基于項目的機械工程測試技術課程教學改革

王昕+陳傳海+孫慧超+王曉暉+徐利霞

摘 要 文章針對機械工程測試技術學時少，內容多，難理解，教學效果差的實際情況，采用工程項目與實驗項目結合引導教學過程，可激發(fā)學生學習興趣，提高學習自主性，改善教學效果，增強學生對知識的理解和綜合運用。

關鍵詞 機械工程測試技術 工程項目 實驗項目 教學方法

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A ? DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2015.11.039

Project-based Mechanical Engineering and Testing

Technology Course Teaching Reform

WANG Xin， CHEN Chuanhai， SUN Huichao， WANG Xiaohui， XU Lixia

（School of Mechanical Science and Engineering， Jilin University， Changchun， Jilin 130025）

Abstract The course characteristics of Mechanical - Engineering Testing Technology are as follows， less credit hour， more contents， hard to learn， poor teaching efficiency . By the combined application of the engineering project and the experiment project during the teaching process， the learning interest and the autonomy of the students can be stimulated and improved. It is very valid for enhancing students' understanding and comprehensive use of the knowledge.

Key words Mechanical engineering measure and test technology; engineering project; experiment project; teaching methods

0 引言

機械工程測試技術是機械類專業(yè)本科生教學中的主干課程，近年來，隨著傳感技術、電子技術、信號處理與計算機技術的突破性進展，本課程的特點是涉及知識面廣、實踐性強，知識更新快，所涉及知識將被廣泛地應用于學生未來科學研究、工程實踐中。

在最新修訂的課程教學大綱中，總學時為40學時，其中包含6學時實驗，教學內容包括：信號及其描述、測試裝置的基本特性、常用的傳感器工作原理的選用、信號調理、信號處理初步、計算機測試系統(tǒng)及虛擬儀器等知識，可見課程知識體系龐雜、理論抽象的特點。課程又是以工程數(shù)學、電子、物理、計算機等學科的原理和知識為基礎，更加造成沒有任何工程背景的本科生在學習過程中感覺課程枯燥難懂，產(chǎn)生為何而學、學有何用的疑問，極大地影響了自主學習的積極性。

1 結合項目的教學改革

結合課程團隊教師均從事科研項目研究，實驗室具有的實驗設備等客觀條件，通過對其它兄弟院校相同課程進行充分調研，在課程的理論教學中展開了著重引入結合科研及實驗案例的教學方法改革，使學生從實際案例中看到測試、傳感技術的應用，提高學習興趣，做到有的放矢，同時又能用課上知識解釋、解決工程中的實際問題，實現(xiàn)融會貫通，提高教學質量，改善理論教學效果。

1.1 結合工程項目的案例舉例

在機械制造中，切削力監(jiān)測是常見問題，切削力的變化可以反映刀具磨損、加工中的振動等問題均可以由切削力的變化體現(xiàn)。在有關鉆削力監(jiān)測的科研項目中搭建了如圖1所示測試系統(tǒng)，該測力系統(tǒng)與課程中介紹的測試系統(tǒng)框圖（如圖2所示）完全對應，鉆削過程中的切削力作為被測信號，通過工作臺上的測量傳感器進行測量，測力傳感器有多種類型，常用為應變、壓電式傳感器，根據(jù)被測信號性質（靜態(tài)、動態(tài)）、量值大小、精度要求，選擇合適傳感器，對應選擇合適的測量電路，在經(jīng)過濾波、A/D轉換等環(huán)節(jié)，送給計算機分析、記錄。由此可見，一個典型的工程案例中包含了課程主要內容的各個環(huán)節(jié)，通過案例可以有針對性地讓學生了解測試系統(tǒng)的組成，各環(huán)節(jié)的作用，系統(tǒng)特性的影響、傳感器的選擇、傳感器的測量電路、信號處理相關問題及信號分析方法及目的。使得在教學中每個章節(jié)的重要知識點都可以在此案例中找到對應的應用。以一個具體案例引出教學過程各章節(jié)知識的主要作用和重點，在通過其它具體的例子強調各知識點，課堂教學表明，可以調高學生學習興趣。

1.鉆床主軸;2.鉆頭;3.工件;4.工件夾具;5.壓電測力儀;6.機床工作臺

1.2 結合實驗項目的案例舉例

課程實驗室有轉子振動試驗臺，如圖3所示，配備有多種傳感器，如電渦流傳感器、磁電式轉速傳感器、壓電式加速度計。針對學生難以理解的相關分析問題，設計實驗項目。在某一轉速下，采用磁電傳感器配合齒數(shù)為15的測速齒輪對轉子軸轉速進行測量，再分別利用測速傳感器壓電和加速度傳感器獲取速度信號和加速度信號。利用DRVI虛擬儀器軟件，對信號進行自相關和互相關分析，見圖4。

轉子具有偏心量，轉子振動試驗臺可視為一個線性系統(tǒng)，通過對比圖4（a）、圖4（b）中轉速曲線、速度曲線和加速度曲線，可以看出它們的周期相同，即信號的頻率相同，便于學生明確線性系統(tǒng)特性中“頻率保持特性”，自相關和互相關分析的結果則充分而具體的說明周期信號的自相關函數(shù)仍然是同頻率的周期信號，相同頻率的周期信號互相關分析結果仍是同頻率周期信號。這樣配合理論理論教學，學生對相關分析的理解變得容易了。同時利用該實驗設備可以針對工程中多種物理量進行測量，進行頻譜分析，完成傳感器標定。

（a）轉速為1922.5轉/分時加速度及其自相關曲線

（b）轉速為1880.6轉/分鐘時加速度、速度及互相關函數(shù)曲線

2 結語

針對機械工程專業(yè)“機械工程測試技術”課程教學目前學時少，內容多，難理解，效果差的實際情況，課程組采取相應的改革措施提高學生的學習積極性。教學中以科研項目和實驗項目為平臺，借助真實工程案例的直觀性，針對教學重點和難點，描述相關知識點在科研生產(chǎn)中的應用，同時發(fā)揮實驗室設備及虛擬儀器的靈活性、針對工程實際問題引導學生設計并完成測試系統(tǒng)搭建，讓設計、分析、結果所見即所得，提高學生興趣，從而加快知識的掌握速度。該方法在實際教學運行中取得了一定的教學成效，表現(xiàn)為學生學習積極性、實際動手能力與知識綜合運用能力增強。

參考文獻

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