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工程教育认证下的互换性技术测量教学

2019/07/03 阅读:

摘要:指出传统实验教学模式与工程教育专业认证理念之间的矛盾;从实验课程内容设置、实验室运行模式和实验室建设等方面进行了提升互换性与技术测量实验教学效果的探讨。实践表明,新的实验教学模式取得了良好的教学效果,学生满意度高,符合工程教育专业认证的理念。

关键词:工程教育专业认证;工程教育理念;实验教学;互换性与技术测量

《互换性与技术测量》是机械类专业一门重要的专业基础必修课,应用性强。但从往届毕业生调查中发现,学生普遍反映工作后无法熟练运用互换性理论知识从事相关的设计分析工作。可见,传统的实验教学方法对帮助学生理解、掌握和应用理论知识的效果并不理想,尚未达到工程教育专业认证的人才培养目标。

1传统实验教学与工程教育专业认证理念间的矛盾

1.1单一的实验类型与“以成果为导向”的矛盾

所谓成果导向教育(Outcomebasededucation,简称OBE)是指,学生通过教育过程最后所取得的学习成果应能满足行业和企业需求,继而调整培养目标、毕业要求和教学环节[1]。我校工程教育专业认证工作启动前,《互换性与技术测量》的实验内容单一且分散,无法让学生从整体上把握测量对象的各方面精度,不仅不利于培养精度意识,更无法满足行业和企业需求,与工程教育专业认证的OBE理念存有明显的矛盾。

1.2被动的实验过程与“以学生为中心”的矛盾

以学生为中心,即教学环节的组织应激发学生的主动学习和有效学习,强调学生在教学中的主体地位,注重知识的创新性和实践性[2]。但受限于实验室条件和实验学时,学生在有限的实验时间内只能被动地按照老师讲解的操作方法和步骤按部就班地完成实验。这种实验教学模式虽可使学生较便捷地掌握有关基础知识,但学生思考的积极性和主动性被束缚,不利于学生批判性思维的养成,也与以学生为中心的工程教育专业认证理念相违背[3]。

2工程教育专业认证背景下提升实验教学效果的途径

2.1合理设置实验内容,培养学生的工程实践能力和创新意识

工程教育专业认证背景下,改革后的互换性与技术测量实验教学以教师为引导、学生为主体,共同完成一个实验项目。教师给出一些典型、常用的零部件及图纸,学生自行选定测量对象和仪器,如表1所示。学生经过观察结构原理、了解装配关系--熟悉实验内容--进行理论分析--拟定实验方案--亲自操作获取数据--数据分析--完善设计方案—最终获知零件的精度设计[4-5]。这种递进式的实验模式,既弥补了验证性实验的缺陷,又有助于学生工程实践能力和创新意识的培养,符合工程教育专业认证的OBE理念。

2.2建成开放式实验室,延伸专业实验室用途

开放式实验室的建成,学生可随时与老师、同学讨论交流,进行方案推敲设计,反复试验演示等,学生的实验过程由被动转为主动,实验教学成效不断提高[6]。开放式实验室改变了传统的集中式“手把手”教学模式,学生的实践动手能力得到提高,创新意识和团队协作能力的培养贯穿于整个实验教学过程,符合工程教育认证以学生为中心的教育理念。

2.3引入现代化、数字化教育技术,注重实验教学的前沿性和实用性

纵观工程教育前景与工程应用现状,现代化、数字化的先进测量仪器必不可少[7]。作为实验室现有设备的重要补充和未来发展方向,近年来,实验室先后购入了三坐标测量机、三维光学扫描仪、视频测量仪等设备,可快速精确地测出被测零件表面各点在空间的坐标位置、工件曲面全域尺寸与误差等[8]。先进测量仪器设备的引进,有助于学生了解检测技术发展的新动向和前沿性,为学生毕业后尽快适应相关岗位需求奠定良好的基础,也从另一角度体现了“持续改进”的工程教育专业认证理念。

