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高中物理實(shí)驗(yàn)箱集便捷、前瞻、新穎、全面系統(tǒng)、兼容、耐用于一體,彌補(bǔ)了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的不足,可推動(dòng)和深化課堂教學(xué)改革,提高課堂教學(xué)效率,增強(qiáng)教師演示實(shí)驗(yàn)的功效,提高學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)的實(shí)效性。同時(shí),實(shí)驗(yàn)箱實(shí)用性研究可推動(dòng)學(xué)校教育裝備現(xiàn)代化建設(shè),促進(jìn)現(xiàn)代化教學(xué)手段與當(dāng)代課堂教學(xué)手段的有機(jī)融合。通過初步的使用與研究,我們認(rèn)為高中物理實(shí)驗(yàn)箱的實(shí)用性突出表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
一、內(nèi)容全面,成本低廉,使用靈活、方便
我們課題研究所使用的高中物理實(shí)驗(yàn)箱一套共13類,內(nèi)容涉及運(yùn)動(dòng)與力、相互作用、曲線運(yùn)動(dòng)、靜電場(chǎng)、恒定電流、磁場(chǎng)、電磁感應(yīng)、電學(xué)傳感器、物態(tài)與物態(tài)變化、光學(xué)、氣體與熱力學(xué)定律、分子運(yùn)動(dòng)理論等,這些實(shí)驗(yàn)不僅基本涵蓋了高中物理的主要內(nèi)容,同時(shí)還涵蓋了諸如機(jī)械傳動(dòng)等課本以外的內(nèi)容。
實(shí)驗(yàn)箱成本低廉,便于在一般學(xué)校推廣。每一類實(shí)驗(yàn)箱自成一體,一拎就走,是隨堂分組實(shí)驗(yàn)和各級(jí)各類教學(xué)公開課的首選裝備。它不占過多的空間,取用方便,和推廣使用已久的小學(xué)、初中相關(guān)的實(shí)驗(yàn)箱類似(圖2所示為運(yùn)動(dòng)和力實(shí)驗(yàn)箱)。
二、有效提高實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的可觀測(cè)性
平常的教學(xué)中,更多的實(shí)驗(yàn)是老師在講臺(tái)上邊講邊演示,學(xué)生離得較遠(yuǎn),許多現(xiàn)象一閃而過,只有老師和前排的同學(xué)能看得到。通過實(shí)驗(yàn)箱的運(yùn)用,可以讓每一個(gè)同學(xué)都能充分接觸和體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)過程,可多次重復(fù)觀察相關(guān)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,從而更加便于老師的分析和講解,更加便于學(xué)生的觀察、理解和記憶。
三、有效增加課堂互動(dòng),促進(jìn)學(xué)生積極動(dòng)手、動(dòng)腦,增強(qiáng)小組協(xié)作和師生互動(dòng)
運(yùn)用實(shí)驗(yàn)箱教學(xué)以前,許多實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象學(xué)生無法觀察到,特別是坐在后排的學(xué)生很容易開小差,跟不上老師的節(jié)奏。老師講課時(shí)大多是按照事先備好的內(nèi)容依次進(jìn)行,一定程度上就是在“瞎講”,很難做到“以學(xué)生為中心”。
在運(yùn)用了實(shí)驗(yàn)箱輔助教學(xué)以后,一切現(xiàn)象就在身邊,學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情被大大調(diào)動(dòng)。為了能夠完成相關(guān)實(shí)驗(yàn),觀察到相關(guān)的現(xiàn)象,得出相應(yīng)的結(jié)論,學(xué)生們緊跟老師的節(jié)奏和思維,積極觀察和思考,加強(qiáng)和老師的交流。由于很多的結(jié)論和規(guī)律是通過學(xué)生自己觀察和分析和得出的,學(xué)習(xí)印象深刻,課堂教學(xué)效率得到了極大的提高。
四、增加學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題的機(jī)會(huì),促進(jìn)理論聯(lián)系實(shí)際,學(xué)以致用,促進(jìn)知識(shí)向能力轉(zhuǎn)化
