基于實用的機械工程測試技術基礎教學法探究

張建立+李峰

摘 要：主要闡述了以實際應用為目的，以實物、工程案例為輔助手段的機械工程測試技術基礎課程教學方法改革問題。實踐表明，借助于多媒體直觀生動的表現形式，實踐課堂教學、課后作業、課堂討論等形式改革的教學法，能夠充分發揮學生的主觀能動性；改革考試方式，能夠激發學生潛在的學習積極性；借助現代科技，拓寬師生聯系方式，能夠實現師生打破時空的交流、評教、評學。

關鍵詞：機械工程測試技術基礎；教學法；實用

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1002-4107（2014）02-0007-02

收稿日期：2013-06-27

作者簡介：張建立（1968—），男，河南中牟人，鄭州大學機械工程學院副教授，博士，主要從事工業過程控制研究。

對于少學時（32學時）機械工程測試技術基礎的教學，一般只能講授信號處理初步以前的偏重理論部分，其后的實際應用基本沒有時間講。講授的內容從傅立葉級數、傅立葉變換及其性質開始，高深的數學理論知識使學生接觸這門課就感到枯燥、難學；對于學習這門課程的目的及相關實際應用知之甚少、甚至感到迷茫，學習興趣不高，教學效果較差。針對這種現象，結合本人多年的教學實踐，在教學過程中，以實際應用為目的，輔助于實物、工程案例，利用多媒體等技術，激發學習興趣，拓展師生交流空間，積極引導學生參與教學活動，注重培養其實踐能力，收到了良好的教學效果。

一、借助于展示實物、多媒體等技術，激發學習的積極性

（一）運用實物演示教學，提高學生的感性認識

運用實物演示教學，有助于學生化抽象為具體，為學生提供豐富的感性知識，直觀鮮明地揭示客觀事物的關系，可以使他們獲得較深的感受，使抽象的概念、原理具體化。筆者在從教的十余年中，收集了大量的與機械工程測試技術基礎教學相關的實物資料，主要有不同結構及工作原理的傳感器、光電編碼器、行程開關，應變片（花）、光電傳感器等實物；對實物教具除了積累、收集之外，在上課之前進行篩選、組合，根據教學環節的設計，分析哪種教具在什么時候運用，怎么樣運用。

在講授機械式傳感器時，展示電阻絲應變片、應變花、半導體應變片，給學生直觀的感性認識，隨后講授不同類型機械式傳感器的工作原理、應用范圍，對比其優缺點。把工程應用中多余的應變花發給學生，同時讓學生課下自學應變片、應變花的粘貼、密封、連接方法。使學生理解其工作原理，并掌握應用方法。

在講授光電傳感器時，首先介紹光電效應，展示光敏電阻、太陽能電池的實物及實例，再介紹光纖傳輸原理、結構，展示光纖實物，隨后講授光電傳感器結構、工作原理，展示光電編碼器。邊介紹邊展示實物，打破其神秘感，克服學生抽象感，認識到光電效應、光纖、光電傳感器就是活生生的存在，并得到了廣泛的應用。

對于高等院校工科學生來說，學以致用是他們進入大學以來不懈的追求目標，工程案例能夠最大限度地提高他們的學習興趣。在講授電阻、電容、電感、磁電、光電傳感器時，都會涉及接近開關，不同結構、不同工作原理的接近開關如何選型、有何優缺點、適用于何種場合？結合某集運站的煤塊裝車自動控制、顯示系統，某鋼廠爐料粒度檢測篩分系統等進行討論、講授，較好地解決了該問題。

（二）運用多媒體等現代技術直觀、動態地展示抽象的概念、原理

運用動態、直觀的多媒體技術可以創設出一個生動有趣的教學情境，以其獨特的形、聲、景扣動學生的心弦，化無聲為有聲，化靜為動，使學生進入一種喜聞樂見的、生動活潑的學習氛圍，從而使學生產生極大的學習興趣。例如講授傅立葉變化的時間尺度改變特性時，先理論證明該性質，在暴風影音中播放鳳凰傳奇的流行歌曲《最炫民族風》，從互聯網上下載有圖像、歌詞的MTV，先正常播放一個片段，活躍課堂氣氛；按下快進按鈕，播放速度加快到正常速度的1.5倍（時域內，播放時間變為原來的2/3），聲音變得尖細，像兒童（頻域內，信號頻譜變寬，高頻成分相對增多）；按下慢放按鈕，播放速度加快到正常速度的0.5倍（時域內，播放時間變為原來的2倍），聲音變得低沉，像老人（頻域內，信號頻譜變窄，低頻成分相對增多）；在輕松、歡快的氣氛中，聽到不同的、變了調的歌曲，對比屏幕顯示的歌詞，就會明白同樣的信號，改變其時域尺度，頻域成分就會發生改變。在歡樂中學習知識，使學習知識變成一個歡樂、輕松的過程。

運用現代科技為師生交流提供了廣闊自由的交流方式，拓展延伸了教學時空，在課后學習中，師生之間利用鄭州大學網上評教平臺、E-mail、QQ、手機等方式，隨時隨地進行著交流互動，實現了師生之間在空間上的零距離。在第一次上課時，把相關的信息公示出來，既拉近了師生之間的距離，又方便學生以后有什么疑難問題、意見及建議等及時地聯系教師。

