“機械測試技術”實驗教學改革嘗試

徐倩 孟曉平 何霞

摘 要 針對目前“機械測試技術”實驗教學中存在的一些問題，提出了對實驗教學改革的措施。改革主要從增加實驗時間、拓展實驗類型、對實驗設備進行自研自制、對實驗考核方式進行改革等方面進行。實驗教學改革的目的是使學生學習完“機械測試技術”課程之后能真正地完成實際的工程測試工作，同時提高學生對課程的興趣，提升教學效果。

關鍵詞 機械測試技術 實驗教學 自研自制 實驗考核

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2019.03.052

Abstract Aiming at some problems existing in the experiment teaching of "Mechanical Testing Technology"， this paper puts forward some measures to reform the experiment teaching. The reform mainly includes increasing experimental time， expanding experimental types， self-research and self-control of experimental equipment， and reform of experimental assessment methods. The aim of experimental teaching reform is to enable students to truly complete the actual engineering testing work after learning the "Mechanical Testing Technology" course， and at the same time to enhance students' interest in the course and enhance the teaching effect.

Keywords Mechanical Testing Technology； experimental teaching； self-research and self-control； experimental examination

0 引言

機械測試技術是機械工程技術人員必須掌握的一門基礎技術，一般的工科院系也把“機械測試技術”作為機械工程專業學生必修的一門專業基礎課。由于該課程涉及的知識面較廣，又與多門學科交叉融合，學生在學習該門課程時感覺有一定難度；同時，由于測試技術的發展很快，課程內容更新也比較快，所以教師的備課難度也比較大。

“機械測試技術”的教學目的，除了讓學生掌握一定的基礎理論知識之外，更重要的是要讓學生能實際完成具體的測試工作。事實上，在我院機械測試技術的教學過程中，發現目前的實驗教學中存在以下問題：

（1）學生無法做到“學以致用”。也就是說，在學習了測試技術的基礎理論知識后，不少學生無法將所學的知識與實際的測試工作結合起來。出現這種現象的根本原因在于，機械測試技術是一門實踐性很強的課程，美國等國家就把它歸為實驗類課程，但我國把它歸為專業基礎課。[1]因此目前我國對機械測試技術的教學基本上采取的是以課堂講授為主，實驗為輔的模式。學生實踐程度不夠，自然無法較好地，甚至完全無法勝任測試工作。

（2）學生對實驗的參與度不高。在實驗教學中，常常可以發現這樣的現象。一組4～5名同學可能只有1～2名同學在認真做實驗，其他同學就在旁邊觀望。造成這種現象的原因一是因為設備臺套數不足，分組人數稍多。但是更深層次的原因是因為實驗成績在課程總成績中占比太小，并且實驗項目單一，考核方式有弊端，學生對實驗沒有太大的積極性。

針對這些現象，我們對機械測試技術的實驗教學進行了以下嘗試性的改革。

1 增加實驗時間，拓展實驗類型

要想讓學生掌握機械測試這門技術，必須有較多的實驗時間，因此我們增加了實驗時間。這里所說的增加實驗時間不是說通過修改培養計劃和教學大綱來改變課程的實驗學時數。以我院為例，“機械測試技術”總共40學時，其中34學時的課堂教學，6學時的實驗教學。6學時的實驗教學顯然是不足以讓學生真正掌握機械測試這門技術的。而修改培養計劃和教學大綱牽涉面又較廣，不好實施。因此，為了增加實驗時間，我們采取了以下方式。

（1）開放實驗室。實驗室在工作時間內都對學生開放，只要學生提前預約，就可以在自己空余的時間到實驗室進行實驗。這就為學生完成后續的多種實驗提供了物質保障。

（2）拓展實驗類型。傳統的實驗主要是驗證性實驗，為了開拓學生的思維空間，培養創新性人才，應該更多地開設一些設計性和綜合性的實驗。因此，在教學大綱要求的6學時的實驗之外，我們另外安排了開放實驗、綜合實驗。

開放實驗的題目可以由老師根據科研項目或實際的工程問題擬定，也可以由學生自己選取感興趣的題目來進行。綜合實驗則主要針對我們是石油高校的特點，對一些石油機械進行綜合測試，如鉆井液振動篩、泥漿泵、井架等。通過對這些石油機械的測試，不僅可以讓學生掌握機械測試技術，也可以讓學生加深對石油機械的了解。

圖1是實驗教學改革前后實驗開設的變化，從圖中可以看出，實驗教學改革后，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（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）。[2]

2 實驗與理論進一步的融合

“機械測試技術”的基礎理論中比較重要的一部分內容是信號處理與分析。這部分內容難度較大，學習起來也比較枯燥，甚至有些同學認為學習那些信號處理與分析的知識沒什么實際用處。為了讓同學更好地理解學習信號處理和信號分析的重要性，我們選出一些基礎較好的同學利用LabVIEW編制信號處理、分析軟件，學生編制出來的軟件雖然并不成熟，但同學們利用自己編制的軟件實現了振動信號的采集與分析，極大地提高了對機械測試技術的興趣和學習的積極性。[3]同學們自己編制的軟件實現數據采集和分析的界面圖如圖2、圖3所示。

