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1、“机械工程测试技术”课程教学难点突破 摘要：机械工程测试技术是一门理论性和实践性都很强的课程。在实际教学中，不少学生反映课程深奥难懂，导致学习积极性锐减，严重影响了教学效果。为解决上述问题，抓住信号频谱分析、测试系统静态和动态特性分析这个知识关键点，采取了以工程应用实例为主导及加强实验环节的教学模式。采用以工程案例激发学生求知欲的教学方法，明显提高了学生的主动学习意识。 一、问题的提出 机械工程测试技术课程是面向机械类专业本科生，特别是机械设计制造及其自动化本科生的技术基础必修课。它是建立在传感器技术、计算机技术、信息技术、信号分析与处理技术等基础之上的一门综合性技术课程，涉及机械工程领域中的
2、非电量电测技术和其他测试技术等知识，是工业生产与科学研究必不可少的重要的技术手段。机械设计制造及其自动化专业已经不是单纯的机械专业，而是机械、电子与信息结合的专业，成为真正的机械电子工程专业。因此，我们提出了以机械为基础，以电子为主导，以系统设计为核心的专业方向。机械工程测试技术课程正可以体现这样的方向。我们力求在课程中以测试系统的分析、设计和应用为核心，强调学生掌握测试的基本机械结构设计，重点掌握测试的方法和基本测量电路设计，掌握实际测试系统的工程应用。 该课程强调理论联系实际、突出工程应用，涉及机械、物理、化学、光学、材料、电子、信息处理等众多学科领域，应用领域十分广泛，学生在课程中学到的
3、信号分析，数据处理，传感器技术、测试系统方面的知识，在专业课程体系中起到重要的承上启下作用，对于培养学生的工程实践能力、综合素质及创新能力具有重要的作用。为今后学习、解决机械工程技术问题打下坚实基础。 机械工程测试技术教学内容包括测试信号分析理论和传感器原理两大部分，同时注重将新型传感器，如智能传感器、微型传感器等内容引人课程教学，以拓宽学生视野。在学习课程前面部分即测试信号分析理论时，要涉及到较多以前所学的高等数学知识，特别是积分变换的知识，由于目前对理论学习强调较少，不少学生重视程度不够，造成进入状态较慢。加上要同时学习全新的测试技术知识，使这些学生很难跟上学习进度，在相当长的学习阶段里学
4、习积极性锐减，以致出现不少学生反映信号分析理论部分深奥、难懂，测试技术应用、发展部分空洞，传感器部分没有实物对象、枯燥无味。导致学生对工程测试技术课程作用认识不足，严重影响教学效果。 因历史的原因和受当时教学和实验条件限制，在该课程的授课过程中过去侧重课本内容讲授，实践性环节偏少，使学生觉得该课程深奥难懂，枯燥无味。在后来的教学过程中，又过分强调了实践教学而忽略了测试信号理论分析教学，由于对理论知识理解不透，加上受实验条件限制，虽然学生也参加了一些实验，但还是觉得课程内容难掌握，以致于在课程教学结束时还是觉得没有头绪。考究其原因，传统教学模式的弊病是堂上灌输式的的教学方法，造成学生被动接受知识
5、，难以提高学生学习的积极性和主观能动性，不利于培养学生的创造思维和创新能力；后来的教学模式的弊病是忽略了测试信号理论分析教学的重要性，缺乏理论知识指导的实验环节还是使学生对课程内容觉得难以掌握。 近几年的我们学校的生源情况不断提高，机械设计制造及其自动化专业的录取分数线都达到或超过了一本线，这为我们培养既有扎实理论基础，又有较强实践技能、具有研究与应用能力的工程实践人才创造了良好的基础。针对上述教学问题，我们在教学实践中采取了以工程应用实例为主导及加强实验环节的教学模式。 二、以工程应用实例为主导的教学模式 机械工程测试技术课程是以测试技术和传感器技术基础理论为主线，强调理论联系实际、突出工程
6、应用，使学生能够正确的选用和设计测试系统并掌握进行动态测试所需要的基本知识和技能，从而培养学生从事科学研究的初步能力，为进一步培养学生创新意识和创新能力打下坚实的基础。本课程的基本目标就是使学生掌握信号时域和频域的描述方法，建立信号频谱概念，掌握频谱分析的基本方法；了解动态误差的基本概念及数据处理的方法；掌握测试系统的静、动态特性的评价方法及不失真测量条件，并且能够正确运用相关理论对测试系统进行分析和选择；掌握常用传感器、调理电路的工作原理及性能，并能依据测试的实际要求进行合理选择；对动态测试的基本问题有一个比较完整的概念，对机械工程中的常见参数的测试能自行确定测试方法、设计或选用测试系统，并