俗話說“看人挑擔(dān)不吃力”。平時(shí)很多的現(xiàn)象和結(jié)論是在老師的成功演示和引導(dǎo)之下“順利”完成的,所以學(xué)生無法感受到實(shí)驗(yàn)的注意點(diǎn)和關(guān)鍵之處,很難發(fā)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)過程中可能會(huì)出現(xiàn)的干擾因素,從而也就無法引導(dǎo)和訓(xùn)練學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、排除干擾、建立物理模型的能力。學(xué)生所學(xué)到的知識(shí),大多也只能是“紙上談兵”,一旦遇到實(shí)際問題就會(huì)傻眼。
在運(yùn)用了實(shí)驗(yàn)箱輔助教學(xué)以后,所有現(xiàn)象就在眼前,更為關(guān)鍵的是,這些現(xiàn)象不再像老師演示實(shí)驗(yàn)時(shí)那么理想和明@。怎樣從實(shí)驗(yàn)中歸納、抽象出相關(guān)的結(jié)論,需要學(xué)生積極思考,主動(dòng)運(yùn)用已學(xué)知識(shí)進(jìn)行自主分析和小組討論。通過提高學(xué)生排除干擾、透過現(xiàn)象看本質(zhì)、建立物理模型、理論聯(lián)系實(shí)際的能力訓(xùn)練,促進(jìn)了學(xué)生知識(shí)向能力的轉(zhuǎn)化。
五、促進(jìn)學(xué)生在課余時(shí)間積極進(jìn)行自主探究和小型的課題研究
高中物理實(shí)驗(yàn)箱具有“一拎就走”的高度靈活性和適當(dāng)?shù)耐卣剐裕蟠蟮胤奖愫蜐M足學(xué)生在課余進(jìn)行進(jìn)一步的自主探究和小型課題研究的需求。一般學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室在課余時(shí)間鮮有向?qū)W生開放的,導(dǎo)致學(xué)生缺乏進(jìn)行自主實(shí)驗(yàn)探究的意識(shí)和條件,更別說能變通相關(guān)的實(shí)驗(yàn)原理,充分利用身邊的物品進(jìn)行簡(jiǎn)易的探究實(shí)驗(yàn)。高中物理實(shí)驗(yàn)箱正好可以彌補(bǔ)這一缺陷,相當(dāng)于是給學(xué)生準(zhǔn)備了一系列標(biāo)準(zhǔn)工具,能夠保證學(xué)生隨時(shí)用到標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)器材,使研究結(jié)果更具科學(xué)性和可信,也為學(xué)生的研究提供了一些設(shè)計(jì)導(dǎo)向。
例如,機(jī)械傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)箱的使用,就可以幫助學(xué)生直觀地認(rèn)識(shí)常見的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)和原理,豐富了學(xué)生對(duì)傳動(dòng)連接體系的感知,學(xué)生們?cè)谶M(jìn)行機(jī)器人等相關(guān)研究設(shè)計(jì)時(shí),就可能設(shè)計(jì)出更加合理、流暢的運(yùn)動(dòng)型機(jī)械裝置。
六、有效地啟發(fā)教師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)器材的更新和開發(fā)
通過對(duì)高中物理實(shí)驗(yàn)箱的運(yùn)用,借助于它的設(shè)計(jì)思想,可以啟發(fā)老師們更快更好地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)器材的更新和開發(fā)。例如,在人教版《高中物理教材選修3-2》第28頁(yè)有一道習(xí)題,如圖3所示,用于演示電磁阻尼現(xiàn)象,實(shí)驗(yàn)時(shí)因?yàn)樾A柱形磁鐵磁性不強(qiáng),并且是被遮擋在不透光的管材內(nèi)部,可見度很差。即使是利用實(shí)驗(yàn)箱中的器材也是如此,因?yàn)閷?shí)驗(yàn)箱中的器材尺寸太小。但是,實(shí)驗(yàn)箱中是將一個(gè)環(huán)形磁鐵套在鋁管外面來展示其受阻尼的下落過程的,這就給了我們很大啟示:至少可以將磁鐵套在金屬管外面來增大可見度!結(jié)果我們自制成了長(zhǎng)度約為1m的演示器材,可見度高,實(shí)驗(yàn)效果好。
當(dāng)然,任何事物都具有兩面性。通過隨堂使用和研究發(fā)現(xiàn),高中物理實(shí)驗(yàn)箱也存在一些明顯的不足(不實(shí)用)之處。