二、結合實際工程案例，培養學生的實踐能力

案例教學法首創于哈佛大學[1]，是當今國內外高等院校部分應用性學科專業經常使用的一種教學手段，目的在于有效增加課堂教學的生動性與實踐性，以達到理論教學與實踐教學相結合的實際效果。工程案例是將發生于工程實踐中的客觀事實，經過文字、數據、圖表、動畫等方式進行概括、整理，形成可用于課堂交流或探討的案例材料。案例教學是學生了解實際問題的媒介，可以培養學生解決工程實際問題的能力。實踐證明，一個好的案例常常有助于提高教學質量與效果，增加學生對專業學習的熱情和積極性，并且能起到舉一反三、觸類旁通的作用，啟發學生對工程實踐中相關事例與情境的深入觀察與思考[2-3]。機械工程測試技術基礎是一門理論性、實踐性都很強的課程，筆者結合多年的工程實踐和專業教學經驗，就案例教學在其教學中的應用問題進行了一些有益的嘗試。

所選的工程案例應當真實，有針對性、系統性、時效性，難易程度恰當，能揭示和應用所學知識，并能引入、消化和吸收新知識，能切實提升學生的能力。結合本課程理論較深奧、實踐性強、課時少的實際情況，根據授課內容的要求，采用在理論教學后提出合適的案例以加深學生的印象，促進其對內容深刻理解的案例教學方法。

在講授“常用傳感器與敏感元件”一章時，首先借助于實物、多媒體方式，介紹各類傳感器的結構、工作原理、應用特點等理論知識；以京唐公司的高爐入料粒度檢測系統為例，在大屏幕上展示現場的工作環境、空間尺寸，告訴學生這是一個環境中飄浮著較多小顆粒、粉塵，是填海之后腐蝕性較強的場所，實際生產要求實現物料取樣、分級、稱重等功能，顯示取樣液壓系統壓力、溫度、油液深度、動作過程、稱重檢測結果等；誤差小于0.3%。要求學生自愿結合，八人一組，每組設計出一個具體的實施方案，并寫出設計提綱，比較不同方案的經濟性、實用性；特別是各種稱重傳感器（變送器）、限位開關、溫度傳感器（變送器）、液位計、壓力傳感器（變送器）的選擇，要求不能只是簡單地給出哪個種類的傳感器，需要闡明元件選擇的依據，具體寫出每一種傳感器的型號、生產廠家、數量、價格。在開始講授本章之前，把這個任務布置下去，要求課下完成。講課過程中，不斷提示本案例，為課堂上有效地開展案例教學做好充分的準備。本章內容講授完成之后，展開討論。課堂上首先聽取各組的簡短方案發言，接著教師開始分析設計過程，理清設計思路，引導學生有步驟地完成方案設計、元件選擇。工程設計是沒有標準答案的，但必須考慮設計方案的經濟性、實用性，滿足實際的生產要求。由于討論內容超越了課本，將復雜的工程實際與本課程的學習緊密相連，并看到了所學知識在工程實際中的應用價值，學生興趣十足，發言踴躍，甚至能提出工程實際中某個方面的不足之處，課堂氣氛、教學效果得到了極大的改善，培養了學生的實踐意識及實踐能力。

三、改革考試方式

在本課程的教學過程中，嘗試了多種新的考核方式，旨在讓考試真正成為督促學生學習、調動學生學習積極性的有效手段和檢驗途徑。應改變單一筆試的課程考核方式，采取期末筆試、平時成績、實驗操作考核三者相結合，全面評定學生對課程內容的掌握程度。平時成績以作業、課堂表現、實驗實習報告為評判依據，實際工程案例分組設計計入平時成績。我們將考試方式改變為：平時成績占20%；實驗成績占20%；期末考試成績占60%。

在期末試卷設計時，考慮學生個體的差異。由于學生的理論基礎與個人特長的個體差異，因此對于本課程的掌握和理解程度、應用能力也相應不同，試卷主體仍然按照知識點的要求和分布情況進行出題，即基本題占70%左右、提高題占20%左右，較難題占10%左右。不同的是，在占10%的較難題方面給學生增加選擇。比如，設置兩道不同題目中任選一題，一題偏重于理論分析，一題偏重于實際應用，學生可根據自己的特長與愛好選做。

采用面向實際的教學法，教學效果良好，師生共受益。學生在輕松的氛圍中學習知識，培養了學生的實踐意識，實踐能力。學生在鄭州大學網上教學平臺上給教師的留言充滿了感激與鼓勵，給教師打分平均98分以上，就充分地說明學生對機械工程測試技術基礎的教學是肯定的、滿意的。本人在課程的講授過程中，看到學生理解知識難點后的喜悅，感受到學生知道所學得到所用的激動，其樂無窮！

參考文獻：

[1]任明川.哈佛案例教學的“形”與“神”[J].中國大學教

育，2008，（4）.

[2]慕麗，王欣威.“機械工程測試技術基礎”課程教學改革

探討[J].裝備制造技術，2010，（1）.

[3]李冰.工程案例教學在“機械工程測試技術”中的應用

[J].裝備制造技術，2010，（8）.