教学结构模块设计

教学结构模块设计（精选10篇）

教学结构模块设计 篇1

关键词：化学教学,《物质结构和性质》,有效教学,设计策略

《物质结构和性质》作为高中化学新课程的选修模块, 是化学学科的重要基础理论。本模块具有教学新增内容多、学习内容抽象、理论性较强的特点, 教学过程中教学深度和广度难以把握, 容易使学生产生畏难情绪, 从而影响课程目标的落实, 影响教学的有效性。本文就该模块有效教学的设计策略谈谈自己的一些浅见。

一、研究课程标准, 领悟《物质结构和性质》模块的教学功能

《普通高中化学课程标准》 (实验稿) 指出:《物质结构和性质》模块是现代化学的重要组成部分, 也是医学、生命科学、材料科学、环境科学、能源科学、信息科学的重要基础。该模块是从原子、分子水平上介绍物质是怎样构成的, 围绕着“微粒之间的不同作用力”这条基本主线展开, 主要包括两部分内容:一是有关物质结构的基本概念和原理;二是有关物质结构的基本观点和基本方法。其教学的主要功能是:从科学家探索物质构成奥秘的史实中体会科学探究的过程和方法, 增强学习化学的兴趣;进一步形成有关物质的基本观念, 能从微观的角度认识一些自然现象, 形成对物质及其变化的科学认识;能从物质结构决定性质的视角解释一些化学现象, 预测物质的有关性质;在理论分析和实验探究过程中学习辩证唯物主义的方法论, 逐步形成科学的价值观, 培养具备一定科学素养的公民和培养未来在化学学科领域继续深造的专业人才。本模块在内容的选择和组织上强调选择性, 共分为四个主题 (即:原子结构与元素的性质、化学键与物质的性质、分子间作用力与物质的性质、研究物质结构的价值) , 侧重研究不同类型物质的有关性质, 帮助高中学生进一步丰富物质结构的知识, 提高分析问题和解决问题的能力。

二、统揽教材, 明确不同学习阶段的目标要求, 把握教学内容的深度和广度

《物质结构和性质》作为化学学科的重要内容, 教材设计紧贴课程标准, 以必修为依托, 内容编排符合学科本身的内在联系, 逻辑关系清晰, 整个体系主次分明, 主要线索线性化 (结构与性质) , 次要枝节散点化 (在正文适当位置以科学视野、科学史话、资料卡片等阅读材料的形式呈现) , 使教材丰富多彩。知识体系构建注重初高中内容的衔接, 必修与选修的衔接, 避免了雷同和重复, 如原子结构内容在初中课堂主要讲原子由原子核和核外电子构成, 必修课程内容包括原子核的结构、原子中各微粒的关系、核外电子排布, 而选修课程内容包括原子结构的量子力学模型、核外电子的能级排布。在教学设计时, 要重视同一知识内容在不同阶段的学习要求, 避免教学内容的重复和一步到位、随意拓展, 要把握教学内容的深度和广度, 避免加重学生的学习负担。对于教材新增内容, 如原子结构的构造原理、原子核外电子的跃迁理论、价层电子对互斥模型、配合物理论、手性分子、金属晶体的基本堆积模型等, 应采用从最简单物质及其结构的分析出发, 充分利用教学辅助手段, 如电脑动画、自制模型、制作资料卡片、科学视野等, 加深学生对知识的理解和应用, 提高学生学习的积极性和有效性。又如, 对构造原理的教学重点应放在应用上, 教学时要求学生会应用构造原理写出基态原子的电子排布式, 不要求学生探究构造原理中能级次序的原因。

三、优化教学设计策略, 提高课堂教学的实效性

1. 研究课程标准, 突出三维目标的落实, 促进学生全面发展。

《物质结构与性质》模块属于化学理论, 学习内容深奥、抽象, 加之情感、态度与价值观目标在课程评价中的缺位, 教学时容易把学习重点集中体现在认知目标上, 而忽视过程与方法、情感态度与价值观的形成。在教学设计时, 要设计多元化学习活动, 让学生在自主、合作、探究的学习活动中落实过程与方法目标, 挖掘教材中的情感因素, 激发学生的学习兴趣。例如, 可以利用本模块的主题内容, 通过观看影像资料、阅读、交流、讨论, 对学生进行“由此及彼”、“量变引起质变”、“事物一般性寓于特殊性之中”等唯物主义观点的教育, 启发学生自觉运用辩证唯物主义的观点与方法理解物质结构与性质的关系。

2. 利用同化原理, 做好相关内容的衔接, 捕捉新知识的生长点。

学习认知理论认为:一切新知识的学习都应该找到对应的旧知识来同化, 这样的学习才是有效的。在教学设计时, 要注意原有知识结构与新知识的关系, 让学生利用已有知识、经验获取新知识, 以利于知识的形成、顺应、同化。本模块很多内容在必修2中都进行了学习, 在教学时要注意新旧知识的内在联系, 唤起学生对原有知识的回忆。例如, 元素周期律在必修2中涉及了原子半径、金属性、非金属性的变化周期性, 并且这些周期性变化都决定于原子核外电子排布的周期性变化, 学生对这部分内容可以说是熟悉的, 在学习第一电离能、电负性内容时就需要将其进行同化, 其实第一电离能与金属性的本质是有些相同的, 而电负性与非金属性本质上一致, 学生明白了这一点, 就能很好地掌握第一电离能、电负性的变化规律。

3. 密切联系生活、生产实际, 突出知识的实用性, 激发学生的学习积极性。

《物质结构与性质》模块的内容抽象、难度较大, 学习起来枯燥, 容易产生畏难情绪, 进而丧失学习的兴趣。在教学中要尽可能挖掘、整合课程资源, 要注意挖掘教材中的人文背景素材, 加强教学内容与生活、生产的联系, 突出教学内容的实用性, 激发学生的学习兴趣和学习动机。

4. 重视化学发展、发现史的教学, 让学生体验科学探究的思想和精神, 形成科学的态度和方法。

《物质结构与性质》模块涉及到很多化学发展史, 特别是对于概念发展的历史, 像原子结构、原子轨道的发展历史、共价键的发展历史等。教材涉及到的“科学史话”就有7个栏目, 教学中应注意运用这些科学发现、发展史, 挖掘科学知识的发现、发展过程所蕴含的科学思想和方法, 以收集、查阅、讨论史料活动为载体, 培养学生的合作探究精神, 体验利用文献资料进行化学研究的过程, 体验科学探究的思想, 对学生进行科学思想与方法、科学精神与科学态度的教育。例如, 对于原子轨道的认识, 可遵循原子结构的发现史:从卢瑟福模型到波尔模型, 然后到量子力学的原子轨道模型的认识过程。让学生认识到原子轨道不是从天上掉下来的, 也不是一个科学家把它写出来的, 而是经过科学家不断探究、不断完善形成的。这样学生对科学知识的认识就会更深刻, 对科学家的探究过程也就更有体验。

5. 利用直观教具, 变抽象为直观, 降低学习的认知难度。

《物质结构与性质》模块的理论性强, 微观结构难以理解, 对学生的抽象思维能力要求较高, 在教学中要注意运用多种教学媒体帮助学生理解教学内容。例如, 利用球棍、橡皮泥和牙签制作各种晶体模型、物质结构模型, 让学生亲手制作、组装、观察物质结构模型, 使学习活动具有更强的参与性、主动性;利用多媒体课件展示一些晶体、非晶体的图片、用动画形式去演示一些晶胞、晶胞与晶体的关系;利用计算机软件绘制各种晶体的晶胞;利用网络查找有关晶体结构模型的三维立体图片或动画等等, 从而降低知识的理解难度, 增强学生的接受能力, 提高教学效率。

6. 重视理论方法的构建, 让学生远离题海。

《物质结构与性质》模块的学习要着力于理论方法的构建, 而不是着眼于题海训练。教学中要紧紧抓住“结构决定性质, 性质反映结构”这一主线, 构建知识体系。例如, 在讲氢键时先给学生提出一个问题:为什么冰的密度比液态的小?继而从研究冰的结构中提出了氢键概念, 指出氢键的存在使水的溶沸点升高的原因, 最后从H2O、H2S、H2Se、H2Te的沸点曲线图中进一步加深对氢键的认识, 学生也就学得容易、记得牢、用得活了。

教学结构模块设计 篇2

福建省漳平实小桂林校区 陈 婷

一、概述

《从现在开始》是义务教育课程标准实验教科书小学语文第三册中的第21课。本课是一篇童话故事，借森林里竞选“万兽之王”这件事, 告诉学生要尊重别人的生活习惯, 互相尊重, 才能和睦相处。把这一课分为两课时，第一课时完成识字任务后，初步了解故事的经过，把课文读通顺。第二课时引导学生有感情地朗读课文，演一演故事，能领悟到故事中蕴含的道理，认识相互尊重对于营造和谐生活的重要性，并在生活中遵循这一准则。