1.尚處于研發(fā)階段,制作較為粗糙,不夠美觀和耐用
因?yàn)閷?shí)驗(yàn)箱系統(tǒng)為初期產(chǎn)品,很多實(shí)驗(yàn)器材制作尚較粗糙,例如,“氣體與熱力學(xué)定律”實(shí)驗(yàn)箱中驗(yàn)證“玻馬定律”的類似于醫(yī)用注射器的裝置,由于推桿是用塑料制成,跟外筒間的摩擦就較明顯,對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響較大,且不夠結(jié)實(shí)耐用,如果能改成光滑的金屬管會(huì)更美觀、實(shí)用些。
2.部分實(shí)驗(yàn)器材尺寸過小,不利于充分展示相關(guān)現(xiàn)象
考慮到是分組實(shí)驗(yàn)用,所以實(shí)驗(yàn)器材的尺寸相對(duì)都不大,例如前文中提到的電磁阻尼演示裝置,由于演示時(shí)間太短,對(duì)相關(guān)現(xiàn)象的展示就顯得不夠充分。
3.部分實(shí)驗(yàn)器材設(shè)計(jì)并不科學(xué)
由于考慮到方便實(shí)驗(yàn)和整體的美觀性,很多器材都采用了卡通插頭和插座,但跟現(xiàn)實(shí)生活中的連接情景就相去較遠(yuǎn),不夠直觀,不夠?qū)嶋H。例如“恒定電流”實(shí)驗(yàn)箱中的電路連接實(shí)驗(yàn),相關(guān)的器件做得過于粗大,插裝好后,重疊過多,明顯缺乏電路的整體感。
關(guān)鍵詞:礦物加工機(jī)械;三維模型圖;輔助教學(xué)
作者簡(jiǎn)介:王新文(1961-),男,河北唐山人,中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,副教授;孫海洋(1988-),男,河南禹州人,中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院碩士研究生。(北京 100083)
中圖分類號(hào):G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1007-0079(2014)02-0139-02
“礦物加工機(jī)械”是礦物加工專業(yè)的必修課,內(nèi)容主要是礦物加工過程涉及的機(jī)械設(shè)備的用途、結(jié)構(gòu)、原理和理論,這些機(jī)械設(shè)備是礦物加工過程中礦物的載體,對(duì)其加工產(chǎn)品的質(zhì)和量有著非常重要的影響。
近年來,隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,作為我國(guó)第一大能源,煤炭的消耗量大幅增加,選煤行業(yè)也經(jīng)歷了一個(gè)快速發(fā)展時(shí)期,大型選煤廠不斷出現(xiàn),國(guó)產(chǎn)選煤設(shè)備遠(yuǎn)不能滿足要求,不得不從國(guó)外進(jìn)口大型、可靠、高性能設(shè)備。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)的教材來不及更新和充實(shí),這方面內(nèi)容相對(duì)落后。
再者,隨著我現(xiàn)代化企業(yè)的建立,安全生產(chǎn)和環(huán)保意識(shí)的不斷加強(qiáng),選煤廠的安全防護(hù)和防塵等級(jí)不斷提高,有關(guān)措施得到有效落實(shí),運(yùn)動(dòng)部件都安裝了安全防護(hù)罩,物料的轉(zhuǎn)接點(diǎn)等起塵處都裝有防塵密封或集塵罩,學(xué)生參觀實(shí)習(xí)只是表觀印象,對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)模糊不清,近些年,學(xué)生的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)收獲有下降的趨勢(shì)。[1,2]
為了確保學(xué)生掌握礦物加工機(jī)械的專業(yè)知識(shí)和新設(shè)備、新技術(shù),在教學(xué)中,采用SolidWorks軟件,將多種設(shè)備繪制成三維模型,采用動(dòng)畫演示和模擬等輔助教學(xué)手段,收到了很好的效果。
一、內(nèi)部結(jié)構(gòu)的多視角展示
礦物加工機(jī)械的學(xué)習(xí),主要是三個(gè)方面的內(nèi)容:一是設(shè)備的用途,二是設(shè)備的結(jié)構(gòu),三是設(shè)備的工作原理和相關(guān)理論。以前的教學(xué)主要以口述、文字、平面視圖和視頻資料等方式來授課,要搞清楚設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和配合關(guān)系,只能靠復(fù)雜的平面視圖反復(fù)研究。在有限的課時(shí)內(nèi)教師很難講明白,學(xué)生也很難聽明白,這一點(diǎn)師生們都深有體會(huì)。
