突出行業特色的《機械測試技術》課程建設

徐倩　張明洪

摘 要：針對石油高校的特點及目前《機械測試技術》教學中存在的一些問題，從課堂教學方式、教材建設、實驗建設等方面提出了對《機械測試技術》課程建設的方案，目的是既使《機械測試技術》教學具有鮮明的石油特色，同時也使學生能對機械測試技術產生濃厚的興趣，提高教學效果。

關鍵詞：石油特色 機械測試技術 教學效果

中圖分類號：G642.4 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）11（c）-0116-04

Abstract： This paper puts forward the plan of the course construction of “mechanical testing technology” from the aspects of classroom teaching method， teaching material construction and experiment construction aimed at the characteristics of the petroleum university and some problems in the teaching of “mechanical testing technology”.The purpose of the course construction is to make the teaching of “mechanical testing technology” in our school has a distinctive petroleum characteristic， at the same time， the students can have strong interest in the mechanical testing technology， and the teaching effect can be improved.

Key Words： Petroleum characteristic； Mechanical testing technology； Teaching effect

《機械測試技術》是機電工程學院的重要專業技術基礎課，其涉及的知識面較廣，與力學、物理學、材料學、數學、信號處理、控制工程以及計算機技術等有著緊密的聯系。并且，隨著傳感器技術、計算機技術、信息處理技術等的迅速發展，機械測試技術也在不斷發展，課程內容也時常更新。《機械測試技術》是一門理論性和實踐性都極強的課程。作為一所石油高校，如何讓學生通過機械測試技術課程的學習，既能滿足對通用機械的測試要求，同時又能對油田機械設備開展正確的測試工作，這是筆者的工作重點。因此，石油機械測試技術課程既應具有通用機械測試技術的共性，更應具有石油機械測試技術的個性。

由于《機械測試技術》課程的特點，使得在以往的教學中往往存在這樣的一些問題：一方面學生在學習過程中覺得難度較大，缺乏學習的積極性和主動性；另一方面學完后又不知在實際工作中怎樣應用這些知識。如何改變這種局面，使得學生能對機械測試技術課程產生興趣，并真正能將所學的知識運用到實際工作去，是筆者一直在思考的問題。

“知行合一，學以致用”，是課程建設的主要目的。根據多年的教學、科研經驗，筆者提出了以下一些思路，并開始進行嘗試，希望能使《機械測試技術》具有鮮明的石油特色，同時也能適應通用機械測試的要求。

1 課程建設的思路

1.1 課堂教學方式的多重組合

改變以往的較為單一的教學模式，針對不同章節的特點采用不同的課堂教學方式。表1中列舉出了針對《機械測試技術》的幾個重點章節采用的教學方式。

1.1.1 介入自組織式教學環節

關于教育，法國教育學家盧梭曾經說過：“問題不在于教他各種學問，而在于培養他愛好學習的興趣，而且在這種興趣充分增長起來的時候，教他以研究學問的方法”。而以往的課堂教學多以教師講授為主，教師將濃縮、總結好的知識直接灌輸到學生腦子里，這樣看上去信息量大，效率似乎很高，但由于與學生互動很少，學生的學習積極性也就不太高，往往只是被動地接受，自然也談不上什么對這門課程學習的濃厚興趣。

印度教育科學家蘇伽特·米特拉認為，“教育是一種自組織行為”，在課堂教學中介入自組織式教學環節將提高學習效率。

再者，對于高等工科院校機類專業學生的《機械測試技術》課程來說，其主要目的之一就是要求學生在學完此門課程之后，應能在實際工作中針對機械對象機械參量測試的具體要求，能夠恰當合理地選擇和正確無誤地使用為完成測試任務而設置的整個測試系統，含傳感器、中間轉換放大器、數據采集顯示記錄、信號分析處理等。也就是說要選得準、用得好。機類專業學生的《機械測試技術》課程與理科類和電子學科類《機械測試技術》課程的最大不同側重點就在于前者是“用”（應用）測試系統，而后者是“搞”（研制）測試系統。

為此，選擇“傳感器”這一章，首先告訴學生本章的學習目的和要求，并結合適當的具體對象給出相應的測試要求， 其余的就交給學生自己去完成了。這需要學生在課后去查閱相關資料，通過自主學習來達到學習的目的和要求。學習的效果則通過課堂內的討論題目來檢驗。這樣的方式雖然看上去需要學生花費更多的時間來學習同樣的知識，但這卻能讓學生在學習過程中增加主動性，在這樣的主動學習中更容易培養學生對機械測試技術的興趣，同時也能鍛煉學生查閱科技文獻和資料的能力。之所以選擇“傳感器”這一章，是因為傳感器技術發展迅速、種類繁多，學生的自主發揮的空間更大，也更容易通過查閱資料主動掌握一些最新的有關傳感器的知識。畢竟，教材的更新不可能太快。