二、教学目标

1.知识与技能

（1）学完本课，能够认识课文后所要求的9个字，并会写后面的10个生字，正确率不低于90%。

（2）能够有感情地朗读重点句子，在朗读中揣摩字词的含义。2.过程与方法

（1）分角色朗读，体会不同动物当上万兽之王后说话的口气和神态。（2）结合生活中类似的现象，把握课文中心思想，加深字词的学习。3.情感态度与价值观

（1）通过课文的学习，感悟生活中相互尊重的重要。

（2）围绕课文中心思想阐述小猴子最终当上“万兽之王”的原因。

三、学习者特征分析

小学生有识字的基础，重点把握字形。学生对于识字兴趣很高，识字方法已有所掌握，能采用自己喜欢的方式来巩固、应用生字。二年级学生在教师对课文的梳理和引导下能够感受相互尊重的重要。学生具有一定的阅读能力，能够借助拼音阅读拓展材料。

四、教学策略

演示法：课堂开始用图片和视频引入，激发学生学习兴趣。

示范模仿法：学生分角色扮演朗读课文，在朗读中融入自己的体会和感受。结合生活实例和以前的学习，掌握生字的形和意。

发现法：即通过课文的学习，在教师的引导下学生体会文章的中心思想并用自己的语言表述。

五、教学环境和资源准备

1、教学环境：多媒体教室。

2、资源准备：教学PPT、拓展阅读《自私的小黑兔》

六、教学过程：

第一课时

一、创设情景，引入新知：

展示课文中各种动物的图片，播放三种候选动物的视频简介。

二、生字教学

1、想知道课文是怎么写这次万兽之王的选举活动的吗？想，就读读书吧！读了以后你就明白了。用自己喜欢的方式读读课文，这篇课文比较长，所以读书的时候要注意读准每个字的字音，遇到生字，就把它圈起来，读一读，遇到难读的句子就多读几遍，开始吧！

2、生字词教学（1）出示生词

万兽之王 轮流 上任 星期 第一个 上任习惯的方式 笑眯眯 郑重 神气极了 议论纷纷 叫苦连天 荡来荡去

指名读、带读、开火车朗读（2）出示句子

a、你们轮流当万兽之王，每个动物当一个星期。b、每个动物都照自己习惯的方式过日子。

c、狮子见了，笑眯眯地说：“不用再往下轮了。我郑重宣布，从现在开始，小猴子就是万兽之王了！

朗读句子。（3）生字卡片朗读 a、开火车朗读生字

b、识字教学：“眯”是形声字；“郑”用姓氏歌的方法识记；“轮”给以量词新知识；“第”与弟进行比较。

三、指导书写。

四、齐读全文。

第二课时

一．复习导入：

这篇课文主要讲了哪些小动物？（板书狮子、猫头鹰、袋鼠、小猴）二．讨论交流：

1.找一找：找出文中的对话，用横线画出来。

2.想一想：这些对话应该怎么读，需要什么样的表情，可以加上什么动作？ 3.演一演：在小组中分角色读一读。三．汇报展示

1.请狮子大王说话。（板书：威风）2.请猫头鹰大王说话。（1）评价朗读

（2）出示词组：神气极了

极了

（3）听了猫头鹰的命令，如果你是小动物，你有什么意见？请用下面的句式跟同桌说一说吧。课件：我是——，白天——，夜里——，这回可要——！

3.请袋鼠大王说话。（1）评价朗读

（2）从哪些看得出动物们不同意袋鼠的做法？（直摇头）（3）大家看，动物们跳得怎么样？

（看图积累词语：满头大汗

大汗淋漓

筋疲力尽）

过渡：猴大王要上任了，大家担心什么？读大家担心的句子。用什么语气读？猴大王让大家担心了吗？

4.请猴大王说话。（猴大王的话为什么不像猫头鹰那么神气，也不像袋鼠那么激动呢？）（板书：和气）

动物们用怎样的方式表达自己高兴的心情?(欢呼)5.定下万兽之王

是呀，从今以后的生活都是自由自在的！狮子大王听了，笑眯眯地说：„„ 狮子为什么说“不用再往下轮了”，他开头不是说“每个动物当一个星期吗”？

6.表演读：

四．学了这一课，你明白了什么？

（板书：学会尊重别人）五．阅读链接

尊重别人，才能得到别人的尊重。这就是“敬人者，人恒敬之。”同样，关心爱护别人，也才能得到别人的关心爱护。这就是：“爱人者，人恒爱之。”尊重别人，关爱他人，才能与人友好相处。下面请同学们读读主题丛书《书山有路》中P138的《自私的小黑兔》。看看这只小黑兔因为自私，后果怎么样了？

七、总结与评价

文章借森林里竞选“万兽之王”一事，告诉人们要尊重别人的生活习惯，尊重别人，与人和睦相处，才能得到大家的支持和拥护。

教师充分利用教材资源，开发学生学习资源，通过学生的小组合作，把课本内容演一演，使学生对课文内容主动学习、研究、内化。用演、评代替教师的讲解分析，让文本的意义在朗读中自行发现，自发建构起来。学生们在情境中充当课文中的角色，联系自己的生活经验，读活动物，体会角色的心理，读出人物个

性。如狮子大王的王者风范，猫头鹰大王的神气，袋鼠大王的激动，小猴大王的和气、干脆、机灵等等。

八、帮助和总结

在形象感知中，教师抓住重点词句，引导学生想象童话中人物的神态、动作、语言，进而体会童话人物。例如：“神气极了”的精彩演读、“议论纷纷”的情境创设、“叫苦连天”的角色体验。

教学结构模块设计 篇3

摘 要：以汽车座椅靠背骨架解锁手柄为例，介绍CATIA软件中有限元分析模块和DMU运动模块在汽车零部件设计过程中的应用以及结构优化设计，通过利用CATIA软件对解锁手柄的应力应变分析结果对其进行优化设计，从而满足企业标准。

关键词：解锁手柄；有限元分析；CATIA

中图分类号： U462 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）25-201-2

0 引言

CATIA软件作为功能强大的计算机辅助设计软件，已经被广泛地应用到汽车零部件设计领域，在汽车零部件产品设计过程中，CATIA不仅可提供3D、2D的设计工作，还可进行产品的有限元分析以及DMU运动仿真分析，提高产品的设计质量，大大降低了产品的开发费用。

本文以汽车座椅骨架的零部件设计为例，利用CATIA软件，进行3D建模、2D设计，通过有限元分析进一步对产品进行优化设计，最终达到设计的最优方案。

1 产品三维设计方案建立

汽车座椅作为汽车重要的系统之一，可实现前后滑动、升降调节以及靠背角度调节等多方向调节，其中手动靠背角度调节功能的实现是通过解锁手柄运动带动调角器圆盘运动，调角器圆盘与靠背边板进行连接，从而实现靠背角度调节。通过周边环境的校核以及调角器自身的性能，确定调角器解锁手柄的初步方案，初步设定解锁手柄材质为Q345，料厚为2.5mm。

利用CATIA三维建模模块进行数据的设计，初步方案见图1所示。

2 产品零部件标准的建立

解锁手柄的侧向刚度需要建立标准，侧向刚度太弱，乘客在调节靠背过程中，调角器手柄与座椅旁侧板干涉，产生划痕，乘客抱怨，为避免此类失效问题发生，汽车行业标准QC/T 844-2011特针对此制定了相关的标准，具体如下。

标准要求：手动调角器手柄的侧向变形量（S=S1+S2）不大于15mm，只有一侧施加力时，变形量S1或S2均不大于10mm。

实验方法：如图2所示，将模拟的靠背骨架总成置于刚性夹具上，按如下步骤进行操作：①在图示距离手柄末端20mm处均匀施加一水平向左的力F1（49N），最大变形量S1；②然后向右方向施加力F2（49N）的力，最大变形量为S2；③变形量在施力点通过百分比测量。

根据建立的标准，利用CATIA有限元分析模块，对解锁手柄进行有限元分析，此项分析只针对调角器解锁手柄，对3D模型进行简化，去除调角器、靠背边板、座靠连接板等零部件，利用CATIA软件Generative Structwral Analysis 模块进行网格划分和有限元模型建立。

3 零部件有限元模型的建立及优化处理

3.1 材质设定

CATIA软件可对零部件直接赋予材质的属性（图3），也可通过CATIA 基础结构模块根据选用材料的类别自定义材料的属性（图4）。

本文采用第一种方法，直接赋予零件Steel材质。

3.2 网格划分和有限元模型建立

网格划分越细，计算结果越准确，当然计算时间越长，对于解锁手柄零部件，结构相对简单，通过CATIA自动网格划分所得出的计算结果精度误差不会太大。可通过分析报告命令对结果进行查看。

3.3 有限元分析结果

按照标准要求，对零部件进行边界设置，并施加载荷。通过CATIA结果显示功能分别显示冯·米斯应力图、变形位移云图，对比材料的屈服极限以及标准法规，查看初步方案是否满足设计要求。

通过节点位移云图，可知解锁手柄最大位移变形量为10.8mm，不满足标准单边施加力值，变形量≤10mm，需要对设计进行优化；

图5显示解锁手柄的Von Mises应力云图，通过结果显示解锁手柄在弯角处所受到的应力最大，达到了361MPa，可通过增加翻遍以及增加加强筋的方式进行优化处理。

3.4 解锁手柄的结构优化

CATIA软件最大的优点之一为参数化设计，设计人员可通过参数的调整来确认有限元分析结果是否符合设计要求，而无须再重新对零部件进行网格划分、边界处理等步骤，大大节省了设计人员的时间。