3实验教学改革的效果

2017年,我校正式启动机械设计制造及其自动化专业的工程教育专业认证相关工作并于2018年通过认证。以该专业2014、2015级为试点,新模式下《互换性与技术测量》实验教学充分体现了工程教育专业认证的理念和人才培养目标,如图1所示。图3与图4分别为400g/m3铝粉和500g/m3铝粉点火延迟时间与最大爆炸压力关系图。随着铝粉浓度变大,铝粉最大爆炸压力也逐渐变大。但点火延迟时间与最大爆炸压力之间的关系仍然符合二次函数关系。本实验中,铝粉在400g/m3时最佳点火延迟时间为80ms,最大爆炸压力为0.7152MPa;在400g/m3时最佳点火延迟时间为80ms,最大爆炸压力为0.7152MPa;在500g/m3时最佳点火延迟时间为80ms,最大爆炸压力为0.72167MPa。铝粉浓度为300g/m3时标准点火延迟时间(国际规定60ms[3])和最佳点火延迟时间下的最大爆炸压力相差不大。这是由于最佳点火延迟时间与标准点火延迟时间相近的原因。当粉尘浓度逐渐增大到400g/m3和500g/m3时,最大爆炸压力大于点火延迟时间为60ms时的爆炸压力。整体上,铝粉爆炸的猛烈程度随点火延迟时间增大先上升后下降。这是由于点火延迟时间的长短会影响粉尘在容器内的散布状况。点火延迟时间较短时,铝粉粒子与空气中的粒子并不能得到充分的混合,这样会使爆炸不完全,所得到的爆炸压力偏小。随着点火延迟时间的延长,铝粉粒子会与空气充分混合,使爆炸压力达到峰值。但是,当点火延迟时间大于最佳点火时间时,粉尘粒子会因为自身的质量而产生沉降作用,漂浮的粉尘云浓度会下降,导致爆炸猛度降低。实验结果表明:较低浓度的铝粉,受气相湍流影响较为显著。铝粉可以快速均匀的散布在容器内部,且受到沉降作用影响较小。因此,铝粉浓度为300g/m3时最佳点火延迟时间为62ms,在点火延迟时间下所得爆炸压力略大于60ms所得爆炸压力。然而,当铝粉达到一定浓度后,由于铝粉颗粒自身质量导致的沉降作用对于容器内铝粉颗粒的影响,需要更长得的时间使铝粉充分散布于整个密闭空间。随着粉尘浓度继续增加,气象湍流以及沉降作用对于铝粉的作用逐渐减小。因此,对于高浓度铝粉而言点火延迟时间趋于稳定。而实验结果400g/m3铝粉和500g/m3铝粉最佳点火延迟时间分别为85ms和83ms也证明了这一点。当铝粉达到一定浓度后,其最佳点火延迟时间可以固定为80ms。3结论(1)铝粉在300g/m3,400g/m3和500g/m3浓度下的最佳点火延迟时间分别为:60ms,80ms,80ms,最大爆炸压力分别为:0.69121MPa,0.7152MPa,0.72167MPa。(2)点火延迟时间对铝粉爆炸规律的研究有明显的影响,不同浓度的铝粉存在相对应的最佳点火延迟时间。在最佳点火延迟时间下,该浓度的铝粉的爆炸压力值最大。(3)在一定浓度范围内,最佳点火时间随铝粉浓度上升而增大。

参考文献:

[1]国家安全监管总局.江苏省苏州昆山市中荣金属制品有限公司“8.2”特别重大爆炸事故调查报告[R].2015.

[2]陈晓坤,张自军,王秋红,邓军,李海涛,徐青峰.20L近球形容器中微米级铝粉的爆炸特性[J].爆炸与冲击,2018,38(05):1130-1136.

[3]陈春燕,龙思华,肖国清,王林元.点火延迟时间对甘薯粉尘爆炸的影响研究[J].中国安全生产科学技术,2016,12(12):171-175.

[4]袁旌杰,伍毅,陈瑜,吉华,黄卫星.点火延迟时间对粉尘最大爆炸压力测定影响的研究[J].中国安全科学学报,2010,20(03):65-69.

[5]中国煤炭工业协会.粉尘云最大爆炸压力和爆炸指数测定方法:GB/T16426-1996[S].北京:中国标准出版社,1997.

[6]中国煤炭工业协会.粉尘云爆炸下限浓度测定方法:GB/T16425-1996[S].北京:国标准出版社,1997.

作者:王慧 李翔英 单位:南京工程学院 机械工程学院

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