圖2為雙通道示波及幅值譜分析。其中1通道顯示的是ICP加速度傳感器測試的振動臺的振動信號，2通道顯示的是用敲擊法測量簡支梁固有頻率時用ICP傳感器拾取的梁的衰減振動信號。圖3為對2通道信號的幅值譜分析的數據顯示。從游標的X坐標可以讀出信號的頻率39.9888Hz，而我們這個簡支梁的固有頻率值本來是40Hz。由此可以看出，同學們所編制的軟件能夠正確地實現數據的采集、示波與分析。

3 外購設備與自研自制測試實驗裝置相結合

要想較好地完成機械測試技術的實驗教學工作，離不開實驗設備。實驗設備的添置除了按照常規的招標購買之外，我們還根據我們的實際需求進行了自研自制。通過申報學校的自研自制設備項目，自研自制一批機械測試實驗裝置。自研自制設備項目的實施，一是可以研制出適合本校需求且具有本校特色的實驗設備，二是相對來說可以用較少的費用增加設備的臺套數，同時，也讓學生有機會參與實驗設備的研制工作，讓學生更深刻地了解測試工作的全過程。近幾年來，我們完成了以下兩個自研自制設備項目：

（1）振動篩動態特性參數綜合測試實驗裝置。振動篩特性參數綜合測試實驗裝置主要是針對機械測試綜合實驗設計的。振動篩的設計了圓形振動篩、直線振動篩、平動橢圓振動篩三種類型。之所以選擇振動篩作為我們的測試對象，一是因為我校為石油高校，振動篩是鉆井液固相處理的重要設備，算是我們的特色產品；二是因為對振動篩的測試可以涵蓋多種機械測試方法，如振動測試、噪聲測試、應變測試等，可以說是一個綜合性很強的測試。通過對振動篩的測試，可以讓學生很好地綜合運用機械測試技術所學到的知識。

該自研自制項目最終在由中國高等教育學會主辦的第四屆高等學校自制教學儀器設備評選活動中獲得了三等獎。

（2）多功能梁固有頻率測試實驗教學系統。多功能梁固有頻率測試實驗教學系統實際上并不僅用于測試固有頻率。在這個自研自制項目中，我們設計的實驗臺架主要為了滿足本科教學的課程實驗，同時，也能滿足開放實驗、創新實驗的需要。該實驗教學系統的實驗臺架如圖4所示。

通過該實驗臺架，我們既能開展“傳感器靈敏度的標定”、“固支梁、懸臂梁、簡支梁的固有頻率和阻尼比的測量”這類基礎性的實驗，同時也能開展“質量分布對梁的動態特性的影響”、“主動隔振、被動隔振”、“敲擊法簡支梁模態分析”等多個開放實驗。

在該實驗臺架的設計中，我們增加了一些新的功能。比如為方便研究運動的質量對梁結構動態特性的影響，在梁上設計了移動滑塊裝置，另外為了進行隔振實驗，采用了空氣阻尼器。同時為了增加設備的防腐蝕性能和美觀，對實驗臺架的底座、支座、梁都進行了相應的表面處理。

4 加大實驗成績比例，改革實驗考核方式

目前對實驗成績的考核存在以下一些問題：（1）實驗成績占比太小。以前對學生的“機械測試技術”的成績考核中，實驗成績僅占10%，這樣的比例對于一門強調實踐的課程來說有些偏低，這也造成學生對實驗并不重視。（2）實驗成績考核方式較為單一。以前實驗成績包含兩部分，實驗時的表現占30%，實驗報告占70%。由于實驗報告的占比太大，使得有些并未認真做實驗的同學，參考其他同學的實驗數據，由于實驗報告寫得比較好，最后可能實驗得分反而比認真做實驗的同學得分高。這也會打擊認真做實驗的同學的積極性。

由此，我們對實驗成績的考核進行了改進。增加實驗成績的比例，由占“機械測試技術”總成績的10%增加到20%。實驗考核內容由兩部分組成，A類是大綱要求的必做實驗，B類是補充抽查實驗，考核時由學生自己抽簽決定做B類中的一個實驗，學生當場完成抽中的實驗。其中現場操作得分占比70%，操作后完成的實驗報告占比30%。具體的實驗項目如表1所示。A類三個實驗都必須完成，占實驗總成績的70%，B類實驗做一個，占實驗總成績的30%。

之所以增加B類實驗的考核，是為了讓學生能主動利用業余時間到實驗室進行實驗。雖然考核只選擇B類實驗中的一個，但由于是隨機選擇，所以，學生為了能取得較好的成績，必須對四個B類實驗都能熟練進行。B類實驗項目的確定，每年可以根據具體情況進行調整。

5 總結

通過對“機械測試技術”實驗教學的改革，有利于提高學生對“機械測試技術”這門課程的學習興趣，更重要的是提高了學生對實驗的重視程度和對實驗的參與程度。通過實驗教學的改革，有利于培養具有創新精神且具有實際操作能力的工程技術人才，而這也正是實現中華民族偉大復興需要的。

參考文獻

[1] 焦敬品，何存富.機電類專業《測量技術基礎》課程教學模式研究[J].中國現代教育裝備，2007（3）：13-14.

[2] 徐倩，孟曉萍，何霞.突出行業特色的《機械測試技術》課程建設——以西南石油大學為例[J].科技創新導報，2016（33）：116-118.

[3] 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，2004.9.