由于立體模型圖具有的直觀實(shí)體特性,適合于不同層次的人群之間相互交流,所以,越來越多地受到人們的關(guān)注。[3]對(duì)于機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)授課來說,教師演示學(xué)生觀看,幾乎不要求學(xué)生機(jī)械(工程)平面制圖的視圖功底,人人都能看懂。利用3600旋轉(zhuǎn)模型圖,比在車間內(nèi)用吊車翻轉(zhuǎn)觀看還隨意、快速,彌補(bǔ)了學(xué)生在選煤廠只能看到設(shè)備的上部外觀,不能看到設(shè)備底面的不足;無論在選煤廠還是設(shè)備制造廠,設(shè)備是不可能切開觀看的,利用三維模型教學(xué),可以任意處剖分視圖,顯示設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu),零部件之間的配合關(guān)系一目了然;學(xué)生自己動(dòng)手“拆裝設(shè)備”,在選煤廠,設(shè)備是不會(huì)讓學(xué)生拆裝的,即使在制造廠的裝配車間,設(shè)備的裝配是既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力的過程,不可能裝完拆,拆完再裝。利用三維模型圖,可以反復(fù)進(jìn)行零部件的拆裝和配合演示,具有省時(shí)省力、多視角和重復(fù)性觀看等優(yōu)點(diǎn),能夠加深學(xué)生對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)的印象,給學(xué)生認(rèn)識(shí)設(shè)備的原理和理論打下堅(jiān)實(shí)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。
二、機(jī)械傳動(dòng)的模塊動(dòng)畫演示
礦物加工機(jī)械中,有些設(shè)備的部件傳動(dòng)原理比較復(fù)雜,教師不易講清楚,學(xué)生也難以理解。例如,煤泥脫水設(shè)備的刮刀離心機(jī),其關(guān)鍵傳動(dòng)部件是擺線差速器,利用該差速器分別帶動(dòng)篩籃和螺旋刮刀,把篩籃中的已脫水的煤炭輸送出來。但是,學(xué)生的基礎(chǔ)課中沒有接觸過差速器的概念,傳統(tǒng)的教學(xué)方式是利用周轉(zhuǎn)輪系講解差速器。周轉(zhuǎn)輪系是機(jī)械原理中比較復(fù)雜的部分,礦物加工專業(yè)的學(xué)生一般不講。所以,學(xué)生中能夠聽懂的寥寥無幾,大部分學(xué)生反應(yīng)似懂非懂,理解起來非常抽象,完全理解差速器的計(jì)算公式更無從談起。多年來,一直在尋找一種讓學(xué)生容易理解的教學(xué)方法。
將擺線差速器繪制成三維實(shí)體模塊圖,剖分其內(nèi)部結(jié)構(gòu),利用軟件功能將針齒與擺線配合,給輸入軸和殼體施加不同轉(zhuǎn)速,學(xué)生不僅能夠觀察到針齒和擺線的嚙合運(yùn)動(dòng),還能觀察到殼體、輸入軸和輸出軸之間的轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)系,并與針齒齒數(shù)聯(lián)系起來,很容易理解差速比的計(jì)算公式。利用差速器傳動(dòng)模塊的演示,使抽象公式變成了具體的運(yùn)動(dòng),不僅幫助學(xué)生理解差速原理及公式,而且對(duì)加強(qiáng)知識(shí)的記憶有很強(qiáng)的感官刺激。
三、力學(xué)模型的振動(dòng)模擬
振動(dòng)機(jī)械在礦物加工機(jī)械中舉足輕重,有很多作業(yè)是在振動(dòng)床面上完成的。人們普遍認(rèn)為,振動(dòng)設(shè)備無論是設(shè)計(jì)、制造和振動(dòng)理論都比較復(fù)雜,學(xué)生應(yīng)該掌握以下幾個(gè)方面的重要知識(shí)點(diǎn):
第一,振動(dòng)利用與隔離振動(dòng)的矛盾統(tǒng)一。在工程實(shí)際中,一方面要利用振動(dòng)來完成某種作業(yè),另一方面振動(dòng)對(duì)基礎(chǔ)和附近人們生活會(huì)帶來不利,應(yīng)使振動(dòng)對(duì)外傳遞盡量小,必須采取隔離的方式。在實(shí)際工作中,振動(dòng)與隔振是對(duì)立統(tǒng)一、相互并存的一對(duì)矛盾,振動(dòng)機(jī)械的利用就是要解決這一矛盾。
