建成为服从整个专业知识结构体系的需要，并在专业结构中起到恰如其分的作用。因此，在教学设计中对课程内容进行模块化设计，突破学科教学的系统性和完整性，强化了针对性，针对学生所必须掌握的理论知识和操作技能进行设计。该模式以模块为教学单位，重视学生综合职业能力的培养，强调学生主体性，注重提高应用型人才的综合素质。根据机械工程基础课程教学目标要求将该课程划分为机械导论模块、工程材料基础模块、机械制图基础模块、机械设计基础模块、机械制造技术基础模块。各模块涵盖的知识单元内容如表一所示。
各模块单元内容既相对独立，自成体系，又相互联系。学生在完成某一块内容的学习后，可以形成解决分析某一类机械设计制造方面问题的能力。因此，按照教材内容的完整性和独立性原则，可划分出在内容上相互独立的知识模块，再根据不同需求组成不同的知识链，满足不同学时、不同专业层次的需要。
3.教学方法探讨
机械工程基础是普及机械合机械工程的基本知识、基本概念和基本内容的课程，涵盖了机械设计制造过程诸多知识：机械工程材料、工程制图、常用机构、机械传动、轴系零部件及机械零件的加工制造等。其特点是内容多、信息量大、实践性强。教学过程中应注重知识性、科学性、普及性和趣味性，同时力求简单易懂、易教、易学。因此，在教学过程中可以采取以下策略。
（1）明确与专业的联系。机械基础课程是一门普及机械设计制造基本知识的课程，对非机械类学生而言，没有或较少涉及学生专业方面的知识，使学生误认为课程内容与专业无关或联系不大，从而产生不了学习兴趣。因此，在导论中说明本课程与所学专业关系，使学生明确本课程在本专业中的地位和作用，消除学生对本课程的误解。如，对于电气、自动化专业的学生，要强调机电一体化技术在现代工业产品设计中的地位和发展趋势，明确电气控制技术在机械产品中的重要地位。
（2）注重课程的工程应用性。机械工程基础是一门技术基础课程，该课程的授课对象是大一学生，尚未接触相关专业知识。因此，在教学过程中通过实践认识环节和案例教学，把枯燥的知识与生动形象的生活实例结合起来，培养学生理论联系实际的思维习惯。授课过程中，通过机械制造工厂或机械实习工厂的参观实习，使学生对机械工程全局建立初步了解，增加学生的感性认识。如以汽车车窗升降功能，剖析四杆机构，结合自行车的变速装置，介绍链传动和齿轮传动及轮系的有关内容，等等，通过系列案例讨论和分析，使理论和实际有机结合。
（3）革新课程教学方法。机械工程基础是一门工程素质培育课程。因此教学过程中要注重普及性和趣味性，激发学生学习热情。以直观感知教学方法为主，兼以讲授、实际训练等教学方法，使学生从学习中感受乐趣，感受知识的产生和发展，理解技术的进步。教学过程中所采用多媒体课件应更加形象、具体、动态、直观。如以滑盖手机的打开闭合为实例，让学生理解运动副的形式。以学生非常熟悉的汽车为例，介绍机器的组成：发动机属于动力执行元件；方向盘、刹车、油门等属于控制系统；离合器、变速箱、差速器等属于传动系统，等等。
4.结语
通过近三年的教学实践，根据非机械类学生学习特点，在机械工程基础课程教学中不照搬给机械类学生的讲课经验，准确设置课程学习目标，合理地组织教学内容，在教学手段、方法、策略上勇于创新，教学态度上更加耐心，激发学生兴趣，较好地实现教学目标，我校电气专业学生的机械工程素质较以往有了较大进步。
参考文献：
[1]包海涛. 应用型本科院校《机械工程基础》教学改革的研究[J].机械管理开发，2008，（23）.
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