1.1.2 傳統黑板板書結合課堂多媒體與課前自媒體

隨著計算機在教學中的普及，如今的課堂教學大多采用PPT的形式。這種方式能提供給學生更豐富的知識、更形象的感受，但對于《機械測試技術》這門課程而言，單純采用PPT教學效果是不夠理想的。主要是因為“信號分析基礎”一章中涉及到較多的積分變換、復變函數等數學知識，而其中的一些知識是學生以前沒有學過的，因此如果僅僅采用PPT教學，由于節奏相對較快，容易造成學生理解困難，出現畏難情緒，直接影響到學生對課程的興趣。而如果在這章中采用傳統黑板板書與PPT相結合，將一些公式推導通過黑板板書講解，這樣就降低了學生接受新知識的難度，有助于學生的理解[1]。

由于大多數學生對測試工作缺乏基本的認識，為了加強學生對測試工作的認識，可以利用自媒體，如微信視頻，在課前先讓學生通過微信視頻觀看一些現場的實際測試的視頻，這將有助于學生對機械測試工作有一個較全面的認識。同時，利用微信這個平臺，在課前讓學生了解到下一周的學習內容、重點、難點，并提出一些思考題，這樣可以讓學生在課前就對將要學習的內容有所了解，并帶著問題去聽講，這樣學生的主動性增強了，學習效果將會更好。

1.2 體現行業特色的教材建設

目前，機械測試方面的教材眾多，每種教材都有各自的特色，但大多數是通用的機械測試。作為專業性極強的石油院校，筆者希望該校的機械測試技術能夠具有比較鮮明的石油特色，因此特編著一本《石油機械測試技術》作為教材（即將出版）。在這本教材中，除了機械測試的基礎知識外，更多地是將測試技術與石油行業中的一些常見設備聯系起來。例如，在“振動測試”這一章，打破了傳統教材中純理論介紹的慣例，以振動篩為中心，通過對振動篩的較為完整的振動測試過程來講述振動測試的基本原理、振動測試系統、測試過程以及注意事項；而在“應變測試”這一章，則圍繞著井架，通過對井架的靜態、動態應變測試來講述應變測試的基本原理、過程及注意事項等。之所以采用這樣的編寫方式，目的是為了讓學生不僅掌握機械測試技術的基礎理論知識，而是能真正應用這些知識在今后的具體工作中，去解決石油機械設備的實際測試問題。這樣，既可以增加學生的學習積極性、課程的生動性，又可以在以后的工作中，當面對一個具體的測試對象時，就知道從何入手去進行和展開測試工作。

1.3 從驗證實驗到創新試驗的嘗試

機械測試技術是一門實踐性極強的課程，必須通過大量的動手操作才有利于學生掌握這門技術。因此，在完成6個學時的課堂實驗外，采用多種實驗方式，盡量增加學生的動手機會。同時，機械測試的實驗也不能僅僅是按部就班的驗證性實驗，還應該有能幫助學生突破思維定勢、開拓思維空間的創新性試驗。

圖1列出了課程建設前后實驗開設的變化，從圖中可以看出，課程建設后，不僅實驗的類型增加了，實驗的學時數也增加了，但課堂實驗學時保持不變，實驗學時數的增加主要是課外實驗。（注：開放實驗和項目實驗學時數不是固定的，圖中所列數據為平均數）

1.3.1 提供開放實驗題目

針對一些對測試技術特別感興趣的學生，每年提供幾個有關測試技術的開放實驗題目供學生選擇，這些實驗需要學生利用課余時間來完成。這些題目大多與教師的科研項目有關，也可由學生根據自己感興趣的內容自行確定，這樣學生就可以更好地利用課堂所學的知識去解決一些實際問題，這也能激發學生對機械測試技術的更大興趣。例如，學生已經進行過的一些開放實驗項目有：跳遠踏板的動態響應分析、網球拍的動態響應分析、弓箭的動態響應分析、振動篩應力應變測試。

1.3.2 自研自制測試實驗裝置

結合石油高校的特色，自研自制一批適合該校機械測試實驗的測試系統。其中，“振動篩綜合測試實驗裝置”獲得了由中國高等教育學會主辦的第三屆高等學校自制教學儀器設備評選及優秀作品展示活動“最具實用價值作品”二等獎。利用這些自研自制的測試實驗裝置，更方便學生對一些典型的石油機械設備開展測試工作。

1.3.3 編寫相應的實驗教材

為了與新編著的教材《石油機械測試技術》配合使用，同時也更好地便于學生開展實驗工作，理解實驗原理，掌握實驗步驟，特編寫《石油機械測試技術實驗教材》（即將出版）。在這本實驗教材中，對鉆井振動篩、鉆機井架、抽油機井架、鉆井泵等石油裝備的測試目的、測試要求、測試項目、測試過程、測試信號分析處理等都有詳細的描述。