第二,搞清內(nèi)部結(jié)構(gòu)聯(lián)系,找出彈性元件和質(zhì)量歸屬范圍,建立正確的力學(xué)模型。振動(dòng)設(shè)備的一個(gè)重要知識(shí)點(diǎn)是力學(xué)模型的建立,而力學(xué)模型的建立必須搞清設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu),理順各個(gè)零部件之間的關(guān)系,找出彈性元件并以此劃分質(zhì)量歸屬范圍,確定振動(dòng)系統(tǒng)的質(zhì)體數(shù)量。
第三,模擬設(shè)備振動(dòng)的幅度,為實(shí)際工程作業(yè)服務(wù)。振動(dòng)幅度的大小是振動(dòng)設(shè)備最重要的指標(biāo)之一,直接影響振動(dòng)床上物料的運(yùn)動(dòng),進(jìn)而決定產(chǎn)品的質(zhì)和量,是學(xué)生學(xué)習(xí)的重點(diǎn)。例如,工程中廣泛應(yīng)用的振動(dòng)篩,振幅太小物料活躍程度不夠,就不能完成好篩分作業(yè),振幅太大物料跳躍過高過遠(yuǎn),也會(huì)使篩分質(zhì)量惡化,過大的振幅有時(shí)會(huì)使振動(dòng)篩造成嚴(yán)重破壞,致使篩分作業(yè)不能進(jìn)行。所以,合理利用振動(dòng)篩的振幅,使其既能滿足作業(yè)要求,又能可靠地運(yùn)行是非常必要的。
在課堂上,利用已建立的力學(xué)模型——彈簧質(zhì)量系統(tǒng),在質(zhì)量塊上施加正弦激振力,該質(zhì)量塊就會(huì)振動(dòng)起來,并可觀測(cè)到振動(dòng)幅度的大小;激振力大小不變,改變激勵(lì)頻率時(shí),振幅會(huì)隨之而變化,使同學(xué)們清楚地看到近共振、共振和遠(yuǎn)共振的振動(dòng)情形。這樣再講解振動(dòng)的幅頻特性曲線,學(xué)生就能夠深刻領(lǐng)會(huì)其物理含義。
四、課堂上模擬拉力試驗(yàn)機(jī)
有些機(jī)械設(shè)備常常要進(jìn)行薄弱環(huán)節(jié)的強(qiáng)度校核,以確定設(shè)備運(yùn)行是否安全可靠。例如,刮板輸送機(jī)是用于煤炭的運(yùn)輸設(shè)備,其薄弱環(huán)節(jié)是圓環(huán)鏈,為了防止斷鏈造成事故,必須對(duì)刮板鏈的強(qiáng)度進(jìn)行演算,常規(guī)的校核方法是:計(jì)算鏈條的運(yùn)行阻力,確定最大張力點(diǎn),計(jì)算圓環(huán)鏈的破斷力是最大張力的多少倍——安全系數(shù)。當(dāng)安全系數(shù)大于3時(shí),即為可靠。學(xué)生對(duì)鏈輪輪齒和圓環(huán)鏈哪個(gè)相對(duì)更薄弱?為什么不驗(yàn)算鏈輪的輪齒的強(qiáng)度?安全系數(shù)大于3時(shí),鏈條的安全程度又如何?學(xué)生理解起來感覺是表面,沒有從根本上理解。
建立了刮板輸送機(jī)的三維立體模型后,將鏈條和鏈輪配合,尾輪約束固定,頭輪由小到大施加扭矩,可以看出,鏈條的應(yīng)力比鏈輪輪齒的應(yīng)力大的多,進(jìn)一步增加扭矩,會(huì)發(fā)現(xiàn)鏈條首先達(dá)到強(qiáng)度極限。因此,學(xué)生清楚地看到鏈條是該運(yùn)輸系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié),這就是只校核鏈條強(qiáng)度的理由。
另一方面,將鏈條的一端固定,在另一端由小到大施加拉力,當(dāng)鏈條應(yīng)力達(dá)到強(qiáng)度極限時(shí),該拉力即為鏈條的破斷拉力,這樣學(xué)生們?cè)谡n堂上就進(jìn)行了在拉力試驗(yàn)機(jī)上的實(shí)驗(yàn),對(duì)圓環(huán)鏈的破斷力以及圓環(huán)的那個(gè)部位應(yīng)力最大有了具體認(rèn)識(shí)和深刻印象。
將鏈條的實(shí)際拉力降低到破斷力的1/3以下,同學(xué)們看到了實(shí)際鏈條應(yīng)力的大小變化,使學(xué)生對(duì)安全系數(shù)的理解,經(jīng)過了從抽象到具體、從感性到理性的認(rèn)識(shí)過程。
五、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情,在學(xué)習(xí)中提高建模和運(yùn)算能力
