測試技術(shù)課程現(xiàn)代化教學方式的探索與實踐

李文禮++王晶晶　郭棟

摘 要 針對《測試技術(shù)》的課程特點及實際教學過程中出現(xiàn)的問題，提出了一種以科研與教學相融合的方法。利用現(xiàn)代化教學方式，利用具有實際工程應用背景的案例為學生演示實驗及虛擬儀器，將科研成果轉(zhuǎn)化為實驗教學資源。

關鍵詞 測試技術(shù) 多媒體 科研教學相融合

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A

1 課程的意義及內(nèi)容

《測試技術(shù)》課程是機械類專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎課，實踐性很強，尤其是對于應用型本科教育，更應突出實踐操作能力的培養(yǎng)。隨著電子技術(shù)、傳感技術(shù)、新材料、新工藝的發(fā)展，《測試技術(shù)》所涉及的內(nèi)容包括物理學、電子學、材料學等多種學科，知識面廣，難度大，內(nèi)容枯燥。如何通過改革提高教學效果，使理論教學與工程實踐相結(jié)合，是任課老師的努力方向。

2目前教學中存在的問題

《測試技術(shù)》是獲取信息、分析和處理測量數(shù)據(jù)的關鍵技術(shù)與手段，是從事科學研究、產(chǎn)品質(zhì)量檢驗與控制不可缺少的手段。課程內(nèi)容涉及多個學科，知識面廣且理論性強，對實踐環(huán)節(jié)要求較高，教學難度較大。課程內(nèi)容主要包括教學內(nèi)容包括測試信號分析理論、傳感器原理和測試技術(shù)應用三大部分， 信號分析處理部分內(nèi)容包含大量數(shù)學公式、 圖像，且涉及到大量的電路硬件部分，理解起來特別困難。傳感器部分包括電學、 光學、材料學等多個學科知識，物理概念多，沒有實物對象，學生理解效果不佳，不具備應用傳感器理論解決實例問題的能力。 測試技術(shù)應用部分沒有實驗課和相應的課堂虛擬仿真演示，內(nèi)容空洞。

為了提高《測試技術(shù)》課的教學質(zhì)量，國內(nèi)學者根據(jù)所在高校的教學情況進行了大量的探索研究，提出了許多切實可行的方案，文成針對傳統(tǒng)“機械工程測試技術(shù)”課程教學割斷了理論和工程之間的聯(lián)系、教學效果難以提高的特點，提出以工程案例為核心的教學模式。探討了工程案例教學的特點和“機械工程測試技術(shù)”工程案例教學的實施方法。北京工業(yè)大學焦敬品等根據(jù)北京工業(yè)大學的教學情況，提出了自主選題的課程設計模式，并且利用計算機虛擬儀器技術(shù)開發(fā)了一系列綜合性、設計性實驗，取得了良好的教學效果；東北林業(yè)大學馮國紅等提出將科研實例融入課堂的教學方法，極大地激發(fā)了學生的學習興趣；石家莊鐵道學院馬懷祥等提出并實施“以案例教學和多元化的實踐貫穿始終的‘測試技術(shù)課程教學模式”和“精講—自學—研究”三結(jié)合的教學方法，為學生后續(xù)課程的學習以及將來從事工程和科研實踐奠定了良好的基礎。

3 教學方式改革思路

鑒于《測試技術(shù)》課程內(nèi)容的多樣性，既有理論知識，又有實際測試，很難找到一種通用的課堂教學方法適用于測試技術(shù)教學。在授課過程中，即注重歸納和演繹、分析和綜合、抽象和具體等傳統(tǒng)的思維方法，又為學生灌輸系統(tǒng)方法、信息方法、控制方法等新的思維方式。