通过三维设计模块直接进行数据参数调整，通过增加加强筋以及翻边处理，对零部件进行结构优化，由更改后零部件的位移云图和Von Mises应力云图可知，更改后零部件的最大位移变形量5.16mm，最大应力为223MPa，两者均满足标准设计要求，证明零部件结构优化方案有效。

4 DMU运动环境校核

CATIA软件DMU模块提供了较为便利的运动仿真功能，可利用此模块来进行干涉、距离检查。主要步骤如下：

步骤1：创建运动机构及运动副；步骤2：定义命令；步骤3：定义固定件；步骤4：机构运动模拟；

通过干涉以及距离分析功能进行模拟，分析零部件与周边环境是否干涉以及与周边环境的最小距离，本实例解锁手柄最大解锁角度为30°，通过DMU模拟解锁手柄运行轨迹，通过图6可见，解锁手柄由初始位置到最大解锁角度30°位置运行范围内，解锁手柄与其他零部件最小距离在最大解锁角度位置，距离值为0.998mm，基于相邻运动零部件最小距离≥5mm的设计规范，可再对解锁手柄进行结构优化，保证解锁手柄运行过程中与其他零部件最小距离≥5mm，此处不再进行详细处理。

5 结束语

利用CATIA V5高级建模功能，在对解锁手柄进行参数化建模的基础上，对解锁手柄进行了有限元模型的建立和有限元分析，得出了解锁手柄应力等值分布图以及变形位移图，通过图形可直观的分析出解锁手柄是否满足设计要求，同时利用DMU运动仿真，检查解锁手柄与相邻零部件是否干涉以及最小距离，避免了以往被动的校核设计方法，同时利用CATIA的参数化设计，可直接更改参数，无须再去对零部件进行网格划分以及边界设置，大大降低了设计人员的效率，保证了设计的稳定性和可靠性。

参 考 文 献

[1] 刘自侠.汽车座椅的力学模型设计[J].零配件技术，2001.

[2] 姜涛，张桂林，李敏，高俊鹏.汽车座椅静强度试验综述[J].武汉理工大学学报，2014，38：1040-1041.

[3] 朱思洪，徐晓美.驾驶员座椅悬架系统刚度调节特性研究[J].机械科学与技术，2008，27（2）：149-150.

教学结构模块设计 篇4

所谓“性向”, 是指性格、兴趣与方向。而“性向”教育指的是在明确设计课程的性质与教学目的, 了解市场方向与学生们的兴趣导向, 合理的、有针对性地设置具有可行性的、可操作性的教学内容与相关的课题, 并让学生积极参与到具体课题的设计、过程的展示和成果的叙述等方面来。

目前, 我国的设计教育脱离社会现实的情况并没有得到根本的改变, 学生的学习与创作潜力在课程中未能得以有效的展示。黑川雅之在《世纪设计提案——设计的未来考古学》中提出, 教育的目的就应当是充分挖掘人们身上这些与众不同的地方, 并设法将这些特点无限放大。反之, 如果我们的教育将所有人都培养成一种模式或同种类型的话, 就可能阻碍整个社会的进步与发展。只有大量优秀的、各有所长的设计专业的涌现, 才能不断推动社会的进步与创新。因此, 我们要打破同质化的设计人才培养模式, 从“性向”教育出发, 设计多元的教学模块, 有目的地培养社会所需的人才。

二、模块化教学方式与优势

一般而言, 模块化是指针对某产品在某范围内的不同功能或者是相同功能而不同性能、不同尺寸规格而进行在功能分析基础上划分并设计出一系列功能不同的模块, 通过模块之间的选择和组合构成不同的消费者定制的产品, 以满足市场上的不同需求。教学结构中的模块化是针对课程需求与学生要求来进行专业知识点的模块化的补充。

如今, 在各大高校美术专业的教学设置中, 除了开设基本的专业教学课程外, 同时也对课程中缺少的内容做了相应的补充。这种方式的教学模式与本文提出的模块化教学方式很相似。

模块化教学的方式就是借鉴机械类产品的组装原理, 根据具体课程内容需要来增设辅助模块内容。在实际的创作中, 无论是进行绘画艺术创作还是进行设计创作, 对于创造者来说所需要的创作能力不能是单一的, 而是要具备多方位、多样化的综合能力。因为大千世界是多元的组合体, 大众对于设计的各个方面的需求也是多元化的和宽泛的。因此, 在高校的教育中, 为满足社会对人才的需求, 应该教授学生各方面的专业知识, 训练他们各方面的能力, 提高他们各方面的素质, 使他们的视野更加开阔, 能力更加多样化。

模块化教学的优势在于以下几个方面。

(一) 对课程内容进行合理补充

在某专业的课程内容设置中, 所涉及到的与之相关联的其他专业基础课和其他专业支撑内容不能同时放在该课程内容里面, 这时就需要通过设定几个主要的课程模块并放在课外来实施。每种专业课程都有设置一定的时间周期, 而且都需要达到一定的教学目的和要求并推动与后面的课程内容相衔接。因此, 设置模块化教学内容能有效地解决该课程中必须讲解但又不能占用正常授课时间的问题。

(二) 因人而异, 按需设置

目前, 国内高校采用的是“宽基础、活模块”的教育教学模式。这里的“宽基础”是指从以人为本出发、实施全面育人的教育理念, 根据正规的全日制的教育培养要求来实施。而“活模块”的教育模式则是通过课程内容分模块化进行, 各个模块间灵活化地合理搭配, 其目的是在高校中培养学生宽泛的、基本的人文素养和基本的从业能力, 进一步培养他们的专业行业能力。

国内高校教育中同样提倡因人而异、有针对性地培养高素质的专业人才, 以适应快速发展的社会各层次的需求。模块化的教学方式可以做到按需设置课程的辅助内容, 做到有的放矢地设置教学内容。

(三) 合理配用教学资源与社会资源

模块化教学主要是强调教学内容的实用性和学生能力的培养。在正常的教学期间经常会出现人为或教学资源的不足而使教学计划被迫修改的状况, 甚至有时只能取消某些教学计划。而合理采用模块化的教学方式, 根据教学时间与内容来分配各种教学资源与社会资源, 则能迅速解决因资源冲突所带来的一系列教学内容不能实施的实际问题。

在这方面, 英国坎伯维尔艺术学院插画专业就实现了与伦敦艺术大学中六所院校的教学资源共享, 他们将插画专业与视传课程的书籍设计、数码艺术、版画等课程内容进行对接, 从而得到设计版式与技法的补充。

三、国内插画设计教学模式现状分析

插画设计的风格与所涉及的领域比较广泛, 就风格来说有装饰性的与写实性的, 有卡通的与夸张的;在用途上也是有比较多的方面, 如儿童读物上的儿童插画、包装设计、商业插画、书籍中的插图等。由此可见, 插画设计课程在课程内容设置上应倾向于多元化的模块化的形式进行。

目前, 国内的高校把插画设计单独设置为一个专业的美术院校也不是很多, 大多数美术院校的插画设计是作为一门专业课程来设置, 将其融合在视觉传达或数字媒体专业方向里面。在教学内容和教学周期的设计上也是以了解插画设计的流程、掌握基本设计原理为教学目的, 在这种情况下就造成了该课程的课程时间短, 涉及的教学内容较浅, 学生的作品商业运用价值不高的状况。

在高校不断扩招的大形势下, 很多学生的美术专业基础水平高低不齐, 高校插画艺术教育体系就需要为此做出一定的调整, 采用不同标准进行教学设置。在传统的插画课程中, 教学内容设置大多侧重于培养学生的绘画方法, 教学细节方面通常偏向于传统绘画。对于插画设计中多元化的材料技法的运用、版式与装裱的成品等方面很少涉及到。然而这些被忽略的部分却会对插画专业的学生养成严谨的绘画习惯起着潜移默化的推动作用。

因此, 插画艺术设计教育应合理设计教学模块, 重视学生自身的个性差异, 因材施教, 从而不断探索出适应插画艺术设计学科的教学新模式, 不断改进与调整教学方法与手段, 这样才有利于高校插画艺术设计教育的可持续发展。

四、“性向”教育下的插画设计教学模式

从字面看“插画”中的“插”意味着绘画的功能性, 而“画”字意味着绘画作品中的各种不同的表现形式, 因此, 插画中许多表现技法与绘画艺术有着千丝万缕的联系。因此, 插画的根本还是离不开“画”字, 也就是绘画造型的能力。

而在“性向”教育中, 插画教学模式是需要进行一定改革的。通识教育固然重要, 但根据学生的不同基础、不同能力、不同兴趣爱好, 在课程设置的方向上也应该有所考虑。例如在插画设计课程的后期制作阶段, 主要是确定绘制的技法和材料的运用, 在课程内容的讲授上, 就不能采用泛泛介绍后就规定统一的绘制材料与技法, 而是要例举与展示多种材料, 展示不同材料所产生的不同绘制效果, 在综合运用上又会体现出什么特殊的效果。因此, 要让学生在了解多种材料后自行选择适合自己与作品的材料进行绘制。这样的课程设置所体现出来的是多样化的视觉效果。这也证明“性向”教育中所指的合理有针对性地设置具有可行性、可操作性的教学内容, 有利于尽可能地发挥学生的独特的艺术才能。

