“機械工程測試技術”課程教學難點突破

摘 要：機械工程測試技術是一門理論性和實踐性都很強的課程。在實際教學中，不少學生反映課程深奧難懂，導致學習積極性銳減，嚴重影響了教學效果。為解決上述問題，抓住信號頻譜分析、測試系統靜態和動態特性分析這個知識關鍵點，采取了以工程應用實例為主導及加強實驗環節的教學模式。采用以工程案例激發學生求知欲的教學方法，明顯提高了學生的主動學習意識。

關鍵詞：機械工程測試技術課程教學改革教學難點突破

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

一、問題的提出

機械工程測試技術課程是面向機械類專業本科生，特別是機械設計制造及其自動化本科生的技術基礎必修課。它是建立在傳感器技術、計算機技術、信息技術、信號分析與處理技術等基礎之上的一門綜合性技術課程，涉及機械工程領域中的非電量電測技術和其他測試技術等知識，是工業生產與科學研究必不可少的重要的技術手段。機械設計制造及其自動化專業已經不是單純的機械專業，而是機械、電子與信息結合的專業，成為真正的機械電子工程專業。因此，我們提出了以機械為基礎，以電子為主導，以系統設計為核心的專業方向。機械工程測試技術課程正可以體現這樣的方向。我們力求在課程中以測試系統的分析、設計和應用為核心，強調學生掌握測試的基本機械結構設計，重點掌握測試的方法和基本測量電路設計，掌握實際測試系統的工程應用。

該課程強調理論聯系實際、突出工程應用，涉及機械、物理、化學、光學、材料、電子、信息處理等眾多學科領域，應用領域十分廣泛，學生在課程中學到的信號分析，數據處理，傳感器技術、測試系統方面的知識，在專業課程體系中起到重要的承上啟下作用，對于培養學生的工程實踐能力、綜合素質及創新能力具有重要的作用。為今后學習、解決機械工程技術問題打下堅實基礎。

機械工程測試技術教學內容包括測試信號分析理論和傳感器原理兩大部分，同時注重將新型傳感器，如智能傳感器、微型傳感器等內容引人課程教學，以拓寬學生視野。在學習課程前面部分即測試信號分析理論時，要涉及到較多以前所學的高等數學知識，特別是積分變換的知識，由于目前對理論學習強調較少，不少學生重視程度不夠，造成進入狀態較慢。加上要同時學習全新的測試技術知識，使這些學生很難跟上學習進度，在相當長的學習階段里學習積極性銳減，以致出現不少學生反映信號分析理論部分深奧、難懂，測試技術應用、發展部分空洞，傳感器部分沒有實物對象、枯燥無味。導致學生對工程測試技術課程作用認識不足，嚴重影響教學效果。

因歷史的原因和受當時教學和實驗條件限制，在該課程的授課過程中過去側重課本內容講授，實踐性環節偏少，使學生覺得該課程深奧難懂，枯燥無味。在后來的教學過程中，又過分強調了實踐教學而忽略了測試信號理論分析教學，由于對理論知識理解不透，加上受實驗條件限制，雖然學生也參加了一些實驗，但還是覺得課程內容難掌握，以致于在課程教學結束時還是覺得沒有頭緒。考究其原因，傳統教學模式的弊病是堂上灌輸式的的教學方法，造成學生被動接受知識，難以提高學生學習的積極性和主觀能動性，不利于培養學生的創造思維和創新能力；后來的教學模式的弊病是忽略了測試信號理論分析教學的重要性，缺乏理論知識指導的實驗環節還是使學生對課程內容覺得難以掌握。

近幾年的我們學校的生源情況不斷提高，機械設計制造及其自動化專業的錄取分數線都達到或超過了一本線，這為我們培養既有扎實理論基礎，又有較強實踐技能、具有研究與應用能力的工程實踐人才創造了良好的基礎。針對上述教學問題，我們在教學實踐中采取了以工程應用實例為主導及加強實驗環節的教學模式。

二、以工程應用實例為主導的教學模式

機械工程測試技術課程是以測試技術和傳感器技術基礎理論為主線，強調理論聯系實際、突出工程應用，使學生能夠正確的選用和設計測試系統并掌握進行動態測試所需要的基本知識和技能，從而培養學生從事科學研究的初步能力，為進一步培養學生創新意識和創新能力打下堅實的基礎。本課程的基本目標就是使學生掌握信號時域和頻域的描述方法，建立信號頻譜概念，掌握頻譜分析的基本方法；了解動態誤差的基本概念及數據處理的方法；掌握測試系統的靜、動態特性的評價方法及不失真測量條件，并且能夠正確運用相關理論對測試系統進行分析和選擇；掌握常用傳感器、調理電路的工作原理及性能，并能依據測試的實際要求進行合理選擇；對動態測試的基本問題有一個比較完整的概念，對機械工程中的常見參數的測試能自行確定測試方法、設計或選用測試系統，并能對測量結果正確地進行數據處理。關鍵知識點是信號頻譜分析和測試系統靜態、動態特性分析。如果掌握了知識關鍵點，對于理解常用傳感器、調理電路的工作原理和特點，根據實際的工程問題和測量對象選用傳感器和測試系統，建立信號分析與實際應用間的聯系就迎刃而解了。