現(xiàn)代大學(xué)生愿意和容易接受新事物,尤其是計(jì)算機(jī)方面的新知識(shí),具有強(qiáng)烈的渴望和求知欲,并有著獨(dú)特的敏感和接納意識(shí)。課堂上以三維立體模型教學(xué),形式生動(dòng)新穎,增強(qiáng)學(xué)生對(duì)本專業(yè)學(xué)習(xí)興趣。同時(shí),組織學(xué)生利用課余時(shí)間,學(xué)習(xí)、交流和提高三維建模及利用開發(fā)的能力,培養(yǎng)學(xué)生現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)繪圖的時(shí)代意識(shí),為以后實(shí)際工作打下一定的新時(shí)代技術(shù)基礎(chǔ)。
第一,根據(jù)學(xué)生的愛好,聯(lián)系礦物加工實(shí)際,組織建模比賽,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。利用SolidWorks、UG等三維制圖軟件,制作專項(xiàng)設(shè)計(jì)模型,在比賽中,交流學(xué)習(xí)心得體會(huì),互幫互學(xué),學(xué)生們?cè)谕瓿稍O(shè)計(jì)目標(biāo)的同時(shí),又鍛煉了自己的制圖技能。
第二,利用軟件模擬功能,培養(yǎng)學(xué)生模擬創(chuàng)新意識(shí)?,F(xiàn)代大學(xué)生,思維活躍、敏捷、寬闊,有很強(qiáng)烈的創(chuàng)新意識(shí),利用三維制圖技術(shù),建立創(chuàng)新性模型,可進(jìn)行反復(fù)修改優(yōu)化和運(yùn)動(dòng)模擬,學(xué)生們的創(chuàng)新意識(shí)得以實(shí)現(xiàn),不僅省時(shí)省力,還節(jié)省創(chuàng)新成本。
第三,以模型作為媒介,促進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)相互交流。礦物加工專業(yè)的學(xué)生,比起機(jī)械類學(xué)科的學(xué)生,平面制圖和視圖基礎(chǔ)較差,與工廠技術(shù)人員用平面視圖的交流,有時(shí)會(huì)出現(xiàn)工程語言偏差,導(dǎo)致制造出的產(chǎn)品與本人設(shè)計(jì)思想不一致的情況?,F(xiàn)在,學(xué)生首先用三維模型進(jìn)行交流,再由立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖,就避免了工程語言的交流錯(cuò)誤,準(zhǔn)確表達(dá)設(shè)計(jì)者的意圖。
六、總結(jié)
隨著社會(huì)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,尤其是計(jì)算機(jī)繪圖的普及和發(fā)展,課堂教學(xué)手段和方式也要與時(shí)俱進(jìn)。作為教學(xué)手段的補(bǔ)充,“礦物加工機(jī)械”采用了三維模型及動(dòng)畫模擬輔助教學(xué),使學(xué)生能夠多視角觀看設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)和配合關(guān)系、動(dòng)態(tài)認(rèn)識(shí)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和實(shí)時(shí)模擬零部件的力學(xué)特性,對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)本課程有關(guān)設(shè)備的用途、結(jié)構(gòu)、原理和理論均有很大幫助,深受廣大師生的歡迎。
參考文獻(xiàn):
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一、 背景:當(dāng)下能源形勢(shì)
1、汽車舊能源導(dǎo)致的問題
舊能源以煤炭、石油為主,汽車上使用的是汽油或柴油,舊能源結(jié)構(gòu)造成了全球性的環(huán)境問題:酸雨,臭氧層破壞,溫室氣體的大量排放等等。
城市大氣污染已日趨嚴(yán)重,不僅發(fā)展中國(guó)家,在歐洲和北美也出現(xiàn)了超越國(guó)界的大氣污染。
就我國(guó)而言,地大物博,人口眾多,汽車占有量居世界前列,二氧化硫和二氧化碳的排放量首屈一指,而我國(guó)又正處于工業(yè)化進(jìn)程中,社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)能源的依賴要比其他國(guó)家大得多,巨大的能源消耗無疑對(duì)我國(guó)環(huán)境造成了巨大的威脅。因此,一種新型無污染的新能源汽車成為迫切需要。