7、能对测量结果正确地进行数据处理。关键知识点是信号频谱分析和测试系统静态、动态特性分析。如果掌握了知识关键点，对于理解常用传感器、调理电路的工作原理和特点，根据实际的工程问题和测量对象选用传感器和测试系统，建立信号分析与实际应用间的联系就迎刃而解了。 针对学生在信号频谱分析和测试系统静态、动态特性分析的学习上觉得理论抽象难懂、理解困难的情况，我们重点加强了工程应用实例与理论教学、实验教学的有机结合，以达到学以致用的教学效果。 首先在信号频谱分析的概念上我们加强了对信号的时域和频域描述，对周期信号与离散频谱、瞬变非周期信号与连续频谱进行了详细分析，对于工程实际问题可以用时域的方法来描述，也可以用频
8、域的方法来描述，两种描述方法是等价的，但用频域的描述方法会给我们带来更多的信号特征。大多数工程实际问题是在时域上的信号特征很难找出，而在频域上的信号特征相当明显。 在教学上，我们以某冼衣粉厂安装在6楼的离心送料机产生共振，使整栋大楼严重摇晃的实际例子，讲述了如何确定测试系统的静态、动态特性、设计测试系统、安放测试传感器；如何在测试中从众多振动频率通过数据分析找出主要振动频率；如何对整机结构改进、加人阻尼装置，最后使大楼摇晃现象消除。通过在这个工程实例中信号频谱分析及测试系统静态、动态特性分析的应用，大大提高了同学们对信号频谱分析及测试系统静态、动态特性分析的学习热情；我们趁热打铁，对瞬变非周期
9、信号与连续频谱分析中的典型函数(如单位脉冲函数、正弦函数、余弦函数、指数函数)的傅立叶变换进行讲解计算。同时对测试系统静态、动态特性，特别是测试系统一阶和二阶动态特性进行分析计算，并用具体数据得到计算结果。这样使同学们在信号频谱分析和测试系统静态、动态特性分析中把书本公式参数与工程实际问题的结果有机联系在一起，通过现身说法，使从未接触过工程实际的学生能够建立工业测量与应用的整体概念，同学们也在很高的学习热情中掌握了测试技术课程知识的关键点。将课程组成员接触过的科研项目和工程案例融人教学内容中，现身说法，使从未接触过工程实际的学生能够建立工业测量与应用的整体概念。 三、加强实验教学环节 把具有实
10、际工程应用背景的案例作为核心和主线贯穿在课堂教学中。课堂上用具有实际工程应用背景的案例和实验来激发学生的学习兴趣，课后则鼓励学生自己通过实验来验证和领会所学知识。将学生独立思考能力、动手能力和创新能力的培养融合到课堂教学中，而不仅仅是教给学生书本上的理论知识。虽然以案例和实验为主线的测试技术课程课堂实验教学无法完全替代学生自己动手做实验中所获得的第一手感觉和经验，但在现有的学时数和课堂教学模式下却是一个有效的解决方案。它可以弥补书本教学理论脱离实际的问题，用实验给枯燥的内容以活力、给抽象的理论以形象。从而克服过去测试技术课程教学中存在的应用部分空洞、传感器部分没有实物对象枯燥乏味，信号分析部分
11、深奥、难懂的问题。 我们特别加强了实验教学环节。在课堂上结合工程案例，用演示实验对实际测试信号及测试系统动态特性进行分析，让学生建立信号分析及测试系统动态特性与实际应用间的联系。对传感器部分，采用实物模型包括动画等教学的方法。将传感器带到课堂上，在讲解传感器原理的同时，现场演示传感器是如何组成测试系统，并将被测物理量转化为电量和测试信号。 四、结语 机械工程测试技术是一门理论性和实践性都很强的课程，在实际教学中，不少学生重视程度不够，进入状态较慢，加上要同时学习全新的测试技术知识，以致出现不少学生反映课程深奥难懂、导致学生对工程测试技术课程作用认识不足，学习积极性锐减，严重影响教学效果。为解决上述教学问题，在教学实践中，采用以工程案例激发学生求知欲的教学方法，针对教学难点，把书本公式参数与工程实际问题的结果有机联系在一起。同时加强了实验教学环节，用演示实验及采用实物模型包括动画等教学的教学方法。突破了知识关键点，使从未接触过工程实际的学生能够建立工业测量与应用的整体概念，从而掌握了工程测试技术课程知识。 (文字编辑、责任校对：贾俊兰)