針對學生在信號頻譜分析和測試系統靜態、動態特性分析的學習上覺得理論抽象難懂、理解困難的情況，我們重點加強了工程應用實例與理論教學、實驗教學的有機結合，以達到學以致用的教學效果。

首先在信號頻譜分析的概念上我們加強了對信號的時域和頻域描述，對周期信號與離散頻譜、瞬變非周期信號與連續頻譜進行了詳細分析，對于工程實際問題可以用時域的方法來描述，也可以用頻域的方法來描述，兩種描述方法是等價的，但用頻域的描述方法會給我們帶來更多的信號特征。大多數工程實際問題是在時域上的信號特征很難找出，而在頻域上的信號特征相當明顯。

在教學上，我們以某冼衣粉廠安裝在6樓的離心送料機產生共振，使整棟大樓嚴重搖晃的實際例子，講述了如何確定測試系統的靜態、動態特性、設計測試系統、安放測試傳感器；如何在測試中從眾多振動頻率通過數據分析找出主要振動頻率；如何對整機結構改進、加人阻尼裝置，最后使大樓搖晃現象消除。通過在這個工程實例中信號頻譜分析及測試系統靜態、動態特性分析的應用，大大提高了同學們對信號頻譜分析及測試系統靜態、動態特性分析的學習熱情；我們趁熱打鐵，對瞬變非周期信號與連續頻譜分析中的典型函數(如單位脈沖函數、正弦函數、余弦函數、指數函數)的傅立葉變換進行講解計算。同時對測試系統靜態、動態特性，特別是測試系統一階和二階動態特性進行分析計算，并用具體數據得到計算結果。這樣使同學們在信號頻譜分析和測試系統靜態、動態特性分析中把書本公式參數與工程實際問題的結果有機聯系在一起，通過現身說法，使從未接觸過工程實際的學生能夠建立工業測量與應用的整體概念，同學們也在很高的學習熱情中掌握了測試技術課程知識的關鍵點。將課程組成員接觸過的科研項目和工程案例融人教學內容中，現身說法，使從未接觸過工程實際的學生能夠建立工業測量與應用的整體概念。

三、加強實驗教學環節

把具有實際工程應用背景的案例作為核心和主線貫穿在課堂教學中。課堂上用具有實際工程應用背景的案例和實驗來激發學生的學習興趣，課后則鼓勵學生自己通過實驗來驗證和領會所學知識。將學生獨立思考能力、動手能力和創新能力的培養融合到課堂教學中，而不僅僅是教給學生書本上的理論知識。雖然以案例和實驗為主線的測試技術課程課堂實驗教學無法完全替代學生自己動手做實驗中所獲得的第一手感覺和經驗，但在現有的學時數和課堂教學模式下卻是一個有效的解決方案。它可以彌補書本教學理論脫離實際的問題，用實驗給枯燥的內容以活力、給抽象的理論以形象。從而克服過去測試技術課程教學中存在的應用部分空洞、傳感器部分沒有實物對象枯燥乏味，信號分析部分深奧、難懂的問題。

我們特別加強了實驗教學環節。在課堂上結合工程案例，用演示實驗對實際測試信號及測試系統動態特性進行分析，讓學生建立信號分析及測試系統動態特性與實際應用間的聯系。對傳感器部分，采用實物模型包括動畫等教學的方法。將傳感器帶到課堂上，在講解傳感器原理的同時，現場演示傳感器是如何組成測試系統，并將被測物理量轉化為電量和測試信號。

四、結語

機械工程測試技術是一門理論性和實踐性都很強的課程，在實際教學中，不少學生重視程度不夠，進入狀態較慢，加上要同時學習全新的測試技術知識，以致出現不少學生反映課程深奧難懂、導致學生對工程測試技術課程作用認識不足，學習積極性銳減，嚴重影響教學效果。為解決上述教學問題，在教學實踐中，采用以工程案例激發學生求知欲的教學方法，針對教學難點，把書本公式參數與工程實際問題的結果有機聯系在一起。同時加強了實驗教學環節，用演示實驗及采用實物模型包括動畫等教學的教學方法。突破了知識關鍵點，使從未接觸過工程實際的學生能夠建立工業測量與應用的整體概念，從而掌握了工程測試技術課程知識。

(文字編輯、責任校對：賈俊蘭)