2、危機(jī):汽車舊能源供應(yīng)日趨不足
舊能源不僅污染嚴(yán)重,而且“瀕臨滅絕”。眾所周知,石油經(jīng)過開采和提煉才得到汽車用的汽油和柴油。石油是1000萬至6億年前的有機(jī)物變來的。然而,石油的儲(chǔ)量畢竟有限,開采技術(shù)也有待提高,但人們對(duì)于它的需求卻日益增長(zhǎng),因此石油資源越來越少,這也是近年來油價(jià)上漲的一個(gè)重要原因。
此外,由于人類無計(jì)劃、不合理的大規(guī)模開采,資源和能源短缺問題已經(jīng)在世界大多數(shù)國(guó)家甚至全球范圍內(nèi)出現(xiàn)。半個(gè)世紀(jì)以來,全球消耗量大增,2004年消耗量為146.10噸標(biāo)準(zhǔn)煤。據(jù)美國(guó)能源信息暑的國(guó)際能源展望,世界能源市場(chǎng)消耗量在2005到2030年間預(yù)計(jì)增加50.7%,世界能源供應(yīng)日趨緊張。石油是目前汽車的主要能源,而汽車工業(yè)作為各國(guó)的支柱產(chǎn)業(yè)被大力發(fā)展,顯然汽車工業(yè)的發(fā)展將進(jìn)一步加劇能源短缺問題的嚴(yán)重性。
二、新方向:新能源汽車的無限潛力
1、什么是新能源汽車
新能源汽車是指除汽油、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)之外所有其它能源汽車。包括燃料電池汽車、混合動(dòng)力汽車、氫能源動(dòng)力汽車和太陽(yáng)能汽車等。其廢氣排放量比較低。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),全世界現(xiàn)有超過400萬輛液化石油氣汽車,100多萬輛天然氣汽車。
具體來說,新能源汽車是指采用非常規(guī)的車用燃料作為動(dòng)力來源(或使用常規(guī)的車用燃料但采用新型車載動(dòng)力裝置),綜合車輛的動(dòng)力控制和驅(qū)動(dòng)方面的先進(jìn)技術(shù),形成的技術(shù)原理先進(jìn)、具有新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)的汽車。新能源汽車包括五大類型:混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(HEV)、純電動(dòng)汽車(BEV,包括太陽(yáng)能汽車)、燃料電池電動(dòng)汽車(FCEV)、其他新能源(如超級(jí)電容器、飛輪等高效儲(chǔ)能器)汽車等。
2、預(yù)計(jì)未來發(fā)展方向
毫無疑問,純電動(dòng)車是未來汽車技術(shù)發(fā)展終極趨勢(shì),但是目前來看,短期投資回報(bào)不明顯,面對(duì)能源和環(huán)保壓力,很多國(guó)家都把發(fā)展節(jié)能與新能源汽車提升至國(guó)家戰(zhàn)略高度。以豐田、本田、通用為代表的多種混合動(dòng)力汽車的成功量產(chǎn),標(biāo)志著新興汽車產(chǎn)業(yè)已經(jīng)初步形成以混合動(dòng)力汽車為主導(dǎo)的格局??梢灶A(yù)見,隨著油耗標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán),油價(jià)越來越高,今后的大多數(shù)車型都將走上混合動(dòng)力這條路,這是傳統(tǒng)汽車發(fā)展的自然選擇。
三、新能源汽車優(yōu)勢(shì)及技術(shù)
1、 電動(dòng)汽車的優(yōu)勢(shì)
(1)電動(dòng)汽車可以部分或者全部地利用電能。電能除了可以通過火力發(fā)電、核能發(fā)電之外,還可以通過其他形式的轉(zhuǎn)換獲得,如水能(水力發(fā)電)、風(fēng)能(風(fēng)力發(fā)電)、化學(xué)能(電池)及光能(光電池及太陽(yáng)電池等)等,可以減少石油資源的使用量。
(2)電動(dòng)汽車的有害排放物很少甚至可以實(shí)現(xiàn)零排放,大大減小對(duì)環(huán)境的污染。在全球范圍內(nèi),由電動(dòng)汽車產(chǎn)生的有害排放物比燃油車的少得多。另外,為了減少全球污染物的排放,電動(dòng)汽車的使用為通過集中處理進(jìn)一步減少空氣污染物的排放提供了一種可能。即在發(fā)電過程中會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的排放物,通過集中處理的方法,這些污染物很容易被收集起來,但這種集中處理的方法不適用于燃油車。