1.3.4 開設創新性綜合實驗

該綜合實驗是在學完《機械測試技術》之后，綜合運用所學知識對具體對象進行的實測。測試對象主要有振動篩、井架、鉆井泵等一些重要的石油機械設備。對于這樣的綜合實驗，教師只提出測試的目的，也就是測試任務，學生根據自己的測試任務設計出具體的測試方案、選擇合適的測試系統和測試方法、確立合理的測點、拾取正確的信號，并能對拾取到的信號進行處理和分析，得出較為合理的結論。之所以說這是創新性綜合實驗，是因為，這樣的實驗沒有一個定式，學生可以充分發揮自己的想象空間，自行確定多種測試方案，而方案正確與否，也將由學生通過實驗來驗證。通過這樣的綜合實驗，學生基本上能對一個機械測試的全過程有較為深刻的理解，使學生在今后的工作中能較快地適應現場的測試工作，完成測試任務。

更進一步，對于學習積極性更高的同學，還可以提出更全面、更深入的要求。以鉆井振動篩為例，要求學生考慮并實施如何通過機械測試取得相應的、必需的靜、動態特性參數如頻率、振幅、拋擲指數、相位、應力、應變等，去說明并闡述其與鉆井振動篩工作中的動態性能如對泥漿處理量的大小，固液分離效果好壞的關系。其間，任課老師參與由同學自己主持的課外討論課，并通過師生一起交流討論得出最后的正確結論。

1.3.5 建設虛擬實驗室

建設虛擬實驗室的目的之一是為了彌補實驗設備的不足。機械測試技術必須通過大量的實驗來鞏固基礎知識，掌握基本測試技能，而由于經費的限制，無法購置太多的實驗設施，開設出太多的實驗項目，而虛擬實驗室的建立則可以解決這個矛盾。通過建立豐富的測試對象庫、信號源庫、傳感器庫、中間轉換放大裝置庫、信號處理與分析軟件，使得學生可以在網絡上自由選擇測試對象、組建相應的測試系統、完成相應的測試任務。這也是對實體實驗的補充和延伸。

在虛擬實驗室的虛擬測試系統中，設計一個開放的接口以供學生自主編寫開發信號采集、處理和分析程序，以完成相應的測試任務。在這個過程中，除了讓學生了解目前比較流行的美國NI公司的LabVIEW圖形編程開發系統外，更側重于立足于我國自主研制開發的VMIDS“框架協議”開發系統（“Frame Agreement System”）。兩類系統模式各異，但卻各有所長。利用我國的VMIDS“框架協議”開發系統更方便于用戶自主實現多種形式和功能測試儀器的開發。[2]

2 課程建設的深入

由于《機械測試技術》這門課程與工程實際結合緊密，為了能進一步提升學生的能力，可以協調各部門關系，在本院、本校，乃至各石油高校之間開展以石油機械設備整機或部件為對象的機械測試技能競技比賽，結合科研和教學，以解決實際問題為目的，通過學校的科研課題或生產廠家的具體生產問題，實行產學研相結合、老師與學生相結合，共同完成測試任務。既通過實踐鍛煉提高了學生的知識技能，又解決了科研和生產中的具體問題，極大地彌補和完善了課堂教學的局限性。

3 課程建設的初步效果

通過對《機械測試技術》課程建設的逐步推進，效果已初見端倪。主要體現在以下兩個方面。

（1）自組織式教學使課堂教學中學生的主動參與性大大提高了。大部分同學能積極參與到課堂討論中，課堂氣氛也更活躍。從被動接收到主動參與，這使課堂教學的效果有了質的飛躍。學生對測試技術基礎理論知識的掌握更加牢固。

（2）通過多種形式的實驗以及實測，使學生對機械測試這門技術的掌握不再停留在紙上，大多數同學基本能根據實際的測試任務設計出基本合理的測試系統并完成測試任務，同時對測試信號進行簡單的處理分析。學生對這門課程的興趣也大大增強。

由于還有部分措施剛開始實行，這些措施的具體效果如何，還需要通過時間和實踐的檢驗。

4 結語

總之，以上課程建設的措施都是圍繞著增加學生對《機械測試技術》的學習主動性和自覺學習的積極性，加強實際操作能力，解決“知行合一，學以致用”的問題，建設有石油特色的《機械測試技術》課程來進行的。這些措施的實施將使《機械測試技術》的教學與實踐的效果得到大幅提升，也更能適應社會的需求。

參考文獻

[1] 吳世雄，王成勇.“機械工程測試技術”教學改革的探索[J].廣東工業大學學報：社會科學版，2007（6）：108-109.

[2] 秦樹人.智能控件化虛擬儀器系統—— 原理與實現[M].科學出版社，2004：10-14.