从“性向”教育的特点出发, 根据插画课程内容合理地进行调整, 注重理论联系实际的教学方式, 做到因材施教的教学理念, 这样才能在插画课程中使学生能够更好地发挥创意思维。

五、插画设计课程教学的模块化设计

模块化的思维方式, 就是综合地考虑某系统里的物象, 将其按一定的功能分解成不同的模块, 以符合不同的用途与性能, 模块与模块之间设置标准化接口, 使其灵活对接, 在选择某些模块时能够迅速组合成各种符合用户要求的系统模块。

就插画课程中的造型艺术部分来分析, 插画艺术所涉及的造型方面的技能门类非常广泛, 其中手绘造型的能力应该是最基础的部分;应用电脑绘制CG作品的电脑应用能力也是同学们必备的能力之一;插画中的造型部分所涉及的艺术性与技法则更为广泛, 因此在插画技能课程内容上应该有针对性地选择辅助模块, 也可以把课程内容分割成不同的模块, 例如对在插画人物造型方面欠缺的学生来说, 教师可以在课堂上通过设置一定时间的速写与写生内容模块来提高与强化学生的人物造型基本功;针对电脑运用能力方面欠缺的学生, 则应在课程中设置软件的操作模块, 并配备专业教师作为辅助讲解。这样通过不同模块的教学内容来解决不同的问题从而最终解决插画中的造型问题。

因此, 在插画设计课程整体结构模块化设计中应做到以下几点。

(一) 教学模块设计有相对独立的特定功能

插画设计课程从前期主题选定、设计草图与构图的确定, 到色彩、造型风格的绘制, 这一系列内容在五周左右的计划课程内容是无法全部一一涉及的, 而且在这期间学生的专业审美意识与能力也参差不齐, 最后完成的作品有可能与预想的课程成果有一定的距离。因此, 在有限的课程时间里, 首先应明确教学目的, 在课堂上掌握学生普遍存在的、比较突出的问题, 为设置辅助课程模块内容寻找依据, 而后利用课后的时间开设与分配学生执行模块的教学内容。学生也可以在了解各个模块的内容后自行选择模块来学习, 如插画的造型模块, 就是单一解决造型基础不好的学生的实际问题, 教师可以直接把造型模块中所要达到的目标分配给这部分同学, 并指导与监督他们完成一定的工作量。对插画中的构图存在问题的学生则安排作品鉴赏模块内容, 借鉴与学习优秀作品中的构图形式。当然, 各个模块内容之间都是有一定的关联性, 它们可以单独出来自成体系, 也可以与其他相关联的模块组合进行。

(二) 教学模块之间的互换性与通用性

在设置插画课程的各个模块时, 应该考虑到各个模块内容在学习时间段的互换性。例如插画的材料技法模块与造型模块内容在学习时间上是可以相互交叉进行的, 他们之间不存在内容冲突或基础要求不同等问题。

根据模块化的通用性特点来看, 插画课程的脚本设计模块、构成模块、造型模块、材料模块、技法模块等各个模块在设置好相应的内容后, 也是可以与其他专业课程内容对接的。如其中的构成模块可以与广告设计中的海报设计相衔接, 可以与书籍设计中书籍插画设计衔接, 从而尽可能地发挥出该模块的辅助功效。

六、结语

综上所述, 现在高校的插画课程结构应该顺应时代需求与社会的需求来进行相应改变。以人为本的“性向”教育方向与课程结构的模块化设计在如今大数据的时代潮流中亦是一种教改趋势, 而插画设计课程所涉及的专业知识点颇为广泛, 在传统教学方式的基础上, 结合先进的模块化教学内容更能使插画课程的教学理念与市场应用相适应, 达到国家提出的培养优秀的应用人才的教学目标。

参考文献

[1][美]戴维·马梅.导演功课[M].曾伟祯编译.桂林:广西师范大学出版社, 2003.

[2]彭婷.插画设计项目教学[M].北京:中国水利水电出版社, 2011.

[3]刘军, 张小羽.商业插画[M].北京:北京交通大学出版社, 2011.

[4]凌继尧, 徐恒醇.艺术设计学[M].上海:上海人民出版社, 2001.

模块二作业教学设计方案 篇5

分式的乘除法

一、学生知识状况分析

知识技能基础：

学生在小学已经学过分数的乘除法，掌握了分数的乘除法法则，在学习分式的乘除法法则时可通过与分数的乘除法法则进行类比学习。在前面学习了整式乘法和因式分解，为分式的运算和结果的化简奠定基础。能力基础：

在过去的数学学习过程中，学生已初步具备观察、分析、归纳的能力和类比的学习方法。

二、教学任务分析

具体学习任务分析 ：本节课的重点是分式乘除法的法则及应用，难点是分子、分母是多项式的分式的乘除法的运算。分式的乘除法与分数的乘除法类似，所以可通过类比，探索分式的乘除运算法则的过程，会进行简单的分式的乘除法运算，分式运算的结果要化成最简分式和整式，也就是分式的约分，要求学生能解决一些与分式有关的简单的实际问题。因此，本课时的教学目标是： 知识目标：

1、分式的乘除运算法则

2、会进行简单的分式的乘除法运算

能力目标：

1、类比分数的乘除运算法则，探索分式的乘除运算法则。

2、能解决一些与分式有关的简单的实际问题。

情感目标：

1、通过师生讨论、交流，培养学生合作探究的意识和能力。

2、培养学生的创新意识和应用意识。

三、教学过程分析

第一环节 复习旧知识

复习小学学过的分数的乘除法运算。活动内容

1、计算，并说出分数的乘除法的法则：

42124（1）（2）；

7859分数乘以分数，用分子的积做积的分子，分母的积做积的分母；分数除以分数，把除数的分子分母颠倒位置，与被除数相乘.活动目的：

复习小学学过的分数的乘除法运算，为学习分式乘除法的法则做准备。教学效果：

学生能准确的说出分数的乘除法运算法则。

第二环节 引入新课 活动内容

24245252,, 35357979242525525959,, 353434797272bdbd猜一猜： ；

acac你能总结分式乘除法的法则吗？与同伴交流。

adadadacac， bcbcbcbdbd分式的乘除法的法则: 两个分式相乘,把分子相乘的积作为积的分子,把分母相乘的积作为积的分母;两个分式相除,把除式的分子和分母颠倒位置后再与被除式相乘.活动目的：

让学生观察运算，通过小组讨论交流，并与分数的乘除法的法则类比，让学生自己总结出分式的乘除法的法则。教学效果：

通过类比分数的乘除法的法则，学生明白字母代表数，这样很顺利的得出分式的乘除法的法则。

第三环节 知识运用 活动内容 例题1:

a216a2y22（1）2（2）a2a2a8y3a例题2 6y2a1a212（1）2xy（2）2

xa4a4a42活动目的：

通过例题讲解，使学生会根据法则，理解每一步的算理，从而进行简单的分式的乘除法运算，并能解决一些与分式有关的简单的实际问题，增强学生代数推理的能力与应用意识。需要给学生强调的是分式运算的结果通常要化成最简分式或整式，对于这一点，很多学生在开始学习分式计算时往往没有注意到结果要化简。教学效果：

学生能将算式对照乘除法的法则进行运算，在运算结果中，如果不是最简分式往往忘记约分，因式分解在分式约分中起到重要作用，对于分子、分母是多项式的分式的乘除法的运算时，一般先分解因式，并在运算过程中约分，可以是运算简化。活动内容： 例题3 通常购买同一品种的西瓜时,西瓜的质量越大,花费的钱越多,因此人们希望西瓜瓤占整个西瓜的比例越大越好.假如我们把西瓜都看成球形,并把西瓜瓤的密度看成4是均匀的,西瓜的皮厚都是d,已知球的体积公式为VR3(其中R为球的半径),3那么，(1)西瓜瓤与整个西瓜的体积各是多少?(2)西瓜瓤与整个西瓜的体积的比是多少?(3)你认为买大西瓜合算还是买小西瓜合算?与同伴交流 活动目的：

能解决一些与分式有关的简单的实际问题。教学效果： 通过以上例题帮助学生总结出分式乘除法的运算步骤： 当分式的分子与分母都是单项式时：

(1)乘法运算步骤是，①用分子的积做积的分子，分母的积做积的分母；②把分式积中的分子与分母分别写成分子与分母的分因式与另一个因式的乘积形式，如果分子(或分母)的符号是负号，应把负号提到分式的前面；③约分

(2)除法的运算步骤是，把除式中的分子与分母颠倒位置后，与被除式相乘，其它与乘法运算步骤相同。

当分式的分子、分母中有多项式，①先分解因式；②如果分子与分母有公因式，先约分再计算.③如果分式的分子(或分母)的符号是负号时，应把负号提到分式的前面.最后的计算结果必须是最简分式.第四环节 课堂反馈 活动内容：

abax21x12化简：（1）2（2）(aa)（3）2

baa1yy对本节知识进行巩固练习教学效果：

在总结出分式乘除法的运算步骤后，大部分学生能很好的掌握，但是还有些学生忘记运算结果要化成最简形式，老师要及时提醒学生。式的知识没掌握好，将会影响到分式的运算，所以有的学生有必要复习和巩固一下分解因式的知识。