(3)此外,電動(dòng)汽車還有一個(gè)明顯的優(yōu)勢(shì),就是基本不會(huì)產(chǎn)生噪聲污染。燃油車的發(fā)動(dòng)機(jī)和復(fù)雜的機(jī)械傳動(dòng)裝置會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的噪聲污染,而電動(dòng)汽車用電機(jī)驅(qū)動(dòng),電機(jī)工作時(shí)噪聲很小,通過有效的控制手段,甚至可以使電動(dòng)汽車運(yùn)行時(shí)“無聲無息”,從而大大改善對(duì)環(huán)境的噪聲污染。
2、 電動(dòng)汽車的技術(shù)
電動(dòng)汽車技術(shù)包括較廣,主要有車身設(shè)計(jì)技術(shù)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)、能源系統(tǒng)及能源管理技術(shù)、系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù),其中最重要的就是能源系統(tǒng),簡(jiǎn)而言之就是動(dòng)力電池,下面就此進(jìn)行說明。
長(zhǎng)期以來,電池的壽命和成本問題一直是制約電動(dòng)汽車發(fā)展的技術(shù)瓶頸。通過不斷的技術(shù)創(chuàng)新與技術(shù)改進(jìn),電池技術(shù)得到了飛速的發(fā)展。動(dòng)力電池已經(jīng)從傳統(tǒng)的鉛酸電池發(fā)展到鎳氫動(dòng)力電池、鈷酸鋰、聚合物、三原材料、磷酸鐵鋰等先進(jìn)的綠色動(dòng)力電池,動(dòng)力電池在比能量、比功率、安全性、可靠性、循環(huán)壽命、成本等方面,都取得很大的進(jìn)步。
3、 混合動(dòng)力汽車
(一)混合動(dòng)力汽車是指由兩種或者兩種以上不同類型的動(dòng)力源(其中至少有一種能提供電能)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的車輛,車輛的行駛動(dòng)力依據(jù)車輛行駛狀態(tài)由單個(gè)動(dòng)力源或多個(gè)動(dòng)力源共同提供?;旌蟿?dòng)力汽車提高燃油經(jīng)濟(jì)性和降低排放的原因:
(1)混合動(dòng)力汽車只需采用能夠滿足汽車巡航需要的較小發(fā)動(dòng)機(jī),由電能提供汽車加速、爬坡時(shí)所需的附加動(dòng)力,因此提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷率。
(2)可以控制發(fā)動(dòng)機(jī)在高效率、低污染的區(qū)域內(nèi)運(yùn)行,發(fā)動(dòng)機(jī)的功率不能滿足車輛驅(qū)動(dòng)需求時(shí),由電池來補(bǔ)充;發(fā)動(dòng)機(jī)的功率過剩時(shí),剩余功率給電池充電。
(3)因?yàn)橛辛穗姍C(jī)、電源系統(tǒng),可以方便的回收汽車制動(dòng)、下坡時(shí)的能量。
(4)在車輛頻繁起停的繁華市區(qū),可以關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī),由電池單獨(dú)驅(qū)動(dòng),從而消除發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速能耗,并實(shí)現(xiàn)零排放。
四、總結(jié)
本文主要分析了新舊能源優(yōu)劣與走向以及新能源汽車技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r。當(dāng)然,去舊革新是歷史的必然,隨著新能源汽車技術(shù)的日漸成熟與完善,新能源汽車無疑將登上歷史的舞臺(tái),煥發(fā)迷人的魅力,集環(huán)保、節(jié)能、高效于一體,成為未來的“陸上之舟”。本文只是提供了一個(gè)思考方向,希望能引起志同道合的朋友的共鳴,集思廣益,讓新能源汽車能更好地發(fā)展,引起人們更多的關(guān)注。
參考文獻(xiàn)
[1]石川憲二(日),康龍?jiān)?,余開江. 新能源汽車技術(shù)及未來 北京 科學(xué)出版社 2012.5.
[2]王志福,張承寧. 電動(dòng)汽車電驅(qū)動(dòng)理論與設(shè)計(jì) 北京 機(jī)械工業(yè)出版社2012.7.
級(jí)別:部級(jí)期刊
榮譽(yù):Caj-cd規(guī)范獲獎(jiǎng)期刊
級(jí)別:北大期刊
榮譽(yù):中國(guó)優(yōu)秀期刊遴選數(shù)據(jù)庫(kù)
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