在教學手段上，利用多媒體視頻教學的方法，突破課堂資源的限制，可以使學生通過圖形動畫更好的理解測試技術(shù)的基礎理論。在教學內(nèi)容上，把科研與教學相融合，將科研成果轉(zhuǎn)化為實驗教學資源。用具有工程背景的案例來開闊學生的學術(shù)眼界，激發(fā)學習興趣，有效地調(diào)動學生學習的積極性和創(chuàng)造性。課堂上用具有實際工程應用背景的案例和把NI便攜式數(shù)據(jù)采集器、傳感器和LABVIEW虛擬儀器軟件等設備用在課堂上，為學生演示實驗及虛擬儀器來激發(fā)學習興趣。把對學生獨立思考能力、動手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，把工程實例引入到課堂教學中，而不僅僅是教給書本上的理論知識。

4工程應用案例分析

教學案例來源于教師科研項目——變速器耐久性試驗早期故障診斷系統(tǒng)，在齒輪箱的箱體上安裝振動加速度傳感器，通過振動加速度傳感器獲取振動加速度信號；在齒輪箱的輸入端安裝轉(zhuǎn)速脈沖傳感器，在數(shù)據(jù)采集器內(nèi)將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并輸入計算機；計算機利用獲得的轉(zhuǎn)速脈沖信號對振動信號進行角域重采樣以獲得階次譜，同時獲得與轉(zhuǎn)速對應的特征階次切片譜和時域均方根值。采用階次分析方法克服了傳統(tǒng)頻率分析中變轉(zhuǎn)速運動“頻率模糊”的缺點，很好的解決了旋轉(zhuǎn)部件頻域特征信號提取的關鍵技術(shù)問題。系統(tǒng)能夠根據(jù)用戶劃分好的工況區(qū)間（轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、溫度、檔位）進行自學習，自動生成參考曲線作為標準，判斷試件是否發(fā)生故障，如圖1和圖2。

圖1：被測齒輪箱 圖2：早期故障診斷系統(tǒng)界面

根據(jù)項目涉及的測試理論和方法，提煉出與本課程相關的教學內(nèi)容，該工程應用案例涉及到傳感器、采集的選擇和信號分析理論，可以安排在測試信號分析知識模塊所對應的章節(jié)中講解。以實際應用的傳感器和采集卡為案例，分析振動加速度傳感器和采集卡出廠參數(shù)表達的意義和課程教學中理論的關聯(lián)，實際應用的傳感器和采集卡為案例如下：

振動加速度傳感器：類型IEPE/ICP，量程€？00 g （g=9.8m/s2），頻率范圍1 -10，000Hz，共振頻率32 kHz；線性度€？%，電絕緣>10M ，重量10克；

NI PCI-4474：4個模擬量輸入通道，精度24位，測量范圍10V-10V，靈敏度0.01mV，動態(tài)范圍120dB，每通道最高采樣頻率102.4 kHz，IEPE/ICP供電，通道之間的干擾噪聲<-90dB，過壓保護€？2V，64位數(shù)字抗混淆濾波器，無相（下轉(zhuǎn)第71頁）（上接第68頁）位偏差。

依據(jù)該案例講授內(nèi)容為基于旋轉(zhuǎn)機械頻譜分析理論的變速器故障診斷方法，變速器的輸入轉(zhuǎn)速工況所對應的頻率范圍，以此為依據(jù)可選擇包含該頻率帶寬的振動加速度傳感器，同時根據(jù)香農(nóng)采樣定律選擇數(shù)據(jù)采集卡，本案例涉及IEPE/ICP標準供電的特點、采樣頻率、傳感器性能參數(shù)、采集卡基本性能參數(shù)、轉(zhuǎn)速方波脈沖計數(shù)方法等，利用目前行業(yè)的典型設備可以讓學生密切結(jié)合工程實際應用來學習本課程內(nèi)容。

5 小結(jié)

利用多媒體視頻教學的方法和科研與教學相融的方法，使學生對課程產(chǎn)生興趣，提高學生工程實踐能力和創(chuàng)新能力，達到學生積極主動地去學習的效果。

參考文獻

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