第五环节 课堂小结 活动内容：

1．分式的乘除法的法则

2．分式运算的结果通常要化成最简分式或整式.3.学会类比的数学方法 布置作业:课本P77习题3.3第1、2题 活动目的：本课的回顾与小节。

四、教学反思

1、学生对于法则的运用不难，但是较差班级的学生在运用法则计算时遇到单项式乘单项式，单项式乘多项式或多项式乘多项式即整式的乘法运算时，情况较差，另外在结果的化简上存在问题，化简意识不够，应该在复习分数的乘除法时复习分数的约分，通过对分数的约分类比分式的约分，加强化简意识和能力。还有因式分解的基础知识不扎实，这些直接影响这节课的学习，这充分体现了数学知识是相关相联的，所以课前有必要巩固整式的乘法运算和因式分解这两方面的知识，进行有针对的练习。

雷达模块结构高效设计方法探索 篇6

在雷达模块结构设计中,为了满足模块的电磁兼容性设计[1]要求,必须设计出符合指标的模块。结构设计师根据印制电路板,设计出对应的模块。而印制电路板上存在大量的屏蔽筋、固定孔、过线孔和其他结构[2],因此对应模块结构必须同印制电路板上的结构保持高度吻合。如今印制电路板集成度越来越高[3],导致模块结构越来越复杂,因此探索一种高效率、高准确率的模块设计方法尤为重要。

Pro/E三维设计软件具有直观、所见即所得、参数化等优点,在结构设计方面得到广泛应用[4,5,6]。本文借助Pro/E软件,寻求模块结构设计的高效方法。

1模块结构传统设计方法

模块结构一般由盒体和盖板组成,而盒体是模块结构设计的核心。盒体的结构由结构设计师根据印制电路板图设计而来,结构设计师从印制电路板图上逐一测量出所有相关结构尺寸,包括外形、屏蔽筋、固定孔、过线孔和其他结构尺寸,根据测量的具体尺寸再在三维软件中建模并设计出符合要求的模块。该种传统设计方法要耗费大量的测量时间和精力,且在测量过程中存在偏差和出错的可能,因此,必须探索出一种该类型模块结构设计的新方法。

2模块高效结构设计方法

通过三维软件Pro/E和二维软件Auto CAD之间的兼容导入,同时采用分层结构设计、点阵列建模和虚拟装配等组合设计方法,大大提高了雷达模块结构设计的效率和准确率。下面结合某雷达产品中的模块结构设计实例,具体介绍如何采用Pro/E软件高效率和高准确率地设计模块。

2.1Pro/E与AutoCAD的兼容导入

所举模块中有射频印制电路板和电源印制电路板两块印制电路板,其中盒体正面装射频印制电路板,背面装电源印制电路板。图1(a)为射频印制电路板中结构设计需要的1∶1比例的Auto CAD二维图,其中包含印制电路板的外形、屏蔽筋(阴影部分)、67个固定孔(较大的点如A点)、23个过线孔(较小的点如B点)等结构尺寸信息。图1(b)为Auto CAD文件导入Pro/E软件后的二维图,从图中可以看出,与图1(a)结构尺寸完全相同。 再在Pro/E软件中利用导入文件进行模块结构设计。

2.2分层结构设计方法

盒体采用分层结构设计方法,即先设计盒体的正面和背面之间的隔板,其次设计正面的腔体,再次设计背面的腔体,最后完善盒体其他结构设计。分层结构设计的好处在于每一层设计均以前一层为基准,因此只需修改某一层的设计参数,就可以达到整体联动更改和优化的目的,实现简单参数化设计[7]。

图2(a)为正面和背面之间的隔板三维模型,它由图1(b)中导入的结构外形获得。在Pro/E的草绘界面中选择导入图形的外形,采用投影和拉伸方法即可获得隔板的外形图。

正面腔体的结构设计以隔板的上表面为草绘界面, 使用投影功能选取盒体的屏蔽筋外形图,并使用拉伸功能,一次性完成盒体的屏蔽筋建模,如图2(b)所示。

盒体正面腔体中还存在大量的固定孔和过线孔, Pro/E软件中的点阵列功能可方便、快捷、准确地完成大量孔的建模。

2.3点阵列设计方法

以隔板的上表面为点阵列基准面,首先在基准面上确定基准点,设定图1(a)中任意一个固定孔为基准点, 如A点,再次进入草绘界面,并使用参照和钻孔功能,完成以基准A点为圆心的基准孔K的建模,如图3(a)所示。 以基准孔K为固定孔点阵列源,进入点阵列草绘界面, 并对导入图形使用参照功能,找到导入图形中每一个固定孔的参照圆心并使用几何点功能,退出点阵列草绘, 完成67个固定孔的点阵列建模工作,如图3(b)所示。 与固定孔建模方法相同,完成23个过线孔的点阵列建模,如图3(c)所示。图3(d)为盒体正面腔体内部的所有孔三维建模图。

由图3可以看出,在盒体正面腔体内部所有孔的三维设计过程中未测量任何一个孔的相对尺寸,利用导入文件和点阵列建模的设计方法大大提高了孔的三维设计效率和准确性。

2.4盒体结构完善设计

盒体背面腔体的建模,以及背面腔体的固定孔建模不再陈述。盒体正面腔体屏蔽筋上的固定孔也采用阵列的方法进行建模。

盒体周围设计有射频输出接口和电源控制接口,射频输出接口采用不锈钢小间距的SMA射频连接器[8]进行连接,电源控制接口采用J30J电缆组件[9]进行连接。

模块盒体四角设计成台阶式结构并开有4个通孔, 用于模块的固定。设计完整的盒体如图4所示。

模块盒体上下盖板均采用嵌入式盖板,嵌入式盖板能很好地屏蔽电子元件之间相互干扰。盖板高效无误设计需借助虚拟装配的途径来实现。进入Pro/E软件装配界面,并将一块一定厚度且外形尺寸不小于盒体的平板装入盒体上盖板的位置,再激活装配图中的平板,使用剪切功能,切除平板多余的部分,最后使用基准孔和阵列(以屏蔽筋上固定孔的阵列为参照)的方法,快速准确地完成盖板的三维建模。

2.5虚拟装配

对设计好的模块零件进行虚拟装配,虚拟装配与零件设计相辅相成[10],如盖板的结构设计,且虚拟装配可以对干涉、偏差、错位等错误进行检验[11],及时反馈错误设计信息,优化结构设计。在虚拟装配过程中,对同一系列螺钉、平垫和弹垫创建成组,以组进行阵列(以固定孔的阵列为参照),可方便快捷地完成紧固件在盒体上的虚拟装配。图5为模块最终完成虚拟装配的三维示意图。

3结语

教学结构模块设计 篇7

一、教学目标的拟定分析

本课课标的要求:了解伏尔泰等人的基本主张, 初步认识思想解放与社会进步之间的关系。基于这一描述, 教师以常州市新北区推行的板块三串式要求梳理出教学目标:

1. 了解伏尔泰、孟德斯鸠、卢梭等人的思想主张。

2. 通过材料概括分析启蒙思想基本内容, 了解启蒙思想的基本内涵。

3. 通过学习启蒙运动的影响, 初步认识思想解放与社会进步之间的关系。

二、教学流程的展示与分析

【感悟心得】在初中历史课堂上运用“板块三串式”教学设计的感悟:

1. 板块三串式教学设计中心主旨就是用这一模块化设计有效贯彻以学生为主体的教学理念, 以“展开教学的问题串设计”为核心进行问题教学设计。同时, “学生活动串”有了明确清晰的设计要求, 促使教师在教学设计时以学生活动为主体进行。第三个板块“反馈串设计”进一步要求体现师生互动的具体方式、行为。新课程强调课堂的交互性、评价的多元性。“反馈串设计”这一模块正是体现这一理念。这样“板块三串式”完成了教学环节的第一次循环互动。

2. 板块三串式教学设计在历史课堂上不仅是横向的三串为一个整体, 纵向来看, “问题串设计”也是一个逻辑整体, 板块与板块之间也是一个整体。既然是“串”, 本身就是完整的体系构建过程, 是一个循环过程。具体在中学历史课堂教学中, 要求教学设计时以学生的已有的思维发展为基础, 以历史发展脉络为主线, 通过问题或者活动逐步深入, 以此提高学生逻辑思维能力, 关注学生的逻辑思维生成过程。本课实例中, 在第二板块启蒙运动的探究教学中, 六个主题活动分别按照一般逻辑思维层层推进:背景、概况、影响与比较。这符合学生一般的思维方式与习惯。同时, 板块与板块之间应体现内在的关系。在本课案例中, 各板块之间基本是平行的。应该说, 历史的时序性、事物发展的因果性必然要求教学设计、教学活动体现其基本规律。板块三串式教学设计在这方面的作用是比较突出的。

3. 中学教学过程整体以模块化结构设计, 能有效突出框架结构。由于历史的广泛博大, 容易导致课堂偏离中心, 出现无序性。以板块三串式设计教学, 较好地避免了这一现象。同时, 问题串的设计能体现出渐进、逐步深入的过程性与内在逻辑性。

4.“思想问题”的解决主要在于学生的感悟。本节课教师大量运用资料与图片以感性认知逐步引导学生递进式感悟启蒙思想。所引用的材料大部分来自生活常识、漫画等, 以小见大, 以微知著, 使得原本比较深奥的思想理论具有生动性。

综上所述, 以“板块三串式”构建的教学设计最大的优势在于模块化的结构能增强历史课堂的体系化、针对性与可控性。同时也有一个值得商榷的地方:学生活动串与目标反馈串其实是一个整体, 不宜割裂。如:“投影法国启蒙思想家的头像, 设问“他们分别是谁?”后, 以连线题的形式, 让学生一一对应代表人物与其基本观点”, 在这一教学片断中, 可以让学生直接回答连线结果, 但在本节课的实际教学过程中, 为了体现“三串式”, 有故意停顿、人为强调学生动作的嫌疑。最好让教师预设可能出现的问题情况, 并拟订几种方案, 或者依据班级情况, 预设学生学习情况作进一步深入的设计。

摘要：有关思想方面的教学一直是历史教学难点之一。既要在有限的时间内展示特定历史时期的人们精神文化的内涵, 又要引领学生进行再生成, 感悟历史、思考当今。如何才能化解课堂时间的紧迫与思想文化的高度、抽象之间的矛盾?在听完依据“板块三串式”课堂设计而开设的公开课———《引领时代的思考》, 作者有不少感悟。作者就关于“板块三串式”结构下的小组学习方式在历史课堂上的运用谈谈感悟。

教学结构模块设计 篇8

1 设计原则

针对液压挺杆类零件的结构及加工特点, 对研发的内圆磨床提出如下设计原则: (1) 适应工件内柱孔磨削及内柱孔和内锥孔联合磨削要求; (2) 根据用户需求, 可用不同结构和功能配置组合机床; (3) 机床应具有满足自动生产功能的平台; (4) 机床采用封闭式布局, 保证机床整洁美观。

2 设计方案

根据机床设计原则, 内圆磨床设计采用了模块化结构, 即将内圆磨床的磨削运动分解成独立的简单运动, 对各个简单运动均用一套机械结构加以实现。此时, 当用户根据磨削需求和经济需求提出内圆磨床的配置方案时, 工厂可快速满足用户的需求。结合多年的内圆磨床生产经验, 模块化结构的内圆磨床采用了工件径向进给、砂轮轴向往复磨削的磨削方式。砂轮磨削进给由于具有快速进给和往复进给双重功能, 并且机床需考虑内柱孔磨削和内锥孔磨削双工位问题, 故砂轮磨削进给采用了双层滑台结构:下层滑台用于砂轮快速进给;上层滑台用于砂轮往复磨削进给。

由于机床定位在高精度内圆磨床, 故机床设计时, 在实现内柱孔和内锥孔磨削功能的基础上, 精度保证是首要指标。机床的高精度主要体现在工件主轴的回转精度、工件的径向进给精度、砂轮的往复进给精度、砂轮的回转精度和修整质量等诸多方面。这其中工件主轴的回转精度、砂轮的回转精度基本属于单元技术, 与其它部件关联性不大, 而工件的径向进给、砂轮的往复进给和砂轮的修整属于综合技术, 与其它部件的联系比较密切, 故在机床整机设计时应高度关注。

通过分析论证, 模块化结构高精度内圆磨床整体设计方案如图1所示。

高精度内圆磨床的各个模块划分如下:基础平台模块、工件主轴模块、工件径向进给模块、砂轮快速进给模块、砂轮往复运动模块、砂轮轴回转运动模块、砂轮修整模块、工件夹具模块、磨削冷却系统模块、机床封闭罩壳模块、机床控制系统模块等。由于机床进行了功能详细划分, 各个功能模块运动功能和运动区域限定明确, 因此各个功能模块在设计时, 各项技术指标的确定比较容易, 结构设计容易实现快速准确。

3 机床主要设计参数

(1) 内柱孔

磨削孔径范围:6~20mm;最大磨削深度:40mm;电动砂轮轴转速:60000r/min;磨削往复次数:20~120次/min;磨削往复行程:35mm。

(2) 内锥孔

磨削内锥孔角度:59°~90°;电动砂轮轴转速:60000r/min;磨削往复次数:30~180次/min;磨削往复行程:0~0.3mm。

4 典型部件设计

4.1 工件径向进给模块

工件径向进给模块为一安装在基础平台上的独立部件, 它具有一个箱式结构固定式底座, 通过采用预负荷十字交叉滚珠导轨支撑结构支撑径向进给滑台, 为适应工件内柱孔和内锥孔磨削的工位转换要求及工件径向进给具有连续微量进给功能, 工件径向进给系统采用了伺服电机直联滚珠丝杠方式驱动, 可保证工件快速实现双工位准确转换及磨削过程的连续微量进给。

4.2 工件主轴模块

液压挺杆类零件圆度和圆柱度要求高, 为保证零件的磨削高精度, 工件主轴的回转精度和精度保持性要求一定要高, 经过多年的探索, 针对不同的零件精度标准及结构尺寸, 采用了液静压工件主轴和气静压工件主轴两套方案, 对于加工精度要求在0.5μm左右圆度的工件, 采用气静压工件主轴方案;对于加工精度要求在1μm左右圆度的工件, 采用液静压工件主轴方案。为实现两套方案的快速转换, 工件主轴均采用统一外型尺寸的套筒式结构, 并采用剖分式主轴箱, 以便于主轴安装。为保证工件内孔磨削的正锥或倒锥需要, 工件主轴箱在径向进给滑台上安装时, 采用转轴结构, 可实现主轴轴线和进给轴线两垂直轴线间的角度微调。

4.3 砂轮往复运动模块

砂轮往复运动根据工件的结构尺寸, 存在往复频率变化、行程变化和位置变化问题。往复频率变化是适应工件磨削工艺的需要, 它可通过调整往复机构的驱动电机的频率实现。行程变化是适应不同的工件磨削长度的需要, 位置的变化是适应工件磨削位置和砂轮修整位置不同的需要。为实现这两种变化, 内圆磨床采用了变频调速电机通过带传动驱动曲柄滑块机构联结液压缸的结构形式, 曲柄滑块机构可实现砂轮的往复运动行程的调整, 液压缸通过活塞杆的伸缩可实现砂轮位置的调整。为实现工件内柱孔和内锥孔磨削, 机床设计时, 采用了两套砂轮往复运动机构, 分别完成内柱孔和内锥孔的磨削功能。砂轮往复运动模块具体结构见图2。

4.4 砂轮快速移动模块

砂轮快速移动模块为一安装在基础平台上的支撑部件, 它具有一个箱式结构固定式底座, 并通过采用预负荷十字交叉滚珠导轨支撑结构支撑轴向进给滑台。砂轮往复运动模块功能是实现砂轮快速移动到位的功能部件, 由于该运动为固定位置的快速移动, 移动需要是平稳定点, 故移动驱动结构可采用两种方式, 一种为伺服电机直联滚珠丝杠驱动;一种是液压缸驱动, 实际应用时, 可根据用户的需求, 采用不同的结构。

4.5 基础平台模块

内圆磨床基础平台设计主要应在高刚性设计、几何尺寸设计、工件冷却液流道设计及安装基面设计等几个方面重点关注。

(1) 高刚性设计

模块化结构的内圆磨床的基础平台与原传统结构的内圆磨床床身相比, 由于功能简化, 故结构也大为简化, 高刚性设计主要应体现在薄壁及筋板设计上, 内圆磨床基础平台承受载荷较小, 故设计主要考虑降低固有频率, 减少共振的几率。通过有限元分析, 内圆磨床基础平台薄壁及筋板设计结构如图所示3。

(2) 安装基面设计

基础平台上目前安装有工件径向进给模块和砂轮快速进给模块两大部分, 考虑到内圆磨床适用于液压挺杆类零件的磨削, 为适应零件的自动上下料和自动检测装置的安装需要及检测工艺需要, 故基础平台上共设置了5个模块的安装基面, 为便于加工和磨削冷却液流动, 安装基面采用了小凸台结构, 具体见图4。

5 结语

基于模块化结构的高精度内圆磨床的研制成功, 对于用户的个性化需求, 提供了一个快速供给平台。这也有助于我们对影响零件中小孔磨削精度的单元技术的进一步研究和实践, 为我国在零件中小孔高精度磨削机床生产领域达到世界领先水平提供了有益的探索。

摘要：针对圆度和圆柱度要求在1μm左右的内柱孔和内锥孔零件磨削, 提出了模块化结构高精度内圆磨床设计思想。通过采用一个通用化的基础平台, 根据用户的个性化需求, 配置实现内圆磨床磨削运动需要的各个独立机械模块, 实现高精度内圆磨床的快速设计与生产。

关键词：模块化,高精度内圆磨床,内柱孔内锥孔磨削

参考文献

[1]中国机械工业年鉴编辑委员会.中国机床工具工业年鉴[M].北京:机械工业出版社, 2007.

[2]机电一体化技术手册编委会.机电一体化技术手册[M].北京:机械工业出版社, 1999.

教学结构模块设计 篇9

装甲车辆是陆军机动突击作战的主体装备, 它的设计和发展对部队建设是一项非常重要的工作, 随着现代高新技术的不断发展, 战场瞬息万变, 对装甲车辆的总体要求越来越高, 为了能够适应现代化联合作战, 提高装甲车辆在战场上的安全性、可靠性、维修性, 相关研究单位需要采用先进的研究方法来提高装甲车辆的总体性能, 缩短其研发周期, 而装甲车辆模块化设计是装甲装备发展的总趋势, 因此本文提出了基于模块化思想的装甲车辆结构设计, 争取以较少的时间和较高的效率来完成装甲车辆的研制和维修工作。

1 模块化设计

模块化设计是在20世纪中期伴随着工业化技术不断发展而形成的一种标准化概念设计形式, 常用于工业产品设计和研发, 工业化早期的研究系统一般都比较简单, 但随着系统的复杂程度越来越高, 一般的解决方法已经不能够适应工业的发展速度, 在此背景下, 模块化就成为了解决问题的常用方法, 它可以把一个大系统分为几个相对独立的子系统, 把复杂的问题简单化, 从而使得问题更容易解决。

模块化就是以划分的模块为基础, 通过模块分解和组合来解决复杂问题的一种过程形式, 模块化通过对研究对象进行详细的功能分析和研究, 分解出功能独立的模块单元, 并结合相关标准对模块进行统一归类和整理, 形成相应的模型库, 而后组合不同功能的模块形成所需要的产品。

模块化设计就是利用模块化原理进行设计的一种方法, 它把一系列的通用模块作为基础, 根据所要达到的目标和要求, 对划分模块进行有选择的组合, 从而形成不同功能或者相同功能的产品。

研究对象模块划分的依据是所要实现的功能, 而不是研究对象的物理结构组成, 模块作为系统的基本组成部分, 它的布局对车辆系统的性能指标有很大影响。划分模块并不是随意进行划分, 对于划分的模块, 如果对象整体没有相应功能, 那么划分的对应模块也不需要有, 划分模块的功能必须与整体功能相融合。划分的模块应有独立的结构和功能, 并且大小要适中, 也不应太复杂。此外, 划分的模块应当具有可拓展性, 以便更好地进行创新研究。

2 装甲车辆模块化划分

2.1 建立模块化装甲车辆的关键步骤

通过对装甲车辆进行模块化设计探索, 可得出建立模块化装甲车辆包含以下关键步骤:1) 对装甲车辆的功能和性能进行分析;2) 对装甲车辆结构进行相关模块划分;3) 对装甲车辆模块进行结构设计, 其中包括模块本身的设计和模块之间的接口设计;4) 建立相关结构的标准模块库, 并进行通用化和系列化设计, 建立综合模型库;5) 对划分和设计的模块进行重新组合, 形成新的装甲车辆模块设计方案。

2.2 模块化装甲车辆总体功能分析

基于模块化思想的装甲车辆主要功能是为适应现代化战争对装甲装备的要求, 提高装甲车辆部件的可重复使用性, 便于对装甲车辆创新设计的研究。由于装甲装备系统结构的复杂性, 必须要考虑各模块之间的通用性, 以便提高各模块之间的互换性。此外, 模块化装甲车辆还应具备以下功能:1) 可以实现各模块的变形设计, 从而能够满足不同的尺寸要求;2) 可以灵活地对各模块之间进行组合, 利用较短的时间对模块尺寸进行调整;3) 装甲车辆各模块之间连接应在保证刚度和强度的情况下, 尽可能简单, 以便于拆卸和安装;4) 即便模块性能和结构不同, 但功能相同的模块也应该具有互换性。

根据模块化装甲车辆总体功能分析, 可将模块化装甲车辆在突出缩短研发周期的基础上进行功能分解, 其功能结构图如图1所示。

2.3 装甲车辆模块划分层次和方法

装甲车辆不同于一般的机动车辆, 它的结构相对复杂, 零部件也较多, 利用模块化思想对其设计, 就必须要求在保持车辆稳定性的基础上以尽可能简单的模块组成系统, 因此模块划分必须要有层次性。图2为一般车辆模块划分结构图。装甲车辆按部位划分通常由动力舱、驾驶室、炮塔、战斗室、载员舱等组成, 则装甲车辆的模块化划分可以根据车辆功能进行划分, 并建立相关零件的模块库, 各个模块之间应有连接接口, 以便通过替换相同功能或者相似模块, 研发新的产品。

2.4 装甲车辆模块组成框架

结合以上分析方法, 我们把装甲车辆整体模块分为车厢模块、底座模块、驱动模块、控制系统模块、武器系统模块、防护模块等。图3为装甲车辆功能模块细分图, 从图中可以看出, 装甲车辆从分解的规模来看, 模块数量合理, 只要能够完善各模块之间的相互连接和位置关系, 就可以较好地解决模块数量和制作成本的关系。

3 装甲车辆模块化结构的建立

3.1 装甲车辆模块化设计流程

图4为装甲车辆模块化设计流程图, 首先需要了解装甲车辆的各项性能指标和基本特性, 确定装甲车辆的总体尺寸参数, 再根据需求确定各模块之间的位置关系和连接方式, 通过模块之间的组合完成一级模块的整体组装, 然后组合各个二级模块, 最终完成模块化装甲车辆。

3.2 装甲车辆各模块接口设计

装甲车辆划分的各模块想要组合成整体, 必须要考虑模块之间怎么连接, 接口应该如何设计, 接口的稳定性会直接影响到车辆整体的可靠性, 针对装甲车辆模块化设计, 接口的主要功能包括三个方面:一是为各模块提供支撑作用;二是为模块自身和其它模块进行约束定位;三是向其它模块传递力和相关运动。模块接口设计的过程中, 对于功能相同的模块, 接口的几何形状也应当相同, 对于同一系列模块, 其接口几何形状也应当相似。

3.3 装甲车辆各模块连接组件的设计

装甲车辆的框架模块设计主要包括圆筒杆件模块和连接模块, 由于装甲车辆的各个组成模块的外边长都不一样, 可以采用可螺旋伸缩的螺纹杆件进行连接, 从而方便杆件进行连接并且圆筒杆件在受压的情况下, 各个方向的受力比较均匀, 稳定性较好。

图5为单位长度杆件的结构图, 表1为杆件的几何尺寸, 图6为连接杆件的结构图, 表2为连接杆件的几何尺寸, 杆件和联接件连接如图7。

4 结论及展望

随着现代军事变革对装甲车辆的需求, 装甲车辆的设计和发展应以模块化设计为主要趋势, 采用模块化思想进行设计, 能够对推动装甲车辆的创新设计和概念设计方案。本文采用模块化设计思想, 对装甲车辆复杂系统进行模块分解、划分和组合, 主要工作包括以下内容:1) 完成了装甲车辆的总体功能分析;2) 对装甲车辆的功能模块进行了划分;3) 对装甲车辆各模块之间的连接组件进行了设计;4) 在装甲车辆后续的模块化设计中, 对各模块库的建立将是一个重点。

参考文献

[1]贾延林.模块化设计[M].北京:机械工业出版社, 1993.

[2]童时中.模块化原理设计方法及应用[M].北京:中国标准出版社, 1999.

[3]刘晓波, 杨相健.基于变型设计思想的机车车体结构模块化设计[J].电动机车与城轨车辆, 2009, 32 (1) .28-31.

[4]Tseng H E, Chang T S, Yang Y C.A connector-based approach to the modular formulation problem for a mechanical product[J].International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2004, 24 (8) :161-171.

[5]赵洪伦, 徐祖茂.机车车体模块化设计[J].内燃机车, 2000 (1) :2-6.

教学结构模块设计 篇10

单片微型计算机自20世纪70年代问世以来,已对人类社会产生了巨大的影响。美国Intel公司生产的MCS-51系列单片机,具有集成度高、处理功能强、可靠性高、系统结构简单、价格低廉、易于使用等优点,在世界范围内得到广泛应用[1]。目前在工业控制、智能仪器仪表、办公自动化、家用电器、机电一体化等诸多领域,到处可以见到单片机的踪影,单片机技术开发和应用水平成为国家工业化发展水平的标志之一。各高校的理工科专业均开设单片机课程,由于单片机技术与工程实际关系密切,具有实践性强的特点,在教学的过程中需要理论与实验相结合,为保证实验教学的效果,实验的内容及方法要从实际应用出发,既要完成理论教学的验证作用,又要培养学生的实际应用能力和工程创新意识[2]。

在目前的单片机教学中,各高校大都以51单片机为基础,采用一种“理论+验证性实验”的教学模式,实验箱一般采用封闭式设计,学生只需调入程序就可以完成验证性的实验,与工程实际相差较大,不能满足学生的学习兴趣,不利于学生实践技能的培养以及工程应用能力的训练。针对当前单片机实验教学存在的缺陷,本设计从实际工程开发的角度出发,采用模块式结构对51单片机实验箱进行了优化设计,方便学生进行实训式的单片机学习,使学生掌握工程实际中单片机的开发流程,并可以引导学生进行更深入地自主学习,有助于培养学生的学习能力,激发学习兴趣。

二、系统的模块式结构设计

纵观各教学仪器厂家生产的单片机实验箱产品,大都采用在一块底板上完成单片机各功能电路的设计,功能电路结构固定,相应实验箱的实验功能单一,可扩展性差,虽然有些产品预留扩展总线接口,能够完成部分功能的扩展,但复杂的总线结构、不利于单片机初学者的学习[3]。为了能够让学习者从硬件底层学习单片机,本课题设计开放的模块式实验箱。底层为电源母板,为各功能模块供电,功能模块通过铜柱与母板进行可拆卸式的连接。模块与处理器之间及模块与模块之间采用杜邦线连接,从而方便组成各实验的硬件电路。实验箱模块分布图见图1所示。

该系统包括十二个模块:系统电源模块、系统主控制器模块、数码管模块、模/数、数/模转换模块、串行并行I/O口扩展模块、传感器模块、电机模块、4×4矩阵键盘模块、交通灯模块、点阵LCD液晶屏模块、继电器模块、存储器模块,可以根据具体实验内容有选择的安装相应的模块。另外,为了防止更换模块时误将模块反向安装,对接口进行了非对称式的防反安装设计,在模块左侧设计5V、+3.3V、GND三个接线端子,在模块右侧设计+12V、-12V两个端子。

鉴于篇幅所限,本文仅对主要模块的硬件设计进行说明。

三、主要模块的硬件电路设计

1、系统电源电路设计

51单片机的工作电压一般需要5V,根据功能模块及扩展性的需要,该实验箱设计了5V、+3.3V、+12V、-12V四组常用定值电压源,并设计有一组1~10V可调电源。综合成本及功率等因素,实验箱电源选用了捷力达公司的JSH35-A2T0512型号电源,能够提供5V,+12V,-12V三组电源输出,且5V能够提供2A电流,±12V能够提供1A电流,足以满足系统一般性需求[4]。

系统的+3.3V电源采用半导体集成稳压芯片LM1117-3.3设计,LM1117为一个低压差电压调节器系列,有可调电压版本和5个固定电压版本,并且具有电流限制和热保护功能,输出电流可达800m A,线性调整率为0.2%,负载调整率为0.4%,足以满足系统的电压要求。

系统1~10V可调电源采用LM317集成稳压芯片设计,在输出电压范围为1.2V到37V时能够提供1.5A的电流,具有热过载保护、输出晶体管安全工作区补偿、对高压应用浮空工作等特性[5]。工作时,LM317建立并保持输出与调节端之间1.25V的标称参考电压(Vref),这一参考电压由R1(见图2)转换成编程电流(IPROG),该恒定电流经R2(P5)到地。

图中D1、D2为保护二极管,当外部电容应用于任何集成电路稳压器时,需加保护二极管以防止电容在低电流点向稳压器放电。二极管D1防止输入短路时C0经集成电路放电;二极管D2防止输出短路时电容CAdj对集成电路放电。

2、主控制器电路设计

该实验系统处理器采用宏晶公司的8位单片机STC89C52RC,该单片机完全兼容Intel的8052,具有低功耗、高可靠性、超低价格、加密性强的特点。掉电模式下典型功耗低于,空闲模式下典型功耗2m A,在正常工作模式下功耗4~7m A。另外该单片机具有8K Flash存储器、512BRAM、2K的ISP引导码,能满足单片机教学实验及学生自主开发的需要。

STC89C52RC处理器支持ISP下载,可通过PC的串口对单片机进行程序下载。目前PC机几乎都配有标准的RS-232C接口,为异步串行通信中应用最广的标准串行接口,该标准规定逻辑1为-3~-15V,逻辑0为+3~+15V,与TTL电平互不兼容,对接时必须进行电平转换,采用Maxim公司的MAX232电平转换芯片进行设计。MAX232是一种双组驱动器/接收器,片内含有一个电容性电压发生器,在单5V电源供电时能够提供EIA/TIA-232-E电平。另外考虑到该芯片有两组转换器,为了更好地理解程序下载与串口通信的不同,程序下载与串口通信分别采用了MAX232的不同转换通道。具体电路见图3所示。

由于STC89C52RC单片机内部提供8KB Flash存储空间,能够满足基本教学实验要求,在工程实际中如果存储空间不足,一般均采用更换ROM更大的处理器,而不另加存储芯片,所以该系统未外扩ROM芯片。在该单片机最小系统中XTAL1与XTAL2两个引脚外接12M与11.0592M双路晶振,采用内部时钟方式,通过选择跳线进行选择,12M晶振为常用晶振,11.0592M晶振能够为串口通信提供准确的时钟信号。由于不外扩ROM,EA/Vpp引脚(内外程序存储器选择控制端)为高电平,只执行片内程序。复位电路设计为上电自动复位与按钮电平双重复位方式,如图4所示。

为了更好地进行系统调试,在该主控板上还集成两路LED灯、一路蜂鸣器电路、一路电平检测电路,另外在该控制器模块中还集成NOKIA5110 LCD液晶显示屏。

3、模/数、数/模转换模块设计

在一般数字控制系统中,例如PID控制系统,需要对各种被测对象的有关变量进行测量,并转换成处理器识别的数字信号,模/数、数/模转换是比较常用的外围模块。该实验系统采用应用广泛的ADC0809、DAC0832进行设计。

A/D转换器的作用就是把模拟量转换成数字量,以便计算机进行处理。常用AD转换器一般分为计数式、逐次逼近式、双积分型、电压频率变换型等几种类型,不同类型转换器各有其特点。其中ADC0809是AD公司采用CMOS工艺生产的一种8位逐次比较型A/D转换器,转换时间为100u S,输入电压范围为0~5V,片内有八通道模拟开关,可接入8个模拟量输入。芯片内有输出数据锁存器,输出的数字量可直接与51单片机的数据总线相连接,无需附加接口电路。

对ADC0809进行控制时,需要按照其控制时序进行操作。ALE信号在地址信号有效后加入,在上升沿将地址信号锁存于地址锁存与译码器,选择输入通道,在通道信号有效后经过一定时间,在START的下降沿电路开始A/D转换。当A/D转换结束后,EOC的高电平将结果存于三态输出缓冲器,OE的高电平到来后数字信号送出。

D/A转换器输入数字量,经转换后输出模拟量,转换过程一般是将各位二进制数按其权的大小转换为相应的模拟分量,然后再以叠加方法把各模拟分量相加,其和就是D/A转换的结果。D/A转换器有两种输出形式,电压输出型和电流输出型,对于电流输出的D/A转化器可在其输出端加一个由运算放大器构成的电流/电压转换电路,将电流输出转换为电压输出。由于DAC0832为电流型输出,在控制系统中一般常用电压信号作为执行机构的控制信号,故在DAC0832的输出端设计了电压转换电路。电路原理见图5所示,电路采用高阻性运算放大器LF356,即能实现电压的单极性输出、又能实现电压的双极性输出。

四、系统软件设计简介

该实验箱是基于工程实际开发的,软件实验也与工程应用相结合。利用Keil Software进行程序的编写,并进行软件的仿真,利用宏晶公司提供的下载烧写软件STC_ISP_V394进行程序的烧写,并通过实验箱硬件电路验证程序的实际运行效果。该实验箱提供Keil公司基于Windows的u Vision 3 IDE开发环境,包含高效的编辑器、项目管理器和MAKE工具,可以用它来编译C源码,汇编源程序,连接和重定位目标文件和库文件,创建HEX文件,调试目标程序。下载软件采用宏晶公司的PC端ISP下载控制软件,能够对STC系列单片机通过串口进行程序下载。

根据实验箱配套模块,设计了50个基础实验,能够帮助初学者很好的理解单片机的内部结构及常用外设电路,任课教师可以根据自己的上课需求,从其中选取相关实验。另外,学生可以根据需要,将几个模块配合起来,组成具有一定功能的兴趣扩展实验,例如:直流电机PWM调速实验、数字密码锁实验、LCD万年历实验等。如果该实验箱模块不能完成设计任务,还可以根据开放电源接口,自主设计与该实验箱配套的模块,自主编程设计相关实验内容。

五、结论

该设计方案集基础实验教学与工程实际开发与一体,采用模块式结构,具有两大优势:开发的通用性和可扩展性强,在完成基础实验教学的同时,可以方便学生进行二次学习开发,有利于培养学生动手能力和创新意识,并可帮助学生从工程角度深入理解单片机的一些常用概念。另外该实验系统涉及计算机技术、单片机技术、人机界面技术、自动控制技术、数据通信、电力电子技术、工业控制网络技术等,是一套适合基础实验、课程设计、电子竞赛、毕业设计、课题开发、教学科研的大型可扩展综合实验实训系统。目前已经投入生产,并已推广应用到两所院校,现已申请专利(201020560376.5)。

摘要：当前单片机实验教学设备存在实验内容简单、程序固定的弊端,学生自主操作的空间很小,与工程实际相差甚远。针对这一问题提出改进设计方案,从工程开发的角度设计各功能模块,基于开放式设计理念,各功能模块与母板采用可拆卸式的连接,方便组成不同实验的硬件电路,具有很强的可扩展性。既可以完成基本的实验教学需要,又增加了灵活操作的空间,学生可以自主进行系统硬件和软件的设计,切实锻炼了学生的实践技能,培养了学生的工程意识。目前,该实验箱已经在两所院校推广应用。

关键词：单片机,实验箱,开放型,模块式结构

参考文献

[1]张毅刚.单片机原理及应用〔M〕.北京:高等教育出版社,2003.

[2]贺廉云.自动化专业本科应用型人才培养方案探索[J].实验技术与管理,2008,25(7):142-145.

[3]林凌,李蒙,等.一种基于ISP技术的单片机多功能教学平台.实验技术与管理,2009.26(3)64～67.

[4]王朋,“单片机原理”实验教学体系建设[J].电气电子教学学报,2010,